Ejercicio resuelto de Glúcidos · Biología · País Vasco · 2024

Opción 1B (2,5 puntos)
A pesar de estar formadas por la misma molécula básica, la celulosa y el almidón tienen funciones y estructuras muy diferentes.

a) (1,0 punto) ¿De qué molécula sencilla están formadas estas dos macromoléculas? ¿En qué formas anoméricas se presentan en la celulosa y en el almidón? Nombre y describa los enlaces que unen a estos monómeros.
b) (1,0 punto) Enumere las principales funciones de estas dos macromoléculas.
c) (0,50 puntos) Exponga razonadamente la causa por la que podemos digerir el almidón y no la celulosa.

$\textbf{a) (1,0 punto) ¿De qué molécula sencilla están formadas estas dos macromoléculas? ¿En qué formas anoméricas se presentan en la celulosa y en el almidón? Nombre y describa los enlaces que unen a estos monómeros.}$

Las dos están formadas por el mismo monosacárido, la glucosa, una aldohexosa de fórmula $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$. Son, por tanto, homopolisacáridos de glucosa.

Lo que las distingue es la forma anomérica. Cuando la glucosa se cicla, el grupo hidroxilo del carbono anomérico, el carbono 1, puede quedar por debajo del plano del anillo —forma $\alpha$— o por encima —forma $\beta$—. El almidón está formado por $\alpha$-D-glucosa y la celulosa por $\beta$-D-glucosa. Esa es la única diferencia química entre ambas macromoléculas, y sin embargo basta para que sus propiedades y sus funciones sean opuestas.

El enlace que une los monómeros es en los dos casos un enlace O-glucosídico, formado entre el carbono anomérico de una glucosa y un hidroxilo de la siguiente con pérdida de una molécula de agua. En el almidón es un enlace $\alpha(1\rightarrow 4)$ a lo largo de la cadena, con ramificaciones $\alpha(1\rightarrow 6)$ cada veinticuatro o treinta glucosas en la amilopectina; en la celulosa es un enlace $\beta(1\rightarrow 4)$ y no hay ramificaciones.

La consecuencia geométrica es decisiva. El enlace $\alpha$ curva la cadena y el almidón adopta una disposición helicoidal, compacta y accesible al agua. El enlace $\beta$, en cambio, obliga a cada glucosa a girar $180^{\circ}$ respecto de la anterior, con lo que la cadena queda completamente extendida y las cadenas vecinas pueden alinearse y unirse por puentes de hidrógeno formando microfibrillas rígidas.

$\textbf{b) (1,0 punto) Enumere las principales funciones de estas dos macromoléculas.}$

El almidón tiene función de reserva energética en los vegetales. Es la forma en que la planta almacena la glucosa sobrante de la fotosíntesis, y lo hace en los amiloplastos de semillas, tubérculos y raíces. Al ser una macromolécula insoluble no altera la presión osmótica de la célula, lo que permite acumular mucha glucosa sin consecuencias, y se moviliza con facilidad hidrolizándolo cuando hace falta. Es además la principal fuente de glúcidos de nuestra dieta.

La celulosa tiene función estructural. Forma la pared celular de las células vegetales, a las que da rigidez y protección; sostiene mecánicamente a la planta, incluso a los árboles de gran porte; y limita la entrada de agua en la célula, impidiendo que estalle en un medio hipotónico. En nuestra dieta cumple además un papel indirecto como fibra alimentaria, ya que retiene agua y estimula el tránsito intestinal.

$\textbf{c) (0,50 puntos) Exponga razonadamente la causa por la que podemos digerir el almidón y no la celulosa.}$

La causa está en la especificidad de las enzimas, unida a la diferencia entre el enlace $\alpha$ y el $\beta$.

El centro activo de una enzima reconoce una geometría concreta. Nuestras amilasas —la salival y la pancreática— están diseñadas para encajar en el enlace $\alpha(1\rightarrow 4)$ del almidón, y por eso lo hidrolizan hasta maltosa y finalmente hasta glucosa, que se absorbe en el intestino.

El enlace $\beta(1\rightarrow 4)$ de la celulosa tiene una disposición espacial distinta y no encaja en ese centro activo. Hidrolizarlo exigiría una celulasa, enzima que el ser humano no posee porque no tiene el gen que la codifica. La celulosa atraviesa por ello el tubo digestivo sin digerirse y se elimina con las heces, actuando únicamente como fibra.

Los herbívoros resuelven el problema de forma indirecta: tampoco fabrican celulasa, pero albergan en su tubo digestivo —el rumen de los rumiantes, el ciego de los conejos— microorganismos simbiontes que sí la producen y que degradan la celulosa por ellos.