Lípido

I2 - Prostailina (un ejemplo de una prostaglandina, un ácido graso eicosanoide).

LTB4 (un ejemplo de un leucotrieno, un ácido graso eicosanoide).

Los ácidos grasos, o fragmentos de ácidos grasos cuando forman parte de un lípido, son un grupo diverso de moléculas sintetizadas por alargamiento de cadena de acetil-CoA primero con malonil-CoA o grupos metilmalonil-CoA, en un proceso llamado síntesis de ácido graso. Están hechos de un hidrocarburo en cadena que termina con un grupo de ácido carboxílico; este arreglo le confiere a la molécula una terminación polar, hidrófila, y una terminación no polar, hidrófoba que es insoluble en agua. La estructura de los ácidos grasos son de una de las categorías más fundamentales de lípidos biológicos y es generalmente utilizado como bloques de lípidos estructuralmente más complejos. La cadena de carbono, típicamente entre cuatro y veinticuatro carbonos de longitud, pueden ser saturado o insaturados, y pueden estar unidos a grupos funcionales que contienen oxígeno, halógenos, nitrógeno, y azufre. Si un ácido graso contiene un enlace doble, existe la posibilidad de cualquier isomerismo geométrico cis o trans, el cual afecta significativamente la configuración de la molécula. Los enlaces dobles cis causan que la cadena de ácido graso se doble, un efecto que se acentúa cuando hay más dobles enlaces en la cadena. Tres enlaces dobles en el carbono-18 del ácido linolénico, el más abundante ácido graso cadenas de las membranas tilacoides de las plantas, hacen a estas membranas altamente fluidas a pesar de las bajas temperaturas medioambientales, y también hace que el ácido linolénico presente picos agudos en los espectros 13-C NMR de alta resolución de cloroplastos. Esto lo hace jugar un papel importante en la estructura y función de membranas de celulares.[14] La forma más frecuente en que se presentan los ácidos grasos, es la configuración cis, a pesar de que la forma trans existe en algunas grasas y aceites naturales parcialmente hidrogenados.

Ejemplos de biológicamente importantes de ácidos grasos incluyen los eicosanoides, derivados principalmente del ácido ácido araquidónico y ácido eicosapentaenoico, aquello incluye prostaglandinas, leucotrienos, y tromboxanos. Ácido docosahexaenoico el cual también es importante en sistemas biológicos, particularmente en la protección de la vista.[15][16] Otras clases de lípido importantes en la categoría de ácidos grasos son los ésteres grasos y amidas grasas. Los ésteres grasos incluyen importantes intermediarios bioquímicos como los ésteres cerosos, derivados del ácido graso tioester coenzima A, ácido grasos tioester derivados de ACP y carnitinas ácido grasas. Las amidas grasas incluyen N-acil etanolaminas, como el cannabinoide neurotransmisor anandamida.

Ejemplo de un triglicérido insaturado graso(C₅₅H₉₈O₆). Parte izquierda: glicerol; parte derecha, de arriba abajo: ácido palmítico, ácido oléico, ácido alfa-linolénico.

Los glicerolípidos están compuesto de gliceroles mono-, di-, y trisustituidos, son más conocidos como ácidos grasos triesteres de glicerol, llamados triglicéridos. La palabra "triacilglicérido" es a veces utilizada como sinónimo de "triglicérido". En estos compuestos, los tres grupos hidroxilo de glicerol son esterificados cada uno, típicamente por ácido graso diferente. Como funcionan como un almacenamiento de energía, estos lípidos comprenden la mayor parte de grasa almacenada en los tejidos animales. La hidrólisis de los enlaces éster de los triglicéridos y la liberación de glicerol y los ácidos grasos del tejido adiposo son los pasos iniciales en la metabolización de la grasa.[17]

Subclases adicionales de glcerolípidos están representadas por glicosilgliceroles, los cuales están caracterizados por la presencia de uno o más fragmentos de azúcar unidos a glicerol vía un enlace glucosídico. Ejemplos de las estructuras en esta categoría son el digalactosildiacilgliceroles encontrados en las membranas de las plantas y seminolipidos de células de esperma mamífero.

Fosfatidiletanolamina.

Los glicerofosfolipidos, usualmente son referidos como fosfolípidos (aun así la esfingomielina también se clasifica como fosfolípidos), son ubicuos por naturaleza y son componentes claves de la bicapa lipídica celular, participan en el metabolismo y comunicación celular.[18] El tejido neuronal (incluyendo el cerebro) contiene relativamente cantidades altas de glicerofosfolipidos, y las alteraciones en su composición ha sido asociadas a varios desórdenes neurológicos.[19] Los glicerofosfolipidos se pueden subdividirse en diferentes clases, basados en la naturaleza polar del grupo de la posición sn-3 del glicerol backbone en eucariotas y eubacterias, o la posición sn-1 en el caso de arqueobacterias.

Ejemplos de glicerofosfolipidos los encontramos en las membranas biológicas son fosfatidilcolina (también conocidos como PC, GPCho o lecitina), fosfatidiletaanolamina (PE o GPEtn) y fosfatidilserina (PS o GPSer). Además de servir como componente primario de las membranas celulares y sitios de unión para proteínas intra y intercelulares, algún glicerofosfolipidos en células eucariotas, como fosfatidilinositoles y ácido fosfatídico son precursores o, ellos mismos, derivados de segundos mensajeros de la membrana.[20] Típicamente, uno o ambos de estos los grupos hidroxilo están acilados con ácidos grasos de cadena larga, pero también hay enlaces alquilo y uniones a ácidos grasos de cadena larga, pero hay también alquil-enlazados y 1Z-alquenil-enlazados (plasmalogen) glicerofosfolipidos, así como dialquileter variantes en arqueobacterias.

Esfingomielina.

Los esfingolípidos son una familia compleja de compuestos que participación una característica estructural común, una base esfingoide es sintetizada de novo del aminoácido serina y una cadena grasa larga de acyl CoA, convertido entonces a ceramidas, fosfoesfingolipidos, glicoesfingolipidos y otros compuestos.[21] La principal la base esfingoide de los mamíferos es generalmente mencionada como esfingosina. Ceramides (Base N-acyl-esfingoide) son una subclase importante de esfingoides derivados de un enlace amida ácido graso. Los ácidos grasos están típicamente saturados o mono-insaturados con longitudes de cadena de 16 a 26 átomos de carbono.[22]

Los fosfoesfingolipidos importantes de los mamíferos son efingomielinas (ceramida, fosfocolinas), mientras que los insectos contienen principalmente ceramida fosfoetanolaminas y los hongos tienen fosfoinositoles y grupos principales que contienen manosa. Los glicosfingolipidos son una familia diversa de moléculas compuestas de uno o más residuos de azúcar enlazaron vía un enlace glucosídico a la base esfingoide. Ejemplos de estos es el sencillo y complejo glicoesfingolipides como cerebrósidos y gangliósidos.

Estructura química del colesterol.

Los esteroles, como el colesterol y sus derivados, son componentes importantes de lípidos de membrana, junto con los glicerofosfolipidos y esfingomielinas. Otros ejemplos de esteroles son los ácidos biliares y sus conjugados, los cuales en mamíferos son derivados oxidados del colesterol y son sintetizados en el hígado. Los equivalentes en las plantas son los fitosteroles, como el β-sitosterol, estigmasterol, y brassicasterol; este último es también utilizado como biomarcador para el crecimiento del alga. El esterol predominante en las membranas de las células fungi es ergosterol.

Sterols Es esteroides en cuál de los átomos de hidrógeno está sustituido con un hydroxyl grupo, en posición 3 en la cadena de carbono. Han en común con los esteroides igual fusionaron núcleo de cuatro anillos estructura. Los esteroides tienen funciones biológicas diferentes como hormonas y moléculas de señalización. El dieciocho-carbono (C18) los esteroides incluyen el estrogen familia mientras que los #C19 esteroides comprenden el androgens como testosterona y androsterone. La C21 subclase incluye el progestogens así como los glucocorticoides y mineralocorticoids.[23] El secosteroids, comprendiendo varias formas de vitamina D, está caracterizado por cleavage del B anillo de la estructura de núcleo.

Lípido prenol (2E-geraniol).

Los lípidos de prenol son sintetizados de precursores de unidades de cinco carbonos de isopentenil difosfato y dimetilalil difosfato que se producen principalmente vía ácido mevalónico (MVA). Los isoprenoides sencillos (alcoholes lineales, difosfatos, etc.), se forman por la adición sucesiva de unidades C5, y se clasifican según número de estas unidades de terpeno. Las estructuras grandes que contienen más de 40 carbonos se conocen como politerpenos. Los carotenoides son importantes isoprenoides sencillos que tienen función como antioxidantes y como precursores de vitamina A. Otra clase biológicamente importante de moléculas está ejemplificada por las quinonas e hidroquinonas, los cuales contienen un isoprenoide sujeto a la cola quinonoide núcleo de origen no isoprenoide. La vitamina E y la vitamina K, así como las ubiquinonas, son ejemplos de esta clase. Las procariotas sintetizan poliprenoles (llamados bactoprenoles) en el que la unidad isoprenoide terminal permanece unida al oxígeno, mientras que en los animales poliprenoles (dolicoles) la terminal isoprenoide está reducida.

Estructura del saccharolípido Kdofracciones de 2-lípido A Glucosamine en azul, fracciones Kdo en rojo, cadenas de acilol en negros y grupos de fosfato en verde.

Los sacarolípidos describen compuestos en los cuales los ácidos grasos están enlazados a un esqueleto de azúcar, la conformación de esta estructura es compatible con bicapas de membrana. En los sacarolípidos, unos sustitutos de monosacárido para el esqueleto glicerol presente en glicerolipidos y glicerofosfolipidos. El sacarolípido más familiar es la glucosamina acilada precursores del Lípido A componente del lipopolisacáridos en bacterias Gram-negativas. La composición típica del lípido A son moléculas disacáridos de glucosamine, los cuales son derivatizados cuando mucho de siete cadenas de graso-acil. El mínimo lipopolisacárido requerido para crecimiento en E. coli es Kdo₂-Lípido A, un disacárido hexa-acilado de glucosamina el cual es glicosilado con dos fragmentos de ácido 3-deoxi-D-manno-octulosónico (Kdo).

Los policétidos se sintetizan mediante la polimerización de subunidades de acetilo y propionilo mediante enzimas clásicas, así como enzimas iterativas y multimodulares que comparten características mecánicas con las sintasas de ácidos grasos. Comprenden muchos metabolitos secundarios y productos naturales de origen animal, vegetal, bacteriano, fúngico y marino, y tienen una gran diversidad estructural.[24][25] Muchos policétidos son moléculas cíclicas cuyas cadenas principales a menudo se modifican más mediante glicosilación, metilación, hidroxilación, oxidación u otros procesos. Muchos agentes antimicrobianos, antiparasitarios y anticancerosos de uso común son policétidos o derivados de policétidos, como eritromicinas, tetraciclinas, avermectinas y epotilonas antitumorales.[26]

Las células eucariotas presentan la membrana compartimentada-ató orgánulos que lleva a cabo funciones biológicas diferentes. El glycerophospholipids es el componente estructural principal de membranas biológicas, cuando la membrana del plasma celular y las membranas intracelulares de orgánulos; en células animales, la membrana de plasma físicamente separa los componentes intracelulares del extracellular entorno. ^{[cita requerida]} El glycerophospholipido es una molécula anfifílica (conteniendo ambas regiones hidrofóbicas e hidrofílicas) aquello contiene un glycerol el núcleo enlazó a dos fatty ácido-derivó "colas" por conexiones de éster y a un "grupo" de cabeza por una conexión de éster del fosfato. [La cita necesitada] Mientras glycerophospholipids es el componente importante de membranas biológicas, otro no-glyceride componentes de lípido como sphingomyelin y sterols (principalmente colesterol en membranas de célula animal) es también encontrado en membranas biológicas.[27] En plantas y algas, el galactosyldiacylglycerols, y sulfoquinovosyldiacylglycerol, los cuales carecen de un grupo de fosfato, son componentes importantes de membranas de chloroplasts y relacionó orgánulos y es los lípidos más abundantes en tejidos fotosintéticos, incluyendo aquellos de plantas más altas, algas y bacterias seguras.[28]

Las membranas tilacoides tienen el componente de lípido más grande de una conformación no-bicapa monogalactosil diglicerido (MGDG), y pocos fosfolípidos; a pesar de esta composición de lípido única, las membranas chloroplasto tilancoides han mostrado contener un lípido bicapa dinámico matricial según lo ha revelado la resonancia magnética y estudios de microscopio electrónico.

Autoorganización de los fosfolípidos: un liposoma esférico, una micela y una bicapa lipídica.

Una membrana biológica es una forma de fase lamelar de una bicapa lipídica. La formación de bicapas lipídicas es un proceso energéticamente preferido cuándo los glicerofosfolipidos descritos arriba se encuentran en un entorno acuoso.[29] Esto se conoce como efecto hidrofóbico. En un sistema acuoso, las cabezas polares de lípidos se alinean hacia el entorno polar, acuoso, mientras las colas hidrofóbicas minimizan su contacto con agua y tienden a agruparse, formando una vesícula; según la concentración del lípido, esta interacción biofísica puede resultar en la formación de micelas, liposomas, o bicapas lipídicas. También se observan otras agregaciones y forman parte del polimorfismo del comportamiento del amfifílo (lípido). El comportamiento de fase es una área de estudio dentro de la biofísica y es el tema de actual [cuando?] búsqueda académica. Micelas y bicapas forma en el medio polar por un proceso conocido como efecto hidrofóbico. Cuando se disuelve una sustancia lipofílica o amfifílica en un entorno polar, las moléculas polares (i.e., agua en soluciones acuosas) se ordenan más alrededor de la sustancia lipofílica disuelta, desde las moléculas polares no pueden formar puentes de hidrógeno a las áreas lipofílicas del amfifílo. Entonces, en un ambiente acuoso, las moléculas de agua forman una jaula de "clatrato" ordenada alrededor de la molécula lipofílica disuelta.

La formación de lípidos en las protocélulas las membranas representa un paso clave en modelos de abiogénesis, el origen de vida.

Los triglicéridos, almacenados en tejido adiposo, son una forma importante de almacenamiento de energía tanto en animales como en plantas. Son una fuente importante de energía porque los carbohidratos son estructuras plenamente reducidas. En comparación a glucógeno el cual contribuiría únicamente con la mitad de energía por su masa pura, los carbonos de triglicérido están todos enlazados a hidrógenos, diferentes en carbohidratos.[30] El adipocito, o célula grasa, para la síntesis y descomposición continuas de triglicéridos en animales, con descomposición controlada principalmente por la activación de enzimas sensibles a la hormona lipasa. La oxidación completa de los ácidos grasos proporciona alto contenido calórico, aproximadamente 38 kJ/g (9 kcal/g), comparado con 17 kJ/g (4 kcal/g) por la descomposición de carbohidratos y proteínas. Los pájaros migratorios que tiene que volar distancias largas sin comer usan la energía almacenada de triglicéridos como energía para sus vuelos.[31]

Han surgido pruebas que demuestran que la señalización lipídica es una parte vital de la señalización celular.[32][33][34][35] La señalización de los lípidos puede producirse a través de la activación de Proteínas acopladas o receptores nucleares, y se han identificado miembros de varias categorías de lípidos diferentes como moléculas de señalización y mensajeros celulares.[36] Entre ellos se encuentra la esfingosina-1-fosfato, un esfingolípido derivado de la ceramida que es una potente molécula mensajera implicada en la regulación de la movilización del calcio,[37] el crecimiento celular y la apoptosis;[38] el diacilglicerol (DAG) y los fosfatidilinositol fosfatos (PIP), que participan en la activación mediada por el calcio de la proteína quinasa C;[39] las prostaglandinas, que son un tipo de eicosanoide derivado de los ácidos grasos que participa en la inflamación y la inmunidad;[40] las hormonas esteroides como el estrógeno, la testosterona y el cortisol, que modulan una serie de funciones como la reproducción, el metabolismo y la presión arterial; y los oxisteroles como el 25-hidroxicolesterol que son receptores X del hígado agonistas.[41] Se sabe que los lípidos de la fosfatidilserina participan en la señalización para la fagocitosis de las células apoptóticas o de trozos de células. Lo consiguen al quedar expuestos a la cara extracelular de la membrana celular tras la inactivación de flipasas que los colocan exclusivamente en la cara citosólica y la activación de scramblases, que revuelven la orientación de los fosfolípidos. Después de que esto ocurra, otras células reconocen las fosfatidilserinas y fagocitan las células o fragmentos celulares que las exponen.[42]

Las vitaminas "liposolubles" (A, D, E y K) —que son lípidos a base de isopreno— son nutrientes esenciales que se almacenan en el hígado y en los tejidos grasos, con diversas funciones. Las acilcarnitinas intervienen en el transporte y el metabolismo de los ácidos grasos dentro y fuera de las mitocondrias, donde se someten a la beta oxidación.[43] Los poliprenoles y sus derivados fosforilados también desempeñan importantes funciones de transporte, en este caso el transporte de oligosacáridos a través de las membranas. Los azúcares fosfato de polprenol y los azúcares difosfato de polprenol funcionan en las reacciones de glicosilación extracitoplasmática, en la biosíntesis de polisacáridos extracelulares (por ejemplo, la polimerización del peptidoglicano en las bacterias) y en la N-glicosilación de las proteínas eucariotas.[44][45] Las cardiolipinas son una subclase de glicerofosfolípidos que contienen cuatro cadenas de acilo y tres grupos de glicerol que son particularmente abundantes en la membrana mitocondrial interna.[46][47] Se cree que activan las enzimas implicadas en la fosforilación oxidativa.[48] Los lípidos también forman la base de las hormonas esteroides.[49]

En los animales, cuando hay un exceso de oferta de carbohidratos en la dieta, el exceso de carbohidratos se convierte en triglicéridos. Esto implica la síntesis de ácidos grasos a partir de acetil-CoA y la esterificación de los ácidos grasos en la producción de triglicéridos, un proceso llamado lipogénesis.[50] Los ácidos grasos son fabricados por ácidos grasos sintasas que polimerizan y luego reducen las unidades de acetil-CoA. Las cadenas de acilo de los ácidos grasos se extienden mediante un ciclo de reacciones que añaden el grupo acetilo, lo reducen a un alcohol, lo deshidratan a un grupo alqueno y luego lo reducen de nuevo a un grupo alcano. Las enzimas de la biosíntesis de los ácidos grasos se dividen en dos grupos, en los animales y en los hongos todas estas reacciones de la sintasa de los ácidos grasos son llevadas a cabo por una única proteína multifuncional,[51] mientras que en los plástidos de las plantas y en las bacterias son enzimas separadas las que realizan cada paso de la vía.[52][53] Los ácidos grasos pueden ser convertidos posteriormente en triglicéridos que se empaquetan en lipoproteínas y se secretan desde el hígado.

La síntesis de ácidos grasos insaturados implica una reacción de desaturación, por la que se introduce un doble enlace en la cadena de acilo graso. Por ejemplo, en los seres humanos, la desaturación del ácido esteárico por la estearoil-CoA desaturasa-1 produce el ácido oleico. El ácido graso doblemente insaturado ácido linoleico así como el triplemente insaturado ácido alfa-linolénico no pueden ser sintetizados en los tejidos de los mamíferos, por lo que son ácidos grasos esenciales y deben obtenerse de la dieta.[54]

La Beta oxidación es el proceso metabólico por el cual los ácidos grasos se descomponen en la mitocondria o en los peroxisomas para generar acetil-CoA. En su mayor parte, los ácidos grasos se oxidan mediante un mecanismo que es similar, pero no idéntico, a una inversión del proceso de síntesis de ácidos grasos. Es decir, se eliminan secuencialmente fragmentos de dos carbonos del extremo carboxilo del ácido después de los pasos de deshidrogenación, hidratación, y oxidación para formar un beta-cetoácido, que se divide por tiolisis. El acetil-CoA se convierte finalmente en ATP, CO₂ y H₂O mediante el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones. Por lo tanto, el ciclo del ácido cítrico puede comenzar en el acetil-CoA cuando la grasa se descompone para obtener energía si hay poca o ninguna glucosa disponible. El rendimiento energético de la oxidación completa del ácido graso palmitato es de 106 ATP.[55] Los ácidos grasos insaturados y de cadena impar requieren pasos enzimáticos adicionales para su degradación.