Lípidos

1. Lípidos ULEAM 2010

2. Generalidades • Son un conjunto de moléculas orgánicas, biomoléculas, compuestas principalmente por C, H < O, aunque también pueden contener P, S y N. • Característica principal el ser insolubles en agua y sí en solventes orgánicos (alcohol, benceno y cloroformo). • A los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales.

3. Generalidades • Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética (triglicéridos), la estructural (fosfolípidos de las bicapas) y la reguladora (esteroides). • Los Lípidos también funcionan para el desarrollo de la Materia gris, el metabolismo y el crecimiento

5. Característicasgenerales • Los lípidos más abundantes son las grasas, que puede ser de origen animal o vegetal. • Unos están formados por cadenas alifáticas saturadas o insaturadas, pero algunos tienen anillos (aromáticos). • Algunos son flexibles, mientras que otros son rígidos o semiflexibles hasta alcanzar casi una total flexibilidad molecular; algunos comparten carbonos libres y otros forman puentes de hidrógeno.

6. Característicasgenerales • Tienen algún tipo de carácter polar, además de poseer una gran parte apolar o hidrofóbico. • Otra parte de su estructura es polar o hidrofílicay tenderá a asociarse con solventes polares como el agua; cuando una molécula tiene una región hidrófoba y otra hidrófila se dice que tiene carácter anfipático. • La región hidrófoba de los lípidos es la que presenta solo átomos de C unidos a átomos de H.

7. Característicasgenerales • La región hidrófila es la que posee grupos polares o con cargas eléctricas, como el hidroxilo (–OH) del colesterol, el carboxilo (–COO–) de los ácidos grasos, el fosfato (–PO4–) de los fosfolípidos, etc. • Como la larga "cola" alifática de los ácidos grasos o los anillos de esterano del colesterol.

8. Clasificaciónbiológica

9. Ácido graso • Formada por una larga cadena hidrocarbonada lineal, de número par de átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo carboxilo. • Cada átomo de carbono se une al siguiente y al precedente por medio de un enlace covalente sencillo o doble. • Al átomo de su extremo le quedan libres tres enlaces que son ocupados por átomos de hidrógeno (H3C-). • Los demás átomos tienen libres dos enlaces, que son ocupados igualmente por átomos de hidrógeno ( ... -CH2-CH2-CH2- ...).

10. Ácido graso • Se puede globalizar un ácido graso genérico como R-COOH. • Los ácidos grasos forman parte de los fosfolípidos y glucolípidos, moléculas que constituyen la bicapa lipídica de todas las membranas celulares. • En los mamíferos la mayoría de los ácidos grasos se encuentran en forma de triglicéridos, moléculas donde los extremos carboxílico (-COOH) de tres ácidos grasos se esterifican con cada uno de los grupos hidroxilos (-OH) del glicerol (glicerina, propanotriol); los triglicéridos se almacenan en el tejido adiposo.

11. Estructuraquímica • Los ácidos grasos constan de una cadena alquílica con un grupo carboxil (–COOH) terminal; la fórmula básica de una molécula completamente saturada es CH3–(CH2)n–COOH. • Los ácidos grasos de los mamíferos tienen estructuras relativamente sencillas, pero los de otros organismos pueden ser muy complejos, con anillos ciclopropano o abundantes ramificaciones.

12. Estructuraquímica Molécula de ácido esteárico, un ácido grasosaturado, representada de maneraesquemática. La misma molécula con el grupo carboxilo disociado.

13. Estructuraquímica • Son frecuentes los ácidos grasos insaturados, casi siempre de configuración cis; cuando hay más de un doble enlace por molécula, siempre están separados por un grupo metileno (–CH2–). • Algunos animales, incluido el ser humano, también producen ácidos grasos ramificados, con uno o varios grupos metilo (–CH3) a lo largo de la cadena, como es el caso de las estructuras de ecolocalización de los cetáceos en que se hallan grandes cantidades de ácido isovalérico.

14. Propiedades • Son moléculas anfipáticas, de cadena corta, más solubles que los ácidos grasos de cadena larga porque la región hidrófoba es más corta. • Si se colocan ácidos grasos en agua forman una capa superficial debido a su baja densidad; formarán una película con sus colas (la parte no polar) orientadas hacia arriba, fuera del agua, de manera que no quedan en contacto con la misma y la cabeza polar dentro del agua.

15. Nomenclatura • Los átomos de carbono de los ácidos grasos se numeran de dos maneras: • Números Árabigos: Empezando por el C carboxílico (–COOH), que recibe el número 1; el C 2 es el que queda inmediatamente tras el 1 y así sucesivamente . • Alfabeto Griego: El C carboxilico no recibe letra. Se empieza a nombrar desde el C 2, al cual se le asigna la letra α; al C 3 se le otorga la letra β (de donde proviene el término β-oxidación, ruta metabólica de degradación de los ácidos grasos en la matriz mitocondrial). el último C es el del extremo metilo (CH3–), al que se le asigna la letra ω (omega, la última letra del alfabeto griego).

16. Nomenclatura • El modo oficial de denominar los ácidos grasos consiste en el número de átomos de C seguido por dos puntos y el número de dobles enlaces; la localización de los mismos se designa por el número del átomo de C donde empieza, contando a partir del extremo carboxílico. • Así, el ácido oleico se designa 18:1(9); el número 18 nos indica el número de C, el 1 tras los dos puntos, el número de dobles enlaces y el 9 entre paréntesis que este doble enlace comienza en el 9º carbono (está entre el 9º y el 10º), contando desde el extremo –COOH.

17. Nomenclatura • Otro modo de designación de los ácidos grasos insaturados: • La posición que ocupan los dobles enlaces se indica con respecto al último C de la cadena (el extremo CH3–), o sea, el C ω; de ahí derivan las denominaciones de ω-3, ω-6, etc. • Un ácido graso ω-3 será el que tenga su primer doble enlace entre los carbonos 3 y 4, y un ácido graso ω-6 tendrá el primer doble enlace entre los carbonos 6 y 7, siempre a contar desde el extremo CH3–. • Dado que el primer método empieza a contar desde el extremo –COOH y el segundo desde el extremo CH3–, puede producirse cierta confusión.

18. Clasificación • Ácidos grasos saturados: Sin dobles enlaces entre C; tienden a formar cadenas extendidas y a ser sólidos a temperatura ambiente, excepto los de cadena corta. • Cadena corta (volátiles) • Ácido butírico (ácido butanoico) • Ácido isobutírico (ácido 2-metilpropionico) • Ácido valérico (ácido pentanoico) • Ácido isovalérico (ácido 3-metilbutanoico) • Cadena larga: • Ácido mirístico, 14:0 (ácido tetradecanoico) • Ácido palmítico, 16:0 (ácido hexadecanoico) • Ácido esteárico, 18:0 (ácido octadecanoico)

19. Clasificación • Ácidos grasos insaturados: Con dobles enlaces entre C; suelen ser líquidos a temperatura ambiente. • Ácidos grasos monoinsaturados. Un solo doble enlace. • Ácido oleico, 18:1(9) (ácido cis-9-octadecenoico) • Ácidos grasos poliinsaturados. Con varios dobles enlaces. • Ácido linoleico, 18:2(9,12) (ácido cis, cis-9,12-octadecadienoico) ( es un ácido graso esencial) • Ácido linolénico, 18:3(9,12,15) (ácido cis-9,12,15-octadecatrienoico) (es un ácido graso esencial) • Ácido araquidónico, 20:4(5,8,11,14) (ácido cis-5,8,11,14-eicosatetraenoico) (es un ácido graso esencial)

20. Clasificación • Ácidos grasos insaturados. • Ácidos grasos cis. Los dos átomos de hidrógeno del doble enlace están en el mismo lado de la molécula, lo que le confiere un "codo" en el punto donde está el doble enlace; la mayoría de los ácidos grasos naturales poseen configuración cis. • Ácidos grasos trans. Los dos átomos de hidrógeno están uno a cada lado del doble enlace, lo que hace que la molécula sea rectilínea; se encuentra principalmente en alimentos industrializados que han sido sometidos a hidrogenación, con el fin de solidificarlos (como la margarina).

21. Ácido oleico cis y trans

22. Ácido grasoesencial • Son aquellos que el organismo no puede sintetizar, por lo que deben obtenerse por medio de la dieta. • Se trata de ácidos grasos poliinsaturados con todos los dobles enlaces en posición cis. • Tanto la dieta como la biosíntesis suministran la mayoría de los ácidos grasos requeridos por el organismo humano, y el exceso de proteínas y glúcidos ingeridos se convierten con facilidad en ácidos grasos que se almacenan en forma de triglicéridos. • En el ser humano es esencial la ingestión un precursor en la dieta para dos series de ácidos grasos, la serie del ácido linoleico (serie ω-6) y la del ácido linolénico (serie ω-3).

23. Ácido grasoesencial • Los ácidos grasos esenciales se encuentran sobre todo en el pescado azul, las semillas y frutos secos, como las de girasol o las nueces, en aceite de oliva o bacalao. • La dieta de los animales para consumo también puede hacer que contengan gran cantidad de estos ácidos grasos. • Por ejemplo la carne de los cerdos alimentados con bellota o las gallinas alimentadas con algas y harinas de pescado que ponen huevo con mayor cantidad estos ácidos grasos.

24. Algunosácidosgrasosesenciales • Ácidos grasosω-6 • Ácido linoleico, 18:2(9,12) • Ácido γ-linolénico, 18:3 (6,9,12) • Ácido eicosadienoico, 20:2 (11,14) • Ácido dihomo-gamma-linolénico, 20:3(8,11,14) • Ácido araquidónico, 20:4(5,8,11,14) • Ácido docosadienoico, 22:2(13,16) • Ácido adrénico, 22:4(7,10,13,16) • Ácido docosapentaenoico, 22:5(4,7,10,13,16) • Ácido caléndico, 18:3(8,10,12)

25. Algunosácidosgrasosesenciales • Ácidos grasosω-3.. • Ácido α-linolénico, 18:3(9,12,15) • Ácido estearidónico, 18:4(6,9,12,15) • Ácido eicosatrienoico, 20:3 (11,14,17) • Ácido eicosatetraenoico, 20:4(8,11,14,17) • Ácido eicosapentaenoico, 20:5(5,8,11,14,17) • Ácido docosapentaenoico (ácido clupanodónico), 22:5(7,10,13,16,19) • Ácido docosahexaenoico, 22:6(4,7,10,13,16,19) • Ácido tetracosapentaenoico, 24:5(9,12,15,18,21) • Ácido tetracosahexaenoico (ácido nisínico), 24:6(6,9,12,15,18,21)

26. Biosíntesis de ácidosgrasos • El primer paso en la biosíntesis de ácidos grasos es la síntesis de ácido palmítico (ácido graso saturado de 16 C), los demás ácidos grasos se obtienen por modificaciones del ácido palmítico. • El ácido palmítico se sintetiza secuencialmente en el citosol de la célula, gracias a la acción del polipéptidomultienzimático ácido graso sintasa, por adición de unidades de dos carbonos aportadas por el acetil coenzima A; el proceso completo consume 7 ATP y 14 NADPH; la reacción global es la siguiente: 8 Acetil-CoA + 14 (NADPH + H+) + 7 ATP → Ácido palmítico (C16) + 8 CoA + 14 NADP+ + 7 (ADP + Pi) + 6 H2O

27. Biosíntesis de ácidosgrasos • La fuente principal de acetil-CoA proviene del citrato que es transportado desde la matriz mitocondrial al citosol por un transportador específico de la membrana interna mitocondrial. • Ya en el citosol, el citrato es escindido en oxalacetato y acetil-CoA, reacción que consume 1 ATP. • El poder reductor, en forma de NADPH, lo suministra la ruta de la pentosa fosfato. • En realidad, las unidades de dos carbonos que se añaden secuencialmente son aportadas por el malonil-CoA que, a su vez, es sintetizado por la enzima acetil-CoA carboxilasa, que adiciona un grupo carboxilo al acetil-CoA.

28. Biosíntesis de ácidosgrasos • El cuerpo humano puede sintetizar casi todos los ácidos grasos que requiere a partir del ácido palmítico, mediante la combinación de estos mecanismos: • Alargamiento. Mediante este proceso, que tienen lugar en el retículo endoplasmático y en la mitocondrias, se adicionan unidades de dos carbonos a la cadena de C16 del ácido palmítico, obteniéndose ácidos grasos de hasta C24. • Desaturación. Mediante este proceso, que se produce en el retículo endoplasmático, se introducen dobles enlaces cis en la cadena hidrocarbonada de ácidos grasos suturados; el proceso es complejo e implica al NADPH, al citocromo b5 y diversos enzimas (como las desaturasas).

29. Biosíntesis de ácidosgrasos • El principal precursor de los ácidos grasos es el malonil-CoA, una molécula que aporta dos de sus tres átomos de carbono al esqueleto carbonado del ácido graso en crecimiento. • El malonil-CoA proviene, a su vez, del acetil-CoA. • Todas las reacciones de síntesis de ácidos grasos tienen lugar en el citosol de las células.

30. Síntesis de malonil-CoA • En la síntesis de los ácidos grasos interviene un intermediario que no participa en la degradación (beta-oxidación), el malonil-CoA. • El malonil-CoA se forma a partir de acetil-CoA y de bicarbonato, reacción que consume ATP y que está catalizada por la acetil-CoAcarboxilasa, enzima que requiere biotina como cofactor.

31. Síntesis de malonil-CoA; reacción de la acetil-CoA carboxilasa. Los colorescorresponden a: enzima, coenzimas, substratos, ionesmetálicos, fosfato y bicarbonato

32. Elongación • Como en la β-oxidation, la elongación ocurre a través de cuatro reacciones recurrentes. • Las unidades de acetil y malonil se muestran como sus tioésteres con su proteína transportadora de acilos (ACP); así es como los microorganismos y las plantas sintetizan sus ácidos grasos. • En animales, esas mismas reacciones ocurren en una gran enzima dimérica, la ácido graso sintasa que tiene todas las actividades enzimáticas necesarias para la síntesis y libeación de ácidos grasos libres.

33. Elongación • El producto final del proceso es siempre ácido palmítico, un ácido graso saturado de 16 C, que es inmediatamente esterificado con el coenzima A, para formar palmitoil-CoA (lo mismo se hace con cualquier ácido graso proveniente de la dieta). • A partir de él, una vez transportado al retículo endoplasmático, pueden sintetizarse otros ácidos grasos.

35. Oxidación de ácidosgrasos • Es un mecanismo clave para la obtención de energía metabólica (ATP) por los organismos aeróbicos. • Los ácidos grasos son moléculas muy reducidas, su oxidación libera mucha energía. • En animales su almacenamiento en forma de triacilgliceroles es más eficiente y más importante que el almacenamiento de glúcidos en forma de glucógeno. • La β-oxidación de los ácidos grasos lineales es el principal proceso productor de energía, pero no el único. • Algunos ácidos grasos, como los de cadena impar o los insaturados requieren, para su oxidación, modificaciones de la β-oxidación o rutas metabólicas distintas. • Tal es el caso de la α-oxidación, la ω-oxidación o la oxidación peroxisómica.

36. La β-oxidación de los ácidos grasos • Sufren remoción, mediante la oxidación, de un par de átomos de carbono sucesivamente en cada ciclo del proceso, hasta que el ácido graso se descomponga por completo en forma de moléculas acetil-CoA, oxidados en la mitocondria para generar energía (ATP). • La β-oxidación de ácidos grasos consta de cuatro reacciones recurrentes: • Oxidación por FAD • Hidratación • Oxidación por NAD+ • Tiólisis

37. La β-oxidación de los ácidos grasos • El resultado de dichas reacciones son unidades de 2 C en forma de acetil-CoA, molécula que pueden ingresar en el ciclo de Krebs, y coenzimas reducidos (NADH y FADH2) que pueden ingresar en la cadena respiratoria. • No obstante, antes de que produzca la oxidación, los ácidos grasos deben activarse con coenzima A y atravesar la membrana mitocondrial interna, que es impermeable a ellos.

39. Activación de los ácidos grasos • El paso previo a esas cuatro reacciones es la activación de los ácidos grasos a acil coenzima A (acil CoA, R–CO–SCoA) grasos, que tiene lugar en el retículo endoplasmático (RE) o en la membrana mitocondrial externa, donde se halla la acil-CoA sintetasa (o ácido graso tioquinasa), la enzima que cataliza esta reacción: R–COOH + ATP + CoASH →Acil-CoA sintetasa→ R–CO–SCoA + AMP + PPi + H2O • El ácido graso se une al coenzima A (CoASH), reacción que consume dos enlaces de alta energía del ATP.

40. Traslocación a la matriz mitocondrial • Posteriormente debe usarse un transportador, la carnitina, para traslocar las moléculas de acil-CoA al interior de la matriz mitocondrial, ya que la membrana mitoncondrial interna es impermeable a los acil-CoA. • La carnitina se encarga de llevar los grupos acilo al interior de la matriz mitoncondrial por medio del siguiente mecanismo. • La carnitina es fuertemente inhibida por el malonil-CoA, uno de los pasos reguladores en el proceso de lipogénesis. • La enzima carnitina palmitoiltransferasa I (CPTI) de la membrana mitocondrial externa elimina el coenzima A de la molécula de acil-CoA y, a la vez, la une a la carnitina situada en el espacio intermembrana, originado acilcarnitina; el CoA queda libre en el citosol para poder activar otro ácido graso.

41. Traslocación a la matriz mitocondrial • A continuación, una proteína transportadora, llamada translocasa, situada en la membrana mitocondrial interna, transfiere la acilcarnitina a la matriz mitoncondrial y, paralelamente, la carnitina palmitoiltrasnferasa II (CPTII) une una molécula de CoA de la matriz al ácido graso, regenerando así el acil-CoA . • La carnitina se devuelve al espacio intermembrana por la proteína transportadora y reacciona con otro acil-CoA, repitiéndose el ciclo. • La carnitina, también reconocida como vitamina B11, es un derivado aminoacídico que participa en el circuito vascular reduciendo niveles de triglicéridos y colesterol en sangre. • Se produce naturalmente en el hígado a partir de los aminoácidos L-metionina y la L-lisina.

42. Activación de un ácido graso y traslocación de acil-CoA resultantepor la carnitinaRojo: acil-CoA, verde: carnitina, Rojo+verde: acilcarnitina, CoASH: coenzima A, CPTI: carnitinapalmitoiltransferasa I, CPTII: carnitinapalmitoiltransferasa II, 1: acil-CoA sintetasa, 2: translocasa, A: membranamitocondrialextena, B: espaciointermembrana, C: membranamitocondrialintena, D: matrizmitocondrial

44. Oxidación de los ácidos grasos insaturados • La oxidación de los ácidos grasos insaturados requiere algunas variantes de la β-oxidación en la que participan algunos enzimas especiales, como la enoil-CoA isomerasa

45. α-oxidación • Ruta catabólica de ciertos ácidos grasos ramificados como el ácido fitálico procedente del fitol, cuyo grupo metilo localizado en el carbono 3 impide su catabolismo por beta oxidación. • En esta vía catabólica la oxidación incial se produce en el carbono alfa. • En la α-oxidación, que es especialmente importante para el metabolismo de ácidos grasos ramificados, se hidroxila el carbono α. • Tiene lugar en el retículo endoplasmático y en la mitocondria, donde interviene la oxidasa de función mixta, y en el peroxisoma, donde interviene una hidroxilasa.

46. Omega oxidación • Ruta metabólica del catabolismo de los ácidos grasos, donde se oxida el carbono opuesto, el más alejado del grupo carboxilo (carbono ω). • Este proceso es generalmente minoritario y afecta en especial a ácidos grasos de mediana longitud (10-12 átomos de carbono), pero puede ser importante cuando la β-oxidación está alterada. • En vertebrados, los enzimas para la ω-oxidación se localizan en el retículo endoplásmico y en el citosol, especialmente del hígado y los riñones, en vez de en la mitocondria como en el caso de la β-oxidación. • Se da en 3 pasos, cualquiera de los extremos del ácido graso puede unirse al coenzima A para formar un acil-CoA graso que puede sufrir la β-oxidación para producir ácidos de cadena más corta como el ácido succínico (C4), que puede ingresar en el ciclo de Krebs, y el ácido adípico (C6); este proceso tiene lugar principalmente en los peroxisomas.

48. Oxidación peroxisómicas de ácidos grasos • Una fracción significativa de la oxidación de los ácidos grasos se produce en los peroxisomas, que contienen enzimas similares, aunque no idénticas, de los de la β-oxidación mitocondrial. • Así, por ejemplo, en la deshidrogenación inicial, se forma H2O2 que es eliminado por la catalasa. • Los peroxisomas tienen especificad para ácidos grasos de cadena más larga y a menudo no degradan totalmente la molécula, por lo que una posible función de este proceso sea el acortamiento de ácidos grasos de cadena larga hasta un punto en que la mitocondria pueda completar su β-oxidación.

49. Papel biológico de los ácidos grasos • Función energética • Los ácidos grasos son moléculas muy energéticas y necesarias en todos los procesos celulares en presencia de oxígeno, ya que por su contenido en hidrógenos pueden oxidarse en mayor medida que los glúcidos u otros compuestos orgánicos que no están reducidos. • Cuando es demasiado bajo el nivel de insulina o no hay suficiente glucosa disponible para utilizar como energía en los procesos celulares, el organismo quema ácidos grasos para ese fin y origina entonces cuerpos cetónicos, productos de desecho que causan una elevación excesiva del nivel de ácido en la sangre, lo que podría conducir a la cetoacidosis, un problema importante y muchas veces ignorado o pospuesto hasta otra vez. • Los síntomas de esta enfermedad van desde la presencia de un aroma a quitaesmalte en el aliento, hasta la aparición de pequeñas manchas de color amarillento (o verduzco) sobre la piel, y la ligera acidificación del semen, que conlleva un cierto dolor al eyacular.

50. Acilglicéridos • Los acilglicéridos o acilgliceroles son ésteres de ácidos grasos con glicerol, formados mediante una reacción de condensación llamada esterificación. • Una molécula de glicerol (glicerina) puede reaccionar con hasta tres moléculas de ácidos grasos, puesto que tiene tres grupos hidroxilo. • Las cadenas carbonadas de los ácidos que reaccionan con el glicerol, pueden ser saturadas o insaturadas.