LiPIDOS

c
A
p
.
I T
u
L
o
7
LiPIDOS
Los lipidos se caracterizan por su escasa solubilidad en agua
ffsicas que reflejan
:~,naJ~~~~!~ro~~ de sus estructuras. Siendo un grupo de compuestos bastante
llpi(1Otl se clasificart tradicionalmente como: 1) acil gliceroles, 2)
,":ras."~J~tQI!fQlfpi:dQlf.A'}!eisfIrlgolfpidos, 5) glicolipidos, 6) eteres alquil-glicerflicos
Ifpii~o;$J~~~~~f;~it1e incluyen carotenoides y esteroides. Todos estos grudistrii)Uic1Q.$ ,~lpI1L~IIlente en la naturaleza.
~'~~~~~~~Mqli(lad en disolventes orgarncos, propiedades
..q'w,,'t':".• ";
~ltltPoti.enll~j~li~~~1i~~n la mayoria de los lipidos es un acido monoatomos de carbona (4 a 30) en una cadena
tienen una estructura bastante simple;
It:~ijpeiJUf~lta (pri'ncipalmente de 16 a 22 carbonos)
acidos grasos bacterianos, un poco
",1\-,VI>, de cadena ramificada 0 pueden
lactobacilico). Los acidos gravariados y tienen enlaces acetiIeciclopropeno y ciclopenteno.
'sql~.,e~;tnI:~turas, vease la tabla 7.1 .
. ~:9tiig~n.)~!Wp.al
285
286
Lipidos
~---------------------------------------------------------------
TABLA 7.1 Estructura de 6cidos grasos comunes
Estructura
Acido
Acidos grasos saturados
Acido acetico
Acido propi6nico
Acido butfrico
Acido caproico
Acido decanoico
Acido lliurico
Acido mirfstico
Acido palmftico
Acido estearico
Acido araqufdico
Acido behenico
Acido lignocerico
Temperatura de
fusion (DC)
-22
CH 3COOH
CH 3CH 2COOH
CH3(CH2)2COOH
CH3(CH2)4COOH
CH/CH 2)sCOOH
CH 3(CH 2)lOCOOH
CH 3(CH2)12COOH
CH3(CH2)14COOH
CH/CH2h6COOH
CH";(CH 2 )lSCOOH
CH 3(CH2)20COOH
CH3(CH2)22COOH
16
-7.9
-3.4
32
44
54
63
70
75
80
84
Acidos grasos monoenoicos
cis
Acido oleico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2hCOOH
Acido cis-vaccenico
CH 3(CH2)SCH=CH(CH2)9COOH
cis
13
44
Acido grasodienoico
cis
Acido linoleico
CH3(CH2MCH=CHCH2MCH2)6COOH
-5
Acidos grasos trienoicos
cis
Acido a-Iinolenico
CH3CH2(CH=CHCH2MCH2)6COOH
Acido 'Y-linolenico
CH 3 (CH 2 MCH=CHCH 2 MCH 2 hCOOH
-10
cis
Acido graso tetraenoico
cis
Acido araquid6nico
CH3(CH2MCH=CHCH2)4(CH2)2COOH
-50
Acidos grasos poco comunes
trans
Acido a-elaeostearico
Acido tarfrico
Acido isanico
Acido lactobacflico
Acido vern6lico
trans
cis
CH3(CH2)3CH=CHCH=CHCH=CH(CH2hCOOH
(conjugado)
CH 3 (CH 2)lQC C(CH2)4COOH
CH2=CH(CH2)4C-C-C-C(CH2)7COOH
CH 2
CHiCH2)SC~~CH(CH2)9COOH
CH3(CH2)4C~ ci~CHCH2CH=CH(CH2hCOOH
o
Prostaglandina (PGE 2)
COOH
48
51
39
28
Acidos grosos
RECUADRO 7.A
287
ANALISIS DE LiPIDOS: CROMATOGRAFiA DE GAS-LiQUIDO
Cualquier compuesto vohitil puede inyectarse en una columna que contenga un lfquido absorbente soportado en un s6lido inerte. La base del proceso de separaci6n de los componentes de la mezc1a vohitil es la
diferencia en los coeficientes de distribuci6n de los componentes conforme son transportados a traves de
la columna por un gas inerte como el helio. EI aparato es bastante sencillo, como se observa en el esquema
7.1. La muestra se introduce en A. El gas acarreador transporta el material vo\{itil inyectado a la columna,
donde los componentes se distribuyen en ellfquido absorbente (que recubre a las partfculas inertes) y se
separan; por ultimo, una fracci6n pasa a traves de un instrumento de detecci6n adecuado, el cual envfa
senales hacia un instrumento de registro, que a su vez convierte dichas senales en una gnlfica. Dos instrumentos de detecci6n (de los muchos que existen) se describiran brevemente para dar al estudiante una
idea de la tecnica.
La celda de conductividad termica es un instrumento de detecci6n basado en el principio de que el calor
de un alambre caliente es transferido a un gas que pasa sobre dicho alambre. Dos bobinas finas de alambre
con un coeficiente de resistencia muy sensible a la temperatura se colocan en dos puntos del bloque de
metal (e l y C). En el circuito de e l y e se insertan resistores electricos apropiados para formar un circuito
de puente de Wheatstone. Cuando se hace pasar corriente a traves de este puente, los alambres e l y e
se calientan. La temperatura final de equilibrio de los alambres depende de la conductividad termica del
gas que pasa sobre la bobina. Si el gas es el mismo, los alambres tend ran la misma temperatura y la misma
resistencia y, en .consecuencia, el puente esta balanceado; si ahora se hace pasar un gas efluente a traves
de e l mientras s610 el gas acarreador pas a a traves de e, la temperatura de los alambres diferira; a su
vez, la resistencia cambiara y el puente dejara de estar en equilibrio. El grado de desbalance se mide con
un potenci6metro de registro, segun se indica en la figura.
Resultados
Trampa de vidrio
ilena de lana de
vidrio cubierta con metanol
la muestra
Gas transportador
(helio. nitr6geno. etc.)
ESQUEMA 7.1
A
288
Lipidos
---------------------------------------------------------------------------
El segundo tipo de instmmento de detecci6n es un detector de ionizaci6n de nama de hidr6geno. Este
instmmento posee una sensibilidad extrema, una respuesta lineal amplia y es insensible al agua. En teorfa,
cuando un material organico se quema en una flama de hidr6geno, se producen iones y electrones. Los
iones negativos y los ~lectrones se mueven en un campo de alto voltaje hacia un anodo y generan una
corriente muy pequefia, que es transformada en una corriente medible por un circuito apropiado. La corriente electrica es directamente proporcional a la cantidad de material quemado.
irreversible debido a que en presencia de exceso de base, el acido existe como el
anion totalmente disociado que no muestra tendencia alguna por reaccionar con los
alcoholes . Sin embargo, en la hidrolisis acida el sistema es esencialmente reversible
en todas sus etapas y alcanza el equilibria en lugar de completarse. Es por esta razon que se utilizan bases fuertes y no acidos fuertes para la hidrolisis de los enlaces
ester en los lfpidos simples y complejos (proceso denominado tambien saponificacion).
CH 20H
I
----~) HOCH
30W
f3
I
En aicaii. lIamada
saponificaci6n
+
R1COO-
CH 0H
2
Glicerol
Triacil glicerol
+
R2COO-
+
R3COO-
Acidos grasos
Los acidos grasas libres se disocian en presencia de agua, segun se muestra en
la siguiente reaccion:
RCOOH ~ RCOO-
K
a
=
+
H+
[W][RCOO- ]
[RCOO H]
Puesto que pKa = - log Ka, la fuerza del acido esta determinada por el grado
de disociacion de este. De esta manera, el pKa de la mayorfa de los acidos grasos
es de 4.76 a 5.0. Los..acidos mas fuertes tienen valores de pKa menores y los acidos mas debiles tienen valores de pKa mayores . La concentracion efectiva de un
acido tambien es un factor importante. Puesto que el acido acetico es muy soluble
en agua, sus propiedades acidas se miden facilmente. Por otro lado, el acido estearico, con su larga cadena lateral hidrofoba de hidrocarburo, es bastante insoluble
en agua; como consecuencia, sus propiedades acidas no pueden medirse facilmente.
Dac.o que los acidos grasos estan formados por un componente hidrOfobo, la cadena hidrocarbonada, y un componente hidrofilo, el grupo carboxilato, estas moleculas se
denominan anfipaticas; en ellas el componente hidrOfobo interacciona uno con otro
y el componente hidrofilo interacciona con el ambiente acuoso circundante. Una
consecuencia de estas propiedades es que los acidos grasos tienden a asociarse en
una forma definida, formando micelas .
M,ceia
Hidrocarburo
Acidos grasos
- I~(---------
289
23.2A --------~)I
T
4.8A
~
ESTRUCTURA 7.1
Cuando se estudie la estructura de las membranas celulares se senalani la importancia de los componentes anfipaticos (vease la secci6n 8.2.1).
Otras propiedades de los acidos grasos reflejan la naturaleza de sus cadenas hidrocarbonadas. Los acidos grasos saturados que se encuentran naturalmente y que
tienen de uno a ocho atomos de carbono son Jiquidos , mientras que los que poseen
mas atomos de carbono son s6lidos. EI acido estearico tiene un punto de fusi6n de
70°C pero, con la introducci6n de un doble enlace, como en el acido oleico, el punto
de fusi6n disminuye hasta 14°C, y la adici6n de mas dobles enlaces disminuye aun
mas esta caracterfstica ffsica. Cuando un doble enlace esta en la cadena hidrocarbonada de un acido graso, ocurre isomerismo geometrico. La mayorfa de los acidos
grasos insaturados se encuentran en forma de is6meros cis menos estables, en lugar
de is6meros trans mas estables.
Acido oleico
ACido elaidico
Acido linoleico
Estructuralmente, la cadena de hidrocarburo de un acido graso saturado tiene una
configuraci6n ·en zigzag, como se indica en la estructura 7.1 , en la que el enlace
carbo no-carbo no forma un angulo de enlace de 109°.
Cuando se introduce un doble enlace cis 9, 10, como en el acido oleico, la combinaci6n de la configuraci6n cis y los enlaces sigma y pi del doble enlace produce
la molecula curvada representada en la estructura 7.2.
EI acido linoleico, que posee dos dobles enlaces en su cadena hidrocarbonada,
tiene su cadena de alqueno aun mas curvada, como se muestra en la estructura 7.3. Por
tanto, cuando se estudien compuestos que poseen dobles enlaces en sus cadenas de
Acido oleico
ESTRUCTURA 7.2
290
Upidos
-----------------------------------------------------------------
ACido linoleico
ESTRUCTURA 7.3
hidrocarburo, deben representarse no como cadenas rectas, ocupando un minima
de espacio, sino como grandes grupos voluminosos que estan considerablemente torcidos si son insaturados. Es interesante destacar que las membranas de las celulas
vegetales y animales son ricas en acidos grasos poliinsaturados. Por otra parte, las
bacterias carecen de estas moleculas complejas. Su principal acido graso insaturado
es un acido monoenoico, el acido cis-vaccenico .
cis
CH3-(CH2)5-CH =CH(CH 2)g-COOH
Ademas del isomerismo geometrico, otro aspecto estructural que implica dobles
enlaces en los acidos grasos que ocurren natural mente es el sistema de doble enlace 00 conjugado de los acidos grasos poliinsaturados . El acido linoleico es un ejemplo
del tipo no conjugado, en el cuallos dobles enlaces estan interrumpidos por un grupo
metileno. Esta disposicion se conoce como estructura de pentadieno.
- CH 2- CH= CH - CH 2- CH = CH - CH 2Sistema de doble enlace no conjugado
Sin embargo, un acido graso poliinsaturado industrialmente importante, el acido
a-elaeostearico, el acido principal del aceite de tung (Aleuritis cordata) es un is6mero del acido a-linolenico, pero difiere de 151 en que tiene un sistema de trieno
conjugado. Su estructura, en contraste con la del acido a-linolenico, es la siguiente:
trans
trans
cis
CH3(CH2)3CH=CHCH = CHCH= CH(CH2hCOOH
donde se ilustra el sistema de doble enlace coojugado.
-CH 2- CH=CH- CH=CH-CH= CH - CH zSistema de doble enlace conjugado
Estos dos tipos de sistema de dobles enlaces mUltiples presentan diferencias importantes en cuanto a reactividad quimica. El sistema 1,4-pentadieno 0 no conjugado
tiene un grupo metilo fIanqueado por dobles enlaces a ambos lados. EI grupo metilena puede ser atacado por un reactivo que contenga un metal pesado como hierro
o cobre para formar un radical libre que conduce a una serie de reacciones con el
oxfgeno molecular.
Nomenclatura
291
Los sistemas de doble enlace conjugado son mucho mas reactivos a causa de la deslocalizacion considerable de los electrones pi. Los acidos grasos que poseen estos
sistemas experimentan una gran polimerizacion, una propiedad valiosa utilizada por
la industria de las pinturas. Tanto el retinol como los carotenos son ejemplos excelentes de sistemas conjugados importantes en las biomoleculas (v ease la seccion
8.13.1). Estos sistemas con enlaces conjugados desempenan una funcion importante en los procesos visuales de la retina (v ease la seccion 5.13). En otras partes del
texto se danin varios otros ejemplos.
7.2
NOMENCLATURA
Los bioqufmicos que estudian a los Ifpidos utilizan una notacion taquignifica para
describir los acidos grasos. La regia general consiste en escribir primero el numero
de ~itomos de carbono, despues el numero de dobles enlaces y, finalmente, indicar
la posicion del primer carbono del doble enlace, contando a partir del atomo de carbono del grupo carboxilo. De esta manera, el acido palmftico, un acido saturado
de 16 atomos de carbono, se escribe como 16:0, el acido oleico como 18: 1(9) y
el acido araquidonico como 20:4(5,8,11,14). Se supone que la configuracion cis
es el unico isomero geometrico presente. Si la configuracion trans existe en la estructura, se senala asf, es decir, 18:3(6t, 9t, 12c). Los acidos grasos poliinsaturados
tienen tambien sus posiciones de doble enlace definidas con respecto al grupo metilo
terminal. De esta forma, el acido Iinoleico puede representarse ya sea como 18:2(9,12)
o 18:2(n-6), donde n es igual al numero de atomos de carbono en la molecula; el
primer doble enlace comienza en el carbono 6 a partir del grupo metilo termjnal
del acido graso, y el segundo seguirfa la regia cis de no conjugacion en relacion
aI primer doble enlace. Asf, 20:2(n-6) serfa
CH3C H2C H2CH2C H2C H= CHC H2CH= CHCH2C H2CH2CH2C H2C H2CH2C H2C H2COOH
020:2(11,14).
Respecto a Ia nomenclatura de los fosfoJfpidos, si el carbono 1 0 3 del glicerol
es esterificado por un acido graso 0 acido fosforico, el carbona 2 se convierte en
un centro asimetrico, dando formas antipodales. Esta es la razon de por que tanto
los estudiantes como los bioqufmicos suelen confundirse por el hecho de que el
L-3-glicerofosfato (I) equivale al D-l -glicerofosfato (II). Para simplificar este pro1
y H 20 H
1
y H2 0 P0 3 H2
2 HO-~-H
2 H-¢-O H
3
3
CH2 0 P0 3 H2
,
CH2 0 H
II
Acido glicerol-3-fosf6rico
292
Upidos
~---------------------------------------------------------------
blema, la comisi6n IUPAC-IUB sobre Nomenclatura Bioqufmica adopt6 el siguiente sistema para nombrar mas claramente los derivados del glicerol. Los numeros
1 y 3 no pueden usarse reciprocamente para el mismo grupo alcohol primario. EI
segundo grupo hidroxilo del glicerol siempre se muestra a la izquierda del carbono
2 en la proyecci6n de Fischer, mientras que el atomo de carbo no por arriba del carbono 2 se denomina carbono 1 y el que esta abajo, carbo no 3. Esta numeraci6n
estereoespecifica se indica mediante el prefijo sn antes de indicar el nombre principal del compuesto. De esta manera, el glicerol se numera:
l ~
yH 20H
2
HO-¢-H
,
~
Numeraci6n estereoespecifica (sn)
3/
CH 20H
Es evidente que el compuesto I, llamado ahora acido sn-glicerol-3-fosf6rico, es el
antfpoda 6ptico del acido sn-glicerol-l-fosf6rico (III).
yH 20P0 3H2
HO-¢-H
,
CH 20H
III
La mezcla de ambos compuestos se denominarfa acido rac-glicerol fosf6rico.
La estereoqufmica de una fosfatidil colina serfa definida por el termino 3-snfosfatidil colina. Teniendo en cuenta la definici6n del prefijo sn, simplemente se
escribe la estructura como:
«H 20CORI
,
R 2COO-~- H
CH 20P0 3CH 2CH 2N+(CH 3)3
7.3 ACIL GLiCEROLES
EI acil glicerol mas abundante es el triacil glicerol, Hamado tambien triglicerido
lfpido neutro. La estructura general de un triacil glicerol es:
0
Numeraci6n de los carbonos
1 o a
f3
2
o
3
o a'
CH 2
I
I
CH
CH 20
Triacil glicerol
Los diacil gliceroles y los monoacil gliceroles no existen en cantidades apreciables
en la naturaleza, pero son intermediarios importantes en varias reacciones biosinteticas (vease el capftulo 13 para mas detalles). Sus estructuras son:
Acil glicero/es
CH 2
6H
6H 2 0H
1,2,-Diacil glicerol
CH 2
Ho6H
6H 2 0H
1-Monoacil glicerol
293
H20H
9
-''''''''''CH
I
CH 20H
2-Monqacil glicerol
Los triacil gliceroles existen en forma solida 0 Jfquida, dependiendo de la naturaleza de sus acidos grasos componentes. La mayoria de los triacil gliceroles de las
plantas tienen bajos puntos de fusion y son Jfquidos a la temperatura ambiente debido
a que contienen una gran proporcion de acidos grasos insaturados, como los acidos
oleico, linoleico y linolenico. En contraste, los triacil gliceroles de los animales contienen una mayor proporcion de acidos grasos saturados, como los acidos palmftico
y estearico, 10 cual resulta en puntos de fusion mas altos y, asi, a la temperatura
ambiente, son solidos 0 semisolidos. La tabla 7.1 es una lista de algunos de los acidos grasos que existen naturalmente, asf como sus estructuras y puntos de fusion.
RECUADRO 7_B.
CROMATOGRAFiA DE CAPA DELGADA
La cromatografia de capa deLgada es una cromatografia de adsorci6n llevada a cabo en capas deLgadas
de materiaLes adsorbentes soportados en pLacas de vidrio . Una pelicuLa deLgada y uniforme de geL de silice
que contiene un medio de uni6n como sulfato de calcio se distribuye sobre La placa de vidrio. La capa
deLgada se deja secar a La temperatura ambientaI y se activa despues caLentandoLa en un homo entre 100
y 250°C, dependiendo del grado de activaci6n deseado. La pLaca activada se coLoca Luego sobre la mesa
del laboratorio y las muestras se aplican en gotas prontamente sobre la superficie de la capa delgada. EI
ESQUEMA 7.2
294
Lipidos
~---------------------------------------------------------------
material con un peso entre 0 .05 y 50 mg 0 mas puede aplicarse facilmente utilizando micropipetas. Una
vez que I!I disolvente se ha evaporado, las placas se colocan verticalmente en un recipiente de vidrio que
contiene un disolvente apropiado. Al cabo de 5 a 30 minutos, las muestras son separadas por el disolvente
que sube a traves de la capa del gada, llevando diferencialmente los componentes de las gotas de muestra
desde el origen, 10 que depende de la adsorcion de estos sobre el gel de sflice 0 la distribucion entre el
disolvente movil y el agua retenida por el gel. La placa se extrae del recipiente que contiene al disolvente,
se deja secar durante unos minutos y despues, dependiendo del tipo de compuestos en el gel, las manchas
se hacen visibles rociando la placa con varios reactivos 0 colorantes. Ademas, la delgada capa inorganica
del adsorbente puede utilizarse con reactivos de una naturaleza mas corrosiva. La posibilidad de usar tecnicas de altas temperaturas como la carbonizacion, combinadas con la aspersion de acido sulfUrico concentrado, ofrece un medio universal de deteccion de gran sensibilidad. De esta forma, la rapidez, eficiencia
y sensibilidad de la tecnica de cromatografia de capa del gada han hecho de esta uno de los procedimientos
mas valiosos con que cuenta el bioquimico que estudia los lipidos.
7.4
CERAS
Igualmente abundantes son las ceras que sirven de cubiertas protectoras en frutos
y hojas, 0 que son secretadas por insectos (par ejemplo, la cera de las abejas) . En
general, las ceras son una mezcla compleja de a1canos de cadena larga, con un ntimero non de atomos de carbona que va de 25 a 35; Y derivados oxigenados como
cetonas y a1coholes secundarios. A causa de que son bastante insolubles en agua
y carecen de dobles enlaces en sus cadenas de hidrocarburos, las ceras son quimicamente inertes. Funcionan admirablemente sobre la superficie de las hojas para proteger a las plantas de la perdida de agua y danos por abrasion. Las ceras desempenan
una funcion importante al servir de barrera al paso del agua en insectos, aves y otros
animales como las ovejas. Esta propiedad se ha demostrado categoricamente en anos
recientes. Cuando han ocurrido grandes derrames de petroleo en el oceano, con frecuencia se han utilizado detergentes para solubilizar este contaminante. En estas condiciones, las aves marinas tienen grandes dificultades para mantenerse flotando, ya
que las capas de cera que cubren sus plumas son eliminadas tanto por el petroleo
como por el detergente. Otro grupo importante incluye los esteres de acidos grasos
de cadena larga con a1coholes primarios de cadena larga.
o
II
RC-OR'
Ester de oxigeno
Donde R tiene 17 a 29 6tomos de carbo no
y R' de 18 a 30 6tomos de carbono.
Estos esteres cereos son de considerable importancia comercial debido a que se utilizan como lubricantes superiores para uso industrial. Por muchos anos, los cachalotes fueron la principal fuente de estos esteres, pero recientemente una planta unica
que crece principalmente en areas deserticas, Simmondsia chinensis 0 jojoba, puede
servir de sustituto superior debido a que sintetiza grandes cantidades de esteres cereos de oxfgeno como Jfpido de reserva en sus sernillas.
7.5
FOSFOLiPIDOS
Los fosfolipidos reciben este nombre debido a que contienen un atomo de fosforo.
Ademas, el glicerol, los acidos grasos y una base nitrogenada son componentes clave
Esfingolipidos
295
de este grupo de lipidos. La tabla 7.2 es una lista de varios fosfolipidos considerados como derivados del acido fosfatfdico. La estructura de este acido es la siguiente:
«H 20CORl
,
R2 COO
-9-
H
OH
:
I
CH 2-O-P=O
I
OH
Acido 3-sn-fosfatidico
Los fosfolipidos se encuentran ampliamente distribuidos en bacterias y tejidos
animales y vegetales, y sus estructuras generalizadas, sin importar su origen, son
bastante similares. Los fosfolipidos, a saber, fosfatidil etanolamina, colina y serina,
siempre estan asociados con membranas (para mas informacion, vease la seccion
8.2.1). Asimismo, se denominan compuestos anfip<iticos debido a que poseen funciones tanto pol ares como no polares, 10 cualles permite asociarse con ambientes
tanto hidrofilos (polares) como hidrOfobos (no polares).
7.6
ESFINGOLiPIDOS
Los esfingolipidos inc1uyen un grupo importante de compuestos estrechamente asociados con la membrana de las celulas animales, en particular, el tejido nervioso. EI
compuesto central se denornina 4-esfingenina (antiguamente esfingosina). Varios componentes pueden unirse a la estructura de este compuesto para dar derivados importantes. La 4-esfingenina (vease la siguiente estructura) se forma a partir de una serie
Oerivado de
serina
4-Esringenina
compleja de reacciones que requieren palmitil CoA y serina. EI compuesto totalmente reducido se denomina esfinganina (antiguamente dihidroesfingosina). Algunos derivados importantes se muestran aquf.
OH
H-9-CH=CHCCH2)12CH3
RCONHCH
(3
Cerebrosido
I
OH
0
II
CH 2-O-P-OCH 2CH 2N+CCH 3h
I
OH
Esfingomielina
(3
OH
TABLA 7 .2 Algunos Ifpidos anfipaticos
un
Acido graso com
(Componente no polar)
Fosfolfpido
3-sn-Fosfatidil colina (lecitina)
CH 20CORl
I
I
R2COOCH
Base
(Componente polar)
Estearico 0 palmftico (R ')
poliinsaturado (R 2)
Colina
Estearico 0 palmftico (R ')
poliinsaturado (R 2)
Aminoetanol
Estearico 0 paimftico (R ')
poliinsaturado (R 2)
Serina
Eter insaturado (a)
Linoleico «(3)
Aminoetanol
0
II
+
CH 2-O-P-OCH 2CH 2N(CH 3 )3
I
03-sn-Fosfatidil aminoetanol (cefalina)
CH 20CORl
I
I
R2COOCH
0
II
I
0-
+
CH 2-O-P-OCH 2CH 2NH 3
3-sn-Fosfatidil serina
CH 20CORI
I
I
R2COOCH
0
II
I
+
CH -O-P-OCH CHNH
2
21
3
OH
COO3-sn-Fosfital aminoetanol (plasmai6geno)
a
CHPCH=CHRI
I
I
R2COOCH f3
0
II
I
+
CH 2-O-P-OCH 2CH 2NH 3
0l-Alquil fosfoJfpido (eter de a-glicerilo)
CH 20CH 2Rl
R 2 quiza un acido
graso insaturado
Aminoetanol
Paimftico (R ')
Araquid6nico (R 2)
El mioinositol
sustituye a la base
Acido graso poliinsaturado
El glicerol sustituye
a la base
R2co06H 0
I
II
+
CH 20POCH 2CH 2NH 3
I
03-sn-Fosfatidil inositol
CH 20CORl
R2co06H
0
6H
2
-O-~-O
I
OH
H
H
H
3-sn-Fosfatidil glicerol
H
(R 1, R2)
yH 20CORl
R2COOCH
I
0
yHPH
HCOH
II
I
CH O-P-O-CH
2
I
2
OH
Eteres de g/iceri/o
7.7
297
GLiCOLiPIDOS
Otro grupo de compuestos se incluye en la clase de los glicolfpidos debido a que
son principalmente derivados anfipliticos de carbohidratos y gliceridos y carecen
de fosfato. Este grupo incluye los galactolfpidos y los sulfolipidos, encontrados
principalmente en la membrana de los cloroplastos. Sus estructuras son las siguientes:
CH 2 0CORI
R' Y R2:
R2coo6H
18: 2(9,12),
18:3(9, 12, 15)
6H 2 -O
H
3-sn-Monogalactosil diacil glicerol
H
H
3-sn-Digalactosil diacil glicerol
OH
3-sn-Sulfonil-6-desoxiglucosil diacil glicerol
7.8
ETERES DE GLiCERILO
Un grupo interesante, los eteres de glicerilo, existen en proporciones variables en
organismos marinos y otras especies animales. Como se indica a continuacion, la
posicion 1 tiene un eter de alquilo saturado 0 insaturado; la posicion 2 po see por
10 general una porcion de acilo; y la posicion 3 puede tener otro componente de
acilo 0 un grupo de fosforil colina, segun se muestra a continuacion:
Posicion
o CH 2 0CH=CHR
1
II I
I
2
RCOCH
3
CH 2 0COR
1-Alquil-2,3diacil-sn-glicerol
1-Alquenil-2,3diacil-sn-glicerol
1-Alquil,2-acetil ,
3-fosforil colinasn-glicerol
298
Upidos
----------------------------------------------------------------La funci6n de estos lfpidos unicos no es clara, pero recientemente se ha encontrado que la l-alquil-2-acetil-sn-glicerol-3-fosforil colina es un factor de agregaci6n
plaquetaria que ejerce su efecto a una concentraci6n de 10- 10 M. Por tanto, resulta evidente que a tan baja concentraci6n, este lfpido complejo no participa como
componente de la estructura de la membrana sino que funciona en un sitio que debe
guardar relaci6n con un sistema en cascada 0 respuesta de amplificaci6n que conduce a un efecto fisiol6gico importante.
7.9
TERPENOIDES Y ESTEROLES
Los terpenoides son un grupo de compuestos muy grande e importante que constan
realmente de una unidad repetitiva simple, la unidad isoprenoide; esta unidad, mediante condensaciones ingeniosas, da origen a compuestos como caucho, carotenoides y esteroides y muchos terpenos modificados. El isopreno, que no se encuentra
en la naturaleza, tiene como contraparte real biol6gicamente activa al isopentenil
pirofosfato, que se forma a partir del acido meval6nico mediante una serie de etapas
catalizadas enzimaticamente. El isopentenil pirofosfato experimenta otras reacciones para formar el escualeno que, a su vez, puede condensarse para formar colestero!. atro producto terpenoide tfpico es el /3-caroteno, que es rota en las celulas de
la mucosa intestinal para formar retino!. En los esquemas que se muestran a continuaci6n se indican las diferentes relaciones estructurales. N6tese la unidad isoprenoide repetitiva en todos estos compuestos. En el capitulo 13 se mencionaran algunas
de las reacciones biosinteticas de estas moIeculas.
"Unidad isoprenoide"
Acido meval6nico
o
OH
O--~-O-~=O
6H 6H
Isopentenil pirofosfato
(3Caroteno
Retinol
(Vitamina A1)
Funciones de los lipidos
299
Colesterol
7.10
FUNCIONES DE LOS LiPIDOS
En afios recientes, se ha hecho evidente que los lfpidos son bastante importantes
para el funcionamiento normal de las celulas. Los lfpidos no s610 funcionan como
formas altamente reducida.s de almacenamiento de energia, tambien son parte importante de las membranas celulares y de los organelos de la celula. Mas adelante
en el capitulo 8 se estudiaran estos aspectos con mas detalle. En el capitulo 13 se
discutiran otros aspectos funcionales de los lfpidos.
Los lipidos participan directa 0 indirectamente en actividades metab6licas como
las siguientes:
1. Fuentes importantes de energ{a en animales, insectos, aves y semillas con un
alto contenido de /{pidos (vease la secci6n 13.1).
2. Activadores de enzimas. Tres enzimas microsomales, a saber, glucosa-6-fosfatasa, esteroil CoA desaturasa, monooxigenasas y J?-iJ-hidroxibutfrico deshidrogenasa
(una enzima mitocondrial) requieren rnicelas de fosfatidil colina para su activaci6n.
Pueden citarse muchas otras enzimas que requieren mice las lipfdicas para mostrar
una activaci6n maxima.
3. Los componentes del sistema de transporte de electrones en la membrana interna de las mitocondrias estan inmersos en un ambiente de fosfolfpidos. Lo mismo
ocurre con el sistema de fotofosforilaci6n en las membranas de los tilacoides de todos los c1oroplastos de las plantas verdes. Los lfpidos importantes existentes en estas membranas son mono- y di-galactosil digliceridos.
4. El acido araquid6nico, 20:4(5,8,11,14), es el precursor especffico de todas
las prostaglandinas y leucotrienos, compuestos que funcionan en varias celulas animales especfficas a concentraciones increfblemente bajas, es decir, 10- 12 M. El acido araquid6nico esta unido como una porci6n de acilo a la posici6n 2 de varios
fosfolfpidos y, asf, es inactivo como sustrato. Cuando es liberado por accci6n de
la fosfolipasa A2 , el acido araquid6nico libre es convertido por una cic100xigenasa
y otras enzimas para formar, entre muchos productos, dos derivados de prostaglandinas muy importantes, prostacic1ina 12 y tromboxano A2 . El primero se sintetiza
principalmente en las paredes arteriales de los vasos sanguineos y es el vasodilatador fisiol6gico mas activo hasta ahora descubierto. El ultimo se sintetiza en las plaquetas sangufneas y es el vasoconstrictor mas potente hasta ahora conocido.
Recientemente se ha demostrado que los leucotrienos causan la broncoconstricci6n
durante los ataques asmaticos. Sus estructuras son las siguientes:
COOH
COOH
300
Upidos
~---------------------------------------------------------------
COOH
~
OH
COOH
"S-CH
. 2
I
CHCON HCH2COOH
I
~
NH2
Leucotrieno 0 4
Prostacicli na A2
S. Acarreadores de glicosiLos. El compuesto isoprenoide, undecaprenil fosfato,
funciona como acarreador lipofilo de una porcion de glicosilo en la sfntesis de los
pep~idoglucanos y lipopolisacaridos de la pared celular bacteriana. En las celulas
animales, el compuesto dolicol fosfato !leva a cabo esta funcion.
CH 3
I
CH3
CH3
I
0-
I
I
I
CH3C = CHC H2(C H2C = CHCH2)9C H2- C=CHCH20 -P= 0
Undecaprenil
fosfato
OH
CH3
CH 3
I
CH3
I
I
0-
I
I
CH3-C = CHCHiCH2- C= CHCH2)15_19C H2C - CH2C H2-0- P= 0
H
OH
Oolicol
fosfato
6. Un sustrato de La descarboxilaci6n indirecta de La serina en etanoLamina es
La fosfatidil serina. Esta es descarboxilada por una descarboxilasa especffica hasta
fosfatidil etanolamina. Sin embargo, la descarboxilacion directa de la serina en etanolamina nunca se ha demostrado.
Fosfatidil serina
~
Fosfatidil etanolamina + CO 2
7. La fosfatidil colina con acido oleico en la posicion 2 es el sustrato especffico
de la desaturasa ~ 12 en plantas que convierten el acido oleico en linoleico (v ease
el capftulo 13).
Olell-fosfatidil colina
o
NA~H2 ) Linolell·fosfatidil colina
8. El fosfatidil-inositol trifosfato funciona como precursor clave en la formacion
de un segundo mensajero (v ease la seccion 18.5,2).
7.11
LI POPROTEiNAS
Los lfpidos en la forma libre no son transportados en el plasma sangufneo circulante, sino que se mueven como quilomicrones, lipoprotefnas de densidad muy baja,
o como complejos de acidos grasos libres y albumina. Ademas, las lipoprotefnas
existen como componentes de las membranas celulares. En las secciones 13.4 y 13.5
se estudiara brevemente la funcion de estas moleculas complejas.
Las lipoprotefnas son grupos de biomoleculas en las cuales los componentes Jipfdicos consisten en triacil glicerol, fosfolfpido y colesterol (0 sus esteres) en propor-
Distribuci6n comparada de los /rpidos
307
TABLA 7 .3 Composicion de algunas lipoproteinas
Moso de 10
Fuente
Lipoproteina
porticulo
(Doltones)
Suero sangufneo
Quilomicrones
Densidad muy baja
Densidad baja
Densidad alta
{:l-Lipovitelina
Densidad alta
10 9 _10 10
5-100 x 10 6
2x10 6
0.25x 10 6
4x 10 5
4x 10 6
Yema de huevo
Leche
Colesterol
(Libre y
Proteino Fosfolipido esterificado) Triacilglicerol
2
5-10
25
40-50
78
13
3-6
15-20
20
30
12
52
2-5
10-25
45
20
1
0
80- 95
40- 80
10
1- 5
9
35
ciones notablemente consistentes dentro de cada clase de lipoprotefnas (vease la tabla
7.3). Las protefnas componentes, a su vez, tienen una proporcion relativamente alta
de residuos de aminoacidos no polares que pueden participar en la union de los lfpidos. Los estudios han excluido claramente la participacion de enlaces ionicos y covalentes en la fuerte union del lfpido a las apoprotefnas especfficas. La fuerza de
union principal es la interaccion hidrOfoba entre las apoprotefnas y los lfpidos. Como ya se ha mencionado, la interaccion hidrOfoba es la tendencia de los hidrocarburos componentes a asociarse entre sf en un ambiente acuoso. Un ejemplo de enlace
hidrOfobo entre un lfpido y una protefna es la union del retinol a una protefna de
union a este compuesto 0 la union de un esterol a una protefna acarreadora de esteroles .
Las lipoprotefnas existen tambien en las membranas de mitocondrias, retfculos
endoplasmic os y nucleos. EI sistema de transporte de electrones de las mitocondrias
parece contener grandes cantidades de lipoprotefnas. Existen sistemas de lipoprotefnas lamelares en la .vaina de mielina de nervios , estructuras fotorreceptoras,
cloroplastos y membranas bacterinas.
7.12
DISTRIBUCION COMPARADA DE lOS LiPIDOS
Con el advenimiento de tecnicas modernas para el estudio de los lfpidos, much as
de las investigaciones se han dirigido hacia la elucidacion de la naturaleza de estas
moleculas en una amplia gama de organismos. En general, las celulas procarioticas
y eucarioticas (celulas que, respectivamente, carecen y poseen organelos limitados
por membrana) difieren considerablemente en su composicion de lfpidos. A continuacion se hara un breve anal isis de estas diferencias.
7.12. 1 CELULAS PROCARIGTICAS
En general, una celula bacteriana tiene mas del 95 % de su contenido total de lfpidos
asociado a la membrana celular; el 5 % restante esta distribuido entre el citoplasma
y la pared celular. Las celulas bacterianas se distinguen debido a la ausencia completa de esteroles en sus celulas; dichas celulas son incapaces de sintetizar la estructura del anillo esteroidal, aunque son capaces de formar grandes polfmeros lineales
de isoprenoide. A excepcion de las micobacterias, los triacil gliceroies faltan en las
bacterias, y salvo el genero Bacilli, que contiene algunos acidos grasos poliinsaturados de las formulas 16:2(5,10) y 16:2(7,10), las bacterias carecen de la capacidad
302
Lipidos
----------------------------------------------------------------para sintetizar los acidos grasos poliinsaturados no conjugados convencionales. Es
por esta razon que las bacterias muestran cierta limitacion en cuanto a capacidad
para sintetizar un amplio espectro de acidos grasos y solo producen ciclopropano
monoenoico saturado 0 acidos grasos de cadena ramificada. En realidad, algunos
generos como Mycoplasma y ciertos mutantes de E. coli han perdido la capacidad
de sintetizar acidos grasos monoenoicos y requieren para crecer una fuente externa de
estas moleculas.
Igualmente especial es la falta completa de acidos grasos en los organismos procarioticos primitivos denominados Archaebacteria. Estos organismos incluyen las
bacterias metanogenas (que producen metano en un ambiente anaerobio), las bacterias termofilas (que viven en ambientes de elevadas temperaturas) y las bacterias
halofilas extremas (que viven en lagos con una alta concentracion de sales). En lugar de tener como Ifpidos membranales a los fosfolfpidos comunes, estos organismos
poseen eteres de glicerilo con un derivado terpenoide, una porcion de fitanilo, sustituyendo al derivado de acido graso comun. Un eter de glicerilo tfpico serfa el
2,3-difitanil-sn-glicerol-l-fosforil-l' -sn-glicerol, cuya estructura se muestra a continuacion.
o
I
CH -O-P-O-CH
I 2
I
I 2
O-CH
0-
CHOH
EI por que estos organismos procarioticos primitivos tienen estos lfpidos de membrana unicos es una incognita inquietante en terminos de la evolucion.
7. 12.1
CELULAS EUCARIOTICAS
7.12.1 .1. Plantas. En general, las semillas de las plantas superiores tienen una
composicion bastante fija de acidos grasos que son expresiones fenotfpicas de sus
genotipos. Los acidos grasos exoticos existen normalmente como triacil gliceroles
en la semiJla madura y rara vez se encuentran en organelos como los cloroplastos
o las mitocondrias. En todo el reino de las plantas superiores, los cloroplastos pc'
seen un patron bastante constante de acidos grasos y Ifpidos complejos. En particular, el acido graso poliinsaturado a-linolenico siempre se encuentra asociado con
cuatro Ifpidos complejos altamente polares que son exclusivos del tejido fotosintetico: monogalactosil-diacil glicerol, digalactosil-diacil glicerol; sulfoquinovosil-diacil
glicerol y fosfatidil glicerol. Estos Ifpidos esmn estrechamente asociados con las membranas lamelares de los cloroplastos. Las plantas superiores sintetizan una amplia
gama de acidos grasos poliinsaturados, siendo el mas importante en terminos de la
nutricion humana el acido linoleico (vease a continuacion).
7.12.1.2. Animales. Los Ifpidos de las celulas animales son igualmente complejos
y su composicion es caracterfstica de una celula particular. De esta forma, una celula nerviosa es rica en esfingolfpidos, eteres de glicerilo y plasmalogenos , asf como
fosfolfpidos; una celula adiposa, por otra parte, consta esencialmente de gotitas de
Problemas de repaso
303
triacil gliceroles'/Existe una caracterfstica sobresaliente que es exclusiva de las celulas de las formas tanto inferiores como superiores de la vida animal ; a saber, la
incapacidad de sintetizar acido linoleico [18:2(9 , 12)] . En general, las celulas eucarioticas sintetizan facilmente olefI CoA de novo a partir de estearoil CoA mediante
un mecanismo aerobio en el cual se introduce una posicion cis-9, 10 (contando a
partir del atomo de carbono del grupo carboxiIo); vease la seccion 13 . 13 para una
descripcion del mecanismo de esta reaccion. Sin embargo, las celulas ani males carecen por completo de la enzima responsable de la desaturacion adicional del acido
oleico en acido linoleico, aunque esta desaturasa especffica esta ampliamente distribuida en los tejidos vegetales. Ademas las celulas animales introducen mas dobles
enlaces cis en la cadena de hidrocarburos solo hacia el extremo carboxilo, mientras
que las celulas vegetales siempre introducen dobles enlaces adicionales hacia el extremo metfIico, segun se muestra a continuacion:
En celulas ani males:
-2H
18: 2(9,12) ----'>. 18: 3(6,9, 12)
Linol eico
(de la dieta)
+C 2
---"-->.
y-linolenico
20: 3(8,11.14)
-2 H
• 20: 4(5,8, 11 , 14)
Homo-y·li nolenico
Araquid6nico
En celulas vegetales:
- 2H
18:1(9) ----'>. 18: 2(9,12)
Oleico
Linol eico
-2 H
• 183(9,12.15)
a-linolenico
.~ Esta es la razon por la cual el acido Iinoleico es un acido graso esencial en la
dieta del hombre, ya que es el unico precursor del acido araquidonico que, a su
vez, se convierte en la familia de prostaglandinas de gran importancia y otros compuestos importantes fisiologicamente activos.
BIBLlOGRAFiA
~"
1. M. I. Gurr and A. T. James, Lipid Biochemistry: An Introduction, 2nd. 'ed. London.
Chapman and Hall. 1975.
2. J. L. Harwood and N.J, Russell. Lipids in Plants and Microbes, London: George Allen
and Unevin. 1984.
3. S. P. Colo wick and N. O. Kaplan, Methods in Enzymology. New York: Academic Press
(numerosos volumenes anuales) ,
PROBLEMAS DE REPASO
1. Dada una mezcla de acido acetico , acido oleico y triolefl glicero\ en agua, proponer un
procedimiento para separar cada uno de estos compuestos .
2 . Escribir las formul as estructurales de los siguientes acidos:
(0)
(b)
(c)
14:3(7.10.13)
12: I (3 trans)
IO-CH 3-18: 0
(d)
18: 2( 6, 9)
(e) 12- hidroxi 18: 1(9)
(I)
20:4(5,8.11,14)
304
Lipidos
~---------------------------------------------------------------------------
3. l.Cmil de los siguientes compuestos serfa soluble, parcial mente soluble 0 insoluble en agua?
4. Escribir la estructura de la dioleilfosfatidil colina.
5. l.Que distingue a los siguientes compuestos entre sf?
a) Una esfingomielina
b) Un cerebr6sido
c) Un monogalactosildiacil glicerido
6. Dar un ejemplo especffico de la descarboxilaci6n indirecta de un aminoacido .
7. Citar cuando menos tres diferencias distintivas entre las celulas procarioticas y eucari6ticas
en terminos de sus lfpidos.