Lípidos

Unidad Temática Nº 3 LIPIDOS Definición. Propiedades. Clasificación. “Alcoholes grasos”. Acidos grasos Sat. y NO-Sat. Formación de sales o jabones. Lípidos simples. Grasas y aceites. Propiedades físico-químicas de los acilglicéridos. Actividad óptica. Ceras. Galactoglicéridos. b) Lípidos complejos. Glicerofosfolípidos no nitrogenados y nitrogenados. Esfingolípidos y glicoesfingolípidos. Propiedades físicas e importancia. Esteroles y esteroides. Colesterol. Importancia biológica. Lípidos en la estructura de membranas. Lipoproteínas.

Unidad Temática Nº 3: LÍPIDOS - objetivos Conocer clasificación, estructura, propiedades, importancia de los lípidos y las sustancias asociadas a ellos y las técnicas para su caracterización

Lípidos Sustancias muy diversas (estructura y función) del griego lipos, “grasa” Sustancias muy diversas (estructura y función) Solubles en disolventes orgánicos apolares (ej. cloroformo), pero poco o nada solubles en agua. Químicamente se los puede definir como ésteres de un ácido graso y un alcohol

Funciones de los lípidos 1. Energética: combustible de alto valor calórico (±10 kcal/g), de uso diferido. Sólo admiten degradación aeróbica (respiración). 2. Estructural: Forman las membranas plasmáticas de todo tipo de seres vivos. 3. Informativa: señales químicas como esteroides, prostaglandinas, retinoides, leucotrienos, calciferoles, etc.

Lípidos - clasificación Lípidos simples Acilglicéridos Ceras Lípidos complejos Glicerolípidos Esfingolípidos Sustancias asociadas a lípidos Terpenos Esteroides Eicosanoides

Lípidos - clasificaciones Funciones Biológicas principalmente energética (combustibles metabólicos) y precursores de otros principalmente estructural en membranas biológicas diversas y especializadas (hormonas, coenzimas, etc.) Lípidos - clasificaciones lípidos simples ésteres de un alcohol y ácidos grasos lípidos complejos contienen otros compuestos además de un alcohol y ácidos grasos lípidos derivados grupo muy heterogéneo de sustancias no clasificables como simples o compuestos rutas biosintéticas muy diversas a partir de ácidos grasos • acilglicéridos ( mono, di y tri.) • ceras (función no energética) • fosfolipidos glicerofosfolípidos, plasmalógenos esfingofosfolípidos • glicolípidos:• cerebrósidos • gangliósidos • lipoproteínas • esteroides esteroles: colesterol y derivados vitaminas liposolubles terpenos o isoprenoides • eicosanoides: prostaglandinas Prostaciclinas Tromboxanos leucotrienos

Ácidos Grasos CH3-(CH2)16-COOH CH3-(CH2)7- CH = CH - (CH2)7-COOH Ácidos monocarboxílicos de elevado número de átomo de C y en número par Saturados No saturados CH3-(CH2)16-COOH CH3-(CH2)7- CH = CH - (CH2)7-COOH

• ácidos carboxílicos alifáticos de cadena larga Ácidos grasos HOOC CH2 – 1 2 3 –...– CH = 9 10 17 18 a b • ácidos carboxílicos alifáticos de cadena larga • poco abundantes en estado libre • función energética (combustibles metabólicos) • componentes de otros lípidos HOOC–(CH2)7–CH=CH–(CH2)7–CH3 HOOC cis- 9–octadecenoico (C18:1)9 ácido 9–octadecenoico 18:1 ácido oleico • alta flexibilidad conformacional: rotación casi libre de enlaces simples C–C • a mayor longitud, mayor punto de fusión y mayor punto de ebullición • la insaturación produce menor empaquetamiento, y con ello menor punto de fusión y mayor fluidez

Acidos Grasos Naturales más frecuentes: • monocarboxílicos - cadena lineal • nº par de C (síntesis: unids. de 2 C); 12 a 20 C (16 y 18 C predom. en plantas superiores y animales) • ~50% insaturados, config. cis (poli-insat. infrecuentes en bacterias) menos frecuentes: • menos de 12 o más de 20 C • número impar de C • cadena ramificada, hidroxilada o cíclica relativamente frecuentes en bacterias

Algunos de los ácidos grasos biológicos más comunes Nombre común Nombre sistemático Estructura Saturados: 12:0 Láurico dodecanoico HOOC 14:0 Mirístico tetradecanoico HOOC 16:0 Palmítico hexadecanoico HOOC 18:0 Esteárico octadecanoico HOOC 20:0 Araquídico eicosanoico HOOC Insaturados: 16:1 Palmitoleico 9–hexadecenoico HOOC 18:1 Oleico 9–octadecenoico HOOC 18:2 Linoleico 9,12–octadecadienoico HOOC 9,12,15–octadecatri-enoico 18:3 Linolénico HOOC 20:4 Araquidónico HOOC 5,8,11,14–eicosatetra-enoico (“esenciales” en mamíferos)

Aspectos estructurales de los ácidos grasos acido esteárico ácido oleico ácido elaídico

Aspectos estructurales de los ácidos grasos ácido linolénico

Aspectos estructurales de los ácidos grasos C; O; H Modelos moleculares espaciales compactos. (a) Ácido graso saturado (esteárico) (b) Ácido graso monoetilénico (oleico).

Propiedades fisicoquímicas, de interés biológico, de ácidos grasos Formación de sales (jabones) Detergencia Punto de fusión Tf ácido esteárico 70ºC Tf ácido oleico 13,4ºC

Lípidos simples • ésteres de un alcohol y ácidos grasos: R1–COOH + HO–R2  R1–CO–O–R2 CERAS: el alcohol es monohidroxilado y de elevado peso molecular ACILGLICÉRIDOS o acilgliceroles: el alcohol es glicerol

Ceras ésteres de alcoholes monovalentes de cadena larga y ácidos grasos superiores Ej. cera de abejas ácido palmítico + alcohol de 30 C Sólidas a Tºc amb. - Insolubles en agua. Funciones de protección y lubricación. En vegetales, recubren hojas y frutos.

Ceras • ésteres de un alcohol de cadena hidrocarbonada larga y un ácido graso son sólidos a temperatura ambiente • muy hidrofóbicos y totalmente insolubles en agua • forman capas protectoras impermeabilizantes en plumas, pelo, piel, hojas... • no tienen función energética • poco o nada asimilables ni metabolizables por animales ej: cera de abejas, donde el alcohol tiene 30 átomos de carbono (C30H61OH) y el ácido palmítico

Acilglicéridos Ésteres del glicerol con ácido/s graso/s Según el número de funciones alcohólicas esterificadas por ácidos grasos se obtienen monoacilgliceroles diacilgliceroles triacilgliceroles.

acilgliceroles • ésteres de glicerol y ácidos grasos 1 CH2OH 2 CHOH 3 CH2OH 1 CH2 – O – CO – R1 2 CH – O – CO – R2 3 CH2 – O – CO – R3 • ésteres de glicerol y ácidos grasos • insolubles en agua glicerol triacilglicerol • grasas o aceites neutros sin grupos ionizables o polares aceites vegetales: ricos en AG insaturados, líquidos a Tamb grasas animales: ricos en AG saturados, sólidos a Tamb 1 2 3 O (16:1, palmitoleil) (18:2, linoleil) (18:0, estearil) 1-palmitoleil-2-linoleil-3-estearil-glicerol • son formas de almacenamiento de ácidos grasos reservorios de carbono y energía menos oxidados que carbohidratos: más energía por C no se hidratan: más energía por unidad de masa o volumen glucógeno une agua ≈ 2 veces su propia masa grasas almacenan ≈ 6 veces más energía a igual masa efectiva

Acilglicéridos 1,3-dipalmitoil-2-linoleil-glicerol

1,3-dipalmitoil-2-linoleil-glicerol

AVERIGUAR DIFERENCIA ENTRE GRASA PARDA Y GRASA BLANCA Acilgliceroles – continuación es el tipo de lípidos más abundante, especialmente en animales: •Humanos: reserva de grasa = 21-26% peso total permite supervivencia en ayuno por 2-3 meses ( reserva total de glucógeno es insuficiente para un solo día ) adipocítos:(animales) células especializadas en la síntesis y almacenamiento de triglicéridos tejido adiposo: también es aislante térmico y proporciona protección mecánica grasa parda: tej. adiposo especializado en termogénesis, en animales homeotermos AVERIGUAR DIFERENCIA ENTRE GRASA PARDA Y GRASA BLANCA

Monoacilgliceroles

Diacilgliceroles

Triacilgliceroles

Propiedades fisicoquímicas de Acilglicéridos Solubilidad: insolubles en agua, solubles en solventes orgánicos Pto. de fusión: los TG ricos en AG saturados son sólidos a Tª ambiente (grasas) los TG ricos en AG no saturados son líquidos a Tª ambiente (aceites) Son saponificables

Función biológica de los Acilglicéridos Los TRIACILGLICÉRIDOS constituyen una forma eficiente y concentrada de almacenar energía Estructural: recubren órganos y le dan consistencia, protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos. Aislante térmico: forman capa aislante bajo la piel (e.j. focas y osos polares)

Saponificación Tejido o producto biológico Extracción con Tratamiento con NaOH en caliente Tejido o producto biológico Extracción con ClCH3 y C6H14 Fase acuosa orgánica Extracción acuosa Fase orgánica: residuo insaponificable Fase acuosa: componentes de lípidos saponificables Saponificación

Reacción de saponificación

Enlaces de hidrógeno en ácidos grasos

Estructura de los ácidos grasos saturados Ácido palmítico, C16

Ácidos grasos insaturados C16:1 Palmitoleico 9-cis hexadecenoico C18:1 Oleico 9-cis octadecenoico C18:2 Linoleico 9,12 todo cis octadecadienoico C18:3 Linolénico 9,12,15 todo cis octadecatrienoico C20:4 Araquidónico 5,8,11,14 todo cis eicosatetraenoico

Estructura de los ácidos grasos insaturados

Enranciamiento de ácidos insaturados

Lípidos complejos formados por un alcohol, AG y un grupo sustituyente Glicerolípidos Glicolípidos Fosfolípidos Esfingolípidos Glicoesfingolípidos Fosfoesfingolípidos el alcohol es GLICEROL el alcohol es ESFINGOSINA

Lípidos complejos • alcohol: glicerol glicerofosfolípidos • contienen otros compuestos además de un alcohol y ácidos grasos: • función estructural en membranas biológicas • caracter anfipático: parte polar hidrofílica + parte apolar hidrofóbica • alcohol: glicerol glicerofosfolípidos plasmalógenos galactoglicéridos esfingosina glucoesfingolípidos esfingofosfolípidos

Fosfolípidos Glicerofosfolípidos, Plasmalógenos Esfingofosfolípidos

Lípidos complejos formados por un alcohol, AG y un grupo sustituyente Glicerolípidos Glicolípidos Fosfolípidos Esfingolípidos Glicoesfingolípidos Fosfoesfingolípidos el alcohol es GLICEROL el alcohol es ESFINGOSINA

Gliceroglicolípidos Lípidos en los cuales: el glicerol está unido a dos moléculas de ácido graso y el 3º -OH a un monosacárido. Puede haber más de una unidad monosacárida

Gliceroglicolípidos: di-galactosil-glicérido unión b-glicosídica glicerol ácidos grasos

Gliceroglicolípidos: sulfo-6-deoxiglucosil-glicérido (sulfolípido) unión b-glicosídica Ácidos grasos

Glicerofosfolípidos Lípidos en los cuales: el glicerol está esterificado con dos moléculas de ácido graso y una de ácido fosfórico. además el ácido fosfórico está unido a un grupo que aporte una función alcohol

Glicerofosfolípidos Los diferentes fosfolípidos surgen de la sustitución del H por un grupo en R3  colina, etanolamina, etc Si R3 = H  ácido fosfatídico (precursor de los fosfolípidos)

Glicerofosfolípidos o fosfoglicéridos X O – [ 18:0, estearil ] [X=H: estearil-palmitoleil-fosfatidato] [ 16:1, palmitoleil ] • glicerol–3–fosfato esterificado en C1 y C2 por ácidos grasos y en P por un grupo X • componentes mayoritarios de las membranas biológicas 1 CH2–O–CO–R1 2 CH –O–CO–R2 X– O– P– O– CH2 O OH X agua –H ácido fosfatídico (precursor) PA etanolamina –CH2 – CH2 – NH3+ fosfatidil-etanolamina (cefalina) PE colina –CH2 – CH2 – N+(CH3)3 fosfatidil-colina (lecitina) PC serina –CH2 – CHNH3+ – COO– fosfatidil-serina PS glicerol –CH2 – CHOH – CH2OH fosfatidil-glicerol PG mio-inositol fosfatidil-inositol (fosfoinosítido) PI fosfatidil-glicerol difosfatidil-glicerol (cardiolipina) DPG OH HO eter ∆a,b cis

Fosfatidil colina o Lecitina

Fostatidilcolina

Note que la fosfatidilcolina es diferente a la mostrada en la diapositiva anterior. El ácido insaturado es otro.

Productos de la hidróilisis de la Fosfatidilcolina Enzima Productos de la hidróilisis de la Fosfatidilcolina FL asa A2 Lisofosfolípido + AGL FL asa C DAG y colina fosforilada FL asa D Ácido fosfatídico + colina

Plasmalógenos glicerofosfolípidos con enlace eter a,b insaturado (cis) en C1 X: etanolamina, colina o serina O P X O – R2 R1

Lípidos complejos formados por un alcohol, AG y un grupo sustituyente Glicerolípidos Gliceroglicolípidos Glicerofosfolípidos Esfingolípidos Glicoesfingolípidos Fosfoesfingolípidos* el alcohol es GLICEROL el alcohol es ESFINGOSINA * No se describen en vegetales

Plasmalógeno de colina

Esfingolípidos Lípidos que derivan de la ceramida Formados por esfingosina (amino alcohol insaturado de 18 C) ácido graso un grupo polar (fosfato, carbohidrato, etc)

Según el grupo polar (fosfato ó carbohidrato) se los clasifica en: Esfingolípidos Según el grupo polar (fosfato ó carbohidrato) se los clasifica en: Fosfoesfingolípidos (esfingomielinas) Glicoesfingolípidos

Esfingofosfolípidos: N-acil derivados de la esfingosina (aminoalcohol C18) dehidro-esfingosina u homólogos C16, C17, C19 o C20 HO O X NH R (ácido graso) esfingosina X=H, ceramida (precursor de otros) X = esfingomielinas: X = fosfo colina Ceramida (N-acil esfingosina) componentes mayoritarios de las membranas biológicas

Glicoesfingolípidos El grupo polar contiene un glúcido Se los clasifica en Cerebrósidos Gangliósidos

Glicoesfingolípidos: Cerebrósidos Compuestos neutros, formados por ceramida (esfingosina y ácido graso) y un monosacárido unido por enlace glicosídico b a C1 de esfingol. Mas frecuente: galactosa (galactocerebrósido). También aparece glucosa (glucocerebrósido)

Glicoesfingolípidos: Cerebrósidos

Glicoesfingolípidos: Gangliósidos Compuestos semejantes a gangliósidos pero la porción glucídica es de mayor complejidad. Unido a la ceramida poseen un oligosacárido compuesto por varias hexosas y 1 a 3 restos de ácido acetilneuramínico (ácido siálico) (a) Representación esquemática de un gangliósido (GM2)

Fosfoesfingolípidos: esfingomielinas Se hallan constituidas por: esfingosina un ácido graso ácido fosfórico colina. La esfingomielina está íntimamente relacionada con tejido cerebral

Esfingolípidos Esfingofosfolípidos: esfingomielinas: HO O X NH R (ácido graso) esfingosina X=H, ceramida (precursor de otros) • N-acil derivados del aminoalcohol C18 esfingosina, dehidro-esfingosina u homólogos C16, C17, C19 o C20 • componentes mayoritarios de las membranas biológicas Esfingofosfolípidos: esfingomielinas: X = fosfo-etanolamina, fosfo-colina • estructura global, distribución cargas, etc. ≈ fosfatidil-etanolamina, fosfatidil-colina Esfingoglicolípidos: X = glúcido. No tienen fosfato Cerebrósidos: X = monosacárido u oligosacárido (2–10 residuos) galacto-cerebrósidos -D-galactosa. Membranas neuronas del cerebro sulfátidos -D-galactosa-3-sulfato gluco-cerebrósidos -D-glucosa. Membranas de otros tejidos otros… amino-azúcares, derivados N-acetilados, fucosa… Gangliósidos: X = oligosacárido ramificado (con ácido siálico: N-acetil-neuramínico y derivados) GM1, GM2, GM3, etc. hasta 60 conocidos • cabezas polares voluminosas • componentes importantes de membrana plasmática (6% lípidos totales en cerebro; menos abundantes otros tejidos) • implicados en procesos de reconocimiento celular (crecimiento, diferenciación, carcinogénesis, etc.) • receptores para ciertas hormonas y toxinas bacterianas (GM1 es el receptor de la toxina colérica)

Funciones de los lípidos complejos (glicero y esfingolípidos) glicerolípidos esfingolípido

La principal función de los glicero y esfingolipidos es formar membranas biológicas triacilglicérido

Lípidos - clasificación Lípidos simples Acilglicéridos Ceras Lípidos complejos Glicerolípidos Esfingolípidos Sustancias asociadas a lípidos Terpenos Esteroides Eicosanoides  

Lípidos derivados • no clasificables como simples o compuestos • grupo de sustancias muy heterogéneo • rutas biosintéticas muy diversas y complejas, a partir de ácidos grasos • funciones biológicas muy distintas y especializadas • esteroides: • esteroles: colesterol y derivados • otros esteroides • terpenos o isoprenoides • eicosanoides: • prostaglandinas • prostaciclinas • tromboxanos • leucotrienos • vitaminas liposolubles.

Terpenos Están construidos por unidades múltiples del hidrocarburo de cinco átomos de carbono isopreno (2-metil-1,3-butadieno) Por estar formados de C e H, son moléculas altamente hidrofóbicas, de allí que siempre están asociadas a lípidos

Terpenos (ó isoprenoides) ampliamente presentes en el reino vegetal constituyen metabolitos secundarios*: componentes de esencias, bálsamos, resinas, etc primarios: fitohormonas, la cadena lateral de plastoquinona, ubiquinona, el fitol, los carotenoides, etc. * Compuestos peculiares de ciertos grupos taxonómicos

Según el número de unidades de isopreno que lo componen, los terpenos se clasifican en: monoterpenos: 2 unidades sesquiterpenos: 3 unidades diterpenos: 4 unidades triterpenos: 6 unidades tetraterpenos: 8 unidades politerpenos: más de 8 Pueden ser lineales ó cíclicos Las unidades se unen cabeza con cola ó cola con cola (menos frecuente)

Terpenos monoterpenos: Constituyen esencias naturales, por sus propiedades organolépticas atraen a insectos y otros animales que favorecen la polinización Sesquiterpenos (3 unidades): Ácido abscísico (fitohormona)

Terpenos diterpeno: fitol diterpeno: Giberelina Fitohormona Compuesto natural que actúa como regulador endógeno del crecimiento y desarrollo de vegetales superiores

el fitol favorece, por su hidrofobicidad, el anclaje del pigmento fotosintético en la membrana tilacoide clorofila

Terpenos triterpeno: escualeno

Otro pigmento fotosintético: b-caroteno, es un tetraterpeno

Vitaminas liposolubles (de estructura terpenoide)

Politerpenos: poliprenoles Son compuestos poliisoprenoides lineales de cadena larga con un grupo alcohol terminal. El más importante es el alcohol undecaprenílico, también llamado bactoprenol, que contiene 11 unidades de isopreno El dolicol es el análogo correspondiente en los tejidos animales y contiene 19 unidades de isopreno

Poliprenoles Su función es la transferencia de grupos de azúcar desde el citoplasma a la superficie exterior celular durante la síntesis de los lipopolisacáridos de la superficie celular y de las glicoproteínas la prolongada cadena hidrocarbonada no polar de los poliprenoles está anclada en el interior del ánima no polar de la membrana, mientras que el extremo polar de la molécula desempeña el papel de un brazo para la transferencia de los grupos azúcar a través de esta membrana. bactoprenol

Esteroides Son derivados del hidrocarburo ciclopentanoperhidrofenantreno Los principales puntos de sustitución son el C3 del anillo A, el C11 del anillo C y el C17 del anillo D. Los anillos A, B y C no forman un plano, adoptan la conformación en “silla”.

Esteroides Colesterol Esteroles: 1 2 3 4 5 9 10 6 8 7 12 11 13 14 17 16 15 • sustancias de origen eucariótico A B C D • químicamente son derivados del sistema de anillos ciclopentano-perhidro-fenantreno Esteroles: –OH en C3 + cadena alifática en C17 (8-10 C) 3 17 HO 19 18 20 22 21 23 24 26 25 27 Colesterol • el esterol más abundante en animales • componente mayoritário de la membrana plasmática y minoritario en membranas de orgánulos • caracter anfifílico: HO cabeza polar muy pequeña (grupo OH) cuerpo apolar voluminoso y rígido (anillo) • el porcentaje de colesterol determina muchas propiedades de las membranas biológicas • precursor metabólico de otros compuestos (hormonas esteroides, sales biliares, vitamina D)

Esteroides Dentro de los esteroides hay cuatro grandes grupos de interés biológico: Esteroles, donde el más representativo es el colesterol Ácidos biliares, indispensables para la digestión de grasas Hormonas esteroideas, dentro de las cuales se hallan los estrógenos y los andrógenos Vitamina D, vitamina liposoluble

Esteroles Se caracterizan por tener un grupo hidroxilo en el C 3 del anillo A y una cadena ramificada de ocho o más átomos de carbono en el C 17. El colesterol, muy abundante en animales aparece sólo muy raramente en las plantas superiores En los vegetales se encuentran fitosteroles. Entre ellos se halla el estigmasterol , camposterol y el sitosterol.

Esteroles

Colesterol

Colesterol

Ubicación del colesterol en la membrana

Ácidos Biliares Se caracterizan por presentar un grupo –COOH en la cadena alquílica del carbono 17, lo que le da el carácter ácido a este grupo de compuestos Además poseen tres grupos –OH en las posiciones 3, 7 y 12 del núcleo ciclopentanoperhidrofenantreno. Ácido cólico

Ácidos Biliares Todos estos grupos polares se ubican sobre una de las caras de la molécula y por esta razón los ácidos biliares poseen una cara hidrófoba y otra hidrófila. Esta característica estructural les provee un poder detergente, por ende emulsionan las grasas

Vitaminas esteroideas Vitamina D3 (colecalciferol) origen animal Vitamina D2 (ergocalciferol) origen vegetal, se sintetiza a partir del ergosterol (provitamD) ergosterol Vitamina D2

Eicosanoides Hidroxiacidos derivados de ácidos grasos Poliinsaturados de 20 C (ej: ácido araquidónico) Intervienen en el proceso inflamatorio Comprenden los siguientes tipos moleculares: Prostaglandinas (PG) Prostaciclinas (PGI) Tromboxanos (Tx) Leucotrienos (LT)

Prostaglandinas Tromboxanos Prostaciclinas

Leucotrienos

Síntesis de PG – PGI – Tx: vía de la Ciclo-oxigenasa

Síntesis de LT: vía de la Lipoxigenasa

Definición – Clasificación Lípidos simples: acilglicéridos de importancia biológica. Estructura y función. Lípidos complejos: glicerolípidos y esfingolípidos: Estructura y función. Sustancias asociadas a lípidos: compuestos de estructura terpenoide y esteroidea. Tema 2c

Ácidos Biliares Esta característica le permite a las sales biliares disolverse en una interfase de aceite-agua, de tal manera que la superficie hidrófoba esté en contacto con la parte polar y la superficie hidrófila con la fase acuosa. La acción detergente emulsiona los lípidos y da lugar a la formación de micelas, que permiten el ataque digestivo por parte de enzimas hidrosolubles y facilitan la absorción de los lípidos a través de las células de la mucosa intestinal. Además favorecen la manutención del colesterol en suspensión y la absorción de vitaminas liposolubles. Es por ello que la falta de bilis entorpece seriamente la absorción de compuestos grasos y sustancias liposolubles