METABOLISMO VEGETAL DE LOS GLUSIDOS.pdf

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METABOLISMO VEGETAL DE LOS GLUCIDOS II

1. OLIGOSACRIDOS

Se entiende por oligosacridos a aquellos carbohidratos solubles que por hidrlisis liberan monosas.

As los oligosacridos ms simples resultan ser los disacridos. Estos compuestos se encuentran

muy difundidos en el reino vegetal tanto en forma libre como combinada.

1.1 DISACARIDOS

Cuando el enlace glicosdico se forma entre dos monosacridos, el holsido resultante

recibe el nombre de disacrido. Esta unin puede tener lugar de dos formas distintas:

En el primer caso, el carbono anomrico de un monosacrido reacciona con un OH

alcohlico de otro. As, el segundo azcar presenta libre su carbono anomrico, y por lo

tanto seguir teniendo propiedades reductoras, y podr presentar el fenmeno de la

mutarrotacin. Los disacridos as formados se llaman disacridos reductores. A la hora de

nombrarlos sistemticamente, se considera monosacrido principal al que conserva su

carbono anomrico libre, y se le antepone como sustituyente (entre parntesis) el

monosacrido que aporta su carbono anomrico al enlace glicosdico. As, la maltosa (dos

glucosas unidas por el OH del C1 en posicin de una y el OH del C4 de otra) ser la 4 -O-

(-D-glucopiranosil)-D-glucopiranosa.

En el segundo caso, el carbono anomrico de un monosacrido reacciona con el carbono

anomrico del otro monosacrido. As se forma un disacrido no reductor, donde no queda

ningn carbono anomrico libre y que tampoco podr presentar mutarrotacin. En este

caso, el enlace no es, estrictamente hablando, acetlico. Ejemplos son la sacarosa y la

trehalosa.

DISACRIDOS DE INTERS BIOLGICO

La maltosa est formada por dos glucosas unidas por el OH del C1 en posicin de una y

el OH del C4. Su nombre sistemtico es 4-O-(-Dglucopiranosil)- D-glucopiranosa. No

existe como tal en la naturaleza, y se obtiene a partir de la hidrlisis del almidn (un

polisacrido de reserva en vegetales).


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Lasacarosaes el disacrido ms abundante en las plantas superiores es la sacarosa (-D-

glucopiranosil --D-fructofuransido), disacrido no reductor, el cual es la principal forma

de transporte y de reserva de energa.

El transporte de los fotoasimilados hacia los rganos no fotosintetizantes o en crecimiento

de la planta se efecta en forma de sacarosa o de compuestos de la serie rafinosa,

dependiendo de la especie de planta y del tipo de carga y descarga en el floema (va

simplasto o apoplasto). Para nombrarlo sistemticamente hay dos opciones: o bien -

Dglucopiranosil- -D-fructofuransido (considerando la fructosa como monosacrido

principal) o bien -D-fructofuranosil)- -D-glucopiransido (si consideramos la glucosa

como monosacrido principal). En forma abreviada se expresa como Glc(12)Fru.

FUNCIONES

-Transporte (es la forma en la cual el C asimilado en la fotosntesis se trasloca hacia los diferentes

rganos de la planta).

-Reserva: Transitoria (Mesfilo de Hojas) -Permanente (Parnquima de reserva, en Vacuolas)

-Fuente inmediata de Carbono

-Energtica.

SINTESIS


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Se realiza en el citosol.

SACAROSA SINTETASA

El punto de partida es el mismo que para el almidn: triosas fosfato que provienen del ciclo

de Calvin y que pasan a fructosa 1, 6-bisfosfato, despus a fructosa 6-fosfato y por

isomerizacin a glucosa 1-fosfato. A diferencia del almidn se forma UDP-Glucosaque

se une a fructosa 6-fosfato obtenindose sacarosa fosfato. Unafosfatasaquita el fosfato y se

obtiene la sacarosa.

Como se ha dicho antes, se utiliza UDP-Glucosa y la enzima que la forma es la UDP-

Glucosa pirofosforilasa; un punto de control clave para la sntesis de sacarosa (cosa que no ocurre

con el almidn). Esto se debe a que la enzima se usa tambin en la sntesis de celulosa.

FRUCTOSA 1, 6-BISFOSFATASAY SACAROSA FOSFATO SINTASA

Constituyen checkpoints en la sntesis de sacarosa. La primera regula en funcin de las

necesidades de la planta la segunda, de una forma ms general, regula la velocidad de

sntesis. Al igual que en la sntesis de almidn, se forma fosfato inorgnico que puede

usarse para intercambio por triosas fosfato con el translocador de fosfato del cloroplasto. El

pirofosfato no se hidroliza tan rpido como en el cloroplasto porque tiene otros usos en el

citosol, como por ejemplo, bomba de transporte en el tonoplasto.

La sacarosa fosfato sintasa tiene una regulacin bastante compleja. Los niveles de

actividad dependen de la relacin entre la glucosa 6-fosfato y el fosfato inorgnico. Si la


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relacin es alta, la actividad ser alta; si la relacin es baja, la actividad ser baja. Por otro

lado, la enzima alcanza el pico de actividad cuando est desfosforilada, estando controlada

de esta manera por la sacarosa fosfato sintasa kinasa y por la sacarosa fosfato sintasa

fosfatasa. Por otro lado, la glucosa 6-fosfato inhibe a la SPS kinasa pero adems es un

modulador alostrico de la SPSque al unirse a ella provoca el cambio conformacional que

hace que aumente su actividad.

El fosfato inorgnico por el contrario favorece la actividad de la SPS fosfatasa y adems

fosforila a la enzima provocando un cambio conformacional que reduce su actividad, es por

tanto, un modulador alostrico negativo.

DEGRADACIN Participan principalmente dos familias de enzimas: sacarosa sintasa

(que tambin participa en su sntesis) einvertasas.

Lasinvertasashidrolizan de forma irreversible la sacarosa en glucosa y fructosa.

Cada una de las isoenzimas se agrupen en funcin de su pH ptimo (invertasas cidas y alcalinas o

neutras) y se pueden encontrar en varios compartimentos celulares:

Extracelulares: as encontramos invertasas apoplsmicas; invertasas de pared (unidas ionica o

covalentemente),

Intracelulares: invertasas citoslicas (generalmente las alcalinas) e invertasas vacuolares

(invertasas cidas). Ests enzimas cumplen una importante funcin en el proceso de traslocacin de

la sacarosa, ya que determina si el C se transporta como hexosas (glu+fru) o como sacarosa.

Algunas membranas son impermeables a la sacarosa, de manera que las invertasas apoplsmicas o

de pared hidrolizan la sacarosa en hexosas para su transporte al interior de la clula (ej caa de

azcar, Figura 1).


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Figura 1: Descarga en los sumideros. Tipos de descarga: 1: descarga simplstica, 2: descarga

apoplstica, 3: descarga apoplstica con hidrlisis por invertasa (inv). 4: descarga simplstica

seguida por liberacin al apoplasto

La sacarosa es utilizada en la alimentacin como edulcorante y como excipiente de tabletas,

comprimidos y otras formas farmacuticas de suministro oral. Las principales fuentesindustriales de sacarosa son la caa de azcar y la remolacha azucarera. La caa de azcar

Saccharum officinarum, Gramineae, originaria de la India, es cultivada en las regiones

tropicales y subtropicales. Su utilizacin como fuente de azcar data desde el siglo XV;

contiene entre 15 y 20% de sacarosa, obtenindose por expresin en molinos, el zumo

obtenido, es sometido a defecacin por calor, filtrado y concentrado hasta cristalizacin.

Las melazas residuales sirven para la fabricacin de ron.

La remolacha azucarera Beta vulgaris, Chenopodiaceae, es cultivada en las regiones

templadas, de las races se extrae entre 15 y 20% de sacarosa.


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1.2 OLIGOSACARIDOS

En los vegetales adems se acumulan otros carbohidratos derivados de la glucosa por

adicin ya sea, de una o varias molculas de galactosa, fructosa o glucosa (Tabla 1).

Tabla 1: Oligosacridos presentes en vegetales

La incorporacin de Glu puede realizarse sobre la en distintos puntos de la molcula y con enlaces

tipo como en la seri e de la raf inosao como en la gencianosa; o sobre la mitad de fructosa tal el

caso de la kestosa. El grado de polimerizacin de estos oligosacridos no supera 9, resultando

bastante inferior al de los fructosanos y almidn.

De estos compuestos por su importancia y significacin se destacan los de la familia de la rafinosa

razn por la que profundizaremos en su estudio.

Figura 2: Oligosacridos de la serie de la rafinosa (a: UDPGalactosil transferasa).

a


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El galactinol (1-0- -D-galactopiranosil-mioinositol, Figura 2) fue encontrado entre otros vegetales

en remolacha azucarera. Como su nombre lo indica el galactinol es un galactsido del inositol. La

biosntesis del galactinol es efectuada por la enzima UDPGal: inositol galactotransferasa

(UDPGalactosil transferasa). La enzima requiere Mn2+ para su actividad. El galactinol funciona

como un donante de galactosa durante la biosntesis de los galactosil-derivados de la sacarosa

conocidos como oligosacridosde la serie de la rafinosa. Los restantes miembros de la serie de la

rafinosa se forman por aadido de una nueva molcula de galactosa unida por unin (1-6) a la

galactosa del trmino precedente. Se han aislado y caracterizado algunos miembros de la serie: un

trisacrido (Rafinosa), un tetrasacrido (Estaquiosa), un pentasacrido (Verbascosa) y un

hexasacrido (Ajugosa). La serie de la rafinosa puede ser encontrada en semillas de leguminosas, en

cereales, en algodn, y en las Labiadas que se caracterizan por ser ricas en estaquiosa.

2. C, S y O Glicsidos

Se trata de compuestos ampliamente distribuidos en el reino vegetal que se caracterizan por estar

formados por una porcin no glicosdica (aglicona) que puede tener distintos orgenes dentro del

metabolismo primario y secundario; y una parte glicosdica constituda ya sea por mono u

oligosacridos.

Inicialmente estos compuestos fueron considerados como productos finales del metabolismo; sin

embargo hoy en da se acepta que pueden actuar como reservas de carbohidratos y como

estabilizantes en forma no txica de compuestos fenlicos. Tambin se ha sugerido que algunos

glicsidos complejos tales como el flavonol glicsido que contiene oligosacridos en su estructura

pueden servir de primer para la biosntesis de polisacridos o glicoprotenas.Segn el tipo de unin que presenten entre la porcin aglicona y la mitad de azcar, se clasifican en

C, O y S glicsidos.

1.

C-Glicsidos: la unin entre ambas mitades de la molcula es de tipo CC. Se trata de

glicsidos no muy conocidos y de distribucin ms bien restringida con relacin a los otros

grupos. Entre estos tenemos a la vitexina que es un derivado de flavona.

2.

O-glicsidos: Entre estos tenemos a los denominados glicsidos cianognicos. Como

ejemplos podemos mencionar a la durrina (0--D-glucopiranosil-(1->2)-4-hidroxi-L-madelonitrilo) aislada del sorgo y del lino y a la prunasina (O--D-glucopiranosil- (1->2)-

L-mandelonitrilo, obtenida de las almendras amargas. Estos glicsidos derivan de los

aminocidos tirosina y fenilalanina respectivamente. Otros O-glicsidos incluyen la

arbutina (4-hidroxifenil--D-glucopiransido) aislada de germen de trigo y la rutina (0--

ramnosil-(1->6) -D-glucopiranosil-(1->3) quercitina que se encuentra en la ruda (Ruta


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graveolens). Con relacin al metabolismo de los O-glicsidos, se ha demostrado en las

plantas enteras que dichos compuestos son degradados hasta aminocidos, especialmente

asparagina. El primer paso en el metabolismo incluye la liberacin de la mitad glicosdica

por accin de -glicosidasas. Por el contrario en las plantas lesionadas o daadas el

metabolismo conduce a la liberacin de cido cianhdrico en una reaccin catalizada por

enzimas especficas. Entre estas enzimas podemos mencionar la emulsina que se encuentra

en las almendras amargas y que resulta especfica para glicsidos cianognicos aromticos;

y la linamerasa aislada del lino que cataliza la hidrlisis de glicsidos tanto aromticos

como alifticos. El cido cianhdrico liberado resulta txico para los herbvoros que

ingieren las plantas que contienen tales compuestos. El hecho de que cido cianhdrico se

libere solo cuando las plantas sufren dao llevan a suponer que dichos glicsidos tendran

tambin una funcin disuasoria frente al posible ataque de organismos depredadores. Con

relacin a la quimiotaxonoma se ha demostrado que en el caso de las plantas inferiores

(helechos) los glicsidos cianognicos derivan de la fenilalanina; en las gimnospermas lo

hacen de la tirosina; en tanto que en las angiospermas lo hacen de ambos aminocidos. Una

excepcin a esto lo constituyen los compuestos aislados de las acacias de Sudfrica que

provienen de la leucina.

Glicsido Fuente vegetal

Amigdalina Prunus amigdalus

Linamarina Linum usitatissimum

Prulaurasina Prunus laurocerasus

Manihotoxina Manihot utilissima

Durrina Sorghum vilgare

Sambunigrina Sambucus nigra

Prunasina Prunus serotina

3.

S-glicsidos: son compuestos que contienen S en su molcula (tioglicsidos). Entre estos

tenemos a los glucosinolatos. La porcin aglicona de los glucosinolatos es parecida a la de

los glicsidos cianognicos y deriva tambin de aminocidos. Son abundantes en plantas

dicotiledneas. Como ejemplos de estos compuestos tenemos el desulfobenzil-

glucosinolato (glucotropaeolina) aislado de T. majus que deriva de la fenilalanina. El

triptfano sirve como precursor de los indolglucosinolatos, los cuales se encuentran

ampliamente distribuidos entre las Cruciferaceas. Como ejemplo podemos mencionar la


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glucobrassicina que se halla en el repollo. Con relacin al metabolismo de estos compuesto

cuando las plantas son daadas se produce la liberacin de isotiocianatos, tiocianatos,

nitrilos y S elemental. Las reacciones que conducen a estos productos son catalizadas por

enzimas genricamente denominadas tioglicosidasas como ejemplo de ellas podemos

mencionas la mirosinasa que se encuentra en la mostaza. Los isiotiocianatos son los

responsables de los sabores picantes y olores caractersticos que presentan los vegetales

ricos en glucosinolatos.

Aunque menos txicos que los glicsidos cianognicos los glucosinolatos tambin causan efectos

nocivos en los predadores; por lo que al igual que aquellos cumplen funciones de proteccin. En lo

referente a la quimiotaxonoma los glucosinolatos son principalmente abundantes en las familias

cruciferasa, capparidacea y moringcea.

3. POLISACRIDOS

La unin de muchas unidades de monosacridos (ms de 20) mediante enlaces glicosdicos da lugar

a polmeros, algunos de ellos de elevadsimo peso molecular, llamados polisacridos. Se dividen en

dos grandes grupos: polisacridos simples (si estn formados a partir de monosacridos simples) y

polisacridos derivados (si estn formados a partir de monosacridos y molculas ms complejas).

Tambin es posible distinguir entre homopolisacridos, en los que siempre se repite el mismo

monosacrido y heteropolisacridos, compuestos por ms de un monosacrido que puede

considerarse como la repeticin de un disacrido. Tanto unos como otros pueden ser polmeros

lineales o ramificados (Figura 3).


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Figura 3: Estructura de los polisacridos

Desde el punto de vista funcional, encontramos polisacridos de reserva como el almidn, el

glucgeno y los dextranos, y polisacridos estructurales como la celulosa, la quitina y los

glicosaminoglicanos. La funcin informativa que caracteriza a los oligosacridos no est presente

en los polisacridos, ya que su estructura repetitiva no contiene, obviamente, informacin. Los

polisacridos pueden unirse con las protenas para dar lugar a los proteoglicanos del tejido

conjuntivo y al peptidoglicano de la pared bacteriana.

3.1 ALMIDN

Constituye la forma ms generalizada, aunque no la nica, de reserva energtica en vegetales. Se

almacena en forma de grnulos, y puede llegar a constituir hasta el 70% del peso de granos (maz y

trigo) o de tubrculos de papa. El anlisis de la estructura del almidn demuestra que es una mezcla

de otros dos polisacridos: la amilosa y la amilopectina (Figura 4). La proporcin de ambos

polisacridos vara segn la procedencia del almidn pero, por lo general, la amilopectina es la ms

abundante (alrededor del 80% del total). La longitud de las cadenas de glucano, proporcin de

amilosa-amilopectina y el grado de ramificacin de esta ltima define drsticamente el tamao,

estructura del grnulo y utilidad del almidn particular de cada especie (Tabla1). Una caracterstica

determinante del almidn es la cristalinidad que puede medirse por la amplitud de la dispersin del

ngulo de difraccin de los rayos X y hace referencia a los almidones tipo A (encontrado en la

mayora de los cereales), tipo B (encontrado en la mayora de los tubrculos) y tipo C (mezcla de

ambas formas encontrada en las legumbres).


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La amilosa es un polmero lineal formado por unidades de -D-glucopiranosa, unidas

exclusivamente por enlaces (1-4). El nmero de monmeros de la molcula depende de la

procedencia del almidn: alrededor de 1000 en el caso de la papa y 4000 en el caso del trigo. La

amilosa se disuelve fcilmente en agua, adquiriendo una estructura secundaria caracterstica, de

forma helicoidal, en la que cada vuelta de la hlice comprende 6 unidades de glucosa. El iodo se

une a esta hlice y permite teir el almidn de un color azul muy intenso.

La amilopectina tiene un peso molecular mucho mayor que la amilosa puede contener cientos de

miles o millones de monmeros de -D-glucopiranosa. Es un polmero ramificado, en el que las

cadenas principales estn formadas por mosacridos unidos mediante enlaces glicosdicos (1 -4) y

donde cada rama se une a la cadena principal mediante enlaces glicosdicos (1-6). Estas

ramificaciones estn regularmente espaciadas (cada 25-30 residuos de glucosa) y cada rama est

formada exclusivamente por uniones (1-4).

Sntesis: Aparentemente la ruta postulada para la biosntesis de almidn es relativamente simple e

involucra tres enzimas: la ADP- glucosa pirofosforilasa (AGPasa), la sintetasa de almidn (SS) y la


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enzima de ramificacin del almidn (SBE). Sin embargo, se ha demostrado la participacin de

varias isoformas de estas enzimas y otras enzimas adicionales que estn de alguna manera

involucradas en el proceso. Las isoformas difieren en su expresin tisular y temporal, en las

propiedades cinticas y en los productos (Dennis y Blakeley, 2000; Santacruz et al.,2002). La

sntesis del almidn comienza con la unin de dos triosas fosfato formando fructosa 2, 6-Bisfosfato.

Una fosfatasa (fructosa 1, 6 bisfosfatasa) elimina uno de los fosfatos formando fructosa 6-fosfato

que es isomerizada a glucosa 6-fosfato para pasar despus a glucosa 1-fosfato por accin de la ADP

glucosa pirofosforilasa; se invierte una molcula de ATP y se obtiene la ADP-Glucosa y pirofosfato

que es hidrolizado a fosfato inorgnico por accin de una pirofosforilasa. La ADP-Glu es la unidad

que se acaba aadiendo a la cadena en formacin por accin de la almidn sintasa.

Degradacin: La amilasa apoplstica (- amilasa) presente en las paredes celulares de los rganos

en crecimiento de gramneas cataliza la hidrlisis y remocin de unidades sucesivas de maltosa del

extremo no reducido de la cadena de glucanos. La -amilasa hidroliza los enlaces glucosil -(1-4)

del almidn, genera malto oligosacridos lineales y ramificados que a su vez producen glucosa,

maltosa y un amplio rango de -dextrinas lmite. La fosforilasa del almidn tambin puede degradar

los enlaces glicoslicos produciendo glucosa fosfato libre.

Los almidones constituyen la principal fuente de carbohidratos para el ser humano. La industria de

almidones genera mundialmente riqueza econmica y social (valor estimado de US$20 mil

millones). En el caso del maz existe una amplia variabilidad de mutaciones que dan lugar a

diferentes tipos de almidn (ceroso, dulce, opaco, tipo crispeta, etc) las cuales han sido ampliamente

explotadas. En otros cultivos, entre ellos la yuca, no se han identificado mutaciones naturales delalmidn (FAO/FIDA, 2000).

El almidn tambin es muy usado como excipiente en formas farmacuticas. Desde el punto de

vista alimenticio, las metas dietticas actuales recomiendan un 48% en el consumo de almidones

en relacin a la dieta total. Los almidones son menos cariognicos. Ms an, estos polisacridos

reducen las posibilidades de una hipoglicemia reactiva, ya que debido a su estructura compleja,

entran en la sangre lentamente, lo cual no aumenta sbitamente los niveles de glucosa en la

sangre ni estimula la produccin exagerada y continua de insulina. Adems, las fculas son

fuentes de diversas vitaminas y minerales (particularmente en su forma granulada).

3.2. CELULOSA

Se puede considerar como la molcula orgnica ms abundante en la naturaleza. Es un polmero

lineal de varios miles de glucosas unidas por enlaces (1 -4). Es muy estable qumicamente e

insoluble en agua. Las cadenas lineales de celulosa forman unas estructuras cristalinas denominadas

microfibrillas, con un dimetro de entre 20 y 30 nm y formadas por unas 2000 molculas de


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celulosa entre las cuales se establecen mltiples puentes de hidrgeno entre los grupos hidroxilo de

cadenas de celulosa yuxtapuestas, hacindolas impenetrables al agua, y originando unas fibras

compactas que constituyen la pared celular de las clulas vegetales

En las plantas cumple la funcin de sostn y estructurales de las clulas: soporta la presin osmtica

y proporciona turgencia a las clulas; otorga proteccin mecnica entre otras funciones (ver

Captulo 1). Desde el punto de vista alimenticio, constituye las llamadas fibras insolubles ya que

pueden absorber volmenes de agua relativamente grandes. Alrededor del 43% de la celulosa

que entra en los intestinos puede ser digerida por la flora bacterial que se encuentra all.

3.3. Mucopolisacridos

Representan polisacridos altamente ramificados. Su cadena principal se compone de cido

manoso-galacturnico, y cido ramnso-galaturnico. Los mucilagos contienen en adicin, una

molcula de arabinosa-xilosa. Se encuentran en las estructuras secretorias de plantas, en

exudados en ltex de ciertas plantas comoHevea brasiliensis, salvado de avena, avena, cebada,

y en semillas como en el caso de los mucilagos (Plantago major, Llanten sp). Entre sus

aplicaciones en la industria farmacutica, constituyen las llamadas fibras solubles, por lo que

son usados como laxantes naturales ya que al absorber agua aumentan el volumen intestinal

favoreciendo el peristaltismo y con ello la evacuacin. Encontramos, adems que sirven para

disminuir el vaciado gstrico, provee material fermentable para las bacterias colnicas con

produccin de gas y cidos grasos voltiles, se enlaza con agua y los cidos biliares Forman

gomas vegetales (arbica, tragacanto, guar y xanthan); se utilizan en muchos productos como


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sustancias hidrfilas, espesadoras y estabilizadoras; forma gel por lo que se usa en la industria

farmacutica para la preparacin de formas farmacuticas semislidas.


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