Lípidos: Estructura, Funciones y Metabolismo – Una Revisión Completa

Estructura de los Lípidos

Características: Insolubles en agua. Solubles en disolventes orgánicos (éter, benceno, alcohol, etc).

Funciones: Almacenamiento energético, constituyente de membranas, pigmentos, coenzimas, mensajeros, transportadores, hormonas, detergentes.

Clasificación: Por medio de la saponificación. LÍPIDO + NaOH

Positivo: Jabón. SAPONIFICABLE, un COO^– libre (ácidos grasos y derivados, eicosanoides, lípidos neutros (acilgliceroles y ceras) y lípidos anfipáticos (glicerolípidos y esfingolípidos).

Negativo: NO SAPONIFICABLE. Colesterol, derivados del isopreno: terpenos (retinoides, carotenoides, tocoferoles, naftoquinonas, dolicoles), esteroides (esteroles, sales y ácidos biliares, hormonas esteroideas).

1. Ácidos Grasos

Estructura: COOH (cabeza) // Cadena (cola). Punto de Fusión: A mayor longitud de cadena, mayor punto de fusión. A mayor número de dobles enlaces, menor punto de fusión.

Tipos de ácidos grasos:

Saturados (grasas): Enlaces simples, flexibles y sólidos a temperatura ambiente.
Insaturados (aceites): Dobles enlaces, rígidos y líquidos a temperatura ambiente.

Esenciales: Linoleico (origen vegetal) y linolénico (Omega 3).

Nomenclatura: (16 = número de carbonos; 0 = número de dobles enlaces; /]^5,8,11 = posiciones).

2. Triacilgliceroles (Triglicéridos)

Lípidos más abundantes y sencillos. Sirven de almacenamiento. Formados por glicerol y 3 ácidos grasos unidos por enlace éster.

En plantas, mayoritariamente insaturados, bajos puntos de fusión y líquidos a temperatura ambiente (como ácidos oleico, linolénico y linoleico).
En animales, saturados, altos puntos de fusión, sólidos a temperatura ambiente (como ácidos palmítico y esteárico).

3. Ceras

Unión de ácidos grasos de cadena larga (14 a 36 átomos de carbono) con un monoalcohol de cadena larga (16 a 30 átomos de carbono) mediante ENLACE ÉSTER. Molécula de gran tamaño completamente apolar, hidrófoba y sin carga. Ejemplos: ésteres del ácido palmítico con alcoholes de cadena larga (cera de abeja), lanolina (grasa de lana de oveja), aceite de espermaceti (ballenas) y cera de carnauba (palmera de Brasil).

Lípidos Estructurales en Membranas

1. Glicerolípidos

Unión de dos ácidos grasos a una molécula de glicerol mediante enlace éster. Dependiendo del sustituyente en la 3ª posición:

Glicerofosfolípidos: Esterificación del grupo fosfato con el grupo hidroxilo de diferentes alcoholes.
- Serina: Fosfatidilserina.
- Etanolamina: Fosfatidiletanolamina.
- Colina: Fosfatidilcolina.
Gliceroglucolípidos: Ésteres de glicerol: dos ácidos grasos y un mono o disacárido, unido mediante uno de los grupos hidroxilos al glicerol. Predominan en células vegetales, ubicados en membranas internas (tilacoides) de los cloroplastos. Son el 70-80% de los lípidos totales de membranas en las plantas vasculares.

2. Esfingolípidos

Enlace amida.

Esfingofosfolípidos: Ceramida, Esfingomielina.
Esfingoglucolípidos: Glucolípidos neutros (Glucosilcerebrósido), Lactosilceramida (globósido), Gangliósido GM2.

Los grupos sanguíneos (A, B, 0) vienen determinados en parte por los grupos de cabeza oligosacáridos de estos glucoesfingolípidos. Los mismos oligosacáridos están unidos a ciertas proteínas sanguíneas de individuos tipo A, B, 0.

Esteroides

Lípidos presentes en las membranas celulares animales. Precursor de moléculas con importantes roles biológicos. El más importante es el colesterol (presente solo en membranas animales).

a) Colesterol

Procede de la dieta, de novo en todas las células (hígado, piel, intestino y cerebro). Al degradarse genera sales biliares, fluidez de membranas, precursores hormonales, se encuentra en la mielina (SNC).

b) Hormonas Esteroideas

Los esteroides son derivados del ciclopentano-perhidrofenantreno. Origina otras tales como colesterol, estradiol, progesterona, testosterona, aldosterona o corticosterona. Su estructura la forman cuatro anillos de carbono (A, B, C, D) y se diferencian entre sí por el número y localización de sustituyentes.

c) Sales Biliares

Moléculas anfipáticas sintetizadas en el hígado a partir de colesterol, secretadas por la vesícula biliar. Facilitan la digestión de grasas en el intestino. Excretados en la bilis conjugados con glicina o taurina. Ejemplos: Ácido glicocólico y ácido taurocólico. Funciones:

Aumentan la función de la lipasa pancreática.
Reducen la tensión superficial favoreciendo la formación de una emulsión de las grasas.
Contribuyen a dispersar los lípidos en pequeñas partículas y, por lo tanto, hay más superficie expuesta a la acción de la lipasa.
Favorecen la absorción de vitaminas liposolubles.
Estimulan la producción de bilis (acción colerética).

d) Éster de Colesterol

Se encuentra principalmente en el plasma, a menudo con el ácido linoleico, se transporta en las lipoproteínas plasmáticas. En esta forma se acumulan en las gotas lipídicas de los tejidos esteroidogénicos.

e) Vitamina D

También llamada colecalciferol, se forma en la piel a partir de 7-deshidrocolesterol.

Isoprenoides

Unión de moléculas de isopreno. Origina estructuras lineales o cíclicas como:

a) Vitaminas

Liposolubles: D (permite absorber intestinalmente el calcio hacia los huesos, regula el metabolismo óseo).
Retinol: Funciona como hormona y pigmento visual en los ojos.
E: Tocoferoles, constituidos por un anillo aromático y una larga cadena lateral. Antioxidante.
K: Requerida en la coagulación de la sangre y para generar glóbulos rojos, al igual que las del complejo B.

b) Carotenoides

Responsables de la mayoría de los colores en los vegetales. Su biosíntesis se produce a partir de isopentenil pirofosfato. Mientras más dobles enlaces, su coloración es más rojiza. Sus compuestos se dividen en dos: carotenos y xantofilas.

Eicosanoides

Derivados del ácido araquidónico, que se sintetiza a partir del ácido linoleico. Sintetizado en todos los tejidos del cuerpo (donde se necesite). Participa en alergias, inflamaciones, contracción del músculo liso. Se clasifican en función de las enzimas que participan en su síntesis:

Productos de la ruta de la ciclooxigenasa: Prostaglandinas y tromboxanos.
Productos de la ruta de la lipoxigenasa: Leucotrienos.

Lipoproteínas del Plasma

Tienen un centro apolar (contiene triglicéridos, ésteres de colesterol) y una cubierta anfifílica compuesta por fosfolípidos, colesterol y apoproteínas. La función de las lipoproteínas es transportar lípidos desde un órgano a otro en el plasma sanguíneo (medio acuoso).

Quilomicrones (menos densas y mayor tamaño): Transportadores exógenos. Llevan lípidos desde el intestino hacia los capilares. Contienen apoproteínas (ApoB100, ApoC y ApoE).
VLDL (muy baja densidad): Transporte endógeno. Lleva colesterol, ésteres de colesterol y triacilgliceroles desde el hígado a otros tejidos.
HDL (más densas y las más pequeñas): Lleva colesterol que quedó rezagado desde las arterias hasta el hígado. Impide el proceso de aterosclerosis.
LDL (colesterol malo): Transporta colesterol desde el hígado hacia los diversos tejidos. (HDL, LDL, VLDL, QM).

Catabolismo de Lípidos

Las células obtienen ácidos grasos combustibles a partir de: Dieta, grasas almacenadas en la célula, grasas sintetizadas en un órgano que son exportadas a otros. Metabolismo: Digestión (intestino) → Transporte → Almacenamiento → Degradación (lipasas). Albúmina: Lleva 10 moléculas de ácidos grasos hacia el músculo, desde el tejido adiposo.

Degradación: Lípidos → Micelas mixtas → Incorporación a los quilomicrones → Entrega de lípidos a los VLDL → Llegada al hígado. Lipasa: Degrada triglicéridos en ácidos grasos y monoacilglicerol, hidrolizando los enlaces ésteres. Ataca los extremos alfa y alfa’. Isomerasa: Necesaria para la hidrólisis de 2-MAG ya que traslada el grupo acilo de la posición 2 (o beta) a la posición 1 (o alfa). Producción neta: 3 ácidos grasos y un glicerol.

Los ácidos grasos son degradados en las mitocondrias. Colesterolasa: Degrada ésteres de colesterol y cataliza la hidrólisis de ésteres de colesterol con ácidos grasos. Fosfolipasa A2: Degrada glicerofosfolípidos y cataliza la hidrólisis del enlace éster que une el ácido graso al hidroxilo del carbono 2 del glicerol en los glicerofosfolípidos. Se forma un ácido graso y un lisofosfolípido.

Metabolismo en los Adipocitos

Estos tienen activo el metabolismo glucolítico, utilizan el ciclo del ácido cítrico para oxidar el piruvato y los ácidos grasos, y realizan fosforilación oxidativa mitocondrial.
Cuando hay una alta ingesta de glucosa, estas células convierten la glucosa en ácidos grasos, y luego los almacenan en forma de triacilgliceroles, en forma de grandes glóbulos de grasa. Sin embargo, la mayor parte de la síntesis de ácidos grasos tiene lugar en los hepatocitos.
Los adipocitos almacenan ácidos grasos que provienen del hígado (transportados en la sangre por los VLDL) y del tracto intestinal (transportados en los quilomicrones).

Metabolismo de Triacilgliceroles (TAG)

Deben ser hidrolizados antes de su utilización por los tejidos mediante lipasas intracelulares. Los productos formados (glicerol y ácidos grasos) se liberan a la sangre. El glicerol del plasma es tomado por las células que pueden utilizarlo y los ácidos grasos son oxidados en los tejidos.

Metabolismo del Glicerol

1) Activación: Glicerol → Glicerol 3-P, solo ocurre en tejidos que tienen la enzima gliceroquinasa (hígado, riñón, intestino y glándula mamaria lactante).

2) Transformación a Dihidroxiacetona Fosfato: Glicerol 3-P → Dihidroacetona-P. Glicerolfosfato deshidrogenasa.

Degradación de Ácidos Grasos o Beta-Oxidación

Ocurre en la mitocondria. El grupo transportador de acilos es la coenzima A (acilos = ácidos grasos activados). FAD y NAD+ son aceptores de electrones. Su resultado es la remoción de dos carbonos desde el ácido graso en forma de Acetil-CoA.

I) Activación de los ácidos grasos: (Membrana externa mitocondrial). El ácido graso se une a la CoA antes de oxidarse. Utiliza ATP. Forma Acil-CoA (no puede atravesar la membrana interna mitocondrial).

II) Transporte de ácidos grasos: (Interior mitocondrial). La carnitina aciltransferasa I permite el paso de Acil-CoA a la mitocondria (matriz). Su inhibidor es el Malonil-CoA. La carnitina aciltransferasa II la lleva de vuelta a la membrana externa (I). Queda dentro Acil-CoA, listo para la beta-oxidación. CoA queda fuera.

III) En cada beta-oxidación tendremos: Se oxida el carbono beta del ácido graso, separando 2 carbonos en forma de Acetil-CoA. Las 4 enzimas de la mitocondria no están dispuestas formando un complejo.

Deshidrogenación (FAD → FADH2). Acil-CoA deshidrogenasa.
Hidratación. Enoil-CoA hidratasa.
Deshidrogenación (NAD+ → NADH). Beta-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa.
Lisis (se produce Acetil-CoA y un acil-CoA dos carbonos más corto que el original). Acil-CoA acetiltransferasa (tiolasa).

Cada beta-oxidación produce: 1 FADH2 = 2 ATP; 1 NADH = 3 ATP = 5 ATP.

Cada Acetil-CoA produce: 1 FADH2 = 2 ATP; 3 NADH = 9 ATP; 1 ATP = 12 ATP.

Ácido palmítico = 8 Acetil-CoA

Generación de Cuerpos Cetónicos (acetona, acetoacetato y beta-hidroxibutirato)

Sintetizados a partir de 2 Acetil-CoA. Producidos en el hígado (matriz mitocondrial) a partir de la oxidación de ácidos grasos (Acetil-CoA) y transportados a tejidos con alta demanda energética. Permite la liberación de CoA-SH para que continúe la beta-oxidación. Fácil de transportar debido a que son solubles en la sangre. Suministran energía al cerebro y al músculo en condiciones de: ayuno, falta de insulina, hipoglucemia. Exceso de cuerpos cetónicos en la sangre: acidosis.

Acetona: Se forma por descarboxilación del ácido acetoacético. No puede volver a transformarse en Acetil-CoA, así que es expulsada en la orina o en la exhalación (olor a frutas del aliento).

Tanto el acetoacético como el beta-hidroxibutírico en altas concentraciones en la sangre, disminuyen el pH de la sangre (al ser ácidos) → Cetoacidosis diabética (síntesis de energía a partir de ácidos grasos por falta de insulina). Cetoacidosis alcohólica (la inanición produce falta de glucosa).

Lo máximo de energía que se puede conseguir con la cetogénesis son 24 ATP (Beta-hidroxibutirato → Acetoacetato →→ 2 Acetil-CoA).

3 NADH x 2 ciclos x 3 ATP = 18 ATP // FADH2 x 2 ciclos x 2 ATP = 4 ATP // ATP x 2 ciclos = 2 ATP

Biosíntesis de Lípidos

Ocurre por diferentes vías, catalizadas por diferentes enzimas, y en diferentes partes de la célula. Beta-oxidación de ácidos grasos en la mitocondria, biosíntesis de ácidos grasos en el citosol. Los precursores activados se encuentran unidos a la proteína transportadora de acilos (ACP). Las enzimas implicadas están unidas al complejo ácido graso sintasa. La biosíntesis requiere de un intermediario de 3 carbonos → Malonil-CoA. Tiene 3 etapas:

1) Transporte de Acetil-CoA al citosol: Cuando el ciclo del ácido cítrico está inhibido, se acumula citrato en la mitocondria. El citrato se transporta al citosol y a partir de él se forma Acetil-CoA utilizado para la síntesis de ácidos grasos.

2) Formación de Acetil-ACP y Malonil-ACP: Primeramente, nos encontramos con la síntesis de Malonil-CoA, gracias a la Acetil-CoA carboxilasa que la forma a partir de Acetil-CoA. Para esto requiere biotina. Cataliza una reacción similar a la de la piruvato carboxilasa. Acetil-CoA + ATP + CO2 + H2O → Malonil-CoA + ADP + Pi + 2H⁺. Reacción irreversible (etapa limitante), mayor punto de control de la síntesis de ácidos grasos. Inhibida por ácidos grasos de cadena larga. Activada por citrato. Existen transferasas que transfieren los grupos acetilo y malonilo a la proteína ACP. Acetil-CoA + ACP → Acetil-ACP + CoA. Malonil-CoA + ACP → Malonil-ACP + CoA.

3) Complejo ácido graso sintasa

2Q==

Reacciones → Inicio: Acetil-CoA se transfiere a ACP // Unión de malonilo: Malonil-CoA se transfiere a ACP. Producto final ácido graso sintasa: Palmitil-ACP (tras la reacción de 7 moléculas de Malonil-ACP en el extremo carboxilo de la cadena de ácido graso en crecimiento).

Reacciones de la biosíntesis (repetidas):

Condensación (acetil activado + grupo malonil; se alarga la cadena acilo en dos carbonos).
Reducción (usa NADPH (dador de electrones); el grupo ceto se reduce a alcohol).
Deshidratación (del C2 y C3 produce un doble enlace).
Reducción (del doble enlace para formar un grupo acil graso saturado, alargado en 2 carbonos; usa NADPH).
Liberación del ácido graso (tioesterasa).

Inicio de la segunda vuelta del ciclo de síntesis de ácidos grasos:

Tras el primer ciclo, el grupo butirilo reducido es transferido al grupo –SH de la Cys de KS.
ACP ahora desocupado puede aceptar otra molécula de Malonil-CoA.
En el paso de condensación el grupo butirilo es intercambiado por el grupo carboxilo del malonilo, que se pierde como CO2.

El proceso se repite 7 veces hasta sintetizar palmitato (16 carbonos) (El primer ciclo incorpora 4 carbonos, los restantes 2 carbonos). 1 Acetil-CoA + 7 Malonil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H⁺ → Palmitato + 14 NADP⁺ + 8 CoA-SH + 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi.

Obtención de NADPH necesario para la síntesis de ácidos grasos → vía de las pentosas y enzima málico.

El palmitato es liberado por hidrólisis.

Regulación de la síntesis de ácidos grasos. Elongación: Se lleva a cabo en el retículo endoplasmático liso y mitocondria. Condensación de grupos Acetil-CoA con Malonil-CoA. Adiciona 2 carbonos (alargamiento). Desaturación: Agregar dobles enlaces.