Muchas biomoléculas, contienen tanto grupos polares (o cargados iónicamente) como regiones apolares, por lo tanto son simultáneamente hidrofílicas e hidrofóbicas. Estas moléculas, como los iones de ácidos grasos (ej. Palmitato: C15H31COO-) se conocen como anfifílicas (anfífilos o anfipáticos) del griego amphi, ambos + pathos, pasión.
¿Cómo interactúan los anfifílos con un solvente acuoso? El agua tiende a hidratar la porción hidrofílica del anfífilo, pero simultáneamente tiende a excluir a la porción hidrofóbica. Por lo tanto, los anfifílos tienden a formar agregados dispersos ordenados estructuralmente.
Dentro de las estructuras que pueden formar los lípidos, se encuentran las MONOCAPAS, BICAPAS, LIPOSOMAS Y MICELAS. Además de las membranas celulares.
En soluciones acuosas, las moléculas anfifílicas como los detergentes y los jabones, forman micelas, que son agregados globulares de miles de moléculas de anfifílos cuyos gruposhidrocarbonados están que lejos del contacto del agua y la parte polar en contacto directo con las moléculas de agua a través de puentes de hidrógeno. Este arreglo molecular elimina los contactos desfavorables entre el agua y las partes hidrofóbicas de los anfífilos permitiendo la solvatación de los grupos polares. La formación de micelas, es un proceso cooperativo, pocas moléculas de anfífilo no pueden alejar sus colas hidrofóbicas del agua, consecuentemente, soluciones diluidas de anfífilos, no pueden formar micelas. Hasta que la concentración deanfífilo sobrepase la concentración micelar crítica (cmc) sucede la formación de micelas. El valor de la cmc depende del anfífilo y de las condiciones de la solución que lo contiene. Los lípidos de cadenas hidrocarbonadas sencillas tienden a formar micelas.
Los gliceofosfolípidos y los esfingolípidos tienden a formar bicapas, las formas de estos lipidos es aproximadamente rectangular, esta propiedad hace que se agreguen en micelas discoidales, llamadas bicapas lipídicas.
Una suspención de fosfolípidos en agua forma vesículas multilamelares con un arreglo parecido al de la cebolla, que están formadas por bicapas lipidicas. Después de sonicar(agitación por vibraciones ultrasónicas), estas estructuras se rearreglan formando liposomas, que son vesículas selladas, llenas de solvente que está rodeado por una sola bicapa. Con estos arreglos, se puede, experimentalmente, preparar membranas biológicas, en estas membranas, se pueden introducir proteínas para el estudio aislado del resto de los componentes celulares de un solo sistema. A este arreglo se le llama entonces proteoliposoma.
Figura: proteoliposomas.
Tomada de Edgar Vázquez-Contreras, Marietta Tuena de Gómez-Puyou, and Georges Dreyfus. (1996). PROTEIN EXPRESSION AND PURIFICATION 7, 155–159
La barra corresponde a 100 nm
Las interacciones que estabilizan a las micelas o bicapas se conocen como fuerzas hidrofóbicas o interacciones hidrofóbicas, para indicar que resultan de la tendencia del agua aescluir a los grupos hidrofóbicos. A diferencia de los puentes de hidrógeno, las interacciones hidrofóbicas son relativamente débiles y carecen de orientación. De cualquier forma, las interacciones hidrofóbicas son de suma importancia en los fenómenos biológicos, pues son responsables de la integridad de las biomoléculas, así como de los agregados supramoleculares como las membranas.
HIDROCARBUROS
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Alifáticos (o Alicíclicos) Aromáticos
contienen anillos bencénicos | |||
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Saturados Insaturados |
Alcanos Alquenos Alquinos
(enlace simple) (enlace doble) (enlace triple)
Figura: clasificación de los hidrocarburos.
Estos lípidos consisten de una molécula de glicerol que está triesterificada; su principal función es la reserva energética.
Figura: representación de las moléculas de glicerol y triacilgicérido
Los grupos R son ácidos grasos.
Los triacilglicéridos (TAG) (triacilgliceroles o grasas), son la reserva principal de energía metabólica en animales y el 90 % de la ingesta de lípidos.
Figura: representación de un TAG
Al igual que la glucosa, son metabólicamente oxidados a CO2 y agua, muchos de sus átomos tienen estados de oxidación más bajos que los de la glucosa, su metabolismooxidativo rinde el doble de la energía que una cantidad igual de carbohidratos o proteínas en peso seco.
DH (kcal/g peso seco)
Carbohidratos 66.994
Grasas 154.808
Proteínas 71.128
Las grasas se almacenan en ambientes anhidros. El glucógeno se almacena en forma hidratada, la cual contiene aproximadamente el doble de su peso seco, por lo tanto las grasas proveen más de seis veces la energía metabólica que el mismo peso de glucógeno hidratado.
Las enzimas digestivas de los TAGs son hidrosolubles, su digestión se lleva a cabo en interfases lípido-agua. La velocidad de este proceso, depende entonces del área superficial de la interfase, la cual se incrementa por los movimientos peristálticos del intestino combinados con la emulsificación de los ácidos biliares (detergentes digestivos sintetizados en el hígado y llevadas al intestino delgado en donde la digestión y absorción lipídica se lleva a cabo).
La lipasa pancreática (TAG lipasa; estructura tridimensional resuelta), hidroliza a los TAG en posición 1 y 3 formando secuencialmente 1,2-diacilglicerol y 2-acilglicerol y las sales deNa+ y K+ de los ácidos grasos (jabones que ayudan a la emulsificación).
La TAG lipasa presenta activación superficial i.e. su actividad se incrementa al entrar en contacto con la interfase lípido-agua, no se une a la interfase, está en contacto con lacolipasa (1:1). El sitio catalítico de la enzima, residuos 1-336 (tiene 449) contiene una triada parecida a la que se encuentra en la serin proteasas (Ser, His y Asp) y la enzima sufre un cambio conformacional para realizar su catálisis.
Los fosfolípidos son degradados por la fosfolipasa pancreática A2 (estructura tridimensional resuelta en veneno de cobra y de abeja), la cual por hidrólisis corta en la posición 2 del glicerol para dar el lisofosfolípido correspondiente, el cual es también un detergente. De hecho la lecitina (fosfatidilcolina) es secretada en la bilis presumiblemente para ayudar a la digestión de lípidos. La reacción se lleva preferencialmente en interfases al igual que la TAG lipasa, pero ésta no lleva a cabo un cambio conformacional en la catálisis, contiene un poro o canal, por medio del cual el substrato llega al sitio catalítico. En vez de triada catalítica, contiene una diada (His y Asp) junto con una molécula de agua
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Figura: Sitios de acción de las fosfolipasas.
Los productos de la digestión de los lípidos, son absorbidos por las células de la mucosa intestinal (en el intestino delgado) el proceso es facilitado por los ácidos biliares que ayudan a formar micelas. Organismos con los conductos biliares obstruidos absorben muy poca cantidad del total de la dieta lipídica, pero eliminan formas hidrolizadas de éstos en las heces (a este trastorno se le conoce como ESTEATORREA). Los ácidos biliares son esenciales para el transporte de los productos de la digestión de los lípidos, no sólo para su degradación, así mismo son necesarios para el transporte de vitaminas liposolubles (A,D,E y K).
Dentro de las células intestinales, los ácidos grasos forman un complejo con la proteína intestinal que une ácidos grasos (I-FABP; estructura tridimensional resuelta) incrementa la solubilidad de éstas moléculas y protege contra la acción detergente de las mismas.
Los productos de la digestión de los lípidos que son absorbidos por la mucosa intestinal, son transformados en TAG y empacados en partículas de lipoproteínas llamadas QUILOMICRONES o bien en lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) en el hígado. Estas partículas se liberan al torrente sanguíneo vía el sistema linfático para llegar a todos los tejidos.
Los componentes de los quilomicrones y las VLDL son hidrolizados a ácidos grasos libres y glicerol en los capilares del tejido adiposo y músculo esquelético por la acción de la lipoproteína lipasa, entonces los ácidos grasos libres pueden ser utilizados y/o almacenados, mientras que el glicerol es transportado al hígado o riñón en donde es transformado en DHAP por la reacción secuencial de la glicerol cinasa y la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa.
Figura: destino del glicerol de los TAG´s hidrolizados
La mobilización de los TAG almacenados en el tejido adiposo necesita de su hidrólisis para generar glicerol y ácidos grasos libres, esta reacción es catalizada por la TAG lipasa sensible a hormonas. Los ácidos grasos libres son liberados al torrente sanguíneo en donde se unen a la ALBÚMINA (monómero 65 kD que representa la mitad de la proteína sérica). En ausencia de esta proteína, la solubilidad de los ácidos grasos libres es del orden de 10-6 M, por arriba de esta concentración, forman micelas y son detergentes (pueden destruir la estructura de las membranas celulares). En complejo con albúmina, su solubilidad es de 2 mM. Hay organismos que presentan muy poca albúmina en sangre (ANALBUMINEMIA), no presentan graves síntomas, sus ácidos grasos son evidentemente transportados por otras proteínas séricas.
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