Lípidos

En biología y bioquímica, un lípido es una macro biomolécula que es soluble en solventes no polares.^[3]​ Los solventes no polares son típicamente hidrocarburos usados para disolver otras moléculas de lípidos de hidrocarburos que no se disuelven fácilmente (o no se disuelven) en agua, incluyendo ácidos grasos, ceras, esteroles, vitaminas liposolubles (como vitaminas A, D, E, y K), monogliceridos, digliceridos, triglicéridos, y fosfolípidos.

Estructuras de algunos lípidos comunes. En la parte superior es colesterol^[1]​ y ácido oleico.^[2]​ La estructura media es un triglicérido compuesto de oleil, estearoil, y palmitoil las cadenas sujetaron a una estructura glicerol. En el fondo es el común fosfolípido fosfatidilcolina.

Las funciones de los lípidos incluyen almacenamiento de energía, señalización, y actuando como componentes estructurales de membranas celulares.^[4]​^[5]​ Los lípidos tienen aplicaciones en la cosmética y la alimentación industria así como en nanotecnología^[6]​.

Los científicos a veces definen lípidos como hidrófobos o moléculas anfilíficas pequeñas; la naturaleza anfilífica de algunos lípidos les permite formar estructuras como vesículas, liposomas unilamelares/multilamelares, o membranas en un entorno acuoso. Los lípidos biológicos originan enteramente o en parte de dos tipos distintos de subunidades bioquímicas: grupos cetoacil e isopreno^[7]​. Utilizando esta aproximación, los lípidos se pueden dividir en ocho categorías: ácidos grasos, glicerolípidos, glicerofosfolípidos, esfingolípidos, sacarolípidos, policétidos (derivados de condensación de unidades de cetoacil; lípidos de esterol y lípidos de prenol (derivados de condensación de subunidades de isopreno).^[4]​

A pesar de que el término "lípido" es a veces utilizado como sinónimo de para grasas, las grasas son un subgrupo de los lípidos llamados triglicéridos. Los lípidos también abarcan moléculas como ácidos grasos y sus derivados (incluyendo tri-, di-, monogliceridos, y fosfolípidos), así como otros metabolitos que contienen esterol como colesterol.^[8]​ A pesar de que los humanos y otros mamíferos utilizan varias rutas biosinteticas tanto para romper y sintetizar lípidos, algunos los lípidos esenciales no pueden ser fabricados de este modo y tienen que ser obtenidos de la dieta.

Historia

Los lípidos pueden ser considerados como sustancias orgánicas relativamente insolubles en agua, soluble en solventes orgánicos(alcohol, éter etc.) de hecho o potencialmente relacionados con ácidos grasos y utilizado por las células vivas.

En 1815, Henri Braconnot lípidos clasificados (graisses) en dos categorías, suifs (sebo o grasas sólidas) y huiles (aceites fluidos).^[9]​ En 1823, Michel Eugène Chevreul desarrolló una clasificación más detallada, incluyendo aceites, grasas, sebo, ceras, resinas, bálsamos y aceites volátiles (o aceites esenciales).^[10]​^[11]​

El primer triglicérido sintético fue informado por Théophile-Jules Pelouze en 1844, cuándo produjo tributirina al tratar ácido butírico con glicerina en la presencia de ácido sulfúrico concentrado.^[12]​ Varios años más tarde, Marcellin Berthelot, uno de los alumnos de Pelouze, syntetizó triestearina y tripalmitina por reacción del análogo ácido graso con glicerina en la presencia de cloruro de hidrógeno gaseoso a alta temperatura.^[13]​

En 1827, William Prout reconoció grasa (materias alimentarias "grasosas"), junto con proteína ("albuminosas") y carbohidratos ("sacarina"), como nutrientes importantes para humanos y animales.^[14]​^[15]​

Por un siglo, los químicos consideraron "las grasas" como lípidos sencillos únicos hicieron de ácidos y glicerol (gliceridos), pero las formas nuevas estuvieron descritas más tarde. Theodore Gobley (1847) descubrió fosfolípidos en huevos de gallina y cerebro mamíferos, él los llamó "lecitinas". Thudichum Descubrió en cerebro humano algunos fosfolípidos (cefalina), glicolípidos (cerebrósido) y esfingolipidos (esfingomielina).^[4]​

Los términos lipoide, lípido han sido utilizado con significados diversos de autor a autor.^[16]​ En 1912, Rosenbloom y Gies propuso la sustitución de "lipoide" por "lipin".^[17]​ En 1920, Bloor introdujo una clasificación nueva para "lipoides": lipoides simples (grasas y ceras), lipoides compuestos (fosfolipodes y glicolipides), y los derivados de lipoidess (ácidos grasos, alcoholes, esteroles).^[18]​^[19]​

La palabra lípido, el cual raíces etimológicamente de griegos λίπος, lipos 'grasa', fue introducido en 1923 por el farmacologo francés Gabriel Bertrand.^[20]​ Bertrand incluyó en el concepto no sólo las grasas tradicionales (gliceridos), pero también el "lipoides", con una constitución compleja.^[4]​ Incluso aunque la palabra lipide era unánimemente aprobada por la comisión internacional del Société de Chimie Biologique durante la sesión de pleno en el julio 3, 1923. La palabra lipide era más tarde anglicismo como lípido debido a su pronunciación ('lɪpɪd). En francés, el sufijo -ide, de Antiguo griego -ίδης (el significado esencima de' o 'descendiente de'), es siempre pronunciado (ɪd).

En 1947, T. P. Hilditch Dividió lípidos a "lípidos sencillos", con grasas y ceras (ceras verdaderas, esteroles, alcoholes).

Los lípidos han sido clasificados en ocho categorías por el consorcio Lipid MAPS como sigue:

Ácidos Grasos

 

I2 - Prostailina (un ejemplo de una prostaglandina, un ácido graso eicosanoide)

 

LTB4 (un ejemplo de un leucotrieno, un ácido graso eicosanoide)

Los ácidos grasos, o fragmentos de ácidos grasos cuándo hacen parte de un lípido, son un grupo diverso de moléculas sintetizadas por alargamiento de cadena de acetil-CoA primero con malonil-CoA o grupos metilmalonil-CoA, en un proceso llamado síntesis de ácido graso. Están hechos de un hidrocarburo en cadena que termina con un grupo de ácido carboxílico; este arreglo le confiere a la molécula una terminación polar, hidrófila, y una terminación no polar, hidrófoba que es insoluble en agua. La estructura de los ácidos grasos son de una de las categorías más fundamentales de lípidos biológicos y es generalmente utilizado como bloques de lípidos estructuralmente más complejos. La cadena de carbono, típicamente entre cuatro y veinticuatro carbonos de longitud, pueden ser saturado o insaturados, y pueden estar unidos a grupos funcionales que contienen oxígeno, halógenos, nitrógeno, y azufre. Si un ácido graso contiene un enlace doble, existe la posibilidad de cualquier isomerismo geométrico cis o trans, el cual afecta significativamente la configuración de la molécula. Los enlaces dobles cis causan que la cadena de ácido graso se doble, un efecto que se acentúa cuando hay más dobles enlaces en la cadena. Tres enlaces dobles en el carbono-18 del ácido linolénico, el más abundante ácido graso cadenas de las membranas tilacoides de las plantas, hacen a estas membranas altamente fluidas a pesar de las bajas temperaturas medioambientales, y también hace que el ácido linolénico presente picos agudos en los espectros 13-C NMR de alta resolución de cloroplastos. Esto lo hace jugar un papel importante en la estructura y función de membranas de celulares.^[21]​ La forma más frecuente en que se presentan los ácidos grasos, es la configuración cis, a pesar de que la forma trans existe en algunas grasas y aceites naturales parcialmente hidrogenados.

Ejemplos de biológicamente importantes de ácidos grasos incluyen los eicosanoides, derivados principalmente del ácido ácido araquidónico y ácido eicosapentaenoico, aquello incluye prostaglandinas, leucotrienos, y tromboxanos. Ácido docosahexaenoico el cual también es importante en sistemas biológicos, particularmente en la protección de la la vista.^[22]​^[23]​ Otras clases de lípido importantes en la categoría de ácidos grasos son los ésteres grasos y amidas grasas. Los ésteres grasos incluyen importantes intermediarios bioquímicos como los ésteres cerosos, derivados del ácido graso tioester coenzima A, ácido grasos tioester derivados de ACP y carnitinas ácido grasas. Las amidas grasas incluyen N-acil etanolaminas, como el cannabinoide neurotransmisor anandamida.

Glicerolípidos

 

Ejemplo de un triglicérido insaturado graso(C₅₅H₉₈O₆). Parte izquierda: glicerol; parte derecha, de arriba a abajo: ácido palmítico, ácido oléico, ácido alfa-linolénico.

Los glicerolípidos están compuesto de gliceroles mono-, di-, y tri-sustituidos, son más conocidos como ácidos grasos triesteres de glicerol, llamados triglicéridos. La palabra "triacilglicérido" es a veces utilizada como sinónimo de "triglicérido". En estos compuestos, los tres grupos hidroxilo de glicerol son esterificados cada uno, típicamente por ácido graso diferente. Como funcionan como un almacenamiento de energía, estos lípidos comprenden la mayor parte de grasa almacenada en los tejidos animales. La hidrólisis de los enlaces éster de los triglicéridos y la liberación de glicerol y los ácidos grasos del tejido adiposo son los pasos iniciales en la metabolización de la grasa.^[24]​

Subclases adicionales de glcerolípidos están representadas por glicosilgliceroles, los cuales están caracterizados por la presencia de uno o más fragmentos de azúcar unidos a glicerol vía un enlace glucosídico. Ejemplos de las estructuras en esta categoría son el digalactosildiacilgliceroles encontrados en las membranas de las plantas y seminolipidos de células de esperma mamífero.

Glicerofosfolípidos

 

Fosfatidiletanolamina

Los glicerofosfolipidos, usualmente son referidos como fosfolípidos (aun así la esfingomielina también se clasifica como fosfolípidos), son ubicuos por naturaleza naturaleza y son componentes claves de la bicapa lipídica celular, participan en el metabolismo y comunicación celular.^[25]​ El tejido neuronal (incluyendo el cerebro) contiene relativamente cantidades altas de glicerofosfolipidos, y las alteraciones en su composición ha sido asociadas a varios desórdenes neurológicos.^[26]​ Los glicerofosfolipidos se pueden subdividirse en diferentes clases, basados en la naturaleza polar del grupo de la posicioón sn-3 del glicerol backbone en eucariotas y eubacterias, o la posición sn-1 en el caso de arqueobacterias.

Ejemplos de glicerofosfolipidos los encontramos en las membranas biológicas son fosfatidilcolina (también conocidos como PC, GPCho o lecitina), fosfatidiletaanolamina (PE o GPEtn) y fosfatidilserina (PS o GPSer). Además de servir como componente primario de las membranas celulares y sitios de unión para proteínas intra y intercelulares, algún glicerofosfolipidos en células eucariotas, como fosfatidilinositoles y ácido fosfatídico son precursores o, ellos mismos, derivados de segundos mensajeros de la membrana.^[27]​ Típicamente, uno o ambos de estos los grupos hidroxilo están acilados con ácidos grasos de cadena larga, pero también hay enlaces alquilo y uniones a ácidos grasos de cadena larga, pero hay también alquil-enlazados y 1Z-alquenil-enlazados (plasmalogen) glicerofosfolipidos, así como dialquileter variantes en arqueobacterias.

Esfingolípidos

 

Esfingomielina

Los esfingolípidos son una familia compleja de compuestos que participación una característica estructural común, una base esfingoide es sintetizada de novo del aminoácido serina y una cadena grasa larga de acyl CoA, convertido entonces a ceramidas, fosfoesfingolipidos, glicoesfingolipidos y otros compuestos.^[28]​ La principal la base esfingoide de los mamíferos es generalmente mencionada como esfingosina. Ceramides (Base N-acyl-esfingoide) son una subclase importante de esfingoides derivados de un enlace amida ácido graso. Los ácidos grasos están típicamente saturados o mono-insaturados con longitudes de cadena de 16 a 26 átomos de carbono.^[29]​

Los Fosfoesfingolipidos importantes de los mamíferos son efingomielinas (ceramida, fosfocolinas), mientras que los insectos contienen principalmente ceramida fosfoetanolaminas y los hongos tienen fosfoinositoles y grupos principales que contienen manosa. Los glicosfingolipidos son una familia diversa de moléculas compuestas de uno o más residuos de azúcar enlazaron vía un enlace glucosídico a la base esfingoide. Ejemplos de estos es el sencillo y complejo glicoesfingolipides como cerebrósidos y gangliósidos.

Esteroles

 

Estructura química del colesterol.

Los esteroles, como el colesterol y sus derivados, son componentes importante de lípidos de membrana, junto con los glicerofosfolipidos y esfingomielinas. Otros ejemplos de esteroles son los ácidos biliares y su conjugados, los cuales en mamíferos son derivados oxidados del colesterol y son sintetizados en el hígado. Los equivalentes en las plantas son los fitosteroles, como el β-sitosterol, estigmasterol, y brassicasterol; este último es también utilizado como biomarcador para el crecimiento del alga. El esterol predominante en las membranas de las células fungi es ergosterol.

Sterols Es esteroides en cuál de los átomos de hidrógeno está sustituido con un hydroxyl grupo, en posición 3 en la cadena de carbono. Han en común con los esteroides igual fusionaron núcleo de cuatro anillos estructura. Los esteroides tienen funciones biológicas diferentes como hormonas y moléculas de señalización. El dieciocho-carbono (C18) los esteroides incluyen el estrogen familia mientras que los #C19 esteroides comprenden el androgens como testosterona y androsterone. La C21 subclase incluye el progestogens así como los glucocorticoides y mineralocorticoids.^[30]​ El secosteroids, comprendiendo varias formas de vitamina D, está caracterizado por cleavage del B anillo de la estructura de núcleo.

Prenoles

 

Lípido prenol (2E-geraniol)

Los lípidos de prenol son sintetizados de precursores de unidades de cinco carbonos de isopentenil difosfato y dimetilalil difosfato que se producen principalmente vía ácido mevalónico (MVA). Los isoprenoides sencillos (alcoholes lineales, difosfatos, etc.), se forman por la adición sucesiva de unidades C5, y se clasifican según número de estas unidades de terpeno. Las estructuras grandes que contienen más de 40 carbonos se conocen como politerpenos. Los carotenoides son importantes isoprenoides sencillos que tienen función como antioxidantes y como precursores de vitamina A. Otra clase biológicamente importante de moléculas está ejemplificada por las quinonas e hidroquinonas, los cuales contienen un isoprenoide sujeto a la cola quinonoide núcleo de origen no isoprenoide. La vitamina E y la vitamina K, así como las ubiquinonas, son ejemplos de esta clase. Las procariotas sintetizan poliprenoles (Llamados bactoprenoles) en el que la unidad isoprenoide terminal permanece unida al oxígeno, mientras que en los animales poliprenoles (dolicoles) la terminales isoprenoide está reducida.

Sacarolípidos

 

Estructura del saccharolípido Kdofracciones de 2-lípido A Glucosamine en azul, fracciones Kdo en rojo, cadenas de acilol en negros y grupos de fosfato en verde.

Los Sacarolípidos describen compuestos en los cuales los ácidos grasos están enlazados a un esqueleto de azúcar, la conformación de esta estructura es compatible con bicapas de membrana. En los sacarolípidos, unos sustitutos de monosacárido para el esqueleto glicerol presente en glicerolipidos y glicerofosfolipidos. El sacarolípido más familiar es la glucosamina acilada precursores del Lípido A componente del lipopolisacáridos en bacterias Gram-negativas. La composición típica del lípido A son moléculas disacáridos de glucosamine, los cuales son derivatizados cuando mucho de siete cadenas de graso-acil. El mínimo lipopolisacárido requerido para crecimiento en E. coli Es Kdo₂-Lípido A, un disacárido hexa-acilado de glucosamina el cual es glicosilado con dos fragmentos de ácido 3-deoxi-D-manno-octulosónico (Kdo).

Policétidos

Los policétidos se sintetizan mediante la polimerización de subunidades de acetilo y propionilo mediante enzimas clásicas, así como enzimas iterativas y multimodulares que comparten características mecánicas con las sintasas de ácidos grasos. Comprenden muchos metabolitos secundarios y productos naturales de origen animal, vegetal, bacteriano, fúngico y marino, y tienen una gran diversidad estructural. [56] [57] Muchos policétidos son moléculas cíclicas cuyas cadenas principales a menudo se modifican más mediante glicosilación, metilación, hidroxilación, oxidación u otros procesos. Muchos agentes antimicrobianos, antiparasitarios y anticancerosos de uso común son policétidos o derivados de policétidos, como eritromicinas, tetraciclinas, avermectinas y epotilonas antitumorales. [58]

Funciones biológicas

Membranas

Las células eucariotas presentan la membrana compartimentada-ató orgánulos que lleva a cabo funciones biológicas diferentes. El glycerophospholipids es el componente estructural principal de membranas biológicas, cuando la membrana de psma celular y las membranas intracelulares de orgánulos; en células animales, la membrana de plasma físicamente separa los componentes intracelulares del extracellular entorno. [La cita necesitada] El glycerophospholipids es amphipathic moléculas (conteniendo ambas regiones hidrofóbicas e hidrofílicas) aquello contiene un glycerol el núcleo enlazó a dos fatty ácido-derivó "colas" por conexiones de éster y a un "grupo" de cabeza por una conexión de éster del fosfato. [La cita necesitada] Mientras glycerophospholipids es el componente importante de membranas biológicas, otro no-glyceride componentes de lípido como sphingomyelin y sterols (principalmente colesterol en membranas de célula animal) es también encontrado en membranas biológicas.^[31]​ En plantas y algas, el galactosyldiacylglycerols, y sulfoquinovosyldiacylglycerol, los cuales carecen de un grupo de fosfato, es componentes importantes de membranas de chloroplasts y relacionó orgánulos y es los lípidos más abundantes en tejidos fotosintéticos, incluyendo aquellos de plantas más altas, algas y bacterias seguras. [La cita necesitada]^[32]​

Las membranas tilacoides tienen el componente de lípido más grande de una conformación no-bicapa monogalactosil diglicerido (MGDG), y pocos fosfolípidos; a pesar de esta composición de lípido única, las membranas chloroplasto tilancoides han mostrado contener un lípido bicapa dinámico matricial según lo ha revelado la resonancia magnética y estudios de microscopio electrónico.

 

 

Organización de fosfolípidos: un liposoma esférico, una micela, y una bicapa lipídica.

Una membrana biológica es una forma de fase lamelar de una bicapa lipídica. La formación de bicapas lipídicas es un proceso energéticamente preferido cuándo los glicerofosfolipidos descritos arriba se encuentran en un entorno acuoso.^[33]​ Esto se conoce como efecto hidrofóbico. En un sistema acuoso, las cabezas polares de lípidos se alinean hacia el entorno polar, acuoso, mientras las colas hidrofóbicas minimizan su contacto con agua y tienden a agruparse, formando una vesícula; según la concentración del lípido, esta interacción biofísica puede resultar en la formación de micelas, liposomas, o bicapas lipídicas. También se observan otras agregaciones y forman parte del polimorfismo del comportamiento del amfifílo (lípido). El Comportamiento de fase es una área de estudio dentro de la biofísica y es el tema de actual [cuando?] búsqueda académica. Micelas y bicapas forma en el medio polar por un proceso conocido como efecto hidrofóbico. Cuándo se disuelve una sustancia lipofílica o amfifílica en un entorno polar, las moléculas polares (i.e., agua en soluciones acuosas) se ordenan más alrededor de la sustancia lipofílica disuelta, desde las moléculas polares no pueden formar puentes de hidrógeno a las áreas lipofílicas del amfifílo. Entonces, en un ambiente acuoso, las moléculas de agua forman una jaula de "clatrato" ordenada alrededor de la molécula lipofílica disuelta.

La formación de lípidos en las protocell las membranas representa un paso clave en modelos de abiogénesis, el origen de vida.

Referencias

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