Lípidos

Como las proteínas y los carbohidratos, los lípidos son componentes esenciales de todos los organismos vivos. Sin embargo, a diferencia de las proteínas y los carbohidratos, los lípidos tienen estructuras muy variadas. A menudo se definen como compuestos orgánicos insolubles en agua (o sólo poco solubles), que se encuentran en los sistemas biológicos. Los lípidos tienen gran solubilidad en solventes orgánicos no polares. Son hidrofóbicos (no polares) o bien son anfipáticos (contienen regiones polares y no polares al mismo tiempo).

Los lípidos tienen funciones biológicas diversas:

·         Las membranas biológicas contienen una variedad de lípidos anfipáticos, incluyendo los glicerofosfolípidos y los esfingolípidos.

·         En algunos organismos, la función de los triacilgliceroles (grasas y aceites) es de moléculas intracelulares de almacenamiento de energía metabólica.

·         También las grasas suministran aislamiento térmico y amortiguamiento a los animales.

·         Las ceras en las paredes celulares, en los exoesqueletos y en la piel protegen a las superficies de algunos organismos.

·         Algunos lípidos tienen funciones muy especializadas. Por ejemplo, las hormonas esteroides regulan e integran una variedad de actividades metabólicas en los animales, y los icosanoides participan en la regulación de la presión sanguínea, en la temperatura corporal y en la contracción de los músculos lisos en los mamíferos.

·         Los gangliósidos y otros glicoesfingolípidos están en la superficie celular y pueden participar en el reconocimiento celular.

v  Ácidos grasos

Los ácidos grasos difieren entre sí en:

-          La longitud de sus colas de hidrocarburo.

-          La cantidad de dobles enlaces carbono-carbono.

-          Las posiciones de los dobles enlaces en las cadenas.

-          La cantidad de ramificaciones.

Los ácidos grasos son una forma de detergente, porque tienen una larga cola hidrofóbica y una cabeza polar. Como es de esperar, la concentración de ácido graso libre en las células es muy baja, porque altas concentraciones de ácidos grasos libres podrían romper las membranas. La mayor parte de los ácidos grasos están formados por lípidos más complejos. Están unidos a otras moléculas mediante un enlace de éster en el grupo carboxilo terminal.

Nomenclatura:

ü  En la nomenclatura de IUPAC, al carbono carboxílico se le considera el C-1 y los demás átomos de carbono se numeran en secuencia.

ü  En la nomenclatura común se usan letras griegas para identificar a los átomos de carbono. El carbono adyacente al carbono carboxílico (C-2, en la nomenclatura de IUPAC) se le denomina alfa, y los demás carbonos tienen las letras beta, gama, etcétera. La letra griega 3 (omega) especifica el átomo de carbono más alejado del grupo carboxilo, cualquiera que sea la longitud de la cola de hidrocarburo.

Los ácidos grasos que no contienen dobles enlaces carbono-carbono se llaman saturados, en tanto que los que tienen al menos un doble enlace carbono-carbono se clasifican como no saturados o insaturados. Los ácidos grasos no saturados que sólo tienen un doble enlace carbono-carbono se llaman monoinsaturados, en tanto que los que tienen dos o más se denominan poliinsaturados. La configuración de los dobles enlaces en los ácidos grasos no saturados es cis, en general. En la nomenclatura de IUPAC, se indican las posiciones de los dobles enlaces mediante el símbolo Δn, en el que el superíndice n, representa el átomo de carbono de menor número en cada par con doble enlace. Los dobles enlaces de la mayor parte de los ácidos grasos poliinsaturados están separados por un grupo metileno, y en consecuencia no están conjugados.

Una notación taquigráfica para identificar los ácidos grasos usa dos números separados por dos puntos (:); el primero indica la cantidad de átomos de carbono en el ácido graso, y el segundo, la cantidad de dobles enlaces carbono-carbono, con sus posiciones indicadas como superíndices después de una letra griega Δ. Ejemplos:

-          Palmitato se escribe como 16:0

-          Oleato como 18:1 Δ 9

-          Araquidonato como 20:4 Δ 5,8,11,14.

También se pueden especificar los ácidos grasos no saturados por la localización del último doble enlace de la cadena. Algunos ácidos grasos se llaman:

ü  ɯ-3 (por ejemplo 18:3 Δ 9,12,15)

ü  ɯ-6 (por ejemplo, 18:2 Δ9,12)

ü  ɯ-9 (por ejemplo 18:1 Δ9).

Las propiedades físicas de los ácidos grasos saturados y no saturados son muy variadas. Típicamente, los ácidos grasos saturados son sólidos céreos a temperatura ambiente (22 °C), en tanto que los ácidos grasos no saturados son líquidos a esta temperatura.

La longitud de la cadena de hidrocarburo en un ácido graso, y su grado de instauración, influyen sobre el punto de fusión.

-          A medida que aumentan las longitudes de las colas de hidrocarburo, también aumentan los puntos de fusión de los ácidos grasos saturados. A medida que se alarga la cadena, aumenta la cantidad de interacciones de Van der Waals entre las colas vecinas de hidrocarburo, por lo que se requiere más energía para separar las interacciones.

La abundancia relativa de determinados ácidos grasos varía de acuerdo con el tipo de organismo, su órgano (en los organismos multicelulares) y su fuente alimenticia.

Los ácidos grasos más abundantes en los animales suelen ser: oleato (18:1), palmitato (16:0) y estearato (18:0).

Los mamíferos requieren ciertos ácidos grasos poliinsaturados en su dieta, que no pueden sintetizar, como linoleato (18:2), abundante en los aceites vegetales, y linolenato (18:3), que abunda en aceites vegetales y de pescado. Esos ácidos grasos se llaman ácidos grasos esenciales. Los mamíferos pueden sintetizar otros ácidos grasos poliinsaturados si tienen un suministro adecuado de linoleato y linolenato.

Triacilgliceroles

Los ácidos grasos son combustibles metabólicos importantes, en especial en los mamíferos.

Como los átomos de carbono de los ácidos grasos están más reducidos que los de las proteínas o los carbohidratos, la oxidación de los ácidos grasos produce más energía (~37 kJ g–1) que la oxidación de proteínas o carbohidratos (~16 kJ g–1 cada uno). En general, los ácidos grasos se almacenan en forma de lípidos neutros llamados triacilgliceroles o triglicéridos.

Los triacilgliceroles están formados por tres residuos de acilo graso esterificados con glicerina, un azúcar alcohol de tres carbonos. Los triacilgliceroles son muy hidrofóbicos.

En consecuencia, a diferencia de otros carbohidratos, se pueden almacenar en células en forma anhidra, esto es, las moléculas no están solvatadas por agua, lo cual ocuparía espacio y añadiría masa, reduciendo la eficiencia del almacenamiento de energía.

Glicerofosfolípidos

Los lípidos más abundantes en la mayor parte de las membranas son los glicerofosfolípidos (que también se llaman fosfoglicéridos) tienen un soporte de glicerol. Los glicerofosfolípidos más sencillos, los fosfatidatos, consisten en dos grupos acilo graso esterificados en el C-1 y C-2 del 3-fosfato de glicerol. Hay tres grupos acilo graso esterificados con la glicerina en los triacilgliceroles, en tanto que sólo hay dos grupos acilo graso (R1 y R2) en los glicerofosfolípidos. La propiedad distintiva de los grupos acilo (R1 y R2) de los glicerofosfolípidos es la presencia de un grupo fosfato en el C-3 del soporte del glicerol. Las estructuras de los glicerofosfolípidos se pueden dibujar como derivados del L-glicerol 3-fosfato (o 3-fosfato de L-glicerol), con el sustituyente en el C-2 a la izquierda en una proyección de Fischer. Para simplificar, con frecuencia se mostrarán esos compuestos como estructuras no referidas a su estereoquímica.

Esfingolípidos

Después de los glicerofosfolípidos, los lípidos más abundantes en las membranas vegetales y animales son los esfingolípidos. En los mamíferos tienen abundancia especial en tejidos del sistema nervioso central. La mayor parte de las bacterias no tienen esfingolípidos. El respaldo estructural de los esfingolípidos es la esfingosina (trans-4-esfingenina), un alcohol no ramificado de C18, con un doble enlace trans entre el C-4 y C-5, un grupo amino en el C-2 y grupos hidroxilo en el C-1 y C-3.

La ceramida está formada por un grupo acilo graso unido al grupo amino del C-2 en la esfingosina, por un enlace de amida. Las ceramidas son los precursores metabólicos de todos los esfingolípidos. Las tres grandes familias de esfingolípidos son las esfingomielinas, los cerebrósidos y los gangliósidos.

En las esfingomielinas, la fosfocolina está unida al grupo hidróxido en el C-1 de una ceramida, existen en las membranas plasmáticas de la mayor parte de las células de mamíferos, y son componente principal de las vainas de mielina que rodean a ciertas células nerviosas.

Los cerebrósidos son glicoesfingolípidos que contienen un residuo de monosacárido unido a un enlace b-glicosídico al C-1 de una ceramida. Los galactocerebrósidos, llamados también galactosilceramidas, tienen un solo residuo de b-D-galactosilo como grupo de cabeza polar. Los galactocerebrósidos abundan en el tejido nervioso, y forman casi el 15% de los lípidos en las vainas de mielina. Muchos otros tejidos en los mamíferos contienen glucocerebrósidos, ceramidas con un grupo b-D-glucosilo en la cabeza. En algunos glicoesfingolípidos, una cadena lineal hasta de tres residuos más de monosacárido está unida a la mitad de galactosilo o glucosilo de un cerebrósido.

Los gangliósidos son glicoesfingolípidos más complejos, donde las cadenas de oligosacárido que contienen ácido N-acetilneuramínico (NeuNAc) están unidas a una ceramida. El NeuNAc es un derivado acetilado del carbohidrato ácido siálico, y forma los grupos de cabeza en gangliósidos aniónicos.

 Esteroides 

Los esteroides son una tercera clase de lípidos que se encuentran en las membranas de los eucariotas, y muy rara vez en las bacterias. Los esteroides, junto con las vitaminas lipídicas y los terpenos, se clasifican como isoprenoides porque sus estructuras se relacionan con la molécula de isopreno, de cinco carbonos. Los esteroides contienen cuatro anillos fundidos, tres de seis carbonos identificados como A, B y C, y un anillo D de cinco carbonos. La estructura anular característica se deriva del escualeno. Los sustituyentes del sistema anular casi plano pueden apuntar hacia abajo (la configuración a) o hacia arriba (la configuración b).

El esteroide colesterol es el componente importante de las membranas plasmáticas animales, pero sólo se encuentra rara vez en las plantas, y nunca en los procariotas, protistas u hongos. En realidad, el colesterol es un esterol porque tiene un grupo hidroxilo en el C-3.

El colesterol se acumula con frecuencia en depósitos lipídicos (placas) en las paredes de los vasos sanguíneos. Se han identificado esas placas en las enfermedades cardiovasculares, que pueden provocar ataques al corazón. Muchas personas limitan su ingestión de colesterol. A pesar de su implicación en enfermedades cardiovasculares, el colesterol tiene participación esencial en la bioquímica de los mamíferos. Es sintetizado por las células de mamíferos. No sólo es un componente de ciertas membranas, sino también un precursor esencial de las hormonas esteroides y de las sales biliares.

Membranas biológicas

Las membranas biológicas no sólo son barreras pasivas contra la difusión. Tienen una gran variedad de funciones complejas. Algunas proteínas contenidas en las membranas sirven como bombas selectivas que controlan en forma estricta el transporte de iones y de moléculas pequeñas que entran y salen de la célula. Las membranas también son responsables de generar y mantener la concentración de gradientes de protones, esenciales para la producción de ATP. Los receptores en las membranas reconocen señales extracelulares y las comunican al interior de la célula.

Bicapa lipídica:

-          Las bicapas lipídicas son el principal componente estructural de todas las membranas biológicas, incluyendo membranas plasmáticas y membranas internas de células eucariotas. Las interacciones no covalentes.

-          Una bicapa lipídica tiene en forma típica de 5 a 6 nm de espesor, y consiste en dos hojas o monocapas (que también se llaman hojillas). En cada hoja, los grupos polares de cabeza en los lípidos anfipáticos están en contacto con el medio acuoso, y las colas no polares de hidrocarburos apuntan hacia el interior de la bicapa. La formación espontánea de bicapas lipídicas es impulsada por las interacciones hidrofóbicas.