Lípidos: Estructura, Clasificación y Funciones Biológicas

Los lípidos son un grupo de moléculas orgánicas de composición química muy variada, insolubles en agua e hidrosolubles en disolventes orgánicos apolares. Son compuestos ternarios (Carbono, Hidrógeno y Oxígeno: C, H y O). Su estructura química se caracteriza por largas cadenas hidrocarbonadas, que pueden llevar diversos radicales. Sus funciones principales son de reserva energética y estructurales.

Ácidos Grasos

Los ácidos grasos son componentes característicos de los lípidos saponificables. Son ácidos carboxílicos constituidos por cadenas hidrocarbonadas con un grupo carboxilo en un extremo y, generalmente, con un número par de átomos de carbono. Poseen una estructura de cadena lineal en zig-zag.

Clasificación de Ácidos Grasos

• Saturados: Sin dobles enlaces en la cadena (ejemplos: butírico, palmítico).
• Insaturados: Con uno o más dobles enlaces (ejemplos: oleico, linoleico).
  • Monoinsaturados: Con un solo doble enlace.
  • Poliinsaturados: Con más de un doble enlace.

Ácidos grasos esenciales: Son aquellos que no pueden ser sintetizados por el organismo y, por tanto, deben ser incorporados a la dieta.

Propiedades Físicas

• Ionización.
• Punto de fusión: Aumenta con el número de carbonos y disminuye con el número de dobles enlaces.
• Comportamiento en solución (Anfipático): Las cadenas hidrocarbonadas poseen grupos metileno (-CH₂) y grupos metilo terminales (-CH₃) que actúan como grupos lipófilos, capaces de formar enlaces de Van der Waals (VdW) con otros grupos o moléculas lipófilas. Por el contrario, el grupo carboxilo, en un medio polar, se comporta como ácido, libera un protón y queda en forma polar, lo que le permite establecer atracciones de tipo eléctrico con las moléculas de agua y otros grupos polares (hidrófilo). Cuando los ácidos grasos se encuentran juntos, los grupos carboxilo se atraen y se establecen entre ellos enlaces de hidrógeno.

Propiedades Químicas

1. Esterificación: Reacción entre un ácido y un alcohol, quedando ambas moléculas unidas mediante un enlace covalente (éster), formándose un nuevo compuesto (éster) y liberándose una molécula de agua.
2. Hidrólisis: Es la reacción inversa a la esterificación. Al introducirse una molécula de agua, el éster se rompe y da lugar nuevamente al ácido graso y al alcohol.
3. Saponificación: Reacción con álcalis o bases, dando lugar a una sal de ácido graso, que se denomina jabón. La formación de jabones favorece la solubilidad y la formación de micelas de ácidos grasos.

Lípidos Saponificables Simples

Estos lípidos son de carácter neutro, sin carga eléctrica e hidrófobos.

Acilglicéridos (Grasas Neutras)

Se forman por la esterificación del alcohol glicerina con una, dos o tres moléculas de ácidos grasos. Son hidrolizables, originando glicerina y ácidos grasos (reacción catalizada por lipasas).

Triacilglicéridos

Son ésteres del trialcohol glicerina con tres ácidos grasos. Se forman por la reacción de esterificación que se produce entre cada uno de los tres grupos hidroxilo de la glicerina con un grupo carboxilo de un ácido graso, quedando unidos mediante enlaces éster y liberándose tres moléculas de agua.

Tipos de Acilglicéridos

• Grasas: Sólidas a una temperatura de 20ºC. Predominan en animales (células del tejido adiposo) y contienen una mayor proporción de ácidos grasos saturados.
• Aceites: Líquidos a 20ºC. Predominan en vegetales y contienen una mayor proporción de ácidos grasos insaturados.

Funciones de los Acilglicéridos

1. Reserva energética a largo plazo: Son depósitos de energía química muy concentrada. Su oxidación metabólica produce 9 kilocalorías por gramo. Se almacenan en los adipocitos del tejido adiposo en animales y en las semillas de vegetales.
2. Aislamiento térmico y físico: En animales homeotermos, las grasas depositadas debajo de la piel sirven como aislamiento contra temperaturas muy bajas. También actúan como protección contra traumatismos al encontrarse alrededor de órganos vitales (corazón, riñones) o zonas no protegidas por estructuras óseas del tubo digestivo.

Céridos (Ceras)

Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga con alcoholes también de cadena larga. Se forman por la esterificación de un alcohol monohidroxílico de cadena larga con un ácido graso de alto número de carbonos. En general, son sólidas y totalmente insolubles en agua.

Función de los Céridos

Función impermeabilizante y protectora frente a la desecación y los parásitos, dada su impermeabilidad al agua y su consistencia firme.

Lípidos Saponificables Complejos (Lípidos de Membrana)

Son compuestos de carácter anfipático, con una parte polar hidrófila y una parte apolar hidrófoba. Forman parte esencial de las membranas celulares junto con el colesterol.

Fosfoglicéridos

Son ésteres de la glicerina con dos ácidos grasos y ácido fosfórico, esterificado a su vez por un alcohol.

La unidad estructural de los fosfoglicéridos es el Ácido Fosfatídico, constituido por la glicerina, cuyos dos primeros grupos hidroxilo se esterifican con dos ácidos grasos (generalmente el del extremo saturado y el del C2 insaturado con un doble enlace), y el tercer hidroxilo se esterifica por el ácido fosfórico (mediante un enlace éster fosfórico).

Son moléculas anfipáticas, con dos partes diferenciadas:

• Una cabeza hidrofílica polar (grupo fosfato).
• Una cola hidrofóbica apolar (cadenas hidrocarbonadas).

En medio acuoso, forman bicapas, enfrentando sus extremos apolares y dejando en contacto con el agua sus grupos polares. Estas bicapas lipídicas tienden a cerrarse sobre sí mismas, dando lugar a la formación de vesículas. Las principales fuerzas que determinan la formación de bicapas lipídicas son las interacciones hidrofóbicas y las fuerzas de Van der Waals (VdW) entre las colas hidrocarbonadas.

Función principal: Estructural.

Esfingolípidos

Son lípidos complejos saponificables formados por una molécula del aminoalcohol Esfingosina, a la que se unen un ácido graso y un grupo polar.

La unión entre la esfingosina y el ácido graso forma la molécula de Ceramida. Esta unión es un enlace amida, que se realiza por la reacción entre el grupo amino de la esfingosina y el grupo carboxilo del ácido graso, con liberación de agua.

Son compuestos anfipáticos, cuya parte apolar está constituida por dos «colas» hidrófobas (cadenas hidrocarbonadas del ácido graso y de la esfingosina), y cuya «cabeza» hidrófila está formada por el compuesto polar que se une a la ceramida.

Función: Estructural, componentes de la bicapa lipídica de las membranas celulares.

Tipos de Esfingolípidos

1. Esfingomielinas: Se forman por la unión a la ceramida de ácido fosfórico, al que a su vez se une un aminoalcohol, comúnmente colina. El ácido fosfórico se une tanto a la ceramida como al aminoalcohol mediante enlaces éster fosfórico. Son constituyentes de las membranas celulares y son especialmente abundantes en la vaina de mielina que rodea las fibras nerviosas.
2. Glucolípidos: Se forman por la unión a la ceramida de una o varias unidades glucídicas (su grupo polar es un monosacárido o un oligosacárido). La unión del glúcido a la ceramida se realiza mediante un enlace O-glucosídico. Se diferencian en dos grupos:
   • Cerebrósidos: Su grupo de cabeza polar es un monosacárido (glucosa o galactosa). Se encuentran en las membranas celulares de las neuronas y en las vainas de mielina.
   • Gangliósidos: El grupo polar que se une a la ceramida es un oligosacárido. Son los esfingolípidos más complejos y de mayor tamaño de cabeza polar. Actúan como receptores específicos situados sobre la superficie de las membranas neuronales (para neurotransmisores).

Lípidos Insaponificables

Este es un grupo de lípidos químicamente heterogéneos cuyas moléculas no contienen ácidos grasos, por lo que no originan jabones. Se encuentran generalmente en cantidades menores en los organismos.

Terpenos

Lípidos insaponificables que resultan de la polimerización del hidrocarburo de cinco átomos de carbono, el isopreno (2-metil-1,3-butadieno). Pueden ser lineales, cíclicos o presentar ambas estructuras. Son insolubles en medios acuosos y presentan dobles enlaces alternos a lo largo de su esqueleto carbonado, lo que les confiere una coloración característica.

Clasificación de Terpenos (Según unidades de Isopreno)

• Monoterpenos (2 unidades de isopreno): Poseen olores y sabores característicos y son componentes de los «aceites esenciales» de muchas plantas (ejemplos: geraniol, limoneno).
• Diterpenos (4 unidades de isopreno):
  • Fitol: Componente de la clorofila. Es un grupo alcohol que ancla y orienta la molécula de clorofila en las membranas internas del cloroplasto.
  • Vitamina A: Pigmento esencial para la visión, interviene en las reacciones que se producen en el ojo al percibir estímulos luminosos y actúa protegiendo los tejidos epiteliales.
  • Vitamina E (Antioxidante) y Vitamina K (Antihemorrágica).
• Triterpenos (6 unidades de isopreno): Figura el Escualeno, que es precursor del colesterol.
• Tetraterpenos (8 unidades de isopreno): Grupo de pigmentos importantes en la fotosíntesis. Se encuentran en los plastos y dan color a muchas partes de las plantas. Los más importantes son:
  • Carotenos: Responsables de la coloración rojizo-anaranjada de muchos órganos vegetales (ejemplos: zanahoria, tomate).
  • Xantofilas: Responsables de los colores amarillentos de las plantas. Son derivados alcohólicos de los carotenos.
• Politerpenos (Miles de unidades de isopreno): Entre ellos se encuentra el caucho natural.

Esteroides

Lípidos insaponificables derivados del hidrocarburo Esterano (o ciclopentanoperhidrofenantreno), constituido por tres anillos de ciclohexano dispuestos de forma no lineal y uno de ciclopentano. A esta estructura base se añaden diversos sustituyentes (grupos hidroxilo o metilo, oxígeno o cadenas laterales), dando lugar a los diversos esteroides.

Esteroles

Son los esteroides más abundantes. Se caracterizan por tener un grupo hidroxilo en el carbono 3 (C3) y una cadena hidrocarbonada en el carbono 17 (C17).

Colesterol

Se encuentra en la membrana plasmática de las células animales y unido a proteínas en el plasma sanguíneo. Es anfipático, con una pequeña cabeza polar y una parte no polar, formada por el núcleo esteroide rígido y la cadena hidrocarbonada lateral.

Funciones del Colesterol:

1. Estructural: Forma parte de las membranas de las células animales, a las que da estabilidad, disminuyendo su fluidez. También es un componente de las lipoproteínas plasmáticas.
2. Precursor de otros esteroides: Es el punto de partida para la síntesis de ácidos biliares, hormonas esteroideas y la Vitamina D.

El colesterol se sintetiza en el hígado a partir de ácidos grasos saturados y se obtiene también a través de la dieta. Se transporta por la sangre en forma de lipoproteínas:

• Lipoproteínas de baja densidad (LDL): Transportan el colesterol fabricado por el hígado hacia las diversas partes del cuerpo. El exceso de LDL se asocia con el riesgo de depósito de lípidos en la pared interna de las arterias, lo que puede llevar a su obstrucción.
• Lipoproteínas de alta densidad (HDL): Transportan el exceso de colesterol hacia el hígado para su degradación y excreción.

Otros Esteroides Importantes

• Ácidos y sales biliares: Proceden de la degradación del colesterol. Son un componente de la bilis, que se forma en el hígado y pasa al intestino delgado. Su función es emulsionar las grasas para aumentar la superficie de contacto con las lipasas y facilitar su digestión (ejemplo: Ácido cólico).
• Hormonas Esteroideas:
  • Hormonas sexuales:
    • Masculinas (ejemplo: Testosterona), responsables de los caracteres sexuales secundarios masculinos.
    • Femeninas (ejemplo: Estradiol), que controlan el ciclo ovárico y los caracteres sexuales secundarios femeninos.
    • Gestágenos (ejemplo: Progesterona), que preparan el útero para la implantación del óvulo fecundado y mantienen el embarazo.
  • Hormonas esteroideas de las cápsulas suprarrenales: Producidas en la zona cortical de dichas glándulas. Incluyen la Aldosterona (reabsorción de iones en el riñón) y el Cortisol (regula el metabolismo de glúcidos y proteínas).
• Vitamina D: Vitamina liposoluble que regula el metabolismo del Calcio y su reabsorción intestinal en vertebrados. Su carencia causa el raquitismo.

Lipoproteínas

Son complejos formados por lípidos y proteínas, y comprenden básicamente dos tipos:

1. Sistemas de membranas: Contribuyen a la constitución de las membranas celulares. Las de la membrana plasmática suelen ser asociaciones inespecíficas, donde la proteína se ancla a la membrana mediante el lípido, desarrollando su acción en el citoplasma o en el medio extracelular.
2. Lipoproteínas de transporte del plasma sanguíneo: Dado que los lípidos son insolubles en el plasma sanguíneo, se transportan mediante un conjunto de partículas formadas por los lípidos rodeados por moléculas de una proteína hidrófila.