Lípidos: Estructura y Propiedades Físico-Químicas

Los lípidos son moléculas orgánicas que tienen una solubilidad limitada en agua. Se puede decir que el aceite y el agua son como el gato y el perro.

A diferencia de los azúcares y las proteínas, los lípidos no es posible expresarlos en una fórmula química general única. Es importante notar que la definición dada difiere de la utilizada para los carbohidratos y proteínas; a los lípidos los define una propiedad física: su solubilidad en agua.

Ácidos Grasos (AG): Los más simples y abundantes

• Son cadenas hidrocarbonadas lineales de diferente tamaño o número de átomos de carbono (principalmente entre 12 y 24, en número par).
• En un extremo presentan un grupo ácido carboxílico (-COOH).

Clasificación según sus enlaces:

• Ácido graso insaturado: Si presenta enlaces dobles en su cadena.
• Ácido graso saturado: Si no hay enlaces dobles (está «saturado» de hidrógenos).

Tienen una zona polar ubicada en el extremo carboxílico. Debido a que los ácidos grasos saturados se empaquetan mejor, tienden a formar grasas duras a temperatura ambiente; en cambio, los insaturados tienden a formar aceites.

• Ácidos grasos saturados = Grasas duras (sólidas).
• Ácidos grasos insaturados = Aceites (líquidos).

Isomería en Ácidos Grasos: Cis vs. Trans

En la naturaleza, las grasas insaturadas son normalmente isómeros CIS, pero al calentarse pueden pasar a ser TRANS.

• Grasas Trans: Son lineales, presentan un número mayor de interacciones apolares y por eso son más sólidas en el ambiente. Lo dañino de las trans es que reemplazan a las cis y generan membranas más rígidas y menos funcionales; por ello, no se recomienda ingerir grasas trans.
• Grasas Cis: Generan un quiebre en la dirección de la cadena, lo que dificulta el empaquetamiento y genera más fluidez en la membrana.

Triglicéridos o Triacilglicéridos

Son un grupo formado por un triéster de ácidos grasos y glicerol (o sea, tri-glicérido).

• Enlace éster: Se forma cuando se pierde una molécula de agua en la reacción entre un grupo alcohol y un ácido carboxílico.

Ejemplos comunes:

• AG saturados más abundantes: Ácido palmítico (C16) y ácido esteárico (C18).
• AG insaturados más abundantes: Ácido oleico (monoinsaturado) y ácido linoleico (poliinsaturado).

Los lípidos que se almacenan como fuente de energía en el tejido adiposo son los triglicéridos, los cuales también corresponden a la mayor parte de los lípidos que consumimos a diario.

Fosfolípidos y Colesterol

Los fosfolípidos son elementos fundamentales de las membranas celulares. Están formados por una molécula de glicerol unida a dos ácidos grasos (uno saturado y uno insaturado) y un grupo fosfato unido a un grupo nitrogenado (como colina, serina o etanolamina).

Su estructura es anfipática:

• Cabeza hidrofílica: Tiene afinidad por el agua.
• Cola hidrofóbica: Repele el agua.

El colesterol participa en la estructura de la membrana y es precursor para la creación de hormonas esteroides. Además, permite que la membrana mantenga una buena fluidez ante cambios de temperatura, ya que actúa como un espaciador entre las cadenas de fosfolípidos, restringiendo las interacciones moleculares que causarían la solidificación.

• Los esteroides derivan del colesterol; en distintos tejidos existen enzimas que transforman el colesterol en diversas hormonas.
• El colesterol que consumimos se encuentra normalmente como éster de colesterol (un ácido graso unido a un colesterol mediante un enlace éster).

Resumen de Clasificación de Lípidos

• Lípidos Saponificables (se hidrolizan en moléculas pequeñas):
  • Simples: Contienen C, H y O. Ejemplos: Triglicéridos (grasas, aceites) y ésteres de colesterol.
  • Complejos: Además de C, H y O, contienen N, P o S. Ejemplo: Fosfolípidos.
• Lípidos Insaponificables (no se rompen en moléculas más pequeñas): Ejemplo: Esteroides como el colesterol o las hormonas esteroideas.

Bioenergética: Reducción y Oxidación

La Reducción y Oxidación (Redox) es la reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre reactivos.

• Reducción: Asociada al movimiento de electrones y de iones de hidrógeno (H+), generando nuevos enlaces de hidrógeno.
• Oxidación: La pérdida de electrones. Los enlaces C-H son la principal fuente de energía celular; durante la oxidación, los enlaces C-H van siendo reemplazados por enlaces C-O.

Energía de Activación (Eₐ)

La célula no puede tomar una molécula de glucosa y oxidarla de una sola vez. Lo que limita estas reacciones es la Energía de Activación (Eₐ). En general, las reacciones químicas solo son posibles si se rompen o forman nuevos enlaces químicos.

A partir de los enlaces químicos covalentes presentes en la glucosa, podemos obtener una cantidad importante de energía. Para ello, debemos oxidarla, lo que implica romper enlaces C-H y C-C para reemplazarlos por enlaces con oxígeno. Esta energía se almacena en moléculas de ATP como reservorio energético.

Debido a la alta Eₐ, la célula realiza la oxidación en muchos pasos sucesivos, cada uno mediado por proteínas específicas llamadas enzimas.

Enzimas: Catalizadores Biológicos

Propiedades fundamentales:

• Corresponden principalmente a proteínas.
• No se consumen en las reacciones en las que participan.
• Son altamente específicas.
• Disminuyen la Energía de Activación (Eₐ) de una reacción.
• Se inactivan por desnaturalización (pérdida de su estructura tridimensional).

En la región donde la enzima se une al sustrato de forma específica se forma un «bolsillo» llamado centro activo, constituido por las cadenas laterales de los aminoácidos. Los sustratos se unen mediante fuerzas débiles y la especificidad depende de la posición de los átomos en dicho centro.

Inhibición y Modelos de Acción:

• Inhibidores competitivos: Se unen al sitio activo y bloquean el acceso al sustrato.
• Inhibidores alostéricos: Se unen a un sitio distinto al activo, modificando la función enzimática.
• Modelo de encaje inducido: La enzima cambia la forma de su sitio activo al interaccionar con el sustrato para un ajuste perfecto.

Las enzimas no siempre son puramente proteicas; a menudo necesitan cofactores o grupos prostéticos para funcionar. Muchas vitaminas son cofactores esenciales, como la B2, B7 y la Coenzima A.

Factores que influyen en la actividad enzimática:

• Temperatura: A mayor temperatura, mayor velocidad, hasta alcanzar un punto óptimo; si la temperatura es excesiva, la enzima se desnaturaliza.
• pH: Cada enzima tiene un rango de pH óptimo para su funcionamiento.

Repaso de Conceptos: Verdadero y Falso

Carbohidratos y Proteínas

• Una aldohexosa es un azúcar de 6 carbonos con grupo aldehído, no un aminoácido.
• Los polímeros de glucosa en animales se forman por enlaces glucosídicos, no amidas.
• Las principales reservas de energía son el glucógeno y los triglicéridos, no el colesterol.
• Las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos (que son de tipo amida y muy fuertes).
• El carbono alfa de los aminoácidos está unido a un grupo amino, un carboxilo, un hidrógeno y una cadena lateral R.
• Las moléculas polares como la glucosa se disuelven en agua pero no se disocian en iones.
• Las propiedades de los aminoácidos dependen principalmente de su grupo R.
• Cuando una proteína pierde su estructura (desnaturalización), pierde su función.
• La estructura primaria es la más fuerte y estable. No todas las proteínas tienen estructura cuaternaria.
• La forma fibrosa o globular depende principalmente de la estructura terciaria.
• En proteínas transmembrana, los aminoácidos apolares se ubican en la zona que cruza la membrana.

Lípidos y Membranas

• Los pescados de aguas frías tienen más ácidos grasos omega (insaturados) para mantener las membranas fluidas en el frío.
• Las grasas trans reducen la fluidez de la membrana y son sólidas porque su forma recta permite un mejor empaquetamiento.
• Los triglicéridos tienen tres ácidos grasos y glicerol unidos por enlaces éster, no amidas.
• Las principales fuerzas de atracción en los lípidos son las de London (van der Waals).
• El ácido propanoico es soluble en agua, pero el ácido palmítico no lo es debido a su larga cadena apolar.
• El ácido linoleico es líquido porque sus dobles enlaces impiden un empaquetamiento compacto.
• Los fosfolípidos son lípidos saponificables.
• El glucógeno está formado por glucosa, no por ácidos grasos.

Metabolismo y Enzimas

• Siempre que hay una oxidación, ocurre una reducción de forma simultánea.
• En la oxidación se pierden enlaces C-H. Más enlaces C-H significan una molécula más reducida y con más energía potencial al oxidarla.
• Las fuerzas dipolo-dipolo ocurren entre moléculas polares (como el agua), no en moléculas no polares como el propano.
• Los puentes de hidrógeno son un tipo especial de interacción dipolo-dipolo entre átomos de H unidos a F, O o N.
• La glicosilación excesiva puede reducir la actividad de las proteínas.
• La inhibición alostérica ocurre cuando un regulador se une fuera del sitio activo.
• El zinc y el magnesio actúan frecuentemente como cofactores enzimáticos.
• Las enzimas disminuyen la energía de activación y no se consumen en el proceso.
• La glucosa posee grupos funcionales alcohol y aldehído. En su forma beta, el grupo OH anomérico está en posición trans respecto al grupo -CH2OH.