Los Carbohidratos: Componentes Esenciales en Plantas y Animales

Introducción

Los carbohidratos o sacáridos son compuestos esenciales que se pueden encontrar en todos los tipos de organismos vivos, además están catalogadas como la clase más abundante de células biológicas, después de las proteínas. La denominación de carbohidrato o hidratos de carbono, proviene de la formula química por el cual están compuestos, ya que son moléculas que poseen Hidrogeno, Carbono y Oxígeno.

La unidad básica de los carbohidratos que se conoce como la más sencilla, es la molécula de azúcar o los monosacáridos, el resto de la clasificación de carbohidratos están constituidos por moléculas de monosacáridos. Los polímeros que contienen de dos a cuatro unidades de monosacáridos son nombrados como: Disacárido, Trisacárido y oligosacáridos respectivamente, y de cinco unidades en adelante se nombran como polisacáridos.Muchos polisacáridos juegan el papel de elementos estructurales en las paredes celulares de los microorganismos tanto unicelulares, como en las plantas superiores.

Desarrollo

Son constituyentes de un gran porcentaje de materia orgánica presente en el planeta, esto se debe a las diversas funciones que realizan en los seres vivos. Energéticamente el papel de los carbohidratos en las células es de mucha importancia, y esto lo podemos resumir en los siguientes puntos:

  •  Primeramente, los carbohidratos sirven como almacenes de energía para ser utilizados posteriormente, además de combustibles e intermediarios metabólicos.
  •  Otro punto es que dos de los azucares, ribosa y desoxirribosa constituyen un fragmento de la rama estructural del ADN y ARN.
  •  Seguidamente y quizás el punto más importante para temas de investigación de este trabajo, los polisacáridos son parte importante a nivel estructural de la pared celular de bacterias, plantas y del exoesqueleto de los artrópodos.
  •  En cuarto lugar, las moléculas de carbohidratos pueden unirse a los lípidos y las proteínas, con ello dan origen a nuevas moléculas que buscan actuar como lubricante de las articulaciones del esqueleto, como adherentes entre las células y para conferir especialidad biológica a lo largo de la superficie de las células en los animales.

Generalidades de la Pared Celular de las Plantas

La pared celular de las plantas, es conocida por ser una organización compleja y dinámica, compuesta en mayor medida por polisacáridos con alto peso molecular, proteínas glicosiladas y compuestos fenólicos, como lo son las ligninas. Esto tiene una afección directa en la tasa y la realización del desarrollo de la planta, a niveles celulares, de morfología y funcionalidad. Además, está implicada en el reconocimiento de las células, las interacciones entre la planta y los patógenos, y por la resistencia a estrés.

Fuente: 

Las características que hacen diferente a las células vegetales, es que poseen una pared celular que funciona como protección, brinda forma y dureza a la estructura. Además, ayuda a la distribución de componentes como agua, minerales y demás moléculas de menor tamaño, posee una serie de moléculas que regulan el desarrollo y da protección a la planta.

La constitución de dicha pared celular es una fase fibrilar o esqueleto, que se compone de celulosa combinada de forma ordenada por puentes de hidrógeno, otorgando propiedades cristalinas; y una fase amorfa o matriz, que se compone de hemicelulosa, pectina y glucoproteínas.

Se dice que la pared celular se puede dividir en tres segmentos: la sustancia intercelular o también denominada lámina media, la pared primaria y por último la pared secundaria. La lámina media o sustancia intercelular se inicia como una placa celular en el momento de la división celular y se caracteriza por ser amorfa e inactiva.

Está formada de compuestos pécticos, que se dan producto de la alianza de varias moléculas de ácido galacturónico con ácido péctico e iones metálicos. La pared primaria, que se encuentra en la mayoría de las células vegetales, se forma una vez culminado el proceso de la división celular, antes de que la célula desarrolle totalmente su crecimiento.

Los cambios que suele experimentar no se pueden revertir, esto por su asociación con protoplastos vivos. La pared secundaria se desenvuelve entre la pared primaria y la membrana plasmática, y esto se da cuando la célula no crece más y el volumen llega a su estado máximo.Dichas paredes se desarrollan en manera de secuencia espacial y su diferencia se basa en como se ubican las microfibrillas y en la composición de la matriz, además algunos autores indican que en la pared primaria domina la matriz amorfa, ya que se compone de hemicelulosa, polisacáridos no celulósicos, pero a su vez presenta una disminución en la fase fibrilar de 8-25%.

Por otra parte, en la pared secundaria está presente la fase fibrilar y la misma se compone de celulosa, y la matriz amorfa que contiene hemicelulosa y lignina. 

Celulosa

La celulosa es el biopolímero más abundante en la naturaleza, y además principal elemento estructural en las plantas. Se usa por sus propiedades estructurales. Ejemplos de ello son: madera para casas, algodón o rayón, papel. El algodón es la forma más pura en la que se puede encontrar la celulosa, es el que contiene las fibras más largas, por lo que suele emplearse para fabricar ropa.

La celulosa está constituida por una serie de unidades de β-glucosa, esto ayuda a las enzimas digestivas humanas a que no puedan atacarlas, es por ello que este polisacárido no tiene ningún tipo de interés alimentario por parte del hombre. Es una sustancia que no tiene color, es insoluble en agua y en la mayor parte de los disolventes de origen orgánico existentes. Si se desea disolver pueden utilizarse sustancias como hidróxido de cobre (II) porque con él se logra formar un complejo, además, en ácido clorhídrico concentrado porque se produce una degradación y como resultado se obtienen productos con un peso molecular bajo.

El organismo del ser humano no puede utilizar la celulosa como fuente de alimento, porque los jugos digestivos no cuentan con las enzimas que hidrolizan los enlaces B-glicosídicos que tiene este compuesto. Contrario a esto, los rumiantes si logran realizar este proceso, sus compartimentos estomacales poseen microorganismos que hidrolizan la celulosa antes de que llegue al intestino.

Es una biomolécula presente en la tierra, que es producida no solo por plantas sino también por organismos marinos y microorganismos. Represente alto interés económico por su función como materia prima para la industria textil y de papel, pero además de ello por ser una fuente de carbono renovable. La fuente de donde provenga le proporciona las diferentes propiedades físicas (estado cristalino, grado de cristalinidad y peso molecular). 

Pectina

Gracias a la información brindada por (Prava, 2018) , se puede decir que la pectina es una mezcla compleja de polisacáridos que constituyen una tercera parte de la sustancia seca de la pared celular de las plantas, en los pastos se encuentran en proporciones mucho más pequeñas.

Las concentraciones más altas de esta pectina, se suelen ubicar en la laminilla media de la pared celular, y disminuyen de manera gradual a medida que uno pasa la pared primaria hacia la membrana plasmática. Es utilizada como un agente gelificante, espesante y emulsionante en una gran cantidad de productos, desde alimentos hasta los farmacéuticos.

La pectina es uno de los principales responsables de las estructuras de los productos vegetales y de la viscosidad de sus zumos encontrados en el mercado. Tiene características de fluidez y turbidez deseadas por el sector alimentario, es por ello que este tipo de industria suele utilizarla en una amplia gama de productos.

Se pueden diferenciar dos clases de sustancias pécticas, dentro de este grupo de sustancias: los ácidos pectínicos, que tienen una ración pequeña de ácido galacturónico como lo son los ésteres metílicos, y también los ácidos pépticos, que únicamente poseen moléculas de ácido galacturónico no esterificado.Las sustancias pécticas se localizan en la mayor parte de los tejidos vegetales y de manera menos común en los tejidos.

Su estructura se define como un carbohidrato complejo, que contiene ácido galacturónico. Están formadas por anillos del ácido galacturónico y su cantidad tiende a variar. Estos anillos poseen un grupo carboxilo que puede o no encontrarse esterificado con metanol, o también ser neutralizado por un compuesto básico. Su masa molecular oscila entre los 50 000 y 150 000 dalton, en la Figura 1, se muestra una cadena que posee cuatro anillos de ácido.

Hemicelulosa

Está formada por diversos azúcares que forman cadenas de longitud más cortas en comparación con la celulosa, además posee una serie de ramificaciones. Los azucares que la componen se dividen en: pentosas, hexosas, ácidos hexurónicos y deoxihexosas. Su contenido es muy diferente de una especie a otra, tanto por su variedad como por su cantidad. 

Las hemicelulosas se dividen en cuatro clases de moléculas, que varían en sus patrones de distribución y en su localización, ellos son: Xilanos, D-manoglicanos, B-glucanos y Xiloglucanos. Su función depende en gran medida de la composición de la especie vegetal, pero las principales son de tipo biológicas.Por ser polisacáridos de membrana, se sintetizan mediante azúcares nucleótido activados, los mismos son utilizados por las enzimas glicosiltransferasas que provienen del complejo de Golgi y son las encargadas de que se formen los enlaces entre los monómeros y el polímero que se quiere sintetizar. 

Carbohidratos en la Producción Animal

Estos componentes son la principal fuente de energía en rumiantes, juegan un papel primordial como precursores de azúcar y grasa. Los microorganismos que pueden ser encontrados en el rumen permiten que se obtenga energía a partir de carbohidratos con alto contenido de fibra como lo son la celulosa y hemicelulosa, estos se ubican unidos a la lignina en la pared celular de las plantas.

La fibra posee un volumen bastante elevado, y logra retenerse en el rumen del animal que es el punto donde la celulosa y la hemicelulosa logran realizar una fermentación lenta. Durante el proceso de maduración de la planta, el contenido de fibra se eleva por el contenido de lignina que posee producto de ello se reduce el nivel de fermentación de estos dos componentes en el rumen del animal.

Cuando el animal no tiene suficiente fibra en su organismo, se presentan consecuencias como desordenes en la digestión, desplazamiento del abomaso (último compartimento del estómago de la vaca) y acidosis en el rumen. En animales rumiantes es de suma importancia el consumo de carbohidratos de tipo estructural, estos son primordiales en el desarrollo anatómico del animal y en el proceso de la rumia. La degradación de la celulosa y hemicelulosa depende de una serie de factores dentro de los cuales se ubican: la especie del forraje, madurez del forraje, año, área geográfica, clima y las prácticas agronómicas que fueron empleadas para su producción.

Estos animales deben consumir la cantidad necesaria de fibra para una correcta estimulación de la rumia y salivación, la única manera de lograrlo es mediante la implementación de un sistema de alimentación que combine en las proporciones adecuadas la ración de forrajes y concentrado que la dieta requiere. En países como Europa y el Reino Unido, se opto por la alimentación de animales con alimentos de origen vegetal con un alto contenido de carbohidratos estructurales, esto debido a que las autoridades sanitarias de esos países prohibieron el suministro de alimentos con contenido de harinas de carne y hueso u otros subproductos de origen animal.

Esta decisión fue tomada después de que se comprobó que el consumo de este tipo de alimentos esta fuertemente ligada a la aparición de Encefalopatía Espongiforme Bovina, ya que por la alta demanda de piensos para animales utilizaban carcasas de ovejas para la producción de las harinas mencionadas, y en algunos casos provenían de ovejas muertas por causa de scrapie, una enfermedad neurodegenerativa que afecta a este tipo de animales. 

Conclusión

La unidad básica de los carbohidratos que se conoce como la más sencilla, es la molécula de azúcar o los monosacáridos, el resto de la clasificación de carbohidratos están constituidos por moléculas de monosacáridos. Los polímeros que contienen de dos a cuatro unidades de monosacáridos son nombrados como: Disacárido, Trisacárido y oligosacáridos respectivamente, y de cinco unidades en adelante se nombran como polisacáridos.Muchos polisacáridos juegan el papel de elementos estructurales en las paredes celulares de los microorganismos tanto unicelulares, como en las plantas superiores.

Los Polisacáridos están formados por una unión de un gran grupo de monosacáridos, se pueden subdividir en dos grupos; Homopolisacáridos y Heteropolisacáridos, esto va depender de las variaciones en cuanto a las unidades de monosacáridos que los constituyan, para efectos del presente proyecto se abarcaran la celulosa (Homopolisacáridos), la hemicelulosa (Heteropolisacárido) y la pectina (Heteropolisacárido), ya que estos forman en las plantas parte de su pared celular.

03 Jun 2021
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