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Determinación Cromatográfica de los Carbohidratos




Enviado por mondarza



    Los carbohidratos
    representan una de las clases más comunes de compuestos
    orgánicos presentes en la tierra y su
    análisis y purificación resulta ser
    de extrema importancia para los investigadores
    bioquímicos.
    En los sistemas
    bioquímicos, los carbohidratos desempeñan diversas
    funciones como
    por ejemplo: son esenciales en el metabolismo de
    las plantas verdes,
    desempeñando un importante papel en la
    utilización del CO2.
    Representan las últimas fuentes de
    carbono y de
    energía en los organismos no-fotosintéticos y
    pueden ser estructuralmente necesarios, como en el caso de la
    celulosa de las plantas ó de la quitina, como
    constituyente principal del caparazón de varios
    organismos.
    Otros tipos de carbohidratos juegan papeles diversos a la manera
    de: lubricantes, factores de reconocimiento celular,
    determinantes grupo
    sanguíneos y como anticongelantes celulares.
    Las glicoproteínas (proteínas
    unidas a residuos de carbohidratos) por su parte, actúan
    como enzimas,
    anticuerpos, hormonas y
    receptores glicoconjugados en la relación
    huésped-patógenos. En éste caso, los
    carbohidratos pueden participar en la conformación
    estructural, metabolismo, tiempo de vida
    media y en el aporte celular de las proteínas.
    Así también, eventos como la
    diferenciación y el reconocimiento celular y la actividad
    hormonal; pueden verse afectados por causa de las porciones
    glicánicas (carbohidratos) que conforman a las
    glicoproteínas.1
    Los carbohidratos son
    componentes integrales de
    moléculas amplias y complejas tales que las
    glicoproteínas, glicoesfingolípidos y de un diverso
    número de metabolitos secundarios de origen animal y
    vegetal.

    Los carbohidratos pueden unirse mediante
    derivatización natural o por conjugación a una
    amplia variedad de compuestos a
    través de múltiples maneras de naturaleza
    química o
    enzimática.
    El análisis de los carbohidratos puede dividirse en 2
    áreas: mediante los métodos
    basados en la cromatografía y de aquéllos que
    emplean otras técnicas
    diversas. Los primeros incluyen a los procedimientos
    inmunológicos como la inmunoprecipitación y la
    inmunofluorescencia a pesar de no ser específicamente
    enzimáticos, pero en base a su etiología
    biológica.

    Dos tipos de análisis enzimáticos son
    comunes: el específico para monosacáridos y, el
    específico para la hidrólisis de
    oligosacáridos de cadena larga.2 Dichos
    métodos son extremadamente resolutivos pero se ven
    limitados por las interferencias derivadas de los
    contaminantes presentes en las soluciones de
    prueba, e incluso por la presencia de otros azúcares,
    sales y metales.
    Además, tanto la pureza como el origen de las enzimas,
    resultan ser críticos en la determinación de los
    carbohidratos.
    La actividad y especificidad de las glicosidasas aisladas de
    diferentes fuentes, puede variar ampliamente. De la misma forma,
    pueden surgir confusiones en la liberación de más
    de un residuo monosacarídico después de la
    hidrólisis de oligosacáridos ramificados mediante
    una sola exoglicosidasa. La falta de una hidrólisis puede
    no necesariamente indicar la ausencia de alguna unidad
    monosacarídica particularmente no-reductora; ya que el
    grado de liberación dependen tanto de la longitud como del
    arreglo secuencial de las unidades sacarídicas vecinas que
    conforman a la cadena oligosacarídica.

    Aún más, se debe considerar
    también, de que existe la posibilidad de que un
    monosacárido dado se encuentre presente en la forma
    furanosa en lugar de la piranosa, así como la presencia de
    contaminantes inhibidores de glicosidasas.

    La fuerte especificidad de los métodos
    enzimáticos, resulta ser igualmente contraproducente, dado
    que cada uno de los carbohidratos, requieren tanto de diferentes
    condiciones para su análisis, como de diferentes series de
    enzimas.
    Mientras que los métodos enzimáticos han sido los
    seleccionados para algunos carbohidratos, particularmente la
    glucosa; los métodos cromatográficos han sido de
    gran valía al bioquímico.
    El análisis cromatográfico de los carbohidratos,
    así como el de cualquier otro analito; puede dividirse en
    2 distintas áreas: la
    separación y la detección. La confusión se
    puede presentar aquí, debido al hecho de que los
    carbohidratos hidrosolubles, fuertemente polares y no
    volátiles; no son separados con facilidad por alguno de
    los métodos de rutina disponibles.
    Dado que no son cromofóricos, no logran ser detectados
    mediante la espectroscopia de absorción. La
    derivatización de éstos, de manera a favorecer sus
    características cromatográficas y de
    absorbancia; pueden sin embargo, dar lugar a la formación
    de múltiples picos para cada analito, como resultado de
    una derivatización incompleta.
    Numerosas técnicas de separación de los
    carbohidratos se han desarrollado a lo largo de los años.
    La cromatografía en papel, aunque es extremadamente
    barata; requiere de varias horas e inclusive días para la
    separación de tan solo simples monosacáridos y si
    se trata de oligosacáridos, éstas separaciones
    resultan a menudo imposibles.3

    Varias técnicas de cromatografía en capa
    fina y de alta resolución de la capa fina, han logrado
    desarrollarse.4
    Mientras que una selección
    adecuada de la fase estacionaria, fase móvil y
    ocasionalmente una derivatización precromatográfica
    pueden asegurar la separación de varios carbohidratos; una
    limitada resolución proporcionada por el número de
    platos de la capa fina, reduce el número de los posibles
    analitos que pueden ser separados.
    Los carbohidratos presentes como mono o como
    oligosacáridos, deben ser derivatizados de manera a
    poder
    analizarlos mediante las técnicas de cromatografía
    de gases.
    Diversas técnicas de derivatización han sido
    desarrolladas e incluyen: la formación de
    alquil-éteres o alquil-ésteres, así como una
    trimetil-sililación.5
    En cualquiera de los
    casos antes mencionados, las muestras deben someterse a un
    pretratamiento, que a menudo incluye una remoción de
    proteínas y sales, antes de la
    derivatización.

    A menudo. el método de
    detección empleado para la cromatografía de gases,
    como por ejemplo la ionización de llama o flama; tiende a
    ser destructivo y en el mejor de los casos, el trabajo
    preparativo requiere de reactivos de derivatización
    tóxicos, caros o químicamente lábiles.
    Aún más, los grandes oligosacáridos
    aún derivatizados, pueden sufrir una descomposición
    dentro del cromatógrafo. En el caso de los
    monosacáridos, la derivatización puede ser
    incompleta y dar lugar a la formación de múltiples
    picos por cada analito.
    La facilidad con la que se ha logrado establecer una interfase
    entre la cromatografía de gases y la espectrometría
    de masas; parece resultar muy útil en muchos de los casos.
    Cantidades significativas de datos
    estructurales pueden ser obtenidas cuando varios carbohidratos
    derivados son analizados.6
    Entre otras aplicaciones
    recientes, podemos mencionar el de la separación de
    carbohidratos sialilados, mediante la cromatografía por
    fluidos supercríticos.
    Dicho método promete avances pero al igual que la
    cromatografía de gases, se requiere que los carbohidratos
    sean derivatizados. Por otro lado, dado que se emplean bajas
    temperaturas, se reducen las posibilidades de una
    formación de artefactos inducidos
    térmicamente.

    En el caso de las técnicas de
    cromatografía líquida en columna abierta, la de la
    permeación en gel ha permitido la obtención de
    mejores resultados.7
    Otras técnicas a bajas
    presiones incluyen una fase normal y una cromatografía de
    afinidad con lectinas inmovilizadas.8
    Mientras que
    algunos carbohidratos son iónicos de manera natural
    (azúcares aminados, ácidos
    urónicos, carbohidratos complejos sialilados,
    carbohidratos fosforilados, etc.) y pueden por lo tanto ser
    naturalmente separados por intercambio iónico; la
    adición de borato al eluante para el análisis de
    los carbohidratos neutros, da lugar a la formación de
    complejos borato-carbohidratos aniónicos que de igual
    manera pueden ser separados por intercambio
    iónico.9
    Los carbohidratos muy polares
    pueden ser también separados por métodos en fase
    normal y bajo diferentes substratos que incluyen: la
    hidroxiapatita, celulosa microcristalina, sílica y
    soportes de mezclas de
    carbón activado.

    Los carbohidratos pueden ser separados tanto en su forma
    natural no derivatizada o en sus formas químicas -acil y
    –alquil.
    Actualmente, la cromatografía líquida a alta
    presión
    o resolución incluye técnicas como: la
    permeación en gel, materiales de
    intercambio catiónico empacados con metales, fases de
    sílica aminopropilo y de fase reversa.
    Para el análisis completo de una mezcla compleja de
    oligosacáridos derivados de glicoproteínas, se
    requiere emplear una técnica de 2 columnas. El
    fraccionamiento por tamaños mediante una columna
    aminopropil, es seguida por una resolución de las especies
    estructuralmente distintas dentro de cada fracción,
    utilizando una columna de fase reversa.10
    La fase
    reversa ha permitido la separación de carbohidratos
    derivatizados mediante columnas C-18. Los derivados más
    comunes empleados en cromatografía de líquidos,
    son: los benzoatos, alquil-éteres y
    acetatos.11
    Las técnicas
    electroforéticas también pueden ser
    incluídas como del tipo cromatográfico. Se han
    usado en la separación de carbohidratos de manera
    preparativa y analítica. En la mayoría de los
    casos, son los glicopéptidos preparados mediante
    hidrólisis enzimáticas o químicas; los que
    logran ser separados de manera electroforética, aunque
    también se les puede separar por cromatografía
    líquida a altas resoluciones o presiones.

    Diversas técnicas han sido empleadas en la
    detección de los carbohidratos después de la
    separación cromatográfica. Aquí se incluyen
    las revelaciones con sprays o inmersiones de tiras de papel en
    paltos de capa fina conteniendo diversos reactivos de
    coloración. Aunque se trata de métodos sensitivos,
    resulta muy difícil realizar un análisis
    cuantitativo.
    Dentro de los sprays cromogénicos se mencionan: el
    ácido tiobarbitúrico para la determinación
    de ácidos siálicos; el orcinol-ácido
    sulfúrico para determinar galactosa; antrona para hexosas;
    carbazol para ácidos urónicos; el resorcinol para
    residuos de ácidos siálicos unidos, y otros
    generales y específicos.
    Los métodos de detección basados en reacciones de
    unión enzimática, también han sido empleados
    y como ejemplo, se menciona el uso de la galactosa-oxidasa para
    determinar galactosa.
    Otra técnica fuera de línea y que permite
    monitorear la radioactividad presente en carbohidratos marcados
    presentes en muestras colectadas, es la del centelleo
    líquido.
    En gases, además de la ionización de llama, se
    tienen otros detectores como el de
    Nitrógeno-Fósforo que determinan carbohidratos
    amino derivatizados; mientras que el detector de captura de
    electrones, permite la determinación de muestras
    derivatizadas con residuos halogenados o que contienen el grupo
    arilo.
    Muchos carbohidratos exhiben actividad óptica,
    pero el problema que se presenta es que algunos desvían la
    luz hacia la
    izquierda (levógiros), otros hacia la derecha
    (dextrógiros) o son inactivos.
    En líquidos, los métodos de detección son
    las bajas longitudes de onda ultravioletas (190 a 210
    nm)12 y el índice de
    refracción13 que es un método más
    bien no selectivo. La adición de cualquier soluto y el
    cambio
    mínimo de la temperatura,
    afectan éstos índices por lo que se dificulta su
    empleo.

    Dionex (Sunnyvale, Calif.) ha recientemente introducido
    al mercado las
    series BioLCTM tanto para sistemas de
    separación como de detección.
    Mientras que tanto la coulombimetría como la
    amperometría, parecen ofrecer limitados resultados en el
    análisis de los carbohidratos: una técnica reciente
    "la pulsación amperométrica" parece brindar mejores
    resultados.14
    El detector de pulsación
    amperométrica logra detectar carbohidratos no reductores
    (alditoles y glicósidos) con la misma sensitividad para
    los reductores.
    La combinación de resinas peliculares de intercambio
    aniónico con una detección
    pulso-amperométrica, parecen ofrecer hoy en día, el
    más rápido, selectivo, sencillo, sensitivo y el
    mejor método de análisis de los
    carbohidratos.15

    Referencias

    1. Sharon, N., Complex Carbohydrates: their chemistry,
      Biosíntesis and Functions
      (Addison-Wesley, New York, 1975).
    2. Slomiany, B.L., Slomiany, A. and Zdebska, A., J.
      Biol. Chem. 257, 2863 (1984).
    3. Carlson, D.M., J. Biol. Chem. 243, 616
      (1968).
    4. Slomiany, B.L., Slomiany, A. and Zdebska, A., J.
      Biol. Chem. 259, 14743 (1984).
    5. Albersheim, P. et al., Carbohydr. Res. 5, 340
      (1967).
    6. Strecker, G. et al., Anal. Biochem. 111, 17226
      (1981).
    7. Kremmer, T. and Boross, L., in: Gel Chromatography.
      Theory. Methodology and Applications (Wiley-Interscience, New
      York, 1979).
    8. Picard, J.K. and Feizi, T., Molecular Immunology 20,
      1215 (1983).
    9. Green, E.D. et al., J. Biol. Chem. 260, 15623
      (1985).
    10. Dua, V.K. et al., J. Chromatogr. 328, 259
      (1985).
    11. Daniel, P.F. et al., Carbohydr. Res. 97, 161
      (1981).
    12. Bergh, M., Koppen, P. and Van Den Eijden, D.
      Carbohydr. Res. 94, 225 (1980).
    13. Clarke, P.I. et al., Carbohydr. Res. 118, 147
      (1983).
    14. Rocklin, R.D. and Pohl, C.A., J. Liquid Chromatogr.
      6, 1577 (1983).
    15. Olechno, J.D., Carter, S.R., Edwards, W.T. and Dennis
      G. Gillen (Dionex Corp., Sunnyvale, California)
      September-October 1987.

     

     

    Autor:

    ºMauricio Alfredo Ondarza Benéitez

    ºUniversidad Autónoma de Tamaulipas. Unidad
    Académica Multidisciplinaria Reynosa-Rodhe. Ingeniería Ambiental. Carretera a San
    Fernando-cruce con canal Rodhe. Col. Arco Iris. Reynosa,
    Tamaulipas.

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