Tema 6: LÍPIDOS 1.- INTRODUCCIÓN Los lípidos biológicos constituyen un grupo de compuestos químicamente diverso, porque, a diferencia de las proteínas, los ácidos nucleicos y los polisacáridos, los lípidos no son polímeros. Se trata t rata de moléculas pequeñas que presentan una fuerte tendencia a asociarse mediante fuerzas no covalentes. Las funciones biológicas de los lípidos son igualmente diversas. En muchos organismos las grasas son la principal forma de almacenamiento de energía, mientras que los fosfolípidos y los esteroles constituyen los principales elementos estructurales de las membranas biológicas. Otros lípidos, aun estando presentes en pequeñas cantidades, juegan papeles cruciales como cofactores enzimáticos, transportadores electrónicos, pigmentos que absorben la luz, anclas hidrofóbicas para proteínas, chaperonas que ayudan en el plegamiento de las proteínas de membrana, agentes emulsionantes en el tracto digestivo, hormonas y mensajeros intracelulares.
2.- LÍPIDOS DE ALMACENAMIENTO Las grasas y aceites son compuestos derivados de los ácidos grasos.
2.1.-ÁCIDOS GRASOS GRASOS.. Son los lípidos más sencillos, su estructura básica corresponde a un grupo carboxilo terminal hidrófilo unido a una cadena hidrocarbonada de 4 a 36 carbonos. Los ácidos grasos más abundantes tienen un número par de átomos de carbono, de entre 12 y 24 carbonos. Se denomina carbono 1 al carbono carboxílico y los demás se numeran de forma secuencial. 1 7
Los ácidos grasos pueden ser: - SATURADOS, SATURADOS, si poseen todos los átomos de carbono unidos mediante enlaces covalentes sencillos. Los más comunes son el ácido palmítico (de 16 C) y esteárico (de 18 C). - INSATURADOS, INSATURADOS, si poseen 1 o más dobles enlaces. En la mayor parte de ácidos grasos insaturados el doble enlace se encuentra entre el átomo de C9 y C10. Los más comunes son el ácido oleico (18:1Δ9, tiene 18 C y un doble enlace entre los C 9 y 10) y linoleico (18:2Δ9,12, tiene 18 C y dos dobles enlaces, uno entre el C9 y el C10 y otro entre el C12 y C13 ). Bioquímica I
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SATURADO
INSATURADO
En la mayor parte de los ácidos grasos insaturados existentes en la naturaleza, la orientación de los dobles enlaces es cis. Esta orientación tiene un efecto importante sobre la estructura molecular, pues cada doble enlace cis introduce una flexión en la cadena hidrocarbonada. Los ácidos grasos saturados e insaturados difieren significativamente en sus configuraciones estructurales. En los ácidos grasos saturados las cadenas hidrocarbonadas pueden existir en un número infinito de conformaciones, porque cada uno de los enlaces sencillos del esqueleto carbonado posee una completa libertad de rotación. La forma extendida es la de mínima energía y es la conformación más probable en los ácidos grasos saturados. Por otra parte, los ácidos grasos insaturados presentan uno o más quiebros rígidos en sus cadenas hidrocarbonadas, originados por la incapacidad de rotación de los dobles enlaces. La configuración cis de los dobles enlaces produce un ángulo en la cadena alifática, mientras que la configuración trans es la que más se parece a la forma extendida de las cadenas saturadas. Los ácidos grasos son ácidos débiles y se encuentran, a pH fisiológico, en forma aniónica (RCOO -). La carga del grupo carboxilo hace que éste sea extremadamente hidrófilo, mientras que las largas cadenas hidrocarbonadas son muy hidrófobas. Como consecuencia de ello, los ácidos grasos se comportan como moléculas anfipáticas cuando se disuelven en agua.
Hidrófilo
Hidrófobo 2.1.1 Ácidos grasos esenciales Los mamíferos pueden sintetizar ácidos grasos saturados y monoinsaturados a partir de otros precursores pero son incapaces de fabricar ácidos poliinsaturados. Los ácidos que se precisan en la dieta de los mamíferos se llaman ácidos grasos esenciales. El ácido graso esencial más abundante en los mamíferos es el ácido linoleico, que tienen que que obtenerlo de fuentes vegetales y que es el precursor para la biosíntesis del ácido araquidónico, presente en membranas y precursor a su vez de hormonas. También es importante en la dieta el ácido linolénico:
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Ac. Linolénico 18:3Δ 9,12,15
-
ω3
2.1.2 Punto de fusión de los ácidos grasos El punto de fusión de los ácidos grasos y de los compuestos que los contienen está determinado en gran parte por la longitud y el grado de insaturación de la cadena hidrocarbonada. - La longitud de la cadena hidrocarbonada : A medida que aumenta la
longitud de la cadena hidrocarbonada también aumenta el punto de fusión del ácido graso, porque aumentan las interacciones entre las cadenas hidrocarbonadas adyacentes y, por tanto, la energía que hay que suministrar para romper estas interacciones durante la fusión es mayor. - Grado de insaturación: Cuando tenemos una mezcla de ácidos grasos
saturados, las cadenas hidrocarbonadas se disponen muy juntas estableciendo muchas interacciones entre ellas. Cuando tenemos una mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados, los giros de los ácidos insaturados impiden un empaquetamiento apretado, las colas hidrocarbonadas se disponen más separadas por lo que se establecen un menor número de enlaces entre ellas.
Aunque los ácidos grasos desempeñan funciones importantes en el metabolismo, en las células vivas nunca se encuentran libres en grandes cantidades. En su lugar, estos compuestos se encuentran casi siempre como componentes de lípidos más complejos.
2.2.- TRIACILGLICÉRIDOS (Triglicéridos). El almacenamiento de los ácidos grasos se realiza en gran parte en forma de triacilglicéridos o grasas. Estas sustancias son ésteres de ácidos grasos y glicerol. El enlace éster se establece entre el grupo carboxilo del ácido graso y el hidroxilo del glicerol y se libera una molécula de agua.
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En su fórmula general R 1, R2 y R3 corresponden a las colas hidrocarbonadas de diversos ácidos grasos. La esterificación con glicerol elimina el carácter hidrófilo de los grupos de cabeza de los ácidos grasos y, como consecuencia, los triacilglicéridos son hidrófobos. Los diacilglicéridos y los monoacilglicéridos también se encuentran en la naturaleza, pero en cantidades mucho menores. Los triacilglicéridos ricos en ácidos grasos insaturados son líquidos a temperatura ambiente y se les conocen como aceites, mientras que los que tienen un contenido más elevado de ácidos grasos saturados son más sólidos y se les conocen como grasas. Si los triglicéridos se hidrolizan con álcalis, NaOH o KOH, se obtiene glicerol y las sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos. El proceso se denomina saponificación y lo que ocurre es la liberación de los ácidos grasos en forma de sal sódica que es lo que conocemos como jabones. Detergentes utilizados en laboratorios:
Las grasas acumuladas en el citoplasma de las células forman pequeñas gotas. En los adipocitos, células animales especializadas en el almacenamiento de las grasas, casi toda la célula está ocupada por una gran gota de grasa. El almacenamiento de grasas en los animales tiene tres funciones distintas: 1. Producción de energía.- La grasa se oxida para generar ATP que impulse los procesos metabólicos. Los ácidos grasos deben ser liberados de los triglicéridos para cumplir su función energética; las enzimas denominadas lipasas catalizan la hidrólisis de los triacilglicéridos. Los triacilglicéridos tienen dos ventajas significativas sobre los polisacáridos a la hora de almacenar combustibles: (1) Los átomos de carbono de los ácidos grasos están más reducidos que los de los azúcares, por lo que su oxidación proporciona más energía. (2) Como los triacilglicéridos son hidrófobos y no Bioquímica I
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están hidratados, el organismo que transporta grasa no ha de transportar el peso adicional del agua de hidratación como ocurre con los polisacáridos almacenados. Las personas moderadamente obesas pueden tener de 15 a 20 Kg de triacilglicéridos depositados en sus adipocitos, lo que es suficiente para cubrir sus necesidades energéticas durante varios meses. Por el contrario, el cuerpo humano ni siquiera puede almacenar las necesidades energéticas de un día en forma de glucógeno. Los glúcidos ofrecen ciertas ventajas como fuentes rápidas de energía metabólica, siendo una de ellas su fácil solubilidad en agua. 2. Producción de calor .- Algunas células especializadas (tejido adiposo denominado grasa parda) oxidan los triacilglicéridos para producir calor, en lugar de formar ATP. Este tejido existe en los animales hibernantes y en determinadas zonas del recién nacido. 3. Aislamiento.- En los animales que viven en ambientes fríos, las capas de células adiposas situadas debajo de la piel actúan como aislante térmico.
2.3.- CERAS Las ceras biológicas son ésteres de ácidos grasos de cadena larga (de 14 a 36 átomos de C), saturados e insaturados, con un alcohol de cadena larga (de 16 a 30 átomos de C) y son insolubles en el agua. Sus puntos de fusión son más elevados que los de los triglicéridos. Cuando se calientan son blandas y moldeables, pero en frío son duras.
En el plancton las ceras son la forma principal de almacenar energía. Las ceras también realizan otras funciones, relacionadas con sus propiedades repelentes del agua y su consistencia firme. Ciertas glándulas de la piel de los vertebrados secretan ceras para proteger el pelo y la piel manteniéndolos flexibles, lubricados e impermeables. Las aves secretan ceras que mantienen la impermeabilidad de las plumas. Las hojas de las plantas están cubiertas de cera que las protege de los parásitos e impide la evaporación excesiva del agua.
3.- LÍPIDOS ESTRUCTURALES DE LAS MEMBRANAS La característica estructural básica de las membranas biológicas es una doble capa lipídica que constituye una barrera al paso de moléculas polares y de iones. Los lípidos de la membrana son anfipáticos; las interacciones hidrofóbicas entre ellos y las hidrofílicas con el agua dirigen su empaquetamiento.
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3.1.- FOSFOGLICÉRIDOS. (glicerofosfolípidos) Están formados por una molécula de glicerol que posee unidos mediante enlace éster: Una molécula de fosfato al Dos ácidos grasos a los OH de los C1 y C2. El ácido graso del C1 suele ser saturado (C16 o hidroxilo del C3. C18) y el del C2 insaturado (C18 o C20). El compuesto resultante se llama ácido fosfatídico.
A partir de él se originan todos los fosfoglicéridos mediante la unión de un alcohol al fosfato a través de un enlace éster.
El alcohol puede estar cargado negativamente (como el inositol-bifosfato), ser neutro (serina, inositol) o estar cargado positivamente (colina y estanolamina). Estas cargas contribuyen significativamente a las propiedades superficiales de las membranas.
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Los ácidos grasos de los fosfoglicéridos pueden ser muy variados, por lo que un fosfoglicérido dado puede estar formado por diversas especies moleculares, cada una con una dotación única de ácidos grasos.
3.2.- ESFINGOLÍPIDOS Están formadas por esfingosina en vez de por glicerol. Todos los esfingolípidos contienen tres componentes básicos: una molécula de ácido graso, una molécula de esfingosina o de uno de sus derivados y un grupo de cabeza polar. La esfingosina se halla conectada por su grupo amino, mediante un enlace amida, a un ácido graso; el compuesto resultante, que posee dos colas no polares, se llama ceramida y es la estructura a partir de la cual se originan todos los esfingolípidos.
ESFINGOSINA
CERAMIDA
La posterior modificación mediante la adición de diferentes grupos de cabezas polares al hidroxilo del carbono 1 de la esfingosina da lugar a dos subclases de esfingolípidos:
1. Las esfingomielinas contienen fosfocolina o fosfoetanolamina como grupo de cabeza polar, por lo que se clasifican como fosfolípidos junto con los fosfoglicéridos. Abundan en la vaina de mielina que rodea y aísla los axones de las neuronas mielinizadas. 2. Los glucoesfingolípidos tienen uno o más azúcares conectados directamente al OH en C1 de la porción ceramida; no contienen fosfato. Se encuentran principalmente en la cara externa de la membrana plasmática. a. Cerebrósidos, tienen un único monosacárido unido a la ceramida; los que contienen galactosa son característicos de las membranas plasmáticas de células del tejido nervioso, mientras que los que contienen glucosa se hallan en las membranas plasmáticas de células de tejidos no nerviosos.
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b. Globósidos, son glucoesfingolípidos con dos o más monosacáridos, normalmente D-glucosa, D-galactosa o N-acetilgalactosamina. Cerebrósidos y globósidos se conocen como glucolípidos neutros. c. Gangliósidos, son los esfingolípidos más complejos. Contienen grupos de cabeza polar formados por oligosacáridos ramificados y uno o varios residuos terminales de ácido siálico, que aporta una carga negativa que los distingue de los globósidos.
Los esfingolípidos de la superficie celular son sitios de reconocimiento biológico; así, la porción glucídica de ciertos esfingolípidos define los grupos sanguíneos humanos y determina el tipo de sangre que los individuos pueden recibir en las transfusiones sanguíneas.
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3.3.- ESTEROLES La estructura característica de este grupo de lípidos de membrana es la del núcleo esteroideo, que consiste en cuatro anillos fusionados, tres de ellos con seis carbonos y uno con cinco. El núcleo esteroideo es casi plano y relativamente rígido.
El colesterol, el principal esterol en los tejidos animales, es anfipático, con un grupo de cabeza polar (el grupo hidroxilo en C3) y un cuerpo hidrocarbonado apolar (el núcleo esteroide y la cadena lateral hidrocarbonada en C17). Las bacterias no pueden sintetizar esteroles; unas pocas especies pueden incorporar esteroles exógenos en sus membranas. Además de su papel como constituyentes de las membranas, los esteroles también son los precursores de diversos productos con actividades biológicas específicas. Las hormonas esteroideas son potentes señales biológicas. Los ácidos biliares son derivados del colesterol que actúan en el intestino emulsionando las grasas de la dieta para hacerlas accesibles a las lipasas digestivas.
4.- LÍPIDOS COMO SEÑALES, COFACTORES Y PIGMENTOS Las dos clases funcionales de lípidos considerados hasta el momento son componentes celulares mayoritarios; los lípidos de las membranas representan del 5 al 10% de la masa seca de muchas células y los lípidos de almacenamiento, más del 80% de la masa de un adipocito. Hay otro grupo de lípidos que, aunque son relativamente minoritarios, tienen papeles activos como metabolitos y mensajeros.
4.1.- FOSFATIDILINOSITOLES (FOSFOLÍPIDOS DE INOSITOL) El fosfatidilinositol y sus derivados fosforilados actúan a varios niveles para la regulación de la estructura y el metabolismo celulares. El fosfatidilinositol 4,5-bifosfato en el lado citoplasmático de las membranas plasmáticas sirve como sitio de unión específico para ciertas proteínas del citoesqueleto y para algunas proteínas solubles implicadas en la fusión de membranas durante la exocitosis. También sirve como depósito de moléculas mensajeras que se liberan en el interior de las células como respuesta a señales extracelulares que interaccionan con receptores específicos de la superficie externa de la membrana plasmática.
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4.2.- EICOSANOIDES Los eicosanoides son hormonas paracrinas, sustancias que actúan sólo en las células próximas al punto de síntesis. Todos proceden del ácido araquidónico, ácido graso poliinsaturado de 20 carbonos. Hay tres clases de eicosanoides:
1. Las prostaglandinas contienen un anillo de cinco átomos de carbono. Actúan en muchos tejidos regulando la síntesis de la molécula mensajera intracelular AMPc. Debido a que el AMPc es el mediador en la acción de varias hormonas, las prostaglandinas afectan a una amplia gama de funciones celulares y tisulares. Algunas estimulan la contracción del útero durante el parto. Otras afectan al flujo sanguíneo a órganos específicos, al ciclo sueño-vigilia y a la capacidad de respuesta de ciertos tejidos a ciertas hormonas. Un tercer grupo eleva la temperatura corporal y causa inflamación y dolor. 2. Los tromboxanos tienen un anillo de seis átomos de carbono. Son producidos por las plaquetas y actúan en la formación de coágulos sanguíneos y en la reducción del flujo sanguíneo hacia el sitio de un coágulo. Los antiinflamatorios no esteroideos (NSAID), como aspirina, ibuprofeno y meclofenamato, inhiben la enzima ciclooxigenasa, que cataliza uno de los primeros pasos en la síntesis de prostaglandinas y tromboxanos. 3. Los leucotrienos, encontrados por primera vez en los leucocitos, son poderosas señales biológicas. Por ejemplo, inducen la contracción del músculo que recubre las vías aéreas del pulmón.
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4.3.- HORMONAS ESTEROIDEAS Los esteroides son derivados oxidados del colesterol; poseen su núcleo pero carecen de la cadena hidrocarbonada unida al anillo D y por ello son más polares que el colesterol. Las hormonas esteroideas se desplazan a través del torrente circulatorio desde su sitio de producción hasta los tejidos diana, donde entran en las células, se unen a proteínas receptoras altamente específicas en el núcleo y provocan cambios en la expresión génica y en el metabolismo. Dada la elevada afinidad de los receptores por la hormona, son suficientes concentraciones muy bajas de hormona para producir el efecto sobre los tejidos diana. Los principales grupos de hormonas esteroideas son las hormonas sexuales, masculinas y femeninas, y las hormonas de la corteza suprarrenal, el cortisol y la aldosterona.
Prednisona y prednisolona son medicamentos esteroideos con potentes actividades antiinflamatorias, gracias, en parte, a la inhibición de la síntesis de leucotrienos, prostaglandinas y tromboxanos.
4.4.- ÁCIDOS BILIARES Los ácidos biliares y sus sales se sintetizan en el hígado a partir del colesterol, se almacenan en la vesícula biliar y se liberan al intestino delgado después de la ingestión de una comida que contenga grasas.
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Las sales biliares son compuestos anfipáticos que actúan como detergentes biológicos, convirtiendo las grasas de la dieta en micelas mixtas de ácidos biliares y triglicéridos. La formación de micelas incrementa enormemente la fracción de moléculas de lípido accesibles a la acción de las lipasas hidrosolubles en el intestino.
4.5.- VITAMINAS Las vitaminas son compuestos esenciales para la salud del ser humano, pero no pueden ser sintetizados por ellos, motivo por el cual deben ser obtenidos de la dieta. Se han identificado dos clases generales de vitaminas:
Vitaminas hidrosolubles, solubles en disolventes acuosos. Vitaminas liposolubles, solubles en disolventes orgánicos apolares. Esta clase está constituida por los cuatro grupos de vitaminas A, D, E y K. Todas ellas son compuestos isoprenoides sintetizados por condensación de múltiples unidades de isopreno (un hidrocarburo de 5 carbonos). Dos grupos de vitaminas (D y A) son precursores hormonales.
Isopreno
4.5.1.- Vitamina D3 La vitamina D3, también llamada colecalciferol, se forma en la piel a partir de 7deshidrocolesterol mediante una reacción fotoquímica accionada por el componente ultravioleta de la luz solar.
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La vitamina D 3 por sí misma no es biológicamente activa; enzimas del hígado y los riñones convierten este precursor en 1,25-dihidroxicolecalciferol, hormona que regula la captación de calcio en el intestino y las concentraciones de calcio en el riñón y los huesos. La deficiencia de vitamina D conduce a la formación defectuosa de los huesos propia de la enfermedad del raquitismo.
4.5.2.- Vitamina A (retinol) En sus distintas formas funciona como hormona y como pigmento visual de los ojos de los vertebrados.
El ácido retinoico regula la expresión génica en el desarrollo del tejido epitelial, incluyendo la piel. El retinal es el pigmento que inicia la respuesta a la luz de los bastones y conos de la retina, produciendo una señal neuronal hacia el cerebro. El hígado, huevos, leche y mantequilla son ricos en vitamina A. El β -caroteno,
pigmento que confiere a las zanahorias y otras hortalizas su color, se puede convertir enzimáticamente en vitamina A. La deficiencia de vitamina A produce diversos síntomas como sequedad de la piel, ojos y mucosas, desarrollo y crecimiento retardados y ceguera nocturna.
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4.5.3.- Vitamina E Vitamina E es el nombre de un grupo de lípidos estrechamente relacionados denominados tocoferoles, que contienen un anillo aromático sustituido y una cadena lateral isoprenoide larga.
Son antioxidantes biológicos. El anillo aromático reacciona con las formas más reactivas del oxígeno y otros radicales libres, destruyéndolos y previniendo las lesiones oxidativas de los lípidos de las membranas, que pueden causar fragilidad celular. Los tocoferoles se hallan en los huevos y aceites vegetales, siendo muy abundantes en el germen de trigo. La deficiencia de vitamina E en seres humanos es muy rara.
4.5.4.- Vitamina K La vitamina K es un cofactor de la coagulación sanguínea. La deficiencia de vitamina K da lugar a una coagulación de la sangre más lenta que puede ser fatal. La vitamina K1 se encuentra en las hojas de las plantas verdes, mientras que la vitamina K2 es sintetizada por las bacterias que residen en el intestino de los vertebrados.
4.6- UBIQUINONA La ubiquinona (también llamada coenzima Q) es un isoprenoide que funciona como transportador de electrones en las reacciones de oxidación-reducción que impulsan la síntesis de ATP en las mitocondrias.
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4.7- DOLICOL En la formación de los glúcidos complejos de las paredes celulares bacterianas y en la adición de unidades polisacáridas a ciertas proteínas (glucoproteínas) y lípidos (glucolípidos) en eucariotas, las unidades glucídicas que se han de adicionar están activadas químicamente mediante unión a alcoholes isoprenoides denominados dolicoles. Éstos tienen interacciones hidrofóbicas fuertes con los lípidos de membrana, donde participan en las reacciones de transferencia de glúcidos.
5.- LÍPIDOS Y MEMBRANAS BIOLÓGICAS Las membranas son impermeables a la mayoría de los solutos polares o cargados, pero son permeables a los compuestos apolares; tienen de 5 a 8 nm de grosor. Su estructura responde al modelo de mosaico fluido, en el que los lípidos forman una bicapa en la que se insertan las proteínas.
Todas las membranas son estructuras de lípidos y proteínas cuyos componentes se mantienen unidos por medio de enlaces no covalentes. Además de lípidos y proteínas, la membrana también contiene carbohidratos. La proporción entre lípidos y proteínas varía considerablemente según el tipo de membrana celular (plasmática, reticuloendoplasmática, complejo de Golgi), tipo de organismo (procariota, vegetal, animal) y tipo de célula (cartilaginosa, muscular, hepática). Estas diferencias pueden correlacionarse en gran medida con la función particular de estas membranas.
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5.1.- BÍCAPA LIPÍDICA El elemento estructural básico de las membranas es una bicapa lipídica. Los fosfoglicéridos, esfingolípidos y esteroles son prácticamente insolubles en agua. Cuando se mezclan con agua, forman espontáneamente agregados lipídicos agrupando sus partes hidrófobas, mientras que sus grupos hidrófilos interactúan con el agua que los envuelve. Los agregados lipídicos disminuyen la superficie hidrofóbica expuesta al agua y así minimizan el número de moléculas en la capa de agua ordenada en la interfase lípido-agua, dando lugar así a un incremento de entropía.
En función de las condiciones existentes y de la naturaleza de los lípidos se pueden formar tres tipos de agregados lipídicos cuando los lípidos anfipáticos se añaden al agua: a) Micela.- Las micelas son estructuras esféricas que contienen entre pocas docenas y algunos miles de moléculas anfipáticas ordenadas con las subregiones hidrofóbicas hacia el interior. Su formación está favorecida cuando el área de la sección transversal del grupo de cabeza polar es mayor que la de las cadenas laterales, como las de los ácidos grasos libres y detergentes. b) Bicapa.- La bicapa está constituida por dos monocapas de lípidos que forman una hoja bidimensional. Su formación está favorecida cuando la sección del grupo de cabeza y las cadenas laterales son similares, como en el caso de fosfoglicéridos y esfingolípidos. El colesterol, al tener una cabeza polar muy pequeña, no puede formar bicapas por sí solo, pero sí asociado a otros lípidos anfipáticos. c) Liposoma.- Dado que las regiones hidrofóbicas de los extremos de una bicapa están en contacto con el agua, ésta es relativamente inestable y forma espontáneamente un tercer tipo de agregado: se repliega sobre sí misma formando una esfera vacía llamada liposoma. Estas vesículas en bicapa encierran un compartimento acuoso separado.
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5.2.- ASIMETRÍA DE LOS LÍPIDOS DE MEMBRANA Los lípidos de la membrana plasmática son asimétricos en su distribución entre las dos caras de la bicapa. Los lípidos que contienen colina se encuentran principalmente en la cara externa de la bicapa, mientras que fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilinositoles son mucho más frecuentes en la cara interna. Los glucoesfingolípidos son exclusivos de la cara extracelular.
Los cambios en la distribución de los lípidos entre las hojas de la membrana plasmática tienen consecuencias biológicas. Por ejemplo, para muchos tipos de células la exposición de fosfatidilserina en la superficie externa la marca para su destrucción por apoptosis.
5.3.- FLUIDEZ DE LA BICAPA LIPÍDICA Todas las membranas biológicas son flexibles, es decir, pueden cambiar de forma sin perder su integridad. La base de esta propiedad se encuentra en las interacciones no covalentes entre los lípidos de la membrana, que permiten movimientos individuales de éstos dentro de la bicapa. Bioquímica I
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5.3.1.- Movimientos de los fosfolípidos: Difusión lateral. Las moléculas individuales de lípido pueden trasladarse lateralmente en el plano de la membrana intercambiando su sitio con moléculas lipídicas vecinas. Puede difundir con tal rapidez que puede dar la vuelta completa a un eritrocito en segundos.
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Difusión transversal o “flip-flop”. Es el movimiento de una molécula de una cara a otra de la bicapa. Si tiene lugar, es un proceso muy lento, ya que requiere que un grupo de cabeza polar abandone su entorno acuoso y atraviese el interior hidrófobo de la bicapa. Hay situaciones en que este movimiento es esencial como en el proceso de síntesis de lípidos de membrana. Hay una familia de proteínas, las flipasas, que facilitan este movimiento proporcionando un paso transmembrana.
Rotación. El fosfolípido puede girar sobre sí mismo sin variar su posición en la bicapa lipídica. Flexión. Los fosfolípidos pueden flexionar sus colas hidrocarbonadas.
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5.3.2.- Factores que determinan el grado de fluidez de la bicapa El grado de fluidez de la bicapa lipídica depende de varios factores: a. Temperatura. A temperatura relativamente baja los lípidos de la bicapa forman una fase de gel semisólida, un estado bien ordenado en el que las cadenas de los ácidos grasos tienen una conformación extendida y se aproximan unos a otros. Sin embargo, a temperaturas relativamente elevadas las cadenas hidrocarbonadas están en constante movimiento, debido a la rotación alrededor de los enlaces C-C. En este estado fluido desordenado, el interior de la bicapa es como un mar de lípidos en constante movimiento. Mayor fluidez
b. Longitud de las cadenas hidrófobas. Los ácidos grasos de cadena corta favorecen el estado líquido desordenado. c. Grado de instauración de las cadenas hidrófobas. Los ácidos grasos saturados se empaquetan en una disposición ordenada, pero los giros de los ácidos grasos insaturados interfieren en este empaquetamiento favoreciendo el estado líquido desordenado. d. Contenido en colesterol. La estructura plana rígida del núcleo esteroideo, insertado entre las cadenas hidrocarbonadas, reduce la libertad de movimiento de estas cadenas forzándolas a adoptar una conformación totalmente extendida. Por consiguiente, la presencia de colesterol reduce la fluidez de la bicapa.
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PLAN DE TRABAJO 1.- OBJETIVOS
Adquirir los conocimientos básicos sobre la estructura y función de los lípidos que participan en los sistemas biológicos Desarrollar la capacidad de razonamiento Fomentar la capacidad de aprender de manera autónoma Fomentar la capacidad de trabajo en equipo
2.- PLANTEAMIENTO Y DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD Los alumnos trabajarán individualmente la lectura del material proporcionado y, después, trabajarán por parejas para contestar, de forma consensuada, las preguntas planteadas en cada apartado. Leer los apartados 1.- Introducción y 2.1.- Ácidos Grasos individualmente durante 7´ y después contestar a las siguientes preguntas: 1. Piensa una explicación al hecho de que los ácidos grasos tengan un número par de átomos de carbono. 2. Dibuja cómo sería la forma del ácido linoleico si el doble enlace en posición 9 tuviera configuración trans. 3. Un ácido graso insaturado, ¿está más oxidado o más reducido que un saturado? ¿Por qué? ►
Leer los apartados 2.1.1.- Ácidos grasos esenciales y 2.1.2.- Punto de fusión de los ácidos grasos individualmente durante 5´ y después contestar a las siguientes preguntas: 4. El ácido linolénico es un ácido graso esencial y forma parte de los ácidos grasos conocidos con el término “ω 3” . Observa su fórmula química y deduce por qué recibe ese nombre. ►
5.
Los puntos de fusión de una serie de ácidos grasos de 18 carbonos son: ácido estérico, 69,6ºC; ácido oleico, 13,4ºC; ácido linoleico, -5ºC y ácido linolénico 11ºC. ¿Qué aspecto estructural de estos ácidos grasos puede correlacionarse con el punto de fusión? Da una explicación molecular de la tendencia de los puntos de fusión.
Leer los apartados 2.2.- Triacilglicéridos y 2.3.- Ceras individualmente durante 5´ y después contestar a las siguientes preguntas: 6. Un procedimiento corriente para limpiar de grasa el sifón de un fregadero es añadir un producto que contiene hidróxido sódico. Explica por qué funciona. ►
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7.
Dibuja la fórmula lineal de la glucosa y la de un ácido graso saturado de 6 átomos de carbono. ¿De cuál de las dos moléculas obtendríamos más energía en un metabolismo oxidativo? ¿Cuál es la molécula, producto final del metabolismo oxidativo de una célula aerobia, en la que el carbono se encuentra en su forma más oxidada?
Leer el apartado 3.1.-Fosfoglicéridos individualmente durante 5´ y después contestar a las siguientes preguntas: 8. La molécula de glicerol no tiene isómeros configuracionales, sin embargo, el glicerol-3fosfato sí. Explica por qué. 9. ¿Qué grupos funcionales ionizados podemos encontrar en la fosfatidilserina? ¿Cuál es su carga neta? ►
Leer los apartados 3.2.-Esfingolípidos y 3.3.-Esteroles individualmente durante 5´ y después contestar a las siguientes preguntas: 10. ¿Por qué se conocen a los cerebrósidos y globósidos como glucolípidos neutros? 11. ¿Qué lípidos se engloban bajo el término “fosfolípidos”? ¿Qué tienen todos ellos en común? ►
Leer los apartados 4.1.-Fosfatidlinosotoles, 4.2.-Eicosanoides, 4.3.-Hormonas esteroideas y 4.4.-Ácidos biliares individualmente durante 10´ y después contestar a las siguientes preguntas: 12. La prednisona es un medicamento antiasmático, explica cómo actúa. 13. ¿Podríamos utilizar ibuprofeno como antiasmático? ¿Por qué? ►
Leer el apartado 4.5.-Vitaminas individualmente durante 5´ y después contestar a la siguiente pregunta: 14. A diferencia de las vitaminas hidrosolubles, que deben ser parte de nuestra dieta diaria, las vitaminas liposolubles se pueden almacenar en el cuerpo en cantidades suficientes para varios meses. Sugiere una explicación para esta diferencia de comportamiento basada en sus solubilidades. ►
Leer el apartado 5.-Lípidos y membranas biológicas y 5.1.-Bicapa lipídica individualmente durante 5´ y después contestar a las siguientes preguntas: 15. Deduce, en función de su solubilidad, cómo se transportan las hormonas esteroideas en el plasma sanguíneo. 16. y cómo atraviesan la bicapa lipídica de la membrana plasmática para alcanzar el interior celular donde realizan su función. ►
Leer el apartado 5.2.-Asimetría de los lípidos de membrana y 5.3.-Fluidez de la bicapa lipídica individualmente durante 7´ y después contestar a la siguiente pregunta: 17. Se conocen bacterias que cambian el tipo de ácidos grasos que producen conforme se modifica la temperatura de su ambiente externo. ¿Qué tipo de cambio se esperaría en los ácidos grasos cuando la temperatura desciende? ¿Por qué este cambio sería adaptativo? ►
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