Química de polisacáridos y ficocoloides de micro y macro algas (página 2)

Es de esta manera como me inicio en el campo de las técnicas de espectroscopia de emisión de absorción molecular visible. Las moléculas presentan en general una absorción que es la suma de las absorciones de los diferentes grupos radicales que los conforman: Ciertos grupos llamados cromóforos, son responsables de una absorción intensa dentro de la región visible y ultravioleta por efecto de las radiaciones electromagnéticas.

Por ejemplo; la formación del oxigeno liberado por la reacción de la fotosíntesis, puede ser medido mediante un electrodo polarográfico de Clark. La intensidad dependerá de la concentración del oxigeno en la solución interna, y por ende del oxigeno ambiental.

El crecimiento de la biomasa se evalúa por la absorción a una determinada longitud de onda y las medidas de la variación de la densidad óptica de la solución de interés (el comportamiento surge de la ley de Beer-Lambert). Un espectrofotómetro nos facilita dichas mediciones.

En lo que respecta a la determinación de la concentración celular y del volumen celular promedio de las células en suspensión; se obtiene un histograma de la repetición de las células en función de su diámetro, mediante un contador coulter 7M. Alícuotas provenientes de los cultivos son inmersas en electrolitos, en donde un campo eléctrico aplicado provoca un desplazamiento de los iones (es la ley de Faraday la que rige en este caso la conducción de los llamados electrolitos).

Finalmente mencionaré el uso de viscosímetros; de electrodos de pH; de microscopios de transmisión y de barrido; de debímetros con mezclas gaseosas; de métodos de adsorción o prepolimerización entre los biocatalizadores y espumas o resinas de poliuretano del tipo HYPOL 3000 y PE 237.2; intensidad luminosa medida en watts/ m2 ; para las lámparas del tipo Gro-lux o Cool-white; y de cilindros en vidrio del tipo Air-lift para llevar a cabo los cultivos en fase estacionaria o continua.

Posteriormente, es durante mis estudios del doctorado que decido continuar mi especialización en temas relacionados con la implementación de condiciones controladas de cultivos con el objeto de lograr orientar el metabolismo en talofitas macroalgas del orden Gigartinales; de manera a favorecer la biosíntesis de galactanos a nivel de la pared celular.

Los estudios realizados por mas de 2 años y medio, me permiten aprender técnicas de análisis estructural de los polisacáridos que logran ser extraídos con mezclas de solventes orgánicos miscibles en agua y a diferentes temperaturas; a partir de diferentes partes de la macroalga (eje central, ramificaciones primarias y secundarias) que representan diferentes edades en la planta.

Es así como gracias al empleo de una derivatización de carbohidratos ( es decir formación de acetatos de alditol) y de un análisis cuali y cuantitativo por cromatografía en fase gas-líquido y con detector de ionización por flama; se logra establecer que las partes mas jóvenes del vegetal, están constituidas principalmente por residuos glucídicos (A-B)n alternados y con pocos grupos de sustitución.

Por el contrario, son las partes más maduras del vegetal, las que presentan una sustitución lateral en la unidad D-galactosa de la cadena polimérica; por residuos de azúcares metilados (4-0-metil-L-galactopiranosa).

Las implicaciones metabólicas de ésta nueva configuración estructural nos conllevan a preguntar ¿si éste fenómeno es el efecto del anabolismo o es el resultado de una degradación, seguida por una biosíntesis de novo de polímeros más o menos sustituidos? Al parecer, un aislamiento de las enzimas que participan en éstos eventos, arrojarían respuestas a nuestra hipótesis de investigación establecida.

Parte de los métodos de aislamiento y de extracción de heteropolímeros, hacen referencia a un proceso inicial de la solubilización del polímero que tendrá una localización celular específica (en la pared celular, como material estructural primario o dentro de la matriz citoplasmática asociada).

Su fraccionamiento en moléculas de menor tamaño molecular y con características de carga específicas del género y especie celular; se llevan a cabo mediante técnicas cromatográficas de intercambio iónico (DEAE-Sephadex A-50, DEAE-Sepharose CL 6B, DEAE-celulosa, etc.).

El análisis estructural de éstos fragmentos puede obtenerse de manera no destructiva por técnicas como la Resonancia Magnética Nuclear del 13C o del 1H (protón). Métodos espectrofotométricos clásicos efectúan una hidrólisis ácida de las muestras y que por descomposición dan lugar a los cromógenos (generalmente derivados furanos o pirrólicos) los que se condensan con reactivos específicos que producen productos con coloración.

Esta puede entonces ser medida en el espectro de absorción en la región visible, ultravioleta o infrarroja del espectro luminoso. Un inconveniente estriba en que éstos métodos son empíricos pues requieren de una calibración con compuestos puros conocidos y a menudo no logran establecer diferencias enantioméricas (posición Dextrógira o Levógira) entre los miembros de una misma clase de compuestos glucídicos.

Dentro de los métodos más comúnmente utilizados tenemos:

• a) antrona ácido sulfúrico

• b) fenol-ácido sulfúrico

Otra técnica es la de la pirrólisis acoplada a la cromatografía de gases y espectrometría de masas.

De manera preparativa, se cuenta también con la cromatografía de líquidos a altas presiones o resoluciones. Es así que mediante análisis conocidos de metilación, se logra establecer el tipo de anillo del carbohidrato (furano o pirano), la configuración anomérica del enlace glucosídico (a o β), así

como del tipo de enlace o el sitio de sustitución (3,6-anhidro-a-L-galactosil (1-3),β-D-galactopiranosa) unidad polimérica de repetición de la fracción neutra (agarosa) del galactano presente en la macroalga rodofita Gracilaria verrucosa y otras.

Variantes en la estructura química de polisacáridos del tipo Agar.

El patrón de substitución en la cadena lineal de polisacáridos del tipo agar, ha sido estudiado por pocos investigadores. Por ejemplo, Araki et al., (1967) encontraron que en especies como Gracilaria, los contenidos molares de residuos 6-O-metil-D-Galactosa, 4-O-metil-L-Galactosa, 2-O-metil-D-Galactosa y de L-galactosa y D-Xilosa, eran muy variables entre las diversas especies.

Las condiciones de reproducción, estacionales, de cultivo y de temperatura; logran influír de manera determinante en la calidad y composición de los polisacáridos y de su metabolismo (Craigie y Wen, 1984).

Cabe recordar que la industria de los hidrocoloides aprovecha al máximo las propiedades fisicoquímicas y bioquímicas de polisacáridos galactanos extraídos de macroalgas rodófitas (carragenanos, porfiranos y agares).

Desde el punto de vista estructural, los galactanos están constituidos por cadenas lineales formadas por residuos de Galactosa (Unidad A, (-Gal; Unidad B, (-Gal) unidas de manera alternada por enlaces (1-3) "Unidad A" y (1-4) "Unidad B". Se trata pués de polímeros formados por secuencias (A – B)n . La diferencia entre los galactanos estriba en la naturaleza enantiomérica de la Unidad B, así como por otras substituciones más o menos variadas y numerosas ( Allsobrook et al., 1974).

La estructura del agar está descrita como: 3,6-anhidro-4-O-((-D-galactopiranosil)-(-L-galactosa. La polimerización da lugar a una cadena de alto peso molecular sobre la cuál pueden unirse residuos de substitución, específicamente de éteres metílicos sobre el Carbono-6 de la D-galactosa, y en el C-6 de la L-galactosa; grupos éster-sulfato, ácido pirúvico y ácido D-glucurónico (Hirase, 1957).

Los resultados obtenidos durante la estancia de estudios de posgrado en Francia, por parte del autor de la presente nota científica; establecen las siguientes aseveraciones:

• 1) Un alto porcentaje de substitución con residuos 4-O-metil-L-galactosa, en extractos obtenidos de segmentos de ejes principales (tejido maduro) de explantes de la macroalga rodofita Gracilaria verrucosa, cultivados

bajo condiciones promotoras del crecimiento.

• 2) Altos contenidos en 6-O-metil-D-galactosa, en ramificaciones laterales primarias (tejido joven) cultivadas bajo condiciones de no-proliferación y de proliferación.

El establecimiento de un procedimiento fraccionado de extracción, permitió obtener fracciones enriquecidas con los marcadores específicos que permitiesen monitorear la evolución y metabolismo del agar, bajo condiciones cultivo controlado (proliferación y no proliferación) y en función de diversos parámetros y edad de los explantes vegetales (Ondarza et al., 1987; Karamanos et al., 1988; Karamanos et al., 1989; Ondarza, M. 1988, 1994 y 2007).

Referencias bibliográficas

Allsobrook, AJR, Nunn, JR and H. Parolis, 1974. The linkage of 4-O-methyl-L-galactose in the sulphated polysaccharide of Aeodes ulvoidea. Carbohydr. Res., 36: 139-145.

Araki, C., Arai, K. and S. Hirase, 1967. Studies on the chemical constitution of agar-agar. XXIII. Isolation of D-xylose, 6-0-methyl-D-galactose, 4-0-methyl-L-galactose and O-methyl-pentose. Bull. Chem. Soc. Japan, 40: 959-962.

Craigie, JS and ZC Wen, 1984. Effects of temperature and tissue age on gel strength and composition of agar from Gracilaria tikvahiae (Rhodophyceae) Can. J. Bot., 62: 1665-1670.

Hirase, S. 1957. Chemical constitution of agar-agar. XIX. Bull- Chem. Soc. Japan, 30: 68-79.

Karamanos, Y., Ondarza M. et al., 1988. Metabolic implications of 4-O-methyl-L-galactose substitutions on the D-Galactose Unit in agar polymers. In: Algal Biotechnology, Elsevier Publishers. Stadler, Mollion, Morvan, Christiaen (editors), Canada.

Karamanos, Y., Ondarza, M. et al., 1989. The linkage of 4-O-methyl-L-galactopyranose in the agar polymers from Gracilaria verrucosa. Carbohydr. Res., 187: 93-101.

Ondarza, M. 1985. Mise au point d´une mèthode de dosage du polysaccharide excreté par la microalgue Porphyridium cruentum immobilisée dans un film de polyuréthane. DEA (Diplôme d´Etudes Approffondies). Microbiologie.-Génie Enzymatique et bioconversions. Université de Technologie de Compiêgne, France. 1-28 pages

Ondarza, M. et al., 1987. Variations in the composition of agar polysaccharides from Gracilaria verrucosa, cultivated under controlled conditions. Food Hydrocolloids, Vol.1, 5/6, 507-509.

Ondarza, M. 1988. Etude de galactanes extraits de la paroi de l"algue agarophyte Gracilaria verrucosa (Huds.) Papenfuss cultivée en conditions contr(lées. DERTC (Université de Technologie de Compiegne, France). Doctor(t de 3eme. Cycle. Thése U15, Pages: 71.

Ondarza, M. 1994. Pyrolysis-Gas chromatography-Mass Spectrometry of agar type polysaccharides from Gracilaria verrucosa (Hudson) Papenfuss. Rev. Latinoamer. Quím. 23/4: 126-132.

Ondarza, M. 2001. La Inmovilizacion de Microalgas: Aspectos Biotecnológicos. IX Congreso Nacional de Biotecnología y BioIngeniería, II Congreso Internacional de Ingeniería Bioquímica. Veracruz, Ver. México, Septiembre 10-14. Cartel CII-83

Ondarza, M. " La Biotecnología Marina: Aspectos biotecnológicos relevantes". Revista BIOTAM Nueva serie (2003) Vol. 14 (2): 13-20.

Ondarza, M. 2006. ESTUDIO DE LOS GALACTANOS EXTRAIDOS DE LA PARED DEL ALGA AGAROFITA GRACILARIA VERRUCOSA (HUDS.) PAPENFUSS, CULTIVADA BAJO CONDICIONES CONTROLADAS. Traducción al español de la tesis en francés del Doctorado de 3er ciclo. Tesis depositada en la biblioteca de la Universidad Autónoma de Tamaulipas. Cd. Victoria, Tamaulipas. México (79 paginas).

http://www.ilustrados.com/documentos/jpestudios%20de%20los%20galactano%20extraidos.pdf

Ondarza, M. 2007. Substituciones en la unidad D-Galactosa de polímeros del agar: Implicaciones metabólicas. Revista de Biología Marina y Oceanografía 42(2): 201 – 204, agosto de 2007.

resumen 42 (2): 201-204   texto completo en formato pdf

Autor:

Mauricio Alfredo Ondarza Benéitez