¡Descarga Dominio Fosfolípidos: Estructura, Funciones y Tipos y más Apuntes en PDF de Bioquímica Médica solo en Docsity!
Componentes lipídicos de las membranas
biológicas:
Fosfolípidos : Son los primeros y más importantes componentes estructurales de las membranas. Además, cuantiosos fosfolípidos son agentes emulsionantes y agentes superficiales activos. Agente superficial activo: sustancia que disminuye la tensión superficial de un líquido, en general el agua, de forma que se disperse por una superficie. El dominio hidrófobo está formado en gran parte por las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos; el dominio hidrófilo, que se denomina grupo de cabeza polar, contiene fosfato y otros grupos cargados o polares. Cuando los fosfolípidos se suspenden en agua, se reagrupan de manera espontánea en estructuras ordenadas que al formarse provocan que los grupos hidrófobos de los fosfolípidos queden enterrados en el interior para excluir el agua. Los grupos de cabeza hidrófilos se orientan de forma tal, que quedan expuestos al agua. Cuando hay moléculas de fosfolípidos en una concentración suficiente, forman capas bimoleculares. Esta propiedad de los fosfolípidos (y de otras moléculas lipídicas anfipáticas) es la base de la estructura de las membranas. Tipos : Fosfoglicéridos Esfingomielinas Fosfoglicéridos : moléculas que contienen glicerol, ácidos grasos, fosfato y un alcohol (p. ej., colina). Esfingomielinas : contienen esfingosina en lugar de glicerol. Debido a que las esfingomielinas también se clasifican como esfingolípidos, sus estructuras y sus propiedades se consideran por separado. Los fosfoglicéridos son los fosfolípidos más numerosos de las membranas celulares. El fosfoglicérido más sencillo, el ácido fosfatídico, es el precursor de las demás moléculas de fosfoglicéridos. El ácido fosfatídico está formado por glicerol-3-fosfato esterificado con dos ácidos grasos. Los fosfoglicéridos se clasifican según el alcohol que se esterifique con el grupo fosfato. Por ejemplo, si el alcohol es la colina, la molécula se denomina fosfatidilcolina (PC) (que también se llama lecitina). Los ácidos grasos más comunes de los fosfoglicéridos tienen entre 16 y 20 carbonos. Los ácidos grasos saturados suelen encontrarse en el C-1 del glicerol. El fosfatidilinositol también es un componente estructural importante de las anclas de glucosilfosfatidilinositol (GPI). Las anclas de GPI, que contienen además un grupo trimanosilglucosamina y fosfoetanolamina, fijan determinadas proteínas a la superficie externa de la membrana plasmática. Las proteínas se adhieren a la molécula ancla mediante un enlace amida entre el carboxilo terminal de la proteína y el nitrógeno amino de la etanolamina. Los dos ácidos grasos del componente fosfatidilinositol están embebidos en la membrana plasmática. Fosfolipasas :
Hidrolizan enlaces ésteres en las moléculas de glicerofosfolípidos. Se clasifican según el enlace específico que dividan. Las fosfolipasas A1 (PLA1) y A2 (PLA2) hidrolizan enlaces éster en C1 y C2 del glicerol, respectivamente. Los productos de PLA1 y PLA2 son un ácido graso y una lisofosfatida (un glicerofosfolípido al que se le retiró un ácido graso). La fosfolipasa B (PLB) puede hidrolizar los enlaces éster C-1 y C-2. Las fosfolipasas C (PLC) y D (PLD) son fosfodiesterasas que producen diacilglicerol y ácido fosfatídico, respectivamente. Las fosfolipasas tienen tres funciones principales: remodelación de membrana, transducción de señales y digestión. Algunos organismos también las usan como armas biológicas. Funciones : Remodelación de membrana Transducción de señales Digestión Fosfolipasas tóxicas Remodelación de membrana: Las células utilizan fosfolipasas para modificar la flexibilidad de las membranas mediante el ajuste de la proporción de ácidos grasos saturados e insaturados, o para reponer un ácido graso dañado. El retiro del ácido graso de un fosfolípido va seguido de una reacción de reacilación catalizada por una aciltransferasa. Transducción de señales Muchas hormonas inician mecanismos de transducción de señal que implican hidrólisis de fosfolípidos. Por ejemplo, la división catalizada por PLC de fosfatidil-4,5-bisfosfonato (PIP2), un derivado fosforilado del fosfatidilinositol, genera las moléculas señalizadoras inositol-1,4,5- trifosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG). La síntesis de eicosanoides se inicia con la liberación de ácido araquidónico catalizada por PLA2. Digestión En los mamíferos, la digestión de grasa ocurre en el intestino delgado, donde las sales biliares convierten los grandes glóbulos de grasa en gotas más pequeñas sobre las que pueden actuar las enzimas. Las fosfolipasas pancreáticas, que se secretan al intestino delgado junto con otras enzimas digestivas, degradan los fosfolípidos de la dieta. Las fosfolipasas lisosómicas degradan los componentes fosfolipídicos de las membranas celulares. Fosfolipasas tóxicas Varios organismos utilizan fosfolipasas que degradan la membrana como una forma de atacar a otra especie. Por ejemplo, a PLA2 de los venenos de las serpientes no sólo digiere las membranas celulares en el sitio de la mordedura, también causa diversas formas de daño sistémico (p. ej., necrosis del músculo esquelético y cardiaco, neurotoxicidad, lisis de eritrocitos). Esfingolípidos : Son componentes importantes de las membranas animales y de las vegetales. Todas las moléculas de esfingolípidos contienen un aminoalcohol de cadena larga. En los animales, este alcohol es principalmente la esfingosina. La fitoesfingosina se encuentra en los esfingolípidos de los vegetales. El núcleo de cada clase de esfingolípido es una ceramida, un derivado amida de ácido graso de la esfingosina. En la esfingomielina, el grupo hidroxilo 1 de la ceramida está esterificado con el grupo fosfato de la fosfatidilcolina o la fosfatidiletanolamina. La vaina de mielina se forma por envolturas sucesivas de la membrana celular de una célula mielinizante especializada que se encuentra alrededor del axón de una célula nerviosa. Sus propiedades aislantes facilitan la transmisión rápida de los impulsos nerviosos. Las ceramidas también son precursoras de los glucolípidos, que suelen denominarse glucoesfingolípidos. En los glucolípidos, se encuentran unidos a la ceramida un monosacárido, un disacárido o un oligosacárido mediante un enlace O- glucosídico. Los glucolípidos se diferencian
miles de unidades de isopreno. La goma natural es un politerpeno formado por entre 3 000 y 6 000 unidades de isopreno. Los dolicoles son alcoholes poliisoprenoides (de 16 a 19 unidades de isopreno) que funcionan como transportadores de azúcar en la síntesis de glucoproteínas. Numerosas biomoléculas importantes están formadas por componentes no terpénicos unidos a grupos isoprenoides (a menudo denominados grupos prenilo o isoprenilo). Entre estas moléculas, que se denominan terpenoides mixtos, se encuentran la vitamina E (el alfa-tocoferol), la ubiquinona vitamina K y algunas plastoquinonas. En la actualidad se sabe que diversas proteínas de las células eucariotas están unidas de manera covalente a grupos prenilo después de su biosíntesis en los ribosomas. Los grupos prenilo que más participan en este proceso, denominado prenilación, son los grupos farnesilo y geranilgeranilo. La función de la prenilación proteínica no está clara. Hay algunas pruebas de que participa en el control del crecimiento celular. Por ejemplo, las proteínas Ras, un grupo de reguladores del crecimiento celular, se activan por reacciones de prenilación. ESTEROIDES: Son derivados de triterpenos con cuatro anillos fusionados. Se encuentran en todas las eucariotas y en un pequeño número de bacterias. Los esteroides se diferencian entre sí por la posición de los dobles enlaces carbonocarbono y por diversos sustituyentes (p. ej., grupos hidroxilo, carbonilo y alquilo). El colesterol, una molécula importante de los animales, es un ejemplo de un esteroide, es precursor de la biosíntesis de todas las hormonas esteroideas, de la vitamina D y de las sales biliares. El colesterol (C-27) se forma a partir del triterpeno lineal escualeno (C-30) por medio del cierre de anillos intramoleculares, de oxidación y de división. El único doble enlace que se retiene migra a la posición Δ5, y el C-3 se oxida a un grupo hidroxilo, lo cual justifica la clasificación como esterol. (Aunque el término esteroide es más adecuado para designar a las moléculas que contienen uno o varios grupos carbonilo o carboxilo, suele utilizarse para describir todos los derivados de la estructura de anillos esteroideos.) En general el colesterol se almacena dentro de las células como un éster de ácido graso. La reacción de esterificación es catalizada por la enzima acil-CoA:colesterol aciltransferasa (ACAT), localizada en la cara citoplasmática del retículo endoplásmico. Los glucósidos son acetales que contienen carbohidratos. Aunque varios glucósidos cardiacos son en extremo tóxicos (p. ej., ouabaína, obtenida de las semillas de la planta Strophantus gratus o adelfa trepadora), otros tienen propiedades medicinales valiosas. Por ejemplo, los digitálicos, extractos de las hojas secas de Digitalis purpurea (planta dedalera), son estimuladores de la contracción del músculo cardiaco cuyo uso se ha consagrado con el tiempo. La digitoxina, el principal glucósido “cardiotónico” de los digitálicos, se utiliza para tratar la insuficiencia cardiaca congestiva, una enfermedad en la que el corazón está tan dañado por procesos patológicos (p. ej., infarto al miocardio) que el bombeo está deteriorado. En dosis superiores a las terapéuticas, la digitoxina es muy tóxica. Tanto la ouabaína como la digitoxina inhiben la Na+-K+ ATPasa. CONCEPTOS CLAVE
- Los isoprenoides son un gran grupo de biomoléculas con unidades repetidas que derivan del isopentenilpirofosfato.
- Existen dos clases de isoprenoides: los terpenos y los esteroides. CONCEPTOS CLAVE
- Los esfingolípidos, componentes importantes de las membranas de los animales y de los vegetales, contienen un aminoalcohol complejo de cadena larga (bien esfingosina o fitoesfingosina).
- El núcleo de cada esfingolípido es una ceramida, un derivado amida de ácido graso de la molécula de alcohol. Los glucolípidos son derivados de la ceramida que poseen un componente carbohidrato.
Componentes lipídicos de las membranas
biológicas: Colesterol
Composición : Los lípidos se encuentran dispuestos en forma de bicapa, mientras que las proteínas se disponen en forma irregular y asimétrica entre los mismos. Estos componentes confieren un cierto grado de movilidad a la membrana dando lugar al modelo conocido como mosaico fluido. Los componentes principales de las membranas celulares son: Fosfolípidos. Esteroles. Glucolípidos. Lipopolisacárido. Proteínas. Fosfolípidos : Son moléculas anfipáticas compuestas por una región hidrofílica o cabeza polar y una región hidrofóbica compuesta por dos cadenas hidrocarbonadas de ácidos grasos que constituyen la región apolar o colas apolares. La región polar presenta un grupo NH3 y se conecta a la región apolar mediante la presencia de una molécula de glicerol, la cual se une a las colas apolares mediante enlaces de tipo éster. La región apolar se compone de dos cadenas hidrocarbonadas de longitud variable (comprendidas entre 14 y 24 átomos de carbono, generalmente). Las colas apolares presentan un cierto grado de movilidad debido a su estructura y a la posible presencia de dobles enlaces. Los ácidos grasos insaturados determinan el empaquetamiento en el plano lateral de la bicapa. Generalmente, en la región externa de las bicapas se encuentra fosfatidilcolina, esfingomielina y glucolípidos, mientras que en la región interna se encuentra fosfatidiletanolamina y fosfatidilserina. En algunos casos, las bacterias son capaces de modificar la proporción entre ácidos grasos saturados e insaturados, con el fin de mantener la fluidez de la bicapa frente a variaciones del medio externo (por ejemplo, variaciones de la temperatura). Esteroles : El colesterol, es el esterol más habitual presente en las membranas celulares eucariotas, mientras que las membranas procariotas carecen de esta molécula. El colesterol se encuentra insertado en la bicapa con su grupo hidroxilo C3 próximo a las cabezas polares de los fosfolípidos y su región apolar integrada entre las cadenas hidrocarbonadas apolares de los mismos. Las moléculas de colesterol actúan como reguladoras de la fluidez de la membrana, evitando los cambios bruscos que produciría en la misma, por ejemplo, un incremento de la temperatura. En el caso de los organismos que carecen de colesterol, la función de estabilidad de la bicapa es proporcionada por otro tipo de esteroles, como el ergosterol. Glucolípidos : son moléculas lipídicas que presentan en su estructura cadenas de polisacáridos que quedan expuestas en el espacio extracelular. Estos lípidos, se diferencian entre sí por la naturaleza de la parte glucídica que exponen. En las membranas citoplasmáticas de los organismos eucariotas y procariotas, los glucolípidos mayoritarios son los neutros, llamados así por presentar una cabeza polar formada por azúcares neutros. Estos componentes de la bicapa pueden presentar función de protección y aislamiento, así como constituir una zona de reconocimiento para otras moléculas. Lipopolisacárido : presente en la membrana externa de las bacterias Gram negativas, CONCEPTOS CLAVE
- Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas que desempeñan funciones importantes en los seres vivos como componentes de las membranas, agentes emulsionantes y agentes superficiales activos.
- Existen dos clases de fosfolípidos: los fosfoglicéridos y las esfingomielinas.
COO–) de los ácidos grasos, el fosfato (– PO4–) de los fosfolípidos, etc. El colesterol está ampliamente distribuido entre los animales y es un componente habitual de la membrana plasmática, donde contribuye a regular su fluidez. Con mucha frecuencia aparece esterificado a ácidos grasos, y es la forma en que normalmente se almacena y se transporta por la sangre. El colesterol es el precursor metabólico de otros esteroides como los calciferoles, las hormonas esteroideas y los ácidos biliares. Una vez sintetizado, el organismo animal es incapaz de romper el sistema de anillos, de modo que es excretado como tal. Por este motivo, al ser poco soluble, el colesterol tiende a precipitar en el endotelio de los vasos sanguíneos, dando lugar a la arterioesclerosis, una de las causas de mortalidad más frecuentes en los países desarrollados. La estructura molecular del colesterol incluye cuatro carbociclos como esqueleto, un grupo hidroxilo en el carbono tres, un enlace doble entre el carbono 5 y 6 y una cadena iso-octil en el carbono 17. Los anillos del colesterol están fusionados en configuración trans, lo cual hace que la molécula sea plana y rígida, menos la cadena iso-octil que es flexible. El grupo hidroxilo es la parte polar del colesterol y la que le da carácter anfipático a la molécula. Una de las funciones más importantes del colesterol es su habilidad para modular las propiedades fisicoquímicas de las membranas celulares. Además se sabe que juega un papel muy importante en la organización lateral de la membrana. Así, en mezclas con fosfatidilcolinas saturadas y esfingomielina forma la denominada fase líquida ordenada (Lo), mientras que cuando se une con fosfatidilcolinas insaturadas se forma la fase líquida desordenada (Ld). Además se conoce que se mezcla mejor con lípidos saturados o con aquellos que tienen pocas insaturaciones. El colesterol consiste en que tiene la capacidad de formar dominios ordenados, con baja curvatura (de tipo “raft”) y al mismo tiempo es capaz de llevar a cabo numerosos procesos de fusión que requieren, por el contrario, máxima flexibilidad e intermediarios estructurales no lamelares. Importancia fisiológica: La función de la membrana es la de proteger el interior de la célula frente al líquido extracelular que tiene una composición diferente y de permitir la entrada de nutrientes, iones o otros materiales específicos. También se intercomunica con otras células a través de las hormonas, neurotransmisores, enzimas, anticuerpos, etc. GRADIENTE ELECTROQUIMICO El gradiente electroquímico es debido a que el número de iones (partículas cargadas) del líquido extracelular es muy diferente del del citosol (*). En el líquido extracelular los iones más importantes son el Na+ y el Cl-, mientras que en el interior de la célula predomina el K+ y fosfatos orgánicos aniónicos. Como resultado de esto, existe una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrama ( potencial de membrana ) que se mide en voltios. El voltage en las células vivas es de -20 a - mV (milivoltios), representando el signo negativo que el interior es más negativo que el exterior. En algunas condiciones especiales, algunas células pueden tener un potencial de membrana positivo PERMEABILIDAD SELECTIVA La membrana plasmática regula la entrada y salida de materiales, permitiendo la entrada de unos y restingiendo el paso de otros. Esta propiedad se llama permeabilidad selectiva La membrana es permeable cuando permite el paso, más o menos fácil, de una sustancia. La permeabilidad de la membrana depende de varios factores relacionados con las propiedades físico-químicas de la sustancia: o Solubilidad en los lípidos : Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas hidrófobas, no polares) penetran con
facilidad en la membrana dado que esta está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos. o Tamaño : la mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana. Sólo un pequeño número de moleculas no polares de pequeño tamaño pueden atravesar la capa de fosfolípidos o Carga : Las moleculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales proteícos o con la ayuda de una proteína transportadora. Eicosanoides o icosanoides: grupo de moléculas de carácter lipídico originadas de la oxidación de los ácidos grasos esenciales de 20 carbonos tipo omega-3 y omega-6. Todos los eicosanoides son moléculas de 20 átomos de carbono y están agrupados en prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos, y ciertos hidroxiácidos precursores de los leucotrienos. Constituyen las moléculas involucradas en las redes de comunicación celular más complejas del organismo animal, incluyendo el ser humano. De cada tipo de molécula agrupada dentro de los eicosanoides derivan dos o tres moléculas producidas, bien sea a raíz de un ácido graso esencial tipo ω- o del tipo ω-6. Se notará que las actividades metabólicas de los derivados de eicosanoides dependen de su estructura molecular y, por lo general, su estructura individual explica los efectos orgánicos del omega-3 y del omega-6. De los eicosanoides, las prostaglandinas y los tromboxanos incluyen anillos saturados y heterocíclicos, mientras que los leucotrienos y los hidroxiácidos son lineales (abiertas de principio a fin de su cadena). Todos ellos derivan del ácido araquidónico (AA), y son ácidos grasos esenciales. Además del ácido araquidónico, otros ácidos grasos esenciales también pueden servir como precursores en la formación de estas moléculas, por ejemplo, el ácido linoleico. Las prostaglandinas tienen 20 átomos de carbono, un grupo de ácido carboxílico y un anillo de cinco carbonos como parte de su estructura. Todas las prostaglandinas tienen un ciclopentano (un anillo de cinco (penta) carbonos), excepto la prostaglandina I2, que tiene un anillo adicional. Los tromboxanos son moléculas cíclicas (heterociclo) bien sea de 6 carbonos o de 5 carbonos con 1 oxígeno, formando este último un pequeño anillo de oxano—un anillo que contiene 5 átomos de carbono y un átomo de oxígeno. Tienen estructuras parecidas a las prostaglandinas y siguen la misma nomenclatura. Constan de un anillo y dos colas. Se encontraron primeramente en los trombocitos (plaquetas), de allí su nombre tromboxano. Los leucotrienos son moléculas lineales. Se identificaron en leucocitos y por ello se les conoce como leucotrieno. Aunque tienen cuatro enlaces dobles, inicialmente se pensaba que tenían 3 dobles enlaces conjugados (de allí trieno). Su producción en el cuerpo forma parte de una compleja secuencia metabólica que incluye la producción de histamina. El ácido linoleico (un ω-6) tiene la última insaturación a seis posiciones del final y producen el ácido araquidónico y pueden formar directamente la prostaglandina G2 (pro- inflamatorios). La palabra linoleico viene de la planta lino y -oleico relacionado con los aceites oleicos. El ácido linolénico (un ω-3) tiene la última insaturación a 3 posiciones del final, impidiéndoles producir ácido araquidónico por sí mismos. Son capaces de producir la prostaglandina G3 (lo que les otorga propiedades antiinflamatorias). Debido a la carencia de las enzimas que sintetizan este ácido graso esencial, los seres humanos no producen ácido linolénico y deben obtenerlo a
