Heteropolisacaridos, Glucosaminoglicanos y Mucopolisacaridos

 

Los Heteropolisacaridos contienen en su estructura dos o mas diferentes tipos de monosacaridos. Los heteropolisacaridos usualmente proporcionan soporte extracelular a muy diferentes organismos, desde las bacterias hasta los seres  humanos.  Junto a las proteinas fibrosas como el colageno, la elastina, la fibronectina, la laminina y otras, los heteropolisacaridos son los componentes mas importantes de la matrix extracelular, la cual mantiene unidas a las celulas individuales en los tejidos animales, y les provee proteccion, forma y soporte a las celulas, tejidos y organos.

 

Los heteropolisacaridos mas importantes desde el punto de vista humano son los glicosaminoglicanos. El acido Hialuronico, los Condroitin sulfatos y los Dermatan sulfatos son ejemplos de estos importantes heteropolisacaridos de la matrix extracelular. Estos heteropolisacaridos estan formados usualmente por la repeticion de una unidad de disacarido formada por un aminoazucar y un azucar acido.

 

Este estructura es un tipico ejemplo de una unidad de repeticion en los heteropolisacaridos.

 

 

Los grupos sulfatos son modificadores frecuentes en los monosacaridos que forman los heteropolisacaridos. Ejemplos de heteropolisacaridos con estos grupos son los Condroitin sulfatos y el Dermatan sulfato,

 

Usualmente los heteropolisacaridos se asocian con proteinas formando proteoglicanos. Los glicosaminoglicanos han sido denominados previamente mucopolisacaridos, por su abundancia en las secreciones mucosas.  Como grupo, los mucopolisacaridos realizan diversas funciones: funcion estructural, regulacion del metabolismo del agua (actuan como un reservorio de agua), cemento celular, “filtro” biologico  (atrapa grandes estructuras impidiendo su acceso a otros tejidos), lubricante biologico, y sitios de enlace para factores de crecimiento, entre otras funciones.

 

A continuacion se detallan funciones importantes de algunos glucosaminoglicanos en especifico:

 

Acido Hialuronico (Hialuronato): Actua como lubricante en liquido sinovial de las articulaciones, da consistencia al humor vitreo, contribuye a la fortaleza tensil y elasticidad de los cartilagos y tendones.

 

Condroitin Sulfatos: Contribuyen a fortaleza tensil y elasticidad de cartilagos, tendones, ligamentos y paredes de la aorta.

 

Dermatan sulfato (antiguamente llamado condroitin sulfato B) se encuentra principalmente en la piel, pero tambien en los vasos, el corazon, los pulmones. Hay indicios de que esta involucrado en alteraciones de la coagulacion,  desarrollo de enfermedades vasculares y otros procesos.

 

Keratan sulfato: Esta presente en la cornea, cartilagos, huesos y otras estructuras como unas y  pelo.

 

Heparina:  Es un potente anticoagulante natural producido en los mastocitos, que facilita la union de la antitrombina con la trombina, lo cual inhibe la coagulacion de la sangre.  

 

Los Glucosaminoglicanos son sintetizados en el Reticulo Endoplasmico y el Aparato de Golgi. Son degradados por hidrolasas lisosomales. Una deficiencia de una de las hidrolasas resulta en una mucopolisacaridosis. 

 

Las  mucopolisacaridosis son enfermedades hereditarias causadas por deficits de enzimas especificas relacionadas con la degradacion de los mucopolisacaridos, en las que los glucosaminoglicanos se acumulan en los tejidos, causando sintomas y signos  tales como deformidades esqueleticas y retardo mental. 

 

Ejemplos de estas enfermedades geneticas son el Sindrome de Hunter y el sindrome de Hurler. Estas enfermedades, , se caracterizan por deformidades fisicas, retraso mental y trastornos en la degradacion de heparan sulfato y dermatan sulfato.

 

Las mucopolisacaridosis se heredan de forma autosomica recesiva:

 

Homopolisacaridos de interes biomedico

Como ya fue descrito en un post anterior, los polisacaridos son carbohidratos formados por mas de 9 monosacaridos unidos por enlaces glicosidicos. (Como fue tambien discutido, hay divergencias en diferentes textos en cuanto al numero que diferencia a un oligosacarido de un polisacarido: para algunos el numero es 10, para otros es 20; en realidad, generalmente los polisacaridos naturales estan formados por cientos de monosacaridos).

 

Cuando las moleculas del polisacarido estan formadas por el mismo tipo de monosacaridos, el polisacarido se clasifica como un homopolisacarido. El almidon, el glucogeno y la celulosa son homopolisacaridos, ya que estan formados por cientos de moleculas de monosacaridos de un solo tipo, la glucosa, unidas por enlaces glicosididos.

 

 

Si las moleculas del polisacarido estan formadas por diferentes tipos de monosacaridos, entonces se considera un heteropolisacarido.  El acido hialuronico, formado por miles de unidades de N-acetil glucosamina que se alternan con unidades de acido glucuronico, es un ejemplo de heteropolisacarido.

 

 

HOMOPOLISACARIDOS:

 

Celulosa

 

La Celulosa es un polimero lineal de residuos de D-glucosa unidas por enlaces  (1, 4)-O-glicosidicos. Este es el carbohidrato mas abundante en la naturaleza. 

Si consideramos el tipo de enlace entre las moleculas de glucosa, la unidad repetitiva de la celulosa es la celobiosa, el disacarido formado por dos moleculas de D-glucosa unidas por un enlace Beta 1,4-O glicosidico (por ello, en algunos textos se dice que la unidad repetitiva o monomero de la celulosa es la celobiosa).

 

Las largas fibras de celulosa se mantienen juntas a traves de enlaces de hidrogeno intermoleculares. Los enlaces de hidrogeno se establecen con otras cadenas que estan en el mismo plano, asi como con cadenas en planos superiores e inferiores parar formar paquetes fuertes y fibrosos. Esto hace que la celulosa sea muy apropiada para su funcion estructural en las plantas.

 

 

Debido a que la celulosa esta formada por moleculas de glucosa, la celulosa puede ser una fuente de energia en algunas especies. La falta en los seres  humanos de  enzimas apropiadas para la hidrolisis de enlaces Beta-1,4 O glicosidico entre moleculas de glucosa, hace imposible la digestion de celulosa por lo que este polisacarido no pueda ser aprovechado en la nutricion humana, a pesar de su gran contenido de glucosa (Han pensado en la posibilidad – hoy en el campo de la ciencia ficcion – de que lose seres humanos pudieran digerir y utilizar la glucosa contenida en la celulosa?). Debido a la incapacidad del ser humano para digerirla y a su capacidad de hidratarse y aumentar el tamanho del bolo fecal, estimulando el peristaltismo, la celulosa y sus derivados son usados en medicina humana como un componente de ciertos laxantes.

 

Almidon:

 

El almidon es el segundo carbohidrato mas abudante en la naturaleza. 

 

Sus funciones biologicas incluyen, en las plantas, la principal forma de almacenamiento de azucar, y por tanto, de recursos energeticos, y en el ser humano es la principal fuente de glucosa en la dieta.

 

El almidon no es realmente una molecula, sino un grano formado por dos diferentes tipos de moleculas: la Amilosa y la Amilopectina. 

 

Amilosa.

 

La amilosa es una molecula lineal formada por unidades de glucosa unidas por un enlace alfa-1, 4 O glicosidico. Considerando el tipo de enlace podemos decir que la unidad repetitiva de la amilosa es la maltosa. (por eso en algunos libros se dice que la unidad monomerica de la amilosa es la maltosa).

 

 

La molecula de amilosa es helicoidal.

 

 

Amilopectina

 

La amilopectina es el segundo tipo de molecula que aparece en el almidon. La amilopepctina esta formada tambien por unidades de glucosa, pero a diferencia de la amilosa que es lineal, la  amilopectina es una molecula ramificada.

 

La amilopepctina contiene residuos de D-glucosa unidos por enlaces alfa (1, 4)-O-glicosidicos, excepto en los puntos de ramificacion, donde las cadena de glucosa se enlazan a otras a traves de enlaces  alfa (1,6)-O-glicosidicos.

 

 

Debido a estos diferentes enlaces glicosidicos, de la digestion de la amilopectina se obtienen fundamentalmente maltosas, pero tambien isomaltosas que corresponden a los puntos de ramificacion.

 

La amilopectina tiene una ramificacion cada 24-30 unidades de glucosa

 

 

Glucogeno

 

 

 

La estructura del glucogeno es muy similar a la de la amilopectina, pero mas ramificada, con una ramificacion cada 8 a 12 unidades de glucosa.

 

 

El Glucogeno es la forma en que la glucosa es almacenada en los animales. El glucogeno se almacena fundamentalmente en el higado (desde donde es hidrolizado cuando se requiere glucosa en el higado o en tejidos extrahepaticos) , y en el tejido muscular, donde es usado como reserva energetica para la contraccion muscular.

 

Trastornos en el metabolismo del glucogeno dan origen a un grupo de enfermedades denominadas Glucogenosis o Enfermedades de almacenamiento de Glucogeno. Estas enfermedades se caracterizan por la acumulacion tisular de  glucogeno, fundamentalmente en el tejido muscular, en el tejido hepatico o en ambos. Cuando afectan el tejido muscular, la habilidad del musculo para realizar ejercicios es uno de los sintomas predominantes; la acumulacion de glucogeno en el tejido hepatico generalmente se traduce en danho de los hepatocitos y episodios de hipoglicemia severa. Otros organos como el corazon, los rinhones, los intestinos, tambien pueden ser afectados por glucogenosis.

 

Existen diversos tipos de glucogenosis dependiendo de la enzima afectada.

 

Mas informacion en castellano sobre los temas abordados en este post  puede encontrarse en los siguientes enlaces:

 

Polisacaridos.

 Almidon

 

 Glucogeno

 Generalidades sobre Glucogeno

 Celulosa

 Sitios web sobre Glucogenosis:

 

Enfermedades del Glucogeno

Glucogenosis

 Net sobre Glucogenosis

 Asociacion espanola de enfermos de glucogenosis.