Lipidos y Membranas
Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas (la mayoría biomoléculas) que están constituidas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida por oxígeno. También pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno.
Debido a su estructura, son moléculas hidrófobas (insolubles en agua), pero son solubles en disolventes orgánicos no polares como la bencina, el benceno y el cloroformo lo que permite su extracción mediante este tipo de disolventes. A los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son solo un tipo de lípidos procedentes de animales y son los mas ampliamente distribuidos en la naturaleza.
Los lípidos más simples son los ácidos grasos, y tienen la fórmula general R—COOH, donde R representa una cadena de hidrocarburo. Los ácidos grasos son componentes de muchos tipos más complejos de lípidos, incluyendo los triglicéridos o triacilgliceroles, los glicerofosfolípidos y los esfingolípidos. Los lípidos que contienen grupos fosfato se llaman fosfolípidos y los que tienen grupos esfingosina y carbohidrato a la vez se llaman glicoesfingolípidos. Los esteroides, las vitaminas lipídicas y los terpenos se relacionan con la molécula de isopreno, de cinco carbonos, y por consiguiente se llaman isoprenoides. El nombre terpenos se ha aplicado a todos los isoprenoides, pero en general se restringe a los que existen en las plantas. Los lípidos tienen funciones biológicas diversas, al igual que estructuras 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.
La relación estructural de los lipidos se basa en lo siguiente:
- Acidos 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 y la cantidad de ramificaciones.
La mayor parte
de los ácidos grasos tienen un pKa aproximado de 4.5 a 5.0, y por consiguiente
están ionizados al pH fisiológico. 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
La cantidad de
átomos de carbono en los ácidos grasos más abundantes va de 12 a 20, y casi
siempre es par, ya que se sintetizan mediante la adición consecutiva de
unidades con dos carbonos.
En la nomenclatura de IUPAC, al carbono carboxílico
se le considera el C-1 y los demás átomos de carbono se numeran en secuencia.
En la nomenclatura común se usan letras griegas para identificar a los átomos
de carbono.
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 saturadoso 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
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 (este último nombre es
histórico). Como indica su nombre, 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.
Las grasas y
los aceites son mezclas de triacilgliceroles. Pueden ser sólidos (grasas) o
líquidos (aceites), dependiendo de sus composiciones de ácidos grasos y de la
temperatura. Los triacilgliceroles que sólo contienen grupos acilo graso
saturado y de cadena larga tienden a ser sólidos a la temperatura corporal, y
los que contienen grupos acilo graso no saturados o de cadena corta, tienden a
ser líquidos.
- Glicerofosfolipidos
Los lípidos
más abundantes en la mayor parte de las membranas son los glicerofosfolípidos
(que también se llaman fosfoglicéridos); como los triacilgliceroles 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
Los
fosfatidatos están presentes en pequeñas cantidades como intermedios en la
biosíntesis o descomposición de glicerofosfolípidos más complejos. En la mayor
parte de los glicerofosfolípidos, el grupo fosfato está esterificado con
glicerol y otro compuesto que tenga un grupo —OH. La tabla 9.2 contiene algunos
tipos comunes de glicerofosfolípidos. Nótese que éstos son moléculas
anfipáticas, con una cabeza polar y colas no polares. En la figura 9.7 de la
página 261 se ven las estructuras de tres tipos de glicerofosfolípidos:
fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y fosfatidilcolina.
En general,
los glicerofosfolípidos tienen ácidos grasos saturados esterificados en el C-1
y ácidos grasos no saturados esterificados en el C-2. Los principales
glicerofosfolípidos de membrana en Escherichia coli son fosfatidil-etanolamina
y fosfatidilglicerol.
os principales
glicerofosfolípidos de membrana en Escherichia coli son fosfatidil-etanolamina
y fosfatidilglicerol. Para determinar las estructuras de los
glicerofosfolípidos y las identidades de sus ácidos grasos individuales se
puede usar una diversidad de fosfolipasas. Las posiciones específicas de ácidos
grasos en los glicerofosfolípidos se pueden determinar usando fosfolipasa A1 y
fosfolipasa A2, que catalizan en forma específica la hidrólisis de los enlaces
de éster en el C-1 y C-2, respectivamente. La fosfolipasa
A2 es la principal en el jugo pancreático, y es la responsable de la digestión
de fosfolípidos de membrana en la dieta. También está presente en los venenos
de víbora, abeja y avispa. Altas concentraciones de los productos de la
fosfolipasa A2 pueden romper las membranas celulares.
La fosfolipasa
C cataliza la hidrólisis del enlace P—O entre glicerina y fosfato, para liberar
diacilglicerol, y la fosfolipasa D convierte los glicerofosfolípidos en
fosfatidatos. La otra clase principal de glicerofosfolípidos es la de los plasmalógenos,
y difiere de los fosfatidatos porque tiene el sustituyente hidrocarburo en el
grupo hidroxilo del C-1 de la glicerina, unido por un enlace de éter vinílico,
y no enlace de éster
·
Esfingolipidos
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.
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 (figura 9.10a). La
ceramida está formada por un grupo acilo graso unido al grupo amino del C-2 en
la esfingosina, por un enlace de amida (figura 9.10b). Las ceramidas son los
precursores metabólicos de todos los esfingolípidos. Las tres grandes familias
de esfingolípidos son las esfingomielinas, los cerebrósidos y los gangliósidos.
De ellos, sólo las esfingomielinas contienen fosfato, y se clasifican como
fosfolípidos; los cerebrósidos y los gangliósidos contienen residuos de
carbohidrato y se clasifican como glicoesfingolípidos.
Los
cerebrósidos son glicoesfingolípidos que contienen un residuo de monosacárido
unido a un enlace b-glicosídico al C-1 de una ceramida.
Los
gangliósidos son glicoesfingolípidos más complejos, donde las cadenas de
oligosacárido que contienen ácido N-acetilneuramínico (NeuNAc) están unidas a
una ceramida.
- 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
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.
Las ceras
son ésteres no polares de ácidos grasos de cadena larga y alcoholes
monohidroxílicos de cadena larga. Ejemplo palmitato de piricilo.
Los
eicosanoides son derivados oxigenados de ácidos grasos poliinsaturados de C20,
como ácido araquidónico.
Éstos
participan en una diversidad de procesos fisiológicos, y también pueden mediar
muchas respuestas potencialmente patológicas. Las prostaglandinas son
eicosanoides que tienen un anillo de ciclopentano.
La
prostaglandina E2 puede causar constricción de vasos sanguíneos, y el
tromboxano A2 interviene en la formación de coágulos sanguíneos, que en algunos
casos pueden bloquear el flujo de sangre al corazón o al cerebro. El
leucotrieno D4, mediador de la contracción de músculos lisos, también provoca
la constricción bronquial de los asmáticos. La aspirina (ácido
acetilsalicílico) alivia el dolor, la fiebre, la hinchazón y la inflamación, al
inhibir la síntesis de las prostaglandinas.
- La membrana biológica
Las
membranas biológicas definen los límites externos de las células, y separan
compartimientos dentro de ellas. Son componentes esenciales de todas las
células vivas. Una membrana típica está formada por dos capas de moléculas de
lípidos y muchas proteínas embebidas en ella. 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.
- Modelo
fluido de mosaico para membranas biológicas
Una membrana biológica típica
contiene de un 25 a un 50% de lípidos, y de un 50 a un 75% de proteínas, en
masa, con menos de 10% de carbohidratos como componente de glicolípidos y
glicoproteínas. Los lípidos son una mezcla compleja de fosfolípidos,
glicoesfingolípidos (en animales) y colesterol (en algunos eucariotas). El
colesterol y algunos otros lípidos que por sí no forman bicapas (30% del total)
están estabilizados en el arreglo de bicapa por el otro 70% de los lípidos en
la membrana.
- Las bicapas
lipídicas y las membranas
Los lípidos
en una bicapa están en movimiento constante, dando a las bicapas lipídicas muchas
de las propiedades de los fluidos. Los lípidos tienen varios tipos de
movimiento molecular dentro de las bicapas. El rápido movimiento de los lípidos
dentro del plano de una monocapa es un ejemplo de difusión lateral
bidimensional. Una molécula de fosfolípido se puede difundir de un extremo a
otro de una célula bacteriana.
Las
proteínas periféricas de membrana se asocian a una cara de la membrana,
mediante interacciones de carga a carga y con puentes de hidrógeno, con las
proteínas integrales de membrana o con los grupos de cabeza polar de los
lípidos de membrana. Las proteínas periféricas de membrana se disocian con más
facilidad de las membranas, con procedimientos que no requieren romper enlaces
covalentes ni romper la membrana misma. Con frecuencia, un cambio de pH o de
fuerza iónica basta para eliminar esas proteínas de la membrana. Las proteínas
de membrana ancladas a lípidos están unidas a una membrana mediante un enlace
covalente con un ancla lipídico. En las proteínas de membrana ancladas a
lípidos más simples, una cadena lateral de aminoácidos se une por un enlace de amida
o de éster a un grupo de acilo graso, con frecuencia de miristato o palmitato.
- Transporte pasivo
Las
proteínas de transporte pasivo y activo se unen en forma específica a solutos,
y los transportan a través de las membranas. En el transporte pasivo, el soluto
se mueve a favor de su gradiente de concentración, y el potencial de membrana
es favorable. Entonces, el cambio de energía libre de Gibbs para el transporte
es negativo, y el transporte de un lado a otro de la membrana es un proceso
espontáneo. En el transporte activo, el soluto se mueve contra un gradiente de
concentración, contra una diferencia de carga, o ambas cosas. El transporte
activo debe acoplarse a una reacción productora de energía para contrarrestar
el cambio desfavorable de energía libre de Gibbs, para transporte sin ayuda.
Los transportadores de membrana más simples, sean activos o pasivos, realizan
uniporte; esto es, sólo llevan un solo tipo de soluto a través de la membrana.
- Transporte
activo
El
transporte activo se parece al transporte pasivo en el mecanismo y propiedades
cinéticas generales. Sin embargo, el transporte activo requiere energía para
mover un soluto contra su gradiente de concentración. En algunos casos, el
transporte activo de moléculas o iones cargados causa también un gradiente de
carga a través de la membrana, y el transporte activo mueve los iones contra el
potencial de membrana.
- Endocitosis
y exocitosis
El
transporte descrito hasta ahora sucede por el flujo de moléculas o iones a
través de una membrana intacta. Las células también necesitan importar y
exportar moléculas demasiado grandes como para ser transportadas a través de
poros, canales o proteínas de transporte. Los procariotas poseen sistemas
especializados de exportación, de varios componentes, en su plasma y membrana externa,
que les permite secretar ciertas proteínas (con frecuencia toxinas o enzimas)
hacia el medio extracelular. En las células eucariotas, aunque no en todas, las
proteínas (y ciertas sustancias grandes) se mueven hacia adentro y afuera de la
célula por endocitosis y exocitosis, respectivamente. En ambos casos, el
transporte implica la formación de un tipo especializado de vesícula lipídica.
La endocitosis es el proceso mediante el cual las macromoléculas son rodeadas
por la membrana plasmática, y son llevadas al interior de la célula dentro de
una vesícula lipídica. La endocitosis mediada por receptor comienza con la
unión de macromoléculas a proteínas receptoras específicas en la membrana
plasmática de la célula. A continuación, la membrana se invagina y forma una
vesícula que contiene las moléculas enlazadas. Como transducción
de señales extracelulares. Las
membranas plasmáticas de todas las células contienen receptores específicos que
permiten que la célula responda a estímulos químicos externos que no pueden
cruzar la membrana. Por ejemplo, las bacterias pueden detectar ciertas
sustancias en su ambiente. Una señal pasa a través del receptor en la
superficie celular hacia los flagelos, haciendo que la bacteria se mueva hacia
una fuente potencial de alimento. A esto se llama quimiotaxiapositiva. En la
quimiotaxia negativa, las bacterias se alejan de las sustancias tóxicas. En los
organismos multicelulares, las células especializadas son las que producen
estímulos, como hormonas (moléculas que permiten que las células en una parte
de un organismo se comuniquen con las de otra parte del mismo organismo),
neurotransmisores (sustancias que transmiten mensajes nerviosos en las
sinapsis) y factores de crecimiento (proteínas que regulan la proliferación
celular). Estos ligandos pueden viajar hacia otros tejidos, donde se unen a los
receptores adecuados en sus superficies y producen respuestas específicas en
las células. En esta sección se verá cómo la unión de ligandos hidrosolubles a
receptores activa las respuestas intracelulares en los mamíferos. En estas
rutas de transducción (es decir, conversión) de señal intervienen adenilil
ciclasa, inositol-fosfolípidos y receptores de tirosina cinasas.
- Algunos productos elaborados con lipidos son los siguientes
- Almiron Pepti 2
Almiron
Pepti 2 es un compuesto para el tratamiento dietético para aquellos niños que
sean propensos o tengan alergia a las proteínas lácteas de la vaca. Es
necesario que este producto se utilice bajo un control médico.
- Principales principios activos
- Principales principios activos
- Riboflavina
- Resource Protein
- Principal principio activo
- Vitamina C
- DEPA
Este medicamento contiene un
concentrado de lípidos marinos que ha sido procesado por destilación molecular.
DEPA es una excelente fuente de omega-3 ácidos grasos, proporcionando el ácido
eicosapentaenoico (EPA, 18%) y ácido docosahexaenoico (DHA, 12%) en su forma
natural de los triglicéridos.
- Principales componentes activos
- Principales componentes activos
- Acido Gamma Linoleico
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