.. c A p I T u L o 7

LiPIDOS

Los lipidos se caracterizan por su escasa solubilidad en agua ~'~~~~~~~Mqli(lad en disolventes orgarncos, propiedades ffsicas que reflejan

.. q'w,,'t':" .• "; :~,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 gru­

distrii)Uic1Q.$ ,~lpI1L~IIlente en la naturaleza.

~ltltPoti.enll~j~li~~~1i~~n la mayoria de los lipidos es un acido mono­atomos de carbona (4 a 30) en una cadena

.~:9tiig~n.)~!Wp.al tienen una estructura bastante simple; It:~ijpeiJUf~lta (pri'ncipalmente de 16 a 22 carbonos)

285

acidos grasos bacterianos, un poco ",1\-,VI>, de cadena ramificada 0 pueden

lactobacilico). Los acidos gra­variados y tienen enlaces acetiIe­

ciclopropeno y ciclopenteno. 'sql~.,e~;tnI:~turas, vease la tabla 7.1 .

286 Lipidos ~---------------------------------------------------------------

TABLA 7.1 Estructura de 6cidos grasos comunes

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

Acidos grasos monoenoicos

Acido oleico

Acido cis-vaccenico

Acido grasodienoico

Acido linoleico

Acidos grasos trienoicos

Acido a-Iinolenico

Acido 'Y-linolenico

Acido graso tetraenoico

Acido araquid6nico

Acidos grasos poco comunes

Acido a-elaeostearico

Acido tarfrico Acido isanico

Acido lactobacflico Acido vern6lico

Prostaglandina (PGE2)

CH 3COOH CH3CH2COOH

CH3(CH2)2COOH CH3(CH2)4COOH CH/CH2)sCOOH CH3(CH2)lOCOOH CH 3(CH2)12COOH CH3(CH2)14COOH CH/CH2h6COOH CH";(CH 2 )lSCOOH CH 3(CH2)20COOH CH3(CH2)22COOH

cis

Estructura

CH3(CH2)7CH=CH(CH2hCOOH cis

CH 3(CH2)SCH=CH(CH2)9COOH

cis CH3(CH2MCH=CHCH2MCH2)6COOH

cis CH3CH2(CH=CHCH2MCH2)6COOH

cis CH 3(CH 2MCH=CHCH 2MCH 2hCOOH

cis CH3(CH2MCH=CHCH2)4(CH2)2COOH

trans 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

COOH

Temperatura de fusion (DC)

-22 16

-7.9 -3.4 32 44 54 63 70 75 80 84

13

44

-5

-10

-50

48

51 39

28

Acidos grosos 287

RECUADRO 7.A 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 (el y C). En el circuito de el 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.

Gas transportador (helio. nitr6geno. etc.)

ESQUEMA 7.1

la muestra A

Resultados

Trampa de vidrio ilena de lana de vidrio cubierta con metanol

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).

f3

CH20H 30W I

----~) HOCH + R1COO- + R2COO- + R3COO-En aicaii. lIamada I

saponificaci6n CH20H Acidos grasos

Triacil glicerol Glicerol

Los acidos grasas libres se disocian en presencia de agua, segun se muestra en la siguiente reaccion:

RCOOH ~ RCOO- + H+

K = [W][RCOO- ] a [RCOOH]

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 289

- I~( --------- 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(CH2)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 2-

Sistema 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 is6-mero 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.

-CH2- CH=CH- CH=CH-CH= CH- CHz-Sistema 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

CH 3CH2C H2CH2CH2C H = CHCH2CH = CHCH2C H2CH2CH2CH2C 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 pro-

1 y H20 H 1 y H20 P0 3H2

2 HO-~-H 2 H-¢-OH ,

3 CH20 P0 3H2 3 CH20 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:

yH 20H

HO-¢-H , CH 20H

l ~ 2 ~ Numeraci6n estereoespecifica (sn)

3/

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 , CH20H

III

La mezcla de ambos compuestos se denominarfa acido rac-glicerol fosf6rico. La estereoqufmica de una fosfatidil colina serfa definida por el termino 3-sn­

fosfatidil colina. Teniendo en cuenta la definici6n del prefijo sn, simplemente se escribe la estructura como:

«H20CORI , R2COO-~-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 0

lfpido neutro. La estructura general de un triacil glicerol es:

Numeraci6n de los carbonos

1 o a CH2

2 o f3 I

CH I

3 o a' CH20 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:

CH 2

6H 6H 20H

1,2,-Diacil glicerol

CH2

Ho6H 6H 20H

1-Monoacil glicerol

Acil glicero/es 293

9H20H

-''''''''''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 1 7 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:

«H20CORl ,

R2COO-9-H OH

: I CH2-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

(3

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 0 I II CH 2-O-P-OCH2CH 2N+CCH 3h

I

(3

Cerebrosido OH OH OH Esfingomielina

TABLA 7 .2 Algunos Ifpidos anfipaticos

Fosfolfpido

3-sn-Fosfatidil colina (lecitina)

CH20CORl I

R2COOCH 0 I II + CH2-O-P-OCH2CH 2N(CH 3)3

I 0 -

3-sn-Fosfatidil aminoetanol (cefalina)

CH20CORl I

R2COOCH 0 I II +

CH2-O-P-OCH2CH2NH 3 I 0-

3-sn-Fosfatidil serina

CH20CORI I

R2COOCH 0 I II + CH -O-P-OCH CHNH 2 I 21 3

OH COO-3-sn-Fosfital aminoetanol (plasmai6geno)

a CHPCH=CHRI I

R2COOCH f3 0 I II + CH2-O-P-OCH2CH2NH 3

I 0 -

l-Alquil fosfoJfpido (eter de a-glicerilo)

CH20CH 2Rl

R2co06H 0 I II +

CH20POCH 2CH 2NH 3 I

0 -

3-sn-Fosfatidil inositol

CH20CORl

R2co06H 0

6H -O-~-O 2 I

OH H

H H 3-sn-Fosfatidil glicerol

yH20CORl yHPH

R2COOCH 0 HCOH I II I CH O-P-O-CH

2 I 2

OH

H

Acido graso com un (Componente no polar)

Estearico 0 palmftico (R ') poliinsaturado (R 2)

Estearico 0 palmftico (R ') poliinsaturado (R 2)

Estearico 0 paimftico (R ') poliinsaturado (R 2)

Eter insaturado (a) Linoleico «(3)

R 2 quiza un acido graso insaturado

Paimftico (R ') Araquid6nico (R 2)

Acido graso poliinsaturado (R 1, R2)

Base (Componente polar)

Colina

Aminoetanol

Serina

Aminoetanol

Aminoetanol

El mioinositol sustituye a la base

El glicerol sustituye a la base

Eteres de g/iceri/o 297

7.7 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:

R' Y R2: 18: 2(9,12), 18:3(9, 12, 15)

CH 20CORI

R2coo6H

6H 2-O

H H 3-sn-Monogalactosil diacil glicerol 3-sn-Digalactosil diacil glicerol

H 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

1

2

3

1-Alquil-2,3-diacil-sn-glicerol

o CH 20CH=CHR II I

RCOCH I CH 20COR

1-Alquenil-2,3-diacil-sn-glicerol

1-Alquil,2-acetil , 3-fosforil colina­

sn-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

(3Caroteno

Retinol (Vitamina A1)

o OH

O--~-O-~=O 6H 6H

Isopentenil pirofosfato

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 trans porte 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 ~---------------------------------------------------------------

7.11

COOH

COOH

"S-CH . 2

I ~ CHCON HCH2COOH I

OH ~ NH2

Prostacicli na A2 Leucotrieno 0 4

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.

CH3 CH3 CH3 0-I I I I

CH3C = CHCH2(CH2C= CHCH2)9CH2- C=CHCH20-P=0 I OH

Undecaprenil fosfato

CH3 CH3 CH3 0-I I I I

CH3-C= CHCHiCH2- C= CHCH2)15_19CH2C - CH2CH2-0-P=0 Oolicol H I fosfato

OH

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.

Fosfatid il serina ~ Fosfatidi l etanolamina + CO2

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).

o Olell-fosfatidil colina 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).

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

Fuente

Suero sangufneo

Yema de huevo Leche

Moso de 10 Colesterol porticulo (Libre y

Lipoproteina (Doltones) Proteino Fosfolipido esterificado) T riacilglicerol

Quilomicrones 109_10 10 2 3-6 2-5 80- 95 Densidad muy baja 5-100 x 106 5-10 15-20 10-25 40- 80 Densidad baja 2x106 25 20 45 10 Densidad alta 0.25x 106 40-50 30 20 1- 5 {:l-Lipovitelina 4x 105 78 12 1 9 Densidad alta 4x 106 13 52 0 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

7.12. 1

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.

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 -----------------------------------------------------------------

7. 12.1

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 II

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.

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 +C2 -2H 18: 2(9,12) ----'>. 18: 3(6,9,12) ---"-->. 20: 3(8,11.14) • 20: 4(5,8, 11 , 14)

Linoleico y-linolenico H omo-y·li nolenico Araquid6nico (de la dieta)

En celulas vegetales:

- 2H -2H 18:1(9) ----'>. 18: 2(9,12) • 183(9,12.15) Oleico Linoleico 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 formulas estructurales de los siguientes acidos:

(0) 14:3(7.10.13)

(b) 12: I (3 trans)

(c) 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.