LIPIDOS BIOQUÍMICA

Los lípidos biológicos constituyen un grupo químicamente diverso de compuestos cuya característica común es su insolubilidad en agua. Las funciones de los lípidos son igualmente diversas. En muchos organismos las grasas y los aceites son las formas principales de almacenamiento energético mientras que los fosfolípidos y los esteroles forman la mitad de la masa de las membranas biológicas. Otros lípidos, juegan papeles muy importantes como cofactores enzimáticos, agentes emulsionantes, hormonas y mensajeros intracelulares.Debido a la diversidad estructural de los lípidos es muy difícil clasificarlos, hay muchas clasificaciones tomando diferentes criterios.Una de ellas podría ser de acuerdo a su función:

Lípidos de almacenamiento: *grasas *aceites *ceras

Lípidos de membrana: *glicerofosfolípidos *esfingolípidos *esteroles

Lípidos de almacenamiento

Las grasas y los aceites son derivados de los ácidos grasos con glicerina, llamados triglicéridos.Los ácidos grasos son compuestos hidrocarbonatos, cuya oxidación completa (a CO2 y H2O) es muy exergónica, libera mucha energía. Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos con cadenas de 4 a 36 carbonos. En algunos ácidos la cadena carbonada está saturada ( no tiene dobles enlaces) y sin ramificar, otros contienen uno o más dobles enlaces (insaturados). En general tienen número par de carbonos, porque provienen de la condensación de moléculas de acetato (2C).Las propiedades físicas de los ácidos grasos vienen dadas por la longitud y el grado de instauración de la cadena carbonada. El grupo carboxílico es polar y es el responsable de la solubilidad en agua de los ácidos grasos de cadena corta.La glicerina, es propanotriol, o también llamado glicerol. Su fórmula es : CH2OH CH OH CH2OH

Es soluble en agua, más densa que ésta, no es tóxica y tiene sabor dulce. Es higroscópica, o sea que absorbe agua fácilmente, por lo que se utiliza como humectante. Se obtiene como subproducto en la fabricación de jabones o a partir del petróleo, utilizando propeno.En los vertebrados los ácidos grasos libres circulan por la sangre, unidos a una proteína portadora, la albúmina sérica.Los triglicéridos están compuestos por tres ácidos grasos unidos por enlace éster a un glicerol.

Obtención de un triglicérido

CH2OH COOH CH2OCO(CH2)14CH3

CH OH + 3 (CH2)14 → CHOCO(CH2)14CH3 + 3 H2OCH2OH CH3 CH2OCO(CH2)14CH3

Glicerina Ác.palmítico tripalmitato de glicerilo

Se forma así una grasa simple porque todos los ácidos grasos son iguales. Si los ácidos grasos son diferentes se forma una grasa mixta. Si los ácidos son insaturados los triglicéridos que se forman son aceites simples o mixtos si son iguales o diferentes.

COOHCH2OH (CH2)7 CH2OCO (CH2)7 CH=CH(CH2)7CH3

CH OH + 3 CH → CHOCO(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3 + 3H2O CH2OH CH CH2OCO(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3

(CH2)7

CH3

Glicerina Àc. Oleico Trioleato de glicerilo.

Son insolubles en agua y menos densos que ésta, por eso el aceite flota en el agua.Las grasas son sólidas a temperatura ambiente porque tienen mayor punto de fusión que los aceites que son líquidos. Las grasas son de origen animal y los aceites de origen vegetal.En la mayoría de las células eucariotas los triglicéridos forman una fase de gotas microscópicas oleosas, que sirven como depósito de combustible metabólico. Células especializadas denominadas adipositos almacenan grandes cantidades de triglicéridos en forma de gotículos de grasa que ocupan casi toda la célula. Los triglicéridos se almacenan también en las semillas proporcionando energía cuando germina la semilla.Como combustible almacenado los triglicéridos tienen dos ventajas sobre los polisacáridos como el glucógeno o el almidón. En primer lugar la combustión de los triglicéridos proporciona más del doble de energía por gramo que los glúcidos. Por otro lado los triglicéridos son hidrofóbicos, o sea que se almacenan sin agua y por ello sin el peso extra del agua. Por ejemplo una persona obesa tiene entre 15 o 20 Kg de triglicéridos acumulados en los adipositos, lo que sería suficiente para cubrir los requerimientos energéticos durante varios meses. Sin embargo el cuerpo humano no puede almacenar ni las necesidades energéticas de un día en forma de glucógeno. Los glúcidos tienen la ventaja sobre los triglicéridos de que son fuentes de energía “rápidas”, debido principalmente a su solubilidad en agua. En algunos animales los triglicéridos almacenados bajo la piel le proporcionan aislamiento contra las temperaturas extremas (focas, morsas, osos, pingüinos). En los animales hibernantes, las enormes reservas de grasas acumuladas le sirve de depósito de energía.La mayoría de las grasas naturales como los aceites vegetales, los productos lácteos y las grasas animales son mezclas de triglicéridos. Los aceites vegetales como el de maíz y el de oliva están compuestos mayoritariamente de triglicéridos con ácidos grasos insaturados, por lo que son líquidos a temperatura ambiente. Industrialmente se convierten en grasas sólidas (margarinas) por hidrogenación catalítica, en presencia de platino o paladio, transformando los enlaces dobles en simples.

CH2OCO(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3 Pt CH2OCO(CH2)16CH3

CHO CO(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3 + 3H2 → CH OCO(CH2)16CH3

CH2OCO(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3 CH2OCO(CH2)16CH3

Trioleato de glicerilo triestearato de glicerilo

Cuando los alimentos ricos en grasas se exponen al oxígeno del aire se pueden estropear volviéndose rancios. El gusto y el olor desagradables asociados con el enranciamiento provienen de la formación de aldehídos y ácidos carboxílicos de cadena corta que son más volátiles.

Hidrólisis Básica ( saponificación )Por calentamiento de grasas y aceites con NaOH ó KOH se produce glicerol y las sales de Na ó K de los ácidos grasos, conocidas como jabones.Los jabones deben su actividad limpiadora a dos efectos: * efecto emulsionante: debido a que la molécula de jabón posee un extremo polar, soluble en agua (hidrofílico) y otro extremo apolar, soluble en grasas (lipofílico) , tiene la capacidad de dispersar materiales insolubles en agua mediante la formación de agregados microscópicos llamados micelas que dan lugar a una emulsión.*efecto humectante: consiste en disminuir la tensión superficial del agua, permitiendo que moje más fácilmente.Cuando se usa agua dura ( con altas concentraciones de magnesio y calcio ) loa jabones forman sales insolubles que dificultan el lavado. Los detergentes sintéticos tienen la ventaja sobre los jabones naturales, de que las sales de calcio y magnesio son solubles y por eso los han reemplazado en muchas aplicaciones industriales.

CH2O-CO(CH2)14CH3 CH2OH COONaCH O-CO(CH2)14CH3 + 3 NaOH(ac) → CH-OH + (CH2)14

CH2O-CO(CH2)14CH3 CH2OH CH3

Tripalmitato de glicerilo glicerina palmitato de sodio

Metabolismo : Las grasas pasan inalteradas por el tubo digestivo hasta llegar al intestino delgado, donde por la acción del jugo pancreático y de la bilis son emulsionadas haciéndolas aptas para la acción de las lipasas. Estas enzimas, catalizan la hidrólisis de los triglicéridos, produciendo su hidrólisis total en ácidos grasos y glicerina. Una vez que estos materiales atraviesan la pared intestinal se resintetizan las grasas neutras que son llevadas a los tejidos. Una parte es quemada desprendiéndose gran cantidad de energía, mientras que otra se almacena en las células, como material de reserva energético formando cúmulos que protegen los órganos.

CERAS : Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga saturados e insaturados, con alcoholes de cadena larga alifáticos (no contienen glicerina ). Los puntos de fusión son generalmente más elevados que los de los triglicéridos. Las ceras realizan diversas funciones, que están relacionadas con sus propiedades repelentes al agua y con su consistencia firme. Ciertas glándulas de la piel de los vertebrados secretan ceras para proteger el pelo y la piel manteniéndolos flexibles, lubricados e impermeables. Los pájaros secretan ceras que mantienen las plumas repelentes al agua y les permiten zambullirse y luego volar. Las hojas de algunas plantas tropicales, están recubiertas con una capa de cera que la protege de parásitos e impide la deshidratación excesiva. Las ceras biológicas tienen

muchas aplicaciones en la industria farmacéutica y cosmética. La lanolina ( de la lana de oveja), la cera de abeja, la cera de palmera brasileña y el aceite de espermaceti de las ballenas, se utilizan para la fabricación de lociones, ungüentos y pulimentos.

LÍPIDOS DE MEMBRANA

Las membranas biológicas están constituídas por una doble capa lipídica que es una barrera al paso de moléculas polares e iones.Se describen tres tipos generales de lípidos de membrana:

• Glicerofosfolípidos• Esfingolípidos• Esteroles

Glicerofosfolípidos Se trata de lípidos en los que dos ácidos grasos están unidos a los carbonos 1 y 2 del glicerol y en el carbono 3 se une un grupo polar, fosfato, algunas veces unido a un alcohol.

CH2O-CO-(CH2)14CH3

CHO-CO-(CH2)16CH3

CH2O-CO- fosfato ácido fosfatídico

Como el fosfato presenta un H ácido, éste puede ser sustituído por algún otro grupo y formar compuestos más complejos derivados del ácido fosfatídico.Los ácidos grasos de los glicerofosfolípidos son diferentes según las especies, el tipo de tejido o pueden ser distintos en un mismo tejido o célula.

Esfingolípidos No contienen glicerol. Están compuestos por una molécula de amino-alcohol, llamada esfingosina unida a un ácido graso en carbono 2. El más simple de los esfingolípidos tiene un H en el carbono 1 y es un compuesto llamado ceramida. Esta es la unidad estructural común de todos los esfingolípidos.Las esfingomielinas tienen en el lugar del H, fosfocolina y se hallan presentes en las membranas plasmáticas de las células animales, la vaina de mielina que rodea y aísla los axones de las neuronas constituye una buena fuente de esfingomielina, de ahí su nombre.Los glucolípidos tienen de 1 a 6 unidades de glúcidos unidos al carbono 1 de la ceramida. Los grupos sanguíneos ( O, A , B ) vienen determinados en parte por los grupos de cabeza unidos a los glucoesfingolípidos.Los cerebrósidos tienen un único azúcar unido a la ceramida, los que tienen galactosa se encuentran en las membranas plasmáticas de células de tejido nervioso mientras que los que tienen glucosa se hallan en las membranas plasmáticas de tejido no nervioso.Los gangliósidos son los esfingolípidos más complejos, constituyen el 6% de los lípidos de la materia gris del cerebro humano y se hallan en menor cantidad en las membranas de los tejidos no nerviosos. Existen al menos 15 gangliósidos diferentes de los que aun no se conoce la función. No obstante, la regulación de síntesis y degradación de estos compuestos es tan importante que los trastornos del metabolismo producen efectos devastadores en enfermedades genéticas humanas.

Esteroles Son lípidos estructurales que se hallan presentes en la mayoría de las células eucariotas. Su estructura característica es la del núcleo esteroide que consiste en 4 anillos

fusionados, tres de ellos de 6 carbonos y uno de 5 carbonos. El núcleo esteroide es casi plano y relativamente rígido.El colesterol es el principal esterol en los tejidos animales, es anfipático, con un grupo de cabeza polar y un grupo hidrocarbonato apolar. En las plantas existen un esterol semejante, el estigmasterol y en hongos, el ergosterol. Con pocas excepciones las bacterias carecen de esteroles.Además de su papel como constituyentes de las membranas , los esteroles son los precursores de diversos productos con actividades biológicas específicas. Por ejemplo los ácidos biliares actúan como detergentes en el intestino, emulsionando las grasas de la dieta para hacerlos accesibles a las lipasas digestivas. Diversas hormonas esteroides también se producen a partir del colesterol.

LÍPIDOS CON ACTIVIDADES BIOLÓGICAS ESPECÍFICASLas dos clases de lípidos consideradas anteriormente (lípidos de almacenamiento y lípidos de membrana) son componentes celulares mayoritarios. Hay otro grupo de lípidos que aunque son componentes minoritarios, en cuanto a masa, tienen actividades biológicas específicas y esenciales.• Los principales grupos de hormonas esteroides son las hormonas sexuales masculinas y

femeninas y las hormonas de la corteza suprarrenal, el cortisol y la aldosterona. Estas hormonas tienen un núcleo esteroide, se producen en un tejido y se transportan por la sangre a los tejidos donde desencadenan cambios genéticos y de metabolismo.

• La hidrólisis de algunos fosfolípidos produce mensajeros intracelulares, que desencadenan reacciones activando enzimas.

• Los icosanoides son derivados de los ácidos grasos con diversidad de acciones de tipo hormonal muy potentes sobre varios tejidos de vertebrados. Intervienen en la función reproductiva, en la inflamación, fiebre, en la formación de coágulos de sangre y en la regulación de la presión sanguínea.

• Las vitaminas liposolubles, A, D, E y K son derivados lipídicos esenciales, que no pueden ser sintetizados por el organismo y deben ser obtenidos en la dieta.

• Vit A (retinol) es un pigmento esencial para la visión. La vitamina A como tal no se encuentra en los vegetales, pero muchas plantas contienen carotenoides, pigmentos que absorben la luz y que se pueden convertir en vitamina A. Por ejemplo encontramos βcaroteno en zanahorias, boniatos y otros vegetales amarillos y naranjas. La deficiencia de vitamina A produce piel reseca, desarrollo y crecimiento retardado, ceguera nocturna, etc.

• Vit D es un derivado del colesterol y el precursor de una hormona esencial en el metabolismo del calcio y el fosfato. También conocido como colecalciferol, se forma normalmente en la piel mediante una reacción fotoquímica accionada por el componente ultravioleta de la luz solar. Es también abundante en el aceite de hígado de bacalao y se añade a la leche comercial como suplemento nutritivo. La vitamina D no es biológicamente activa pero es precursor de una hormona que regula la captación de calcio en el intestino y el equilibrio de la liberación y deposición de calcio +2 y fosfato en los huesos. La deficiencia de vitamina D conduce a la formación defectuosa de los huesos (raquitismo).

• Vit E es el nombre colectivo de un grupo de lípidos estrechamente relacionados llamados tocoferoles que contienen un anillo aromático sustituído y una cadena lateral hidrocarbonada larga. Se encuentran en los huevos de gallina y aceites vegetales y son abundantes en el germen de trigo. Los tocoferoles tienen la capacidad de prevenir la oxidación de los lípidos de las membranas celulares, porque reaccionan con el oxígeno y

protegen los ácidos grasos de la oxidación. Se utilizan comercialmente para retardar el deterioro de ciertos alimentos. La deficiencia de vitamina E no es común en el hombre, pero en los animales de laboratorio, produce piel escamosa, debilidad muscular y esterilidad.

• Vit K es un cofactor lipídico, necesario para la coagulación normal de la sangre. La vitamina K1 se encuentra en las hojas de las plantas verdes, mientras que una forma relacionada, la K2 es sintetizada por bacterias que residen en el intestino de los animales. La vit K actúa en la formación de protombina, que es una proteína del plasma sanguíneo esencial para la formación del coágulo de sangre. La deficiencia de vitamina K da lugar a una coagulación de la sangre más lenta.