Tema 5. Estructura y función de lípidos PDF

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Tema 5. Estructura y función de lípidos Los lípidos son grandes moléculas presentes en todos los seres vivos. Tienen una particularidad, y es que el resto de las macromoléculas tienen una gran afinidad por el agua, mientras que los lípidos son muy insolubles. Para que una molécula se considere un lípido tiene que tener como mínimo un ácido graso. Los lípidos tienen unas funciones en los seres vivos similares a las de los glúcidos: de reserva energética y estructurales, e incluso tienen mayor relevancia en la función reguladora. A partir de la destrucción de los ácidos grasos obtenemos energía. Los lípidos tienen una mayor cantidad de energía que los glúcidos. Como no son solubles en agua, se acumulan ocupando menos volumen que los glúcidos. CLASIFICACIÓN • Simples (Lípidos ternarios). Formados por C, O y H. ◦ Glicéridos ◦ Céridos ◦ Estéridos • Complejos. Formados por C, O, H, N, S, P y osas. ◦ Glicerofosfolípidos ▪ Ácidos fosfatídicos ▪ Lecitinas ▪ Cefalinas ◦ Esfingolípidos ▪ Ceramidas ▪ Fosfoesfingolípidos ▪ Glucoesfingolípidos ÁCIDOS GRASOS Los ácidos grasos son moléculas hidrocarbonadas de carácter ácido y que en su fórmula saturada responden a la fórmula genérica: CnH2O2. También se puede representar así: CH 3-(CH2)n-COOH. Tienen un extremo metilo, en el medio grupos metilen y al final, el grupo ácido. Tienen un número par de átomos de C ya que se sintetizan uniendo grupos acetilo de dos en dos. La coenzima A (CoA) dona los grupos acetilo y los une, obteniendo siempre número par. Los ácidos grasos con número par de carbonos se llaman “biológicamente significativos”. Los ácidos grasos pueden ser saturados, sin dobles enlaces o insaturados, con dobles enlaces. Las bacterias tienen ácidos grasos saturados. Los más abundantes son los de 16, 18 y 20 átomos de carbono, tanto los saturados como los insaturados. Se representan mediante una taquigrafía: 16:0 → Ácido de 16 átomos de C y 0 insaturaciones. (Palmítico) 16:1 → Ácido de 16 átomos de C y 1 insaturación. 18:1Δ9 → Ácido de 18 átomos de C y una insaturación entre el átomo de C 9 y el 10. (Oleico) 20:4Δ5, 8, 11, 14 Ácido araquidónico Al formarse un doble enlace se produce una torsión y el ácido queda en forma cis. La insaturación de tipo trans sería una estructura muy parecida al ácido saturado. Los ácidos grasos insaturados hacen hueco en los empaquetamientos de los ácidos saturados. Cuando las temperaturas bajas, la viscosidad de la membrana celular aumenta y las moléculas de su interior tienen más dificultades para moverse. Por eso, los seres vivos sustituyen ácidos grasos saturados por los insaturados para compensar la rigidez de la membrana.

LÍPIDOS SIMPLES Glicéridos Los glicéridos se forman mediante la unión de un alcohol (glicerol) a uno o varios ácidos grasos. Un glicerol unido a 1 ácido graso es un monoacilglicérido; unido a dos, diacilglicérido; unido a 3, triacilglicérido. Los triglicéridos actúan como reservas de energía. Hay lipasas que liberan ácidos grasos y glicerol y a partir de los ácidos grasos podemos obtener energía. Los ácidos grasos que esterifican el glicerol son los más abundantes: ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oleico, etc. Lo más frecuente es que los dos ácidos grasos de las posiciones externas sean saturados y el del medio insaturado. Son muy corrientes los triglicéridos con las 3 cadenas de ácido iguales. Por ejemplo: tres cadenas de ácido palmítico → palmitina; de ácido esteárico → triesterina; de ácido oleico → trioleína. Las grasas saturadas son sólidas porque tienen puntos de fusión muy altos. Las insaturadas, como el aceite, tienen punto de fusión a 13 ºC. Saponificación La saponificación es una reacción en la que los ácidos se rompen usando bases como KOH o NaOH, obteniendo el glicerol y las sales sódicas o potásicas del ácido graso. Estas sales se conocen como jabón.

El jabón limpia porque es una molécula anfipática y con su cadena hidrocarbonada, que es su parte hidrofóbica, puede reaccionar con las manchas, que también son hidrofóbicas, mientras que con su cabeza hidrofílica puede reaccionar con el agua y hacer que esta movilice la mancha. Céridos Los céridos actúan como elementos protectores. Son alcoholes grasos con muchos C unidos a ácidos grasos que se esterifican entre sí. Los alcoholes que se esterifican con ácidos grasos son el alcohol cetílico, que tiene 16 átomos de C y el cerílico, que tiene 26. Es muy normal que el alcohol y el ácido tengan igual número de C. Estéridos Los estéridos son lípidos formados por un alcohol esteroídico (esterol) y un ácido graso. Se forman cuando un ácido graso se une a través de un enlace de tipo éster a un esterol. El esterol más corriente es el colesterol. Son claramente hidrofóbicos y tienen una gran cantidad de átomos de C. Ácido palmítico + colesterol → palmitato de colesterol Ácido esteárico + colesterol → estereato de colesterol Ácido oleico + colesterol → oleato de colesterol La suma de estos tres estéridos forma la lanolina, un producto indispensable en la preparación de cosméticos. Los estéridos desarrollan la misma función que los céridos, una función estructural. Rodean estructuras como los pelos de la lana de la oveja.

LÍPIDOS COMPLEJOS Los lípidos complejos son los principales componentes de las membranas. En este grupo se encuentran los glicerofosfolípidos, los esfingolípidos... Glicerofosfolípidos Los glicerofosfolípidos derivan en última instancia del glicerol y tienen un resto de ácido fosfórico. Al unirse el glicerol con el ácido fosfórico da la siguiente estructura:

El ácido L-glicerol-3-fosfórico es la base de todos los glicerofosfolípidos, porque las posiciones 1 y 2 se pueden esterificar con ácidos grasos. En la parte del fosfato, a uno de los grupos OH se le une una cabeza polar. Las estructuras polares que se pueden unir son estructuras como la etanolamina, colina, serina, etc. De tal manera dan origen a todos los fosfolípidos. La estructura con los C 1 y 2 esterifcados y un grupo polar en la posición 3 es el ácido fosfatídico. Estos lípidos forman la membrana Glicerol-3-fosfato porque tienen una parte hidrofóbica y otra hidrofílica. Los lípidos de membrana tienen carácter anfipático. Las cadenas hidrocarbonadas se encuentran en el interior de la membrana mientras que las cabeza polares sobresalen hacia fuera. Los más comunes son lo que tienen como cabeza polar la fosforiletanolamina, que forman las cefalinas, o la fosforilcolina, que forman las lecitinas. Cuando hay que adaptarse a un cambio de temperatura, el organismo suele cambiar un ácido saturado por uno insaturado, cambiando así la estructura de la membrana. Pueden ser degradados de manera enzimática mediante fosfolipasas, que hidrolizan específicamente las diferentes partes de estos. Por ejemplo, la fosfolipasa II hidroliza el C en posición 2. Son moléculas cargadas porque a pH 7 el ácido fosfórico está cargado negativamente y muchas de las cabezas polares son también moléculas cargadas. Esto hace que la membrana tenga carga, de modo que las sustancias eléctricas que se encuentran en el interior de la célula no puedan salir al exterior con facilidad. Esfingolípidos Los esfingolípidos también forman parte de las membranas celulares. Salvo algunas membranas del sistema nervioso, todas las membranas celulares tienen aproximadamente un 60 % de glicerofosfolípidos y un 40 % esfingolípidos. Los esfingolípidos también son anfipáticos y están formados por el aminoalcohol esfingosina, aunque en los animales también puede aparecer la dihidroesfingosina, y un ácido graso. La esfingosina tiene un doble enlace entre el C4 y el C5, mientras que la dihidroesfingosina carece de dobles enlaces. En los vegetales, se encuentra la fitoesfingosina, que es la 4-hidroxiesfingosina. En los microorganismos también hay esfingosinas.

Al grupo NH2 del alcohol se le une a través de un enlace amida un ácido graso. Hay dos colas, una pertenece al ácido graso y la otra al alcohol aminado. Al alcohol terminal de la esfingosina se le pueden unir distintas cabezas polares. Esfingomielinas Las esfingomielinas son las principales representantes de los fosfoesfingolípidos. Son los lípidos que recubren las vainas de mielina de nuestros nervios. Contienen como grupo de cabeza polar fosfocolina o fosfoetanolamina. Glucoesfingolípidos Como cabeza polar, se les puede a los esfingolípidos unir un glúcido, dando lugar a los glucoesfingolípidos, que pueden ser neutros dependiendo de la osa. • Glucoesfingolípidos neutros. Por ejemplo, los cerebrósidos, que abundan en el SNC. Pueden tener como osa una glucosa o una galactosa. ◦ Glucocerebrósidos. Son típicos de los animales. ◦ Galactocerebrósidos. Son típicos de los seres humanos. En el C-3, la galactosa tiene un resto de ácido sulfónico. Estos sulfátidos son importantes en el desarrollo de nuestro tejido nervioso. • Glucoesfingolípidos ácidos. Por ejemplo, los gangliósidos. Pueden tener cabezas polares muy complejas, ya que pueden ser no sólo una molécula de glucosa o galactosa sino varias moléculas de glucosa ramificadas como los derivados del ácido neuramínico. Los gangliósidos necesitan tener algunos ácidos siálicos. Forman parte del tejido gris del cerebro y participan junto con los glúcidos en la señalización extracelular. Muchas de las enfermedades del tejido nervioso tienen que ver con los gangliósidos. ASOCIACIONES ENTRE LÍPIDOS Y PROTEÍNAS Las asociaciones entre lípidos y proteínas hace que ambas moléculas se confieran características entre ellas. Los lípidos y proteínas tienen solubilidad opuesta, ya que los lípidos son insolubles en agua y las proteínas, aunque tienen un componente apolar, tienen mayoritariamente características hidrofílicas. La insolubilidad y solubilidad hacen que estas moléculas se asocien. La parte hidrofóbica de los lípidos interacciona con la parte hidrofóbica de las proteínas y en la zona externa se acumulan las zonas hidrofílicas. Todos los seres vivos tenemos lipoproteínas, ya que las necesitamos para transportar componentes lipídicos (ácidos grasos, colesterol, triacilglicéridos etc.), pues nuestros líquidos internos son de naturaleza acuosa. A través de las lipoproteínas solubilizamos los componentes lipídicos. Las principales clase de lipoproteínas humanas son: quilomicrones (tienen un 2 % de proteínas) VLDL, IDL , LDL y HDL (tienen un 40 % de proteínas). A mayor proporción de proteínas, mayor densidad. Las lipoproteínas se clasifican según el grado de sedimentación. Tienen una menor densidad que la del agua, por lo que flotan. Debido a esto, sedimentan mediante centrifugación en distintas bandas. La parte proteica de las lipoproteínas se denomina apoproteínas. Hay nueve tipos de estas, y en nuestro organismo la mayoría se sintetizan en el hígado. La síntesis de los distintos tipos de apoproteínas es muy importante porque esto decide la proporción de lipoproteínas que va a haber en nuestro plasma. La distribución en el porcentaje de lipoproteínas en el suero sanguíneo es importante en el transporte del colesterol, un componente importante de las membranas. El colesterol lo necesitamos en todo el organismo. Si está en forma libre y en gran abundancia puede precipitar en la sangre, unirse a las paredes de las arterias y cristalizar. Cuando el colesterol está cristalizado es muy difícil de atacar, por lo que va aumentando de tamaño y disminuyendo la luz de los vasos, generando una obstrucción. Las lipoproteínas que más colesterol transportan son las LDL seguidas de las HDL. Las HDL transportan el colesterol “bueno”. La apoproteína 13-100, que forma parte de las LDL es la responsable de

la captación del colesterol en las células. Se capta por endocitosis mediada por receptor, que reconoce a la 13-100. Si se sintetiza poca 13-100 no se transporta colesterol, por lo que se acumula colesterol libre. MOLÉCULAS AFINES A LOS LÍPIDOS POR SU SOLUBILIDAD Estas moléculas tienen naturaleza hidrofóbica y tienen relación estructural entre sí y con los lípidos. Derivados isoprenoides (terpenos) Los derivados isoprenoides derivan de una molécula de cinco átomos de C denominada isopreno. Esta molécula se puede unir consigo misma y formar grandes cadenas hidrocarbonadas de hasta 100 átomos de C, mediante unión cabeza-cola. A este grupo de moléculas pertenecen algunas como: • Muchas sustancias volátiles que tienen fuertes aromas (mentol, alcanfor, etc.).

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Los carotenos. El β-caroteno es el precursor de la vitamina A. El escualeno. Es una molécula de 30 átomos de C (6 moléculas de isopreno). Cuando se cicla da lugar al ciclopentanoperhidrofenantreno, que es la base de todos los esteroides, en particular los esteroles como el colesterol.

Esteroides Como hemos mencionado anteriormente, los esteroides derivan del ciclopentanoperhidrofenantreno. Son moléculas evolutivamente señalizadas para acciones de regulación, de control, ya que forman parte de las hormonas (hormonas esteroideas). Los esteroides son claramente hidrofóbicos y pueden unirse en la posición 3 de un ácido graso, dando estéridos. Ciclopentanoperhidrofenantreno

Prostaglandinas Las prostaglandinas fueron descubiertas en la próstata, por lo que en un principio se creyó que eran propias del sistema prostático, pero muy pronto se descubrió que eran totalmente ubicuas. Tienen dos efectos: • Depresores de la presión sanguínea. • Inductores de la contracción de la musculatura lisa. Esto permitió que se usaran para facilitar el parto. Las prostaglandinas proceden de la ciclación del ácido araquidónico. Cuando los átomos de C 8-12 ciclan, se forma el ácido prostanoico. Hoy en día hay más prostaglandinas artificiales que naturales, y todas ellas tienen actividad....