La amilopectina / ˌ æ m ɪ l oʊ ˈ p ɛ k t ɪ n / es un polisacárido [1] [2] insoluble en agua y un polímero altamente ramificado de unidades de α- glucosa que se encuentran en las plantas. Es uno de los dos componentes del almidón , siendo el otro la amilosa .
Las plantas almacenan almidón dentro de orgánulos especializados llamados amiloplastos . Para generar energía, la planta hidroliza el almidón liberando las subunidades de glucosa. Los humanos y otros animales que comen alimentos vegetales también usan amilasa , una enzima que ayuda a descomponer la amilopectina, para iniciar la hidrolización del almidón. [3]
El almidón está compuesto por aproximadamente entre un 70% y un 80% de amilopectina en peso, aunque varía según la fuente. Por ejemplo, varía desde un contenido porcentual más bajo en el arroz de grano largo, la amilomaize y las patatas russet hasta el 100 % en el arroz glutinoso , el almidón de patata ceroso y el maíz ceroso . La amilopectina está muy ramificada y está formada por entre 2.000 y 200.000 unidades de glucosa. Sus cadenas internas están formadas por 20 a 24 subunidades de glucosa.
El almidón de amilopectina disuelto tiene una menor tendencia a la retrogradación (una recristalización parcial después de la cocción, una parte del proceso de envejecimiento) durante el almacenamiento y el enfriamiento. Por esta razón principal, los almidones cerosos se utilizan en diferentes aplicaciones principalmente como agente espesante o estabilizador .
La amilopectina es un componente clave en la cristalización de la configuración final del almidón, [4] [5] [6] y representa entre el 70 y el 80% de la masa final. [7] Compuesto de α-glucosa, se forma en las plantas como medida principal de almacenamiento de energía junto con esta métrica estructural.
La amilopectina tiene una cadena recta/lineal junto con varias cadenas laterales que pueden ramificarse aún más. Las unidades de glucosa están unidas de forma lineal con enlaces glicosídicos α(1→4) . La ramificación suele ocurrir a intervalos de 25 residuos. En los lugares de origen de una cadena lateral, la ramificación que tiene lugar lleva un enlace glicosídico α(1→6), lo que da como resultado una molécula soluble que puede degradarse rápidamente ya que tiene muchos puntos finales a los que se pueden unir las enzimas. Wolform y Thompson (1956) también han informado de enlaces α(1→3) en el caso de la amilopectina. La amilopectina contiene una mayor cantidad de unidades de glucosa (de 2000 a 200 000) en comparación con la amilosa que contiene de 200 a 1000 unidades de α-glucosa. Por el contrario, la amilosa contiene muy pocos enlaces α(1→6), o incluso ninguno. Esto hace que la amilosa se hidrolice más lentamente, pero también crea una mayor densidad e insolubilidad. [8]
La amilopectina se divide en cadenas helicoidales A y B de α-glucosa. Las cadenas A son cadenas que no llevan otras cadenas, lo que da como resultado un final final, mientras que las cadenas B son cadenas que sí llevan otras cadenas, perpetuando el polímero de amilopectina. La relación entre estos suele estar entre 0,8 y 1,4. [9] [10]
La formación de estructuras de cadena tiene un impacto directo sobre la resistencia global del conjunto polimérico; cuanto más larga sea una cadena, más diferentes serán los efectos que tendrá la amilopectina sobre la morfología del almidón. También se ha correlacionado que el empaquetamiento de cadenas, longitud de cadena entre bloques (IB-CL), tiene un impacto positivo directo en la temperatura de gelatinización de los gránulos de almidón. En conjunto, el IB-CL aumentará a medida que aumente la longitud de las cadenas B , lo que significa que a medida que aumenta la longitud de las cadenas B individuales , al igual que los bloques entre conexiones con otras cadenas. Finalmente, en general, cuanto más densamente empaquetada esté la molécula de amilopectina resultante, mayor será la resistencia del gel de almidón como unidad completa. [11]
El almidón utiliza la correlación densidad-resistencia de la amilopectina como medida para formar ladrillos densos y fuertes como base para la configuración final del almidón. La amilopectina en el almidón se forma en hélices para componer estructuras hexagonales que posteriormente se diferenciarán en almidón de tipo A (cereal) y B (alto en amilosa; tubular). Estructuralmente, A es más compacto, mientras que B es más suelto, de ahí la mayor concentración de amilosa. [12]
La categorización de la amilopectina comenzó con la primera observación en almidón en 1716 por Antonie van Leeuwenhoek , donde diferenció el almidón en dos componentes estructurales fundamentales. [13] [14]
Los términos amilosa y amilopectina no fueron acuñados hasta 1906, por los investigadores franceses Maquenee y Roux durante un estudio del almidón, donde explicaron las variaciones en las propiedades de los almidones según la mezcla de estas sustancias relacionadas y la sacarificación variable por el extracto de malta. [15] [14] Desde entonces y durante la década de 1940, la investigación se centró en varios métodos de separación, como la precipitación fraccionada o enzimáticamente. [14] [16] Esto dio lugar a la definición de Meyer de amilosa y "reservar el nombre de amilopectina a los carbohidratos que son moléculas ramificadas, degradadas por la b-amilasa sólo a la etapa de dextrina residual ". [14] [17] Meyer también propuso el modelo de estructura en forma de árbol para la amilopectina. [dieciséis]
El modelo estructural actualmente aceptado fue propuesto en 1972, basado en la organización en racimos de estructuras de doble hélice. [16] Desde entonces se han propuesto otros modelos, como el modelo Bertoft BB, o modelo de bloques de construcción y columna vertebral en 2012. Este modelo afirma que las cadenas cortas son los bloques de construcción estructurales y las cadenas largas la columna vertebral para transportar los bloques de construcción, y que el diferentes longitudes de cadena están separadas por su posición y dirección de alargamiento [16] [18]
Tanto la formación como la degradación de la amilopectina son importantes para los procesos metabólicos de los organismos. La amilopectina es uno de los dos componentes dominantes del almidón, y el almidón es una molécula de almacenamiento eficaz de energía. Debido a esto, se sintetiza y descompone en la mayoría de las plantas y cianobacterias . De hecho, la amilopectina parece rivalizar con el glucógeno , la molécula de almacenamiento de energía en los animales, porque es capaz de almacenar más unidades de glucosa y, en adelante, más energía. [19] [20]
La síntesis de amilopectina depende de los esfuerzos combinados de cuatro enzimas diferentes . Estas cuatro enzimas diferentes son: [16] [19] [21]
La amilopectina se sintetiza mediante el enlace de enlaces glicosídicos α(1→4) . La extensa ramificación de la amilopectina (enlace glicosídico α(1→6)) es iniciada por BE y esto es lo que diferencia a la amilosa de la amilopectina. DBE también es necesario durante este proceso de síntesis para regular la distribución de estas ramas. [19] [22]
La descomposición de la amilopectina se ha estudiado en contexto con la descomposición del almidón en animales y humanos. El almidón se compone principalmente de amilopectina y amilosa, pero se ha demostrado que la amilopectina se degrada más fácilmente. Lo más probable es que la razón se deba a que la amilopectina está muy ramificada y estas ramas están más disponibles para las enzimas digestivas. En cambio, la amilosa tiende a formar hélices y a contener enlaces de hidrógeno . [23]
La degradación del almidón depende, entre otras, de tres enzimas: [16] [19] [21]
Hay enzimas que intervienen en la síntesis y degradación de la amilopectina que tienen isoformas que muestran diferentes relaciones con proteínas y otras enzimas. Por ejemplo, existen muchas versiones de SS (Starch Synthase). Incluso la tercera isoforma (SS-III) tiene dos versiones diferentes. Se cree que tanto SS-I como SS-II desempeñan un papel en el alargamiento de las cadenas de ramas de amilopectina. [21] También se cree que SS-IV es responsable de la estructura similar a una hoja de los grupos de gránulos de almidón. [24]
La amilopectina es el carbohidrato más común en la dieta humana y se encuentra en muchos alimentos básicos. Las principales fuentes de amilopectina del consumo de almidón en todo el mundo son los cereales como el arroz, el trigo y el maíz, y los tubérculos, la papa y la yuca. [25] Al cocinar, la amilopectina del almidón se transforma en cadenas de glucosa fácilmente accesibles con propiedades nutricionales y funcionales muy diferentes. [26] Durante la cocción a fuego alto, los azúcares liberados por la amilopectina pueden reaccionar con los aminoácidos a través de la reacción de Maillard , formando productos finales de glicación avanzada (AGE), que aportan aromas, sabores y textura a los alimentos. [27]
La relación amilosa/amilopectina, el peso molecular y la estructura fina molecular influyen en las propiedades fisicoquímicas, así como en la liberación de energía de diferentes tipos de almidones, [28] lo que afecta la cantidad de calorías que las personas consumen de los alimentos. La amilopectina también se usa a veces como suplemento de entrenamiento debido a esta densidad calórica y una correlación con la síntesis de proteínas musculares [29] [30].
Industrialmente, la amilopectina se utiliza como estabilizador y espesante, como el almidón de maíz. La amilopectina también se ha utilizado ampliamente para el desarrollo de películas de recubrimiento comestibles debido a su abundancia, rentabilidad y excelentes capacidades de formación de películas. Las películas a base de amilopectina tienen buenas propiedades ópticas, organolépticas y de barrera a los gases, sin embargo, tienen malas propiedades mecánicas. Se han realizado muchos intentos para superar estas limitaciones, como la adición de cobiopolímeros u otros aditivos secundarios para mejorar las propiedades mecánicas y de tracción de las películas. Las propiedades de las películas a base de amilopectina pueden verse influenciadas por muchos factores, incluidos los tipos de almidón, la temperatura y el tiempo durante la formación de la película, los plastificantes, los cobiopolímeros y las condiciones de almacenamiento. [31]
Históricamente, existe un uso establecido desde hace mucho tiempo del almidón en aplicaciones de encolado para textiles. Como componente del almidón, la amilopectina es responsable de la retrogradación o reordenamiento cristalino del almidón, lo que añade rigidez. [32]
Este efecto de rigidez se utiliza en varios procesos de la industria textil, como la impresión y el prensado, para mantener la forma de un tejido a lo largo del tiempo. La amilopectina también se utiliza como apresto de hilos, para reforzar y proteger las fibras de la abrasión y rotura durante el tejido. [33]
El almidón y la amilopectina se utilizan a menudo en fórmulas adhesivas [34] y se examinan cada vez más para su uso posterior en la construcción [35].
La amilopectina ha experimentado un aumento en su uso en aplicaciones biomédicas debido a sus factores fisiológicos, su facilidad de disponibilidad y su bajo costo. En concreto, la amilopectina tiene propiedades bioquímicas muy ventajosas debido a su prevalencia como polisacárido natural . Esto provoca una alta sensación de biocompatibilidad con las células y moléculas del cuerpo. La amilopectina también es capaz de biodegradarse en alto grado debido a su alto sentido de reticulación con enlaces 1,6 glicosídicos. El cuerpo descompone fácilmente estos enlaces, puede reducir el peso molecular, exponer ciertas regiones e interactuar ciertos enlaces con factores clínicos. También se han investigado varios métodos de modificación físicos, químicos y enzimáticos de la amilopectina. Estos, generalmente, permiten propiedades mejoradas y controlables que pueden seleccionarse para el campo de investigación realizado. El papel principal de la amilopectina, clínicamente, está en su integración en el almidón. La función y estructura de la amilopectina se basa en su integración con la amilosa y otras moléculas unidas. Separar estas moléculas y la amilopectina aislada es bastante difícil para los investigadores. [36]
La administración de fármacos se refiere a la tecnología utilizada para presentar un fármaco en una región predeterminada del cuerpo para su emisión y absorción. Los principios relacionados con la vía de administración, el metabolismo, el sitio de direccionamiento específico y la toxicidad son los más importantes en este campo. Los medicamentos administrados por vía oral (a través de la boca) generalmente están encapsulados en alguna estructura para protegerlos de respuestas inmunes y biológicas. Estas estructuras tienen como objetivo mantener el fármaco intacto hasta su sitio de acción y liberarlo en la dosis correcta cuando se expone a un marcador específico. Para ello se suele utilizar almidón de maíz y de patata, ya que contienen entre un 60 y un 80 % de amilopectina. Se utilizan principalmente en preparados sólidos: polvos, gránulos, cápsulas y tabletas. Como polisacárido natural, tiene una naturaleza compatible con estructuras y moléculas anatómicas. Esto previene cualquier tipo de respuesta inmune negativa, que es un tema muy controvertido en la administración de fármacos. [37] La biodegradabilidad del almidón le permite mantener el fármaco intacto hasta llegar a su sitio de acción. Esto permite que el medicamento evite situaciones de pH bajo como el sistema digestivo . [38] El almidón nativo también se puede modificar de forma física, química y enzimática para mejorar las propiedades mecánicas o bioquímicas. Dentro de la administración de fármacos, la modificación física incluye el tratamiento bajo fuerzas mecánicas, calor o presión. Las modificaciones químicas intentan alterar la estructura molecular, lo que puede incluir la ruptura o adición de enlaces. El tratamiento del almidón con enzimas puede permitir una mayor solubilidad en agua.
La ingeniería de tejidos tiene como objetivo generar construcciones funcionales que puedan reemplazar o mejorar tejidos u órganos completos dañados o infectados. Muchas de estas construcciones provocan tejido infectado alrededor del área del implante. Recubrir estos materiales con amilopectina permite reducir esta reacción infecciosa. Dado que la amilopectina se utiliza principalmente como recubrimiento alrededor de estas construcciones, previene las siguientes reacciones inmunes. Dado que la amilopectina se deriva directamente de un polisacárido natural, se integra bien con los tejidos y las células. Sin embargo, las propiedades mecánicas de la amilopectina no son óptimas debido a su alto nivel de reticulación. Esto se puede evitar mediante la formación de fibras de amilopectina o formando un nanocompuesto con otro polímero más rígido.
Las fibras a base de amilopectina se han fabricado principalmente mezclando almidones nativos o modificados con polímeros, plastificantes, reticulantes u otros aditivos. La mayoría de las fibras a base de amilopectina se fabrican mediante hilado electrohúmedo; sin embargo, se ha demostrado que el método es adecuado para almidones con un contenido de amilopectina inferior al 65% y sensible al contenido de amilopectina de los almidones. El electrohilado permite que la amilopectina se coagule y forme un filamento. Los almidones fibrosos inducen un material más denso, lo que puede optimizar las propiedades mecánicas del almidón. [39] Las fibras de los biomateriales se pueden utilizar para la ingeniería de tejido óseo como entorno adecuado para la reparación y regeneración del tejido óseo. El hueso natural es un material compuesto complejo formado por una matriz extracelular de fibras mineralizadas que contienen células vivas y moléculas bioactivas. En consecuencia, el uso de fibras en andamios basados en biomateriales ofrece una amplia variedad de oportunidades para replicar el desempeño funcional del hueso. [40] En la última década, las técnicas basadas en fibras, como el tejido, el tejido, el trenzado, así como el electrohilado y la escritura directa, han surgido como plataformas prometedoras para realizar construcciones de tejidos en 3D. [41]
La nanociencia y la nanotecnología han ido surgiendo como una tecnología para el desarrollo de diversos materiales híbridos y compuestos para aplicaciones biomédicas. Cuando los nanomateriales se utilizan para el desarrollo de compuestos en biología, se denominan bionanocompuestos. Los bionanocompuestos se han utilizado en ingeniería de tejidos para reemplazar, soportar o regenerar células, órganos o partes de la entidad humana de modo que pueda funcionar con normalidad.
Los bionanocompuestos a base de amilopectina son otra clase importante de bionanomateriales, que son biodegradables, con propiedades mecánicas, transparencia óptica, estabilidad térmica y propiedades de barrera más altas que el almidón termoplástico. [42] Junto con otros nanomateriales como nanocristales de celulosa, nano-ZnO, nanoarcilla y polímeros sintéticos biodegradables, el almidón es uno de los materiales más populares para la preparación de bionanocompuestos para diversas aplicaciones biomédicas, como la liberación controlada de fármacos, andamios para ingeniería de tejidos, y cemento para la regeneración ósea. [43] La amilopectina generalmente se combina con un polímero sintético con mayor módulo elástico y límite elástico. Esto permite que el almidón resista el mayor flujo de fluido y las fuerzas mecánicas que prevalecen en el tejido óseo, cardíaco y endotelial. [44]
La amilopectina pura que no se ha degradado es fácilmente soluble en agua fría.Se requiere suscripción para el acceso en línea.
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) CS1 maint: others (link)