UNIVERSIDAD DE ORIENTE.

ESCUELA DE CIENCIAS DE LA SALUD.

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FISIOLÓGICAS.

BIOQUÍMICA. - SECCIÓN 05.

ESFINGOLÍPIDOS.

Profesor: Bachiller:

-Zulay Castillo. - Madrid, Emilis.

C.I.: 21.261.901.

Febrero de 2012.

Introducción.

Los esfingolípidos son lípidos complejos que contienen un alcohol nitrogenado e insaturado de 18 átomos de carbono, el esfingol o esfingosina. Al esfingol se le une un ácido graso por enlace amida, formando la ceramida, estructura básica de estos compuestos.

A la ceramida se le adicionan otros compuestos en dependencia del tipo de esfingolípido. Los esfingolípidos se clasifican en esfingomielinas y glucoesfingolípidos.

Esfingomielinas: Estos lípidos, además de la ceramida, contienen un grupo fosfato que se une por enlace éster al hidroxilo del carbono 1 de la ceramida, y también una molécula de colina esterificada al fosfato. La fuente de variación de estos compuestos radica en el ácido graso unido y, como regla, son ácidos grasos superiores.

Glucolípidos: Estos compuestos carecen de grupo fosfato en el carbono 1 de la ceramida, y en su lugar se le une un glúcido que puede ser un mono u oligosacárido. De acuerdo con el tipo de glúcido que contengan los glucoesfingolípidos pueden ser cerebrósidos, gangliósidos o sulfolípidos.

ESFINGOLÍPIDOS.

Los esfingolípidos son lípidos complejos cuyo esqueleto está constituido por la esfingosina o una base relacionada. Son componentes importantes de las membranas de las células vegetales y animales. Se hallan presentes en cantidades especialmente grandes en los tejidos nervioso y cerebral. En cambio, sólo encontramos trazas de esfingolípidos en las grasas de depósito. Todos los esfingolípidos contienen tres componentes básicos característicos: una molécula de un ácido graso, una molécula de esfingosina o de uno de sus derivados, y un grupo de cabeza polar, el cual, en algunos esfingolípidos, es muy grande y complejo.

La esfingosina es uno de entre los 30 o más diferentes aminoalcoholes de cadena larga hallados en los esfingolípidos de diversas especies. En los mamíferos las bases principales de los esfingolípidos son la esfingosina (4-esfingenina) y la dihidroesfingosina (esfinganina); en las plantas superiores y en las levaduras, la base principal es la fitoesfingosina (4-hidroxiesfinganina), mientras que en los invertebrados marinos son corrientes las bases doblemente insaturadas, tales como el 4,8-esfingadieno. La base esfingosina se halla conectada por su grupo amino, mediante un enlace amida, a un ácido graso saturado de cadena larga o a un monoinsaturado de 18 a 26 átomos de carbono. El compuesto resultante, que posee dos colas no polares se llama ceramida, y la estructura originaria característica de todos los esfingolípidos. Al grupo hidroxilo de la posición 1 de la base esfingosina se hallan unidos diferentes grupos de cabeza polares.

Fig. 1. Esfingosina.

Fig. 2. Ceramida.

Esfingomielinas.

Los esfingolípidos más abundantes en los tejidos de los animales superiores son las esfingomielinas, que contienen fosforil-etanolamina o fosforil-colina como grupos de cabeza polares esterificados al grupo hidroxilo 1 de la ceramida. Las esfingomielinas poseen propiedades físicas muy semejantes a las de la fosfatidil-etanolamina y de la fosfatidil-colina; a pH 7,0 son iones híbridos. Las esfingomielinas se encuentran en mayor abundancia en la vaina de mielina de las células nerviosas. (La vaina de mielina se forma por envolturas sucesivas de la membrana celular de una célula mielinizante especializada alrededor del axón de una célula nerviosa. Sus propiedades aislantes facilitan la transmisión rápida de los impulsos nerviosos.)

Fig. 3. Modelo espacial de una molécula de esfingomielina.

Glucoesfingolípidos neutros.

Hay una segunda clase de esfingolípidos con uno o más restos de azúcar neutros como grupos polares de cabeza y que no poseen, por tanto, carga eléctrica; se denominan glucoesfingolípidos neutros. Los más sencillos son los cerebrósidos, que contienen como grupo de cabeza polar un monosacárido unido mediante enlace β-glucosídico al grupo hidroxilo de la ceramida. Los cerebrósidos del cerebro y del sistema nervioso, contienen D-galactosa y por ello reciben el nombre de galactocerebrósidos. Están también presentes aunque en cantidades mucho menores, en los tejidos no neurales de los animales, y debido a que generalmente, contienen D-glucosa en lugar de D-galactosa, reciben el nombre de glucocerebrósidos. Los ésteres sulfúricos de los galactocerebrósidos (en la posición 3 de la

d-galactosa) se hallan también presentes en el tejido cerebral; reciben el nombre de sulfátidos. Los cerebrósidos y los sulfátidos contienen ácidos grasos, normalmente de 22 a 26 átomos de carbono. Un ácido graso que es componente habitual de los cerebrósidos es el ácido cerebrónico, que posee un grupo D-hidroxilo en el átomo de carbono 2. Cuando se produce la escisión del ácido graso de un cerebrósido mediante hidrólisis alcalina, a la glucosilesfingosina residual se le llama psicosina.

Se llaman dihexósidos a los glucoesfingolípidos neutros que poseen disacáridos como cabeza polar. Se conocen también trihexósidos y tetrahexósidos, que contienen respectivamente trisacáridos y tetrasacáridos como grupos de cabeza. Las unidades monosacáridas halladas en estos glucoesfingolípidos comprenden a la D-glucosa, la D-galactosa, la N-acetilglucosamina y N-acetil-D-galactosamina. Los glucoesfingolípidos neutros son componentes importantes de la superficie celular de los tejidos animales. Su colas no polares penetran probablemente en la estructura de la bicapa lipídica de las membranas celulares, mientras que las cabezas polares emergen al exterior de la superficie. Algunos de los glucoesfingolípidos neutros se encuentran sobre la superficie de los glóbulos rojos de la sangre confiriéndoles especificidad de grupo sanguíneo; son parcialmente responsables de la necesidad de comprobar la compatibilidad entre el dador y el receptor de sangre.

Los glucoesfingolípidos neutros se clasifican basándose en la identidad del azúcar unido a la unidad ceramídica, la secuencia de los azúcares y la longitud de las cadenas oligosacarídicas.

Fig. 4. Glucocerebrósido.

Fig. 5. Sulfátido.

Glucoesfingolípidos ácidos (gangliósidos).

El tercer grupo de glucoesfingolípidos, el más complejo, está integrado por gangliósidos; en sus grupos de cabeza polisacarídicos contienen uno o más restos de ácido siálico, lo cual confiere a la cabeza polar de estos compuestos una carga negativa neta a pH 7,0. El ácido siálico que se encuentra habitualmente en los gangliósidos humanos es el ácido N-acetilneuramínico. Donde más abundan los gangliósidos es en la materia gris del cerebro, donde constituyen el 6% de los lípidos totales, pero también se encuentran en tejidos distintos de los nerviosos. Se han identificado cerca de 20 tipos diferentes de gangliósidos, que difieren en el número y en las posiciones relativas de los restos de hexosa y de ácido siálico, y en los cuales se basa su clasificación. Casi todos los gangliósidos conocidos posee un resto de glucosa unido a una ceramida mediante enlace glucosídico; se encuentran también restos de D-galatosa y de N-acetil-D-galactosamina.

Fig. 6. Estructura general de un gangliósido.

Funciones de los esfingolípidos: Entre las funciones más importantes de los esfingolípidos se encuentran:

1. Formar parte de la estructura de las membranas biológicas. Se encuentran en grandes cantidades en la sustancia blanca del sistema nervioso central.

2. Las esfingomielinas son componentes de las vaina mielínicas de los nervios.3. Algunos glucoesfingolípidos por su carácter informacional le confieren acción

antigénica a la superficie de algunas células, lo que contribuye al reconocimiento molecular de éstas.

4. Los cerebrósidos y los sulfátidos forman parte de tejidos como el cerebro, nervios, bazo y riñones, entre otros.

5. Los gangliósidos aparecen en las células ganglionares del cerebro y de tejidos no nerviosos.

6. Se les atribuye participación en la transmisión del impulso nervioso.

Biosíntesis de los esfingolípidos.

La esfingosina y la esfinganina son las principales bases de larga cadena presentes en los esfingolípidos. La biosíntesis de la esfinganina se realiza en el retículo endoplasmático, por condensación de sus 2 precursores: el palmitil-CoA y la serina. El proceso es catalizado por la enzima 3-cetoesfinganina sintasa, en un primer paso, y en una reacción siguiente por la enzima 3-cetoesfinganina reductasa. La sintasa contiene fosfato de piroxidal como cofactor esencial.

Una vez que la base de larga cadena está formada, reacciona rápidamente con acil CoA para formar ceramida. La esfingosina se forma después de que la esfinganina ha sido N-acilada.

La esfingomielina se sintetiza por la transferencia de un anillo de (P)-colina desde una fosfatidilcolina hasta la ceramida. La enzima está unida a la membrana y se localiza tanto en el Golgi como en la membrana plasmática.

El principio que gobierna la síntesis de glucoesfingolípidos es que el glúcido se añade al lípido aceptor por transferencia de un nucleótido azúcar, tal como ocurre con el UDP-glucosa en la biosíntesis de glucógeno. Estas enzimas se denominan genéricamente glicosiltransferasas y se piensa que son específicas para cada reacción. La mayoría se localiza en el lado luminal del Golgi. El nucleotifil-azúcar se transfiere a través de la membrana dentro de la luz del Golgi por un transportador localizado en la membrana de ese organelo.

La simple unión de un azúcar a la ceramida da lugar a al formación de un cerebrósido. Generalmente, el azúcar es la galactosa. La enzima epimerasa de UDP-Gal se sirve de UDP-Glu como sustrato y su producto es UDP-Gal, que al reaccionar con la ceramida libera UDP y deja constituido el cerebrósido. Estos compuestos se hallan en grandes concentraciones en la cubierta mielínica de los nervios.

Fig. 7. Biosíntesis de ceramida.

Fig. 8. Deshidrogenación de la esfinganina para dar ceramida (esfingosina).

Fig. 9. Síntesis de esfingomielina a partir de ceramida y fosfatidilcolina.

Los sulfátidos se forman a partir de los cerebrósidos cuando éstos reaccionan con el 3`-fosfoadenosín-5`-fosfosulfato (PAPS). Se comprende que este último es la forma activa del sulfato, que permite la incorporación de SO4H- al cerebrósido.

Fig. 10. Vías de síntesis de algunos glucoesfingolípidos.

Los gangliósidos se generan por adiciones sucesivas de diferentes monosacáridos y derivados de éstos, uno por vez.

Fig. 11. Rutas biosintéticas de los gangliósidos.

Degradación de los esfingolípidos.

El catabolismo de estos compuestos, que asegura su recambio al tiempo que evita su acumulación por contrarrestar el proceso contrario de la síntesis, tiene lugar por acción de enzimas lisosomales específicas.

La diversidad que encontramos en esta clase de lípidos, sobre todo en los gangliósidos, hace ocioso exponer de forma particular una vía catabólica determinada. Baste decir que las enzimas que actúan sobre sus diversos enlaces no pueden hacerlo en cualquier orden, sino que con frecuencia es indispensable la liberación de un compuesto por una enzima previa, para que la siguiente pueda escindir el enlace que le corresponde.

La esfingomielinasa hidroliza la unión entre la ceramida y la fosforilcolina. Después la ceramidasa descompone la ceramida en esfingosina y su ácido graso constituyente.

Fig. 12. Catabolismo de la esfingomielina.

La degradación de la esfingosina comienza con su fosforilación por la enzima esfinganina quinasa, que da esfinganina-1-(P). Ésta es escindida por la esfinganinafosfato liasa, que forma palmitaldehído y (P)-etanolamina. El aldehído puede ser reducido al alcohol de 16 C u oxidado a palmítico. La (P)-etanolamina se incorpora al pool de este compuesto o a la vía principal, donde es convertida en fosfatidiletanolamina.

Fig. 13. Degradación de la esfingosina.

La glucocerebrosidasa, galactocerebrosidasa y sulfatidasa liberan, respectivamente, glucosa, galactosa y sulfato de la ceramida. Otras muchas acciones enzimáticas son necesarias para la degradación de los esfingolípidos complejos. En el siguiente cuadro se resumen las principales enzimas que intervienen:

Cuadro 1. Enzimas que ejercen su acción en la degradación de los esfingolípidos y enlaces sobre los que actúan.

La deficiencia de cualquiera de estas enzimas trae consigo una acumulación anormal de alguno de estos esfingolípidos, y ello suele acarrear un daño importante, en

primer término, al sistema nervioso. En el siguiente cuadro se abordan algunas de estas esfingolipidosis:

Cuadro 2. Enfermedades por almacenamiento de esfingolípidos en humanos.

Conclusión.

Los esfingolípidos tienen un importante papel estructural como componentes de las membranas, los esfingolípidos regulan la dinámica de éstas y forman parte de los microdominios de membrana denominados balsas de membrana que tienen propiedades y funcionalidad propias.

Cada vez más, los esfingolípidos se están revelando como elementos clave en distintas cascadas de transducción de señales. Por otro lado, algunos esfingolípidos actúan como sitios de reconocimiento en la superficie celular; distintos esfingoglucolípidos de la cara externa de la membrana plasmática definen los principales grupos sanguíneos humanos.

Tanto la ceramida como la esfingosina-1-P son precursores o intermediarios del metabolismo de esfingolípidos que, además, están implicadas en el control de procesos como proliferación, diferenciación y muerte celulares.

La esfingomielina es el esfingolípido más abundante en los tejidos animales; es un importante componente estructural de las membranas y, como su análogo dentro de los glicerofosfolípidos, la fosfatidilcolina, abunda en la cara externa de la membrana. Por otro lado, mediante la acción de la esfingomielinasa, es precursora de ceramida y esfingosina-1-P.

Los cerebrósidos son constituyentes habituales de las membranas de animales y plantas. La galactosilceramida abunda en cerebro y en tejido nervioso, la glucosilceramida está en pequeñas cantidades en tejido no nervioso, fundamentalmente en la piel, y es el precursor biosintético de otros esfingoglucolípidos.

De los sulfátidos, la galactosilceramida-3-sulfato es el principal sulfolípido del cerebro (supone, aproximadamente, el 15% de los lípidos de la materia blanca). Muchos sulfátidos protegen la mucosa intestinal de las enzimas digestivas.

Entre los globósidos destacan la lactosilceramida de la membrana de eritrocitos y la galactosil-lactósido ceramida, importante en el sistema nervioso.

Los gangliósidos se encuentran en grandes cantidades en las células ganglionares del sistema nervioso central y, en menor cantidad, en la membrana plasmática de tejidos extraneurales; son entre el 5 y el 8% de los lípidos del cerebro. Los oligosacáridos de gangliósidos que emergen de la superficie de la membrana sirven como sitio de unión para hormonas, toxinas bacterianas y para ciertos virus.

Referencias bibliográficas.

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