1.4. Lípidos

1.4. Lípidos.

 A diferencia de glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos, el término lípido no identifica un grupo de moléculas químicamente similares entre sí. La razón de agrupar juntas moléculas tan distintas como las grasas , la vitamina A o el colesterol es  que todas ellas poseen unas propiedades físicas muy semejantes, aunque diferentes a las de los otros grupos de biomoléculas , gracias a las cuales los lípidos presentan comportamiento característico en los medios biológicos.

1.4.1. Concepto y clasificación.

 Los lípidos (del griego lipos, grasa) pertenecen a un grupo de sustancias químicas muy heterogéneo, tanto desde el punto de vista estructural como en lo que se refiere a las funciones que realizan en las células.

Químicamente, los lípidos están constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno, y en múltiples ocasiones contienen, además, fósforo y azufre. La cantidad de oxígeno en estos compuestos es muy inferior en proporción a la de carbono e hidrógeno, circunstancia que determina sus propiedades y los diferencia de otros compuestos, como

por ejemplo los glúcidos, que contienen los mismos elementos químicos pero en distinta proporción.

Es necesario recurrir a las propiedades físicas para completar la descripción de los lípidos. Todos tienen en común el ser sustancias untuosas al tacto, escasamente solubles en agua y solubles en disolventes apolares orgánicos, como el éter, el cloroformo, el xileno o el benceno. Son estos disolventes los que se utilizan para extraerlos de las células y de los tejidos donde se encuentran localizados.

Con la denominación de lípido se agrupa un número variado de compuestos con diversas funciones biológicas: 

·        Estructurales. En todas las células son los elementos mayoritarios de las membranas.

·       Energéticas. Algunos, como los triacilglicéridos, son eficientes reservas para el almacenamiento de energía.

·        Vitamínicas y hormonales. Muchas de las vitaminas y hormonas presentes en los vertebrados son lípidos o derivados de lípidos.

CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS

Dada la heterogeneidad de estos compuestos, se pueden utilizar numerosos criterios para clasificarlos. Según su estructura molecular, se clasifican en:

·        Saponificables. Contienen en su molécula ácidos grasos, que son ácidos monocarboxílicos que pueden o no tener insaturaciones (dobles enlaces) y están esterificados.

Una esterificación es una reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol en la que se obtiene un éster y agua. Los ésteres son compuestos orgánicos, de olor agradable, que se encuentran frecuentemente en pequeñas cantidades en las frutas, a las que proporcionan olor y sabor característicos.

Los lípidos saponificables forman jabones, sales de los ácidos grasos, al someterlos a hidrólisis alcalina; esta reacción química se denomina saponificación.

Una saponificación es una reacción en la que un éster en medio alcalino (generalmente disoluciones de NaOH y KOH) se hidroliza para producir una sal (estearato) sódica o potásica y un alcohol.

Pertenecen al grupo de los lípidos saponificables los acilglicéridos o grasas, las ceras, los fosfolípidos y los esfingolípidos.

·        Insaponificables. Son derivados de hidrocarburos lineales o cíclicos insaturados que forman asociaciones moleculares diversas. No contienen ácidos grasos y, por tanto, no dan reacciones de saponificación.

Pertenecen a este grupo los terpenos, los esteroides y lasprostaglandinas.

Principales grupos de lípidos

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1.4.2. Ácidos grasos: estructura y propiedades

 Los ácidos grasos son los componentes característicos de muchos lípidos y rara vez se encuentran libres en las células. Químicamente son ácidos carboxílicos de cadena larga, que suelen tener un número par de átomos de carbono, generalmente entre 12 y 24, siendo los más abundantes los que tienen 16 y 18 carbonos 

Las cadenas de los ácidos grasos pueden ser: saturadas (no tienen dobles enlaces) o insaturadas (con uno o más dobles enlaces, en éste último caso se denominan poliinsaturados). En los ácidos grasos saturados las cadenas hidrocarbonadas son rectas. En los insaturados los dobles enlaces producen codos, con cambios de dirección, en los lugares donde aparecen los dobles enlaces. Todas las cadenas de los ácidos grasos forman entre sí enlaces débiles de Van de Waals entre los grupos -CH₂-.

Formula estructural de los ácidos grasos

Algunos ácidos grasos presentes en los seres vivos

Las propiedades físicas de los ácidos grasos dependen de la longitud y grado de insaturación de sus cadenas. Las más importantes son el punto de fusión y la solubilidad. 

·        Los puntos de fusión de los ácidos grasos aumentan con la longitud de sus cadenas, ya que cuanto más largas sean más enlaces de Van de Waals se formarán entre ellas. Los ácidos grasos insaturados tienen un punto de fusión más bajo que los saturados con igual número de carbonos, debido a que los codos de la cadena reducen el número de enlaces de Van der Waals.

·        En cuanto a la solubilidad, los ácidos grasos son moléculas anfipáticas, es decir, bipolares que tienen una zona hidrófila, con afinidad por el agua, constituida por el grupo carboxilo (-COOH), que seria una especie de cabeza polar, y una zona hidrófoba o cola apolar, formada por la cadena hidrocarbonada, que es repelida por el agua. El gran tamaño de esta zona es la responsable de que los ácidos grasos sean insolubles en el agua y solubles en disolventes orgánicos.

Debido a esta propiedad, si echamos en el agua unas gotas de ácido graso se forma una fina película en la superficie de separación aire-agua, en la cual las moléculas de ácido graso se disponen en empalizada perpendicularmente a dicha superficie, con los extremos que contienen el grupo -COOH hundidos en el agua y el resto de la cadena sobresaliendo fuera de ella. Sin embargo, cuando los ácidos grasos se colocan en el seno del agua se disponen también en empalizada pero formando estructuras más o menos esféricas a las que se denomina micelas .

Entre las propiedades químicas cabe destacar la esterificación, que es la capacidad que tienen los ácidos grasos para formar enlaces éster con grupos alcohol de otras moléculas; la saponificación, que es cuando los esteres dan lugar a jabón por hidrólisis alcalina; yla autooxidación, que es la oxidación espontánea de los ácidos grasos insaturados, originando aldehídos donde existían dobles enlaces.

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1.4.3. Triacilglicéridos y fosfolípidos: propiedades y funciones.

 TRIACILGLICERIDOS

Los triacilglicéridos o triglicéridos son un grupo perteneciente a los acilglicéridos, por lo tanto son lípidos saponificables. Son moléculas orgánicas abundantes en todos los organismos vivos. Las grasas están compuestas por triésteres del alcohol glicerina (propanotriol) y tres ácidos grasos.

Se representan a continuación las reacciones de formación (esterificación) e hidrólisis (saponificación) de los triacilglicéridos:

Si los tres ácidos grasos son iguales, se denominan grasas simples y se nombran con el prefijo tri. seguido del nombre del ácido graso, al que se añade la terminación .ina. Cuando los ácidos grasos son distintos, reciben el nombre de grasas mixtas. Ambos tipos se encuentran habitualmente en las grasas naturales.

Como se ha indicado antes, la longitud de la cadena de los ácidos grasos, así como el número y posición de los dobles enlaces, tienen una influencia determinante en su punto de fusión y, por tanto, en el de las grasas en que se encuentran.

Las grasas sólidas (sebos, mantecas) poseen un punto de fusión superior a 40 °C por lo que permanecen en ese estado a temperatura ambiente. En las grasas líquidas (aceites), por el contrario, el punto de fusión es inferior a 15 °C, y en las semisólidas (mantequillas, margarinas) se encuentra en un punto intermedio.

Las grasas son las moléculas que generan más cantidad de energía: un gramo de grasa metabolizada produce 9 kcal, más del doble de energía que un gramo de glúcido (3,75 kcal/g). Por esta razón, y debido también a su insolubilidad en agua (lo que permite almacenarlas en grandes cantidades sin modificar la presión osmótica celular) las grasas constituyen la reserva energética de los organismos, sobre todo en los animales.

Las grasas desempeñan, además, otras funciones y actúan como amortiguadores mecánicos en algunos órganos y como aislantes térmicos.

FOSFOLIPIDOS

Los fosfolípidos son lípidos saponificables que también denominan fosfoglicéridos y son los principales componentes de las membranas biológicas. 

Químicamente están constituidos por glicerina esterificada en el carbono 3 con un grupo fosfato (glicerol-3-fosfato) y en los carbonos 1 y 2 por sendos ácidos grasos. Generalmente, el ácido graso que esterifica en el C₁ es saturado, mientras que el que lo hace en el C₂ es insaturado. El grupo fosfato está unido mediante enlace éster a un , sustituyente polar que puede ser aminoalcohol o polialcohol.

El ácido fosfatídico es el fosfolípido más sencillo: en el C₁ esterifica el ácido esteárico y en el C₂ el oleico, mientras que el grupo fosfato no está sustituido.

Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas: poseen región polar hidrofílica constituida por el grupo fosfato y los sustituyentes polares que se unen a él, y otra región apolar hidrofóbica formada por los ácidos grasos que esterifican la glicerina. El carácter anfipático de los fosfolípidos los hace especialmente idóneos para formar parte de la  estructura de las membranas celulares.

Los fosfolípidos, cuando se encuentran en un medio acuoso, se asocian formando varios tipos de estructuras. En ellas, los grupos hidrófilos se orientan hacia las moléculas de agua e interaccionan con ella mediante enlaces de hidrógeno, y los hidrófobos se alejan interaccionando entre sí mediante fuerzas de Van der Waals y ocultándose dentro de la estructura. Esto explica que, al igual que muchos otros lípidos, los fosfoglicéridos formen bicapas y micelas, que son estructuras básicas en las membranas biológicas.

En las bicapas, las cadenas hidrofóbicas se orientan hacia el interior, mientras que las cabezas polares están en contacto con el medio acuoso existente a cada lado de la bicapa. Son estructuras que separan dos medios acuosos. Los fosfolípidos también forman monocapas en las interfases aire-agua, exponiendo las cadenas alifáticas hacia el aire e interaccionando las cabezas polares con el agua.

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1.4.4. Carotenoides y esteroides: propiedades y funciones.

CAROTENOIDES.

Dentro de los lípidos insaponificables hay un grupo que son los terpenos que son polímeros de la molécula de isopreno, por lo que también se llaman isoprenoides, y según el número de isoprenos que componen el terpeno se clasifican  en monoterpenos, diterpenos,  triterpenos, teraterpenos y politerpenos.

Dentro de los tetraterpenos, que están formados por ocho moléculas de isopreno destacan un grupo denominado carotenoides.

Los carotenoides, son  pigmentos que participan en la fotosíntesis absorbiendo energía lumínica de longitudes de onda distintas a las que absorbe la clorofila.

Entre los carotenoides más importantes se encuentran la xantofila (amarilla), el licopeno (rojo) y el b-caroteno(anaranjado). Este último se considera también un precursor de la vitamina A, ya que la rotura de un enlace central del b-caroteno origina dos moléculas de esta vitamina.

ESTEROIDES.

Son lípidos insaponificables por no contener ácidos grasos. Derivan del esterano o ciclopentano-perhidrofenantreno. Todos ellos contienen esta estructura fundamental con diversos grupos de deshidrogenación y distintas cadenas laterales y grupos funcionales sustituyentes.

Entre ellos destacan:

a. Hormonas suprarrenales como la aldosterona, que aumenta la reabsorción del Na⁺, el CI^- y HCO₃^- en el riñón; y el cortisol, que regula la síntesis de glucógeno.

b. Hormonas sexuales: como la progesterona, hormona que prepara al organismo para la gestación, y la testosterona, responsable de los caracteres sexuales secundarios en los machos de los vertebrados.

c. Esteroles : Poseen un grupo -OH en el carbono 3 y una cadena hidrocarbonada en el carbono 17. Son ejemplos de esteroles:

- El colesterol, componente de las membranas celulares de los animales, modifica la fluidez de las mismas. El grupo hidróxilo en posición C₃ es el único sustituyente polar, por lo que la molécula de colesterol es muy hidrófoba. Se sintetiza a partir del ácido acético y es precursor de otros esteroides como los ácidos biliares y las hormonas sexuales.

- Los ácidos biliares emulsionan las grasas, facilitando la acción de la lipasa pancreática.

- La vitamina D regula el metabolismo del Ca y del P. Puede obtenerse por irradiación ultravioleta del colesterol subcutáneo, por lo que comienza a considerarse como una hormona.

- El estradiol es una hormona responsable de la aparición de los caracteres sexuales secundarios en las hembras de vertebrados.

        Otros Esteroles semejantes al colesterol son los fitoesteroles, presentes en las células vegetales. En las levaduras y los hongos se encuentra el ergosterol, que puede originar la vitamina D₂  por la incidencia de la luz ultravioleta.

        La mayoría de las bacterias, en cambio, no contienen esteroles.

Esterano

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