3.2: Lípidos

Los lípidos son un grupo diverso de compuestos que están unidos por una característica común. Los lípidos son hidrófobos (“temerosos del agua”), o insolubles en agua. Los lípidos realizan muchas funciones diferentes en una célula. Las células almacenan energía para su uso a largo plazo en forma de lípidos llamados grasas. Los lípidos también proporcionan aislamiento del ambiente para plantas y animales. Por ejemplo, ayudan a mantener secos a las aves y mamíferos acuáticos debido a su naturaleza repelente al agua. Los lípidos también son los bloques de construcción de muchas hormonas y son un constituyente importante de la membrana plasmática. Los lípidos incluyen grasas, aceites, ceras, fosfolípidos y esteroides.

Grasas y Aceites

Una molécula de grasa consta de dos componentes principales: glicerol y ácidos grasos. El glicerol es un compuesto orgánico (un alcohol) que contiene tres carbonos, cinco hidrógenos y tres grupos hidroxilo (OH). Los ácidos grasos tienen una larga cadena de hidrocarburos a la que se une un grupo carboxilo, de ahí el nombre de “ácido graso”. El número de carbonos en el ácido graso puede variar de 4 a 36; los más comunes son los que contienen 12—18 carbonos. En una molécula de grasa, los ácidos grasos se unen a cada uno de los tres carbonos de la molécula de glicerol con un enlace covalente. Esta molécula se llama triglicérido.

Figura\(\PageIndex{1}\): El triacilglicerol se forma por la unión de tres ácidos grasos a una cadena principal de glicerol en una reacción de deshidratación (recuerde que esto elimina una molécula de agua y forma un enlace covalente). En el proceso se liberan tres moléculas de agua.

Ceras

La cera cubre las plumas de algunas aves acuáticas y las superficies foliares de algunas plantas. Debido a la naturaleza hidrofóbica de las ceras, evitan que el agua se pegue a la superficie (Figura\(\PageIndex{2}\)). Las ceras están compuestas por cadenas largas de ácidos grasos unidas covalentemente a alcoholes de cadena larga.

Figura\(\PageIndex{2}\): Los recubrimientos cerosos en algunas hojas están hechos de lípidos. (crédito: Roger Griffith)

Fosfolípidos

Los fosfolípidos son los principales constituyentes de la membrana plasmática, la capa más externa de las células animales. Al igual que las grasas, están compuestas por cadenas de ácidos grasos unidas covalentemente a una cadena principal de glicerol o esfingosina. En lugar de tres ácidos grasos unidos como en los triglicéridos, sin embargo, hay dos ácidos grasos que forman diacilglicerol, y el tercer carbono de la cadena principal de glicerol está ocupado por un grupo fosfato modificado (Figura\(\PageIndex{3}\)). La fosfatidilcolina y la fosfatidilserina son dos fosfolípidos importantes que se encuentran en las membranas plasmáticas.

Figura\(\PageIndex{3}\): Un fosfolípido es una molécula con dos ácidos grasos y un grupo fosfato modificado unido a una cadena principal de glicerol. El fosfato se puede modificar mediante la adición de grupos químicos cargados o polares. Aquí se muestran dos grupos químicos que pueden modificar el fosfato, la colina y la serina. Tanto la colina como la serina se unen al grupo fosfato en la posición marcada R a través del grupo hidroxilo indicado en verde.

Un fosfolípido es una molécula anfipática, lo que significa que tiene una parte hidrofóbica y una hidrófila. Las cadenas de ácidos grasos son hidrofóbicas y no pueden interactuar con el agua, mientras que el grupo que contiene fosfato es hidrófilo e interactúa con el agua (Figura\(\PageIndex{4}\)). La cabeza es la parte hidrofílica, y la cola contiene los ácidos grasos hidrofóbicos. En una membrana, una bicapa de fosfolípidos forma la matriz de la estructura, las colas de ácidos grasos de los fosfolípidos se enfrentan dentro, lejos del agua, mientras que el grupo fosfato mira hacia el lado exterior, acuoso. Esto forma una capa hidrofóbica en el interior de la bicapa, donde se encuentran las colas.

Figura\(\PageIndex{4}\): La bicapa fosfolipídica es el componente principal de todas las membranas celulares. Los grupos de cabeza hidrófilos de los fosfolípidos se enfrentan a la solución acuosa. Las colas hidrofóbicas son secuestradas en el medio de la bicapa.

Los fosfolípidos son responsables de la naturaleza dinámica de la membrana plasmática. Si se coloca una gota de fosfolípidos en el agua, forma espontáneamente una estructura conocida como micela, donde las cabezas de fosfato hidrófilo se enfrentan al exterior y los ácidos grasos se enfrentan al interior de esta estructura (Figura\(\PageIndex{5}\)).

Figura\(\PageIndex{5}\): Una micela puede ser el precursor muy temprano de una célula. Se trata de una sola capa de fosfolípidos que se forman espontáneamente. Crédito AmitWO, Wikimedia; https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Micelle.svg

Esteroides

A diferencia de los fosfolípidos y grasas discutidos anteriormente, los esteroides tienen una estructura de anillo fusionado. Aunque no se asemejan a los otros lípidos, se agrupan con ellos porque también son hidrófobos e insolubles en agua. Todos los esteroides tienen cuatro anillos de carbono unidos y varios de ellos, como el colesterol, tienen una cola corta (Figura\(\PageIndex{6}\)). Muchos esteroides también tienen el grupo funcional —OH, lo que los coloca en la clasificación de alcohol (esteroles). Recuerde que cada línea en estos diagramas de estructuras químicas representa un enlace covalente. Los puntos donde las líneas se conectan entre sí muestran la ubicación de los átomos de carbono, estos átomos de carbono no están etiquetados, pero su existencia está implícita en la estructura química.

Figura\(\PageIndex{6}\): Los esteroides como el colesterol y el cortisol están compuestos por cuatro anillos de hidrocarburos fusionados.

El colesterol es el esteroide más común. El colesterol se sintetiza principalmente en el hígado y es el precursor de muchas hormonas esteroides como la testosterona y el estradiol, que son secretadas por las gónadas y las glándulas endocrinas. También es el precursor de la Vitamina D. El colesterol es también el precursor de las sales biliares, que ayudan en la emulsificación de las grasas y su posterior absorción por las células. Aunque a menudo se habla del colesterol en términos negativos por los laicos, es necesario para el correcto funcionamiento del cuerpo. Es un componente de la membrana plasmática de las células animales y se encuentra dentro de la bicapa fosfolipídica. Siendo la estructura más externa en las células animales, la membrana plasmática es responsable del transporte de materiales y reconocimiento celular y está involucrada en la comunicación célula a célula.

¿Cómo se relaciona la estructura lipídica con la función?

Las grasas (triglicéridos) están compuestas por tres cadenas de hidrocarburos de ácidos grasos conectadas a un glicerol. Las cadenas de ácidos grasos contienen un gran número de enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno; normalmente están compuestas por entre 4 y 28 carbonos conectados entre sí en una cadena. Al igual que los enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno en la glucosa permiten que esa molécula almacene energía, los enlaces en los ácidos grasos permiten que los triglicéridos almacenen energía. De hecho, ¡los triglicéridos pueden almacenar mucha más energía que los carbohidratos porque contienen tantos más enlaces! Es por ello que las grasas contienen más calorías (una medida de energía) que los azúcares.

Las ceras funcionan para proporcionar un recubrimiento impermeable en una superficie. Debido a que son hidrófobos, pueden formar un recubrimiento que repele el agua.

La estructura de los fosfolípidos es muy importante para su función. Debido a que son anfipáticas (tienen una porción hidrofóbica y una hidrofílica), se autoensamblan en estructuras donde las colas hidrofóbicas están ocultas lejos del ambiente acuoso. Esto le da a la membrana celular una estructura que evita que muchas moléculas se muevan a través de ella.

El colesterol también es anfipático. Se puede insertar en las membranas celulares de una manera similar a los fosfolípidos. La presencia de colesterol dentro de una membrana evita que las colas de fosfolípidos se empaqueten firmemente. Esto permite que la membrana permanezca fluida a temperaturas más bajas.

Referencias

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OpenStax, Biología. OpenStax CNX. mayo 27, 2016 http://cnx.org/contents/s8Hh0oOc@9.10:QhGQhr4x@6/Biological-Molecules