jueves, 5 de noviembre de 2009

Lípidos

Los lípidos son un grupo de sustancias heterogéneo desde el punto de vista estructural, pero que comparten una característica química fundamental para su actividad dentro de los organismos: debido a que al menos una parte importante de su estructura es apolar los lípidos son total o parcialmente hidrófobos. Esto les hace ser poco solubles en agua, y provoca que se mantengan próximos entre sí, formando estructuras que apenas se mezclan con el resto de los componentes celulares. Gracias a estas características químicas, los lípidos son los principales constituyentes de las membranas biológicas.

Existen dos grandes grupos de lípidos biológicos: los que derivan de un tipo de sustancias denominadas ácidos grasos (lípidos saponificables) y los que no tienen ácidos grasos en su estructura (lípidos no saponificables).

Los ácidos grasos son el tipo de lípidos que presenta una estructura más sencilla. Consisten en una cadena hidrocarbonada de una longitud relativamente larga que tiene, en su carbono terminal, un grupo carboxilo, lo que les proporciona su carácter ácido. Esto también hace que los ácidos grasos tengan un comportamiento químico peculiar: la cadena hidrocarbonada (la mayor parte de la molécula) tiene carácter apolar y es, por lo tanto, hidrófoba, mientras que el grupo carboxilo es claramente polar, y soluble en agua. Este tipo de moléculas ilustra muy bien un comportamiento químico bastante común entre los lípidos: su naturaleza anfipática. En el caso de los ácidos grasos, la parte de la molécula donde se encuentra el grupo carboxilo tiene tendencia a mezclarse con el medio acuoso, mientras que la cadena hidrocarbonada tiende a aproximarse a otras de su misma naturaleza, estableciendo con ellas fuerzas de Van der Waals.


Las cadenas hidrocarbonadas que forman los ácidos grasos se denominan saturadas si todos los carbonos están unidos entre sí por enlaces simples, mientras que reciben el nombre de insaturadas si poseen algún enlace múltiple (doble o triple, aunque lo normal es que se trate de dobles enlaces). La presencia de uno o varios dobles enlaces en un ácido graso tiene consecuencias en su estructura: como estos enlaces son rígidos, la molécula no puede girar libremente en torno a ellos, y adquiere una configuración menos flexible. Además, la presencia de un doble enlace supone que aparezca una isomería geométrica (cis-trans), según los grupos voluminosos unidos a ese doble enlace se encuentren orientados hacia el mismo lado o hacia lados opouestos de la insaturación. El resultado, desde el punto de vista de la estructura tridimensional de la molécula, es que ésta pasa de ser lineal (como lo son los ácidos grasos saturados) a ser angular. La mayor parte de los ácidos grasos insaturados presentes en los seres vivos se encuentran en configuración cis, como los que se muestran en la figura de al lado.

Ácido palmítico

Ácido oleico

Ácido linoleico

Ácido araquidónico

Arrastra las moléculas con el ratón para verlas en posiciones diferentes

En los seres vivos, los ácidos grasos siempre tienen un número par de átomos de carbono (existe una justificación metabólica, relacionada con su proceso de síntesis, para ello), y los más frecuentes tienen entre doce y veinte átomos de carbono. Cuando existen, los dobles enlaces aparecen preferentemente en ciertas posiciones.

[Nota sobre nomenclatura: la identificación de los ácidos grasos sigue varios sistemas de nomenclatura, lo que puede causar alguna dificultad. Existe, en primer lugar, una nomenclatura trivial, que da nombres comunes a los diferentes compuestos; la IUPAC, la comisión internacional para la nomenclatura química, ha establecido una nomenclatura sistemática que sigue las reglas generales para la química orgánica que, en general, resulta bastante farragosa, motivo por el cual la mayoría de los textos de bioquímica utiliza la llamada nomenclatura Δx, en la cual los dobles enlaces se indican mediante el símbolo Δ, siendo el número que aparece como superíndice del mismo la posición del doble enlace contada desde el carbono carboxílico. Sin embargo, se ha hecho bastante más habitual la llamada nomenclatura ω-x, en la que la posición del doble enlace se determina contando desde el último carbono de la molécula. Así, decir que un ácido graso tiene un doble enlace en posición ω-3 significa que el primer carbono que interviene en dicho doble enlace es el tercero, empezando a contar por el final. La IUPAC prefiere que se utilice la expresión n-x en esta nomenclatura. Sin embargo, a pesar de ser el método que menos información proporciona, la nomenclatura ω-x se ha hecho muy popular, utilizándose incluso como reclamo publicitario de productos nutritivos saludables]

Los ácidos grasos insaturados no pueden ser sintetizados por los organismos animales que, sin embargo, los necesitamos para que las membranas de nuestras células funcionen adecuadamente. Por esa razón, se consideran compuestos esenciales y, en algunos casos, se les otorga la denominación genérica de "vitamina F". Los ácidos grasos insaturados más comunes en los organismos animales son los que tienen sus dobles enlaces en las posiciones ω-3 y ω-6, de ahí su interés nutricional y la insistencia publicitaria en presentar como saludables a los alimentos que los contienen. Las fuentes naturales más importantes de ácidos grasos insaturados son los peces de aguas frías, en particular el pescado azul. La tabla que tienes a continuación recoge los ácidos grasos de mayor importancia biológica.

Nº C

Saturados

Insaturados

Insaturaciones

12

Láurico



14

Mirístico



16

Palmítico

Palmitoleico

ω-5

18

Esteárico

Oleico

Linoleico

Linolénico

ω-9

ω-6, ω-9

ω-3 ω-6, ω-9

20


Araquidónico

ω-6, ω-9, ω-12, ω-15


Lípidos saponificables

La saponificación es la reacción química que se utiliza para formar jabones a partir de grasas. Consiste en un ataque con una base fuerte, que rompe las moléculas de las grasas más habituales en el tejido adiposo animal, los triglicéridos, para dar lugar a sales de ácidos grasos, que gracias a su naturaleza anfipática, actúan como detergentes. Dicha reacción ha dado nombre a todo un grupo de compuestos lipídicos, que tienen en común estar formados por ácidos grasos y otras sustancias, lo que hace posible que reaccionen de este modo.

La reacción química más habitual del grupo carboxilo (único grupo reactivo de los ácidos grasos) es la esterificación, es decir, la reacción con un grupo alcohol para dar lugar a la formación de un grupo éster. Los compuestos más sencillos que se forman mediante este tipo de reacciones son los triacilglicéridos.

El nombre de este grupo de sustancias describe perfectamente su estructura: están formados por una molécula de glicerol que se une, en cada uno de sus carbonos, a un ácido graso. El glicerol, cuyo nombre común es glicerina, es un compuesto de tres átomos de carbono, todos ellos portadores de un grupo alcohol. La formación de los triacilglicéridos se produce cuando los tres grupos hidroxilo de la molécula reacciona con una molécula de ácido graso. En una misma molécula de triacilglicérido, los ácidos grasos pueden ser iguales o diferentes entre sí.

Puedes apreciar la estructura tridimensional de una molécula de triacilglicérido utilizando el siguiente enlace: http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=320. En él puedes apreciar algunas características interesantes de los triacilglicéridos; por ejemplo, observa que los únicos átomos que pueden dar carácter polar a la molécula (los átomos de oxígeno, en rojo) se encuentran en uno de sus extremos, y que esa zona es muy pequeña con respecto al resto. También puedes apreciar que las cadenas de ácidos grasos se mantienen próximas entre sí, atraídas por interacciones hidrofóbicas, formando una estructura compacta.

Los triacilglicéridos reciben habitualmente el nombre de triglicéridos, aunque es una denominación poco correcta. Son habituales las referencias a estos compuestos en personas con obesidad y con riesgo de padecer enfermedades cardiorrespiratorias, porque la abundancia de este tipo de compuestos en la sangre hace más difícil la circulación sanguínea, forzando a que el corazón incremente su velocidad para aumentar la potencia (el corazón es un músculo de fuerza constante, y como se cumple que P=F·v, el único modo de que desarrolle más potencia es aumentando el ritmo cardiaco), lo que supone un factor considerable de riesgo para este tipo de enfermedades.

Otro grupo de lípidos saponificables se obtiene sustituyendo el ácido graso de uno de los carbonos del glicerol por otra sustancia o grupo de sustancias.
  • En los gliceroglucolípidos el ácido graso es reemplazado por un glúcido. Esto hace que estas moléculas tengan una parte polar y otra apolar, lo que les proporciona un comportamiento químico claramente anfipático.
  • En los fosfatidilglicéridos el carbono del glicerol se une a un grupo fosfato que, por otra parte, está unido a su vez a otra molécula, siempre de naturaleza polar. De nuevo, esto hace que este tipo de sustancias tengan un comportamiento anfipático, gracias a lo cual son los componentes mayoritarios de las membranas biológicas. Entre los grupos polares que pueden formar parte de los fosfoglicéridos se cuentan la colina (una base nitrogenada), la etanolamina (un derivado también nitrogenado del etanol), la serina (un aminoácido) o el inositol (un azúcar alcohol).

Lípidos saponificables sin glicerol

También existe otro grupo de lípidos que contienen ácidos grasos, pero en cuya estructura no interviene el glicerol, sino un alcohol de cadena larga (la esfingosina o un compuesto similar), que reciben el nombre genérico de esfingolípidos. En estos compuestos se establece un enlace amida entre el ácido graso y el alcohol, lo que da lugar a un grupo llamado ceramida. Los esfingolípidos son, por tanto, ceramidas unidas a otro tipo de compuestos:
  • Un glúcido, con lo que se forma un glucoesfingolípido.
  • Un fosfato, unido a su vez a otro grupo polar, con lo que se tiene un fosfoesfingolípido.
Puede observarse el paralelismo entre las estructuras de los glicerolípidos y los esfingolípidos. También existe paralelismo entre sus funciones, ya que los esfingolípidos forman parte también de membranas celulares, aunque en este caso de membranas específicas, en el sistema nervioso. Así, entre los glucoesfingolípidos se cuenta la esfingomielina, que forma parte de las vainas de mielina, y entre los fosfoesfingolípidos están los gangliósidos y los cerebrosidos.


Las ceras están formadas por la unión entre un ácido graso y un alcohol de cadena larga o un esterol (un lípido derivado del isopreno, con varios anillos en su estructura). Estos compuestos son muy hidrófobos, lo que permite a los seres vivos utilizarlos como impermeabilizantes naturales, por ejemplo en las hojas o en la superficie de los frutos.

Funciones de los lípidos saponificables

Los ácidos grasos y los triacilglicéridos tienen como función prioritaria servir como reserva de energía, tanto en animales como en vegetales. En estos últimos, pueden acumularse como gotas de aceite, especialmente en ciertas semillas oleaginosas, mientras que en los animales se acumulan en un tejido especial, el adiposo, que también contribuye a su segunda función: la de aislante térmico. Gracias a su baja conductividad térmica los lípidos evitan la pérdida de calor corporal. El tejido adiposo de los animales forma una capa continua, situada por debajo de la epidermis, que reduce al mínimo el enfriamiento, razón por la cual los animales de zonas frías poseen un adiposo más desarrollado. Los ácidos grasos insaturados, y los triacilglicéridos que los contienen, son aislantes especialmente buenos, lo que explica que estos compuestos se encuentren sobre todo en animales procedentes de climas fríos.

Las grasas contribuyen al mantenimiento del calor de otra forma distinta: en algunos casos, los organismos queman lípidos exclusivamente para producir calor. Es el caso de la grasa parda, especialmente abundante en los recién nacidos.

Los lípidos complejos, los glicerolípidos y los esfingolípidos, desempeñan fundamentalmente una función estructural, ya que son los componentes mayoritarios de las membranas biológicas.

Por último, las ceras actúan como impermeabilizantes.