Semana 13: Lípidos - Química - 28/10/2024 - USMP

SEMANA 13: LIPIDOS QUÍMICA 28/10/2024 Mg. Flor Silva Meza. Información de contacto: [email protected] Medicina Ciclo I ÍNDICE Clasificación, estructura química, la clasificación delta y omega, clasificación nutricional, ácidos grasos esenciales y sus fuentes. Lípidos y membrana. Difere...

SEMANA 13: LIPIDOS QUÍMICA 28/10/2024 Mg. Flor Silva Meza. Información de contacto: [email protected] Medicina Ciclo I ÍNDICE Clasificación, estructura química, la clasificación delta y omega, clasificación nutricional, ácidos grasos esenciales y sus fuentes. Lípidos y membrana. Diferencias entre membranas biológicas y no biológicas. Ácidos grasos esenciales y desarrollo cerebral y respuesta al estrés. Ácidos grasos trans. La comida “chatarra”. Fecha Mg. Flor Silva Meza, Medicina Ciclo I. actualizada:07/04/2024 LIPIDOS Los lípidos son un grupo químico insoluble en agua. En muchos organismos, las grasas y los aceites son las formas principales de almacenamiento energético mientras que los fosfolípidos y los esteroles constituyen los principales elementos estructurales de las membranas biológicas, otros lípidos en cantidades pequeñas trabajan como cofactores enzimáticos, transportador categorías es electrónicos, pigmentos que absorben luz, etc. Estos se pueden organizar en 8 categorías generales según su estructura. LIPIDOS Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos con cadenas de 4 a 36 carbonos. En algunos casos esta cadena esta saturada (sin dobles enlaces ni ramificaciones). Unos cuantos contienen anillos de tres carbonos, grupos hidroxilo o grupos metilo ramificados. LIPIDOS CLASIFICACIO N DE LOS LIPIDOS ESTRUCTURA QUÍMICA DE LOS LIPIDOS ESTRUCTURA QUÍMICA DE LOS LIPIDOS ESTRUCTURA QUÍMICA DE LOS LIPIDOS ÁCIDOS GRASOS ESENCIALES Y SUS FUENTES ÁCIDOS GRASOS ESENCIALES Y DESARROLLO CEREBRAL Y RESPUESTA AL Funciones para la salud ESTRÉS. La ingesta suficiente de ácidos grasos poliinsaturados (omega-3 y omega-6) es importante por el papel crucial que desempeñan en: El desarrollo y mantenimiento de una correcta función cerebral La visión Las respuestas inmunitarias e inflamatorias La producción de moléculas semejantes a las hormonas La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), ha confirmado que se han demostrado unos claros beneficios para la salud de la ingesta de ácidos omega-3 poliinsaturados ácido (docosahexaenoico y eicosapentaenoico) en la dieta, ya que contribuyen al: Mantenimiento de una presión arterial normal; Mantenimiento de una concentración normal de triglicéridos. ÁCIDOS GRASOS ESENCIALES Y DESARROLLO CEREBRAL Y RESPUESTA AL ESTRÉS. LÍPIDOS Y MEMBRANA La organización y propiedades de las membranas celulares está determinada por las características de sus componentes, lípidos, proteínas y carbohidratos. Sin embargo, la diversidad (hay más de mil tipos de lípidos diferentes) y su organización espacial (formando un bicapa) hacen a los lípidos esenciales. Así, ellos definen las propiedades físicas de las membranas. La longitud y el grado de saturación de sus ácidos grasos regulan la fluidez y el grosor de la membrana, y su distribución desigual crea asimetría en las membranas. LÍPIDOS Y MEMBRANA LÍPIDOS Y MEMBRANA Mediante interacciones electroquímicas son capaces de modular la actividad de las proteínas de membrana. Se ha postulado que las interacciones moleculares entre ciertos lípidos producen la segregación de dominios espaciales y funcionales en áreas restringidas de la membrana que afectan también a la localización de las proteínas y a sus funciones. Son las denominadas balsas de lípidos o "lipid rafts". Pero además pueden actuar como segundos mensajeros que abandonan la membrana, viajan a compartimentos intracelulares y desencadenan respuestas celulares. LÍPIDOS Y MEMBRANA Los lípidos constituyen aproximadamente el 50 % del peso de las membranas, con unos 5 millones de moléculas por µm2. Las membranas celulares de una célula eucariota contienen más de 1000 tipos de lípidos que aparecen en distinta proporción según el tipo de membrana que estemos considerando. Se estima que aproximadamente el 5 % de los genes de una célula están dedicados a producir sus lípidos. Los lípidos de membrana se caracterizan por poseer una parte apolar o hidrófoba que constituye la parte interna de la membrana y por una parte hidrofílica que está en contacto con el medio acuoso formando las dos superficies de la membrana. Por ello se dice que son moléculas anfipáticas. Se clasifican en tres grupos según su estructura y composición molecular: glicerofosfolípidos (también denominados glicerolípidos, fosfoglicéridos o simplemente fosfolípidos), los esfingolípidos y los esteroles. LÍPIDOS Y MEMBRANA 1. Fosfoglicéridos o glicerofosfolípidos Son los lípidos más abundantes ya que representan más del 70 % de los lípidos de las membranas celulares. Estructuralmente constan de tres partes: dos cadenas de ácidos grasos, una molécula de glicerol y un grupo fosfato al que se unen moléculas de diversa naturaleza y que aportan gran parte de la variabilidad de estos lípidos. Las cadenas de ácidos grasos contienen de 13 a 19 átomos de carbono de longitud. La mayoría de los enlaces entre estos carbonos son simples y por tanto se dice que son enlaces saturados. Sin embargo, más de la mitad de estos ácidos grasos tienen al menos un doble enlace entre dos átomos de carbono.  LÍPIDOS Y MEMBRANA Hablamos entonces de ácidos grasos insaturados. Los dobles enlaces hacen que la cadena de ácido graso se doble y, aunque restrinja las posibilidades de movimiento de la cadena, un aumento de la proporción de estos dobles enlaces aumenta la fluidez de la membrana puesto que provoca más separación entre moléculas. Los ácidos grasos constituyen la parte hidrofóbica (fobia por el agua) de los glicerofosfolípidos y son los que constituyen la parte interna de las membranas.  Esfingolípidos: Deben su nombre a que poseen una molécula LÍPIDOS Y MEMBRANA de esfingosina, un alcohol nitrogenado con una cadena carbonada larga, a la cual se le une una cadena de ácido graso, formando la estructura básica denominada ceramida. A la ceramida se le une una parte hidrofílica que puede ser de diversa naturaleza.  ESTEROLES El colesterol es el esterol más importante de las células animales y el tercer tipo de lípido más abundante en la membrana plasmática (hasta el 25 % del total de lípidos), mientras que aparece en pequeñas proporciones en las membranas de los orgánulos celulares como las del retículo endoplasmático (1 %), mitocondrias y lisosomas. El colesterol no aparece en las membranas de las plantas, en algunas células eucariotas, ni en las bacterias, pero estas células tienen otro tipo de esteroles. Los esteroles son esenciales para la integridad y funcionamiento de las membranas eucariotas. Sirven para modular la rigidez, la fluidez y la permeabilidad. Además, contribuyen también a modular la actividad de los receptores acoplados a proteínas G y facilitan la transducción de señales y el tráfico vesicular. El colesterol se localiza entre las cadenas de ácidos grasos de los otros lípidos. Es importante para la organización de la membrana, sobre todo la plasmática, puesto que junto con los esfingolípidos parece contribuir a  TIPOS DE MEMBRANAS Si bien no existe una única clasificación de los distintos tipos de membrana, sí existen distintos tipos de criterios para poder clasificarlas, lo que ayuda a comprender mejor el funcionamiento de los procesos de membranas para el tratamiento de agua. Según su naturaleza: Membranas naturales: Biológicas. No biológicas. Membranas sintéticas: Inorgánicas: metálicas o cerámicas. Poliméricas. Líquidas: de volumen, emulsión. Compuestas: por capas, por inclusión o por mezcla de polímeros. DIFERENCIAS ENTRE MEMBRANAS BIOLÓGICAS Y NO BIOLÓGICAS Las membranas biológicas y no biológicas (sintéticas) presentan varias diferencias fundamentales en términos de estructura, composición, función y propiedades. A continuación, se enumeran las principales diferencias: 1. Composición Membranas Biológicas: Lípidos: Principalmente fosfolípidos que forman una bicapa lipídica. Otros lípidos incluyen colesterol y esfingolípidos. Proteínas: Integrales y periféricas que realizan funciones específicas como transporte, señalización y catálisis. Carbohidratos: Unidos a lípidos (glucolípidos) y proteínas (glucoproteínas), participan en el reconocimiento celular y la comunicación. Agua: Componente esencial para mantener la estructura y funcionalidad de las membranas. DIFERENCIAS ENTRE MEMBRANAS BIOLÓGICAS Y NO BIOLÓGICAS 2. Estructura Membranas Biológicas Bicapa Lipídica: Compuesta por dos capas de fosfolípidos con cabezas hidrofílicas orientadas hacia el exterior y colas hidrofóbicas hacia el interior. Asimetría: La distribución de lípidos, proteínas y carbohidratos no es uniforme entre las dos hojas de la bicapa. Dinamismo: Alta fluidez lateral de componentes dentro de la bicapa, permitiendo flexibilidad y movilidad. Membranas No Biológicas Variedad de Estructuras: Pueden ser homogéneas, multicapa, porosas o no porosas, dependiendo del diseño y aplicación. Simplicidad: Generalmente, tienen una estructura más simple y menos dinámica comparada con las membranas biológicas. DIFERENCIAS ENTRE MEMBRANAS BIOLÓGICAS Y NO BIOLÓGICAS 3. Función: Membranas Biológicas Selectiva Permeabilidad: Regulan el paso de sustancias entre el interior y el exterior de la célula o compartimento celular. Transporte Activo y Pasivo: Incluyen canales y bombas para el transporte de iones y moléculas. Señalización: Contienen receptores que detectan y transmiten señales externas. Adhesión y Reconocimiento Celular: Glucoproteínas y glucolípidos participan en la interacción y comunicación celular. Membranas No Biológicas Filtración y Separación: Utilizadas en procesos industriales para filtrar, separar o purificar sustancias. Protección y Contención: Actúan como barreras físicas en aplicaciones industriales y médicas. DIFERENCIAS ENTRE MEMBRANAS BIOLÓGICAS Y NO BIOLÓGICAS 4. Propiedades Físicas y Químicas Membranas Biológicas Fluidez y Elasticidad: Permiten la deformación sin ruptura, importante para procesos como la endocitosis y exocitosis. Autoensamblaje: Los lípidos y proteínas se ensamblan espontáneamente en estructuras funcionales. Autorreparación: Capacidad de repararse después de daños menores. Membranas No Biológicas Durabilidad: Diseñadas para resistir desgaste mecánico y químico prolongado. Estabilidad Térmica y Química: Pueden soportar temperaturas y ambientes extremos. Personalización: Sus propiedades pueden ser modificadas mediante la DIFERENCIAS ENTRE MEMBRANAS BIOLÓGICAS Y NO BIOLÓGICAS 5. Aplicaciones: Membranas Biológicas: Células y Organelos: Forman la barrera y delimitan el espacio funcional de células y organelos. Biosensores: Utilizan proteínas y lípidos naturales para detectar y medir sustancias químicas y biológicas. Biocompatibilidad: Ideal para aplicaciones en medicina regenerativa y terapias celulares. Membranas No Biológicas: Industria: Utilizadas en desalación, purificación de agua, y procesamiento químico. Tecnología Médica: En dispositivos médicos como filtros, dializadores y cápsulas de liberación controlada. Energía: Empleadas en pilas de combustible y sistemas de energía renovable. Las membranas biológicas y no biológicas, aunque comparten la función general de actuar como barreras selectivas, difieren significativamente en su composición, estructura, propiedades y aplicaciones. Las membranas biológicas son complejas y DIFERENCIAS ENTRE MEMBRANAS BIOLÓGICAS Y NO BIOLÓGICAS Característica Membranas Biológicas Membranas No Biológicas Materiales sintéticos Lípidos, proteínas, Composición (polímeros o láminas colesterol, carbohidratos lipídicas simples) Bicapa lipídica con proteínas Generalmente homogénea y Estructura integrales y periféricas menos compleja Puede ser selectiva, pero Selectiva, regulada por Permeabilidad depende del material proteínas de transporte sintético Alta, debido a la Baja, aunque algunos Flexibilidad y Fluidez organización de fosfolípidos polímeros pueden imitar la y colesterol fluidez Transporte, comunicación Separación de sustancias, Función celular, señalización filtración, encapsulación Capacidad de No se autor reparan, deben Mantenimiento y  ÁCIDOS GRASOS TRANS. Estructura y Formación Los ácidos grasos trans son un subgrupo de los ácidos grasos insaturados. En estos, los dobles enlaces tienen una configuración geométrica "trans", lo que significa que los átomos de hidrógeno están en lados opuestos del enlace, en contraste con la configuración "cis", en la cual los hidrógenos están en el mismo lado.  ÁCIDOS GRASOS TRANS. Estructura y Formación La estructura trans da lugar a una cadena de hidrocarburos más lineal, similar a la de los ácidos grasos saturados, lo que contribuye a una mayor estabilidad física (como un punto de fusión más alto) y afecta las propiedades biológicas de la molécula. Esto significa que a temperatura ambiente, los ácidos grasos trans pueden estar en forma sólida, como es el caso de algunas margarinas y productos horneados.  ÁCIDOS GRASOS TRANS. Fuentes y Formación 1. Proceso de Hidrogenación Industrial: La hidrogenación parcial de aceites vegetales es un proceso industrial que convierte aceites líquidos en grasas semisólidas. Durante este proceso, algunos dobles enlaces cis se transforman en trans. Por ejemplo, el ácido oleico (cis-9- octadecenoico) puede transformarse en ácido elaídico (trans-9- octadecenoico). 2. Origen Natural: Algunos ácidos grasos trans también se encuentran de forma natural en productos lácteos y carne de rumiantes. Esto ocurre debido a la biohidrogenación bacteriana en el sistema digestivo de estos animales, que convierte parcialmente los ácidos grasos  Ejemplo: Nombre Nombre Fórmula Fuente Común Sistémico Química Principal ÁCIDOS GRASOS Hidrogenació Ácido trans-9- TRANS. Fuentes y C₁₈H₃₄O₂ n de aceites Elaídico octadecenoico Formación vegetales Ácido trans-11- Productos de C₁₈H₃₄O₂ Vaccénico octadecenoico rumiantes Efectos Biológicos: Los ácidos grasos trans han sido objeto de estudio debido a sus efectos en la salud: Aumento del colesterol LDL: Los ácidos grasos trans pueden aumentar el colesterol "malo" (LDL) y reducir el colesterol "bueno" (HDL), lo que incrementa el riesgo de enfermedades cardiovasculares. Inflamación: Su consumo excesivo se asocia con procesos inflamatorios, lo que puede contribuir al desarrollo de enfermedades crónicas. La configuración trans afecta las propiedades bioquímicas, lo cual dificulta que las enzimas metabolizadoras de lípidos los procesen eficientemente en comparación con los ácidos grasos cis.  ÁCIDOS GRASOS TRANS. LA COMIDA “CHATARRA”. https://unamglobal.unam.mx/global_revista/mexico- combate-las-grasas-trans/  BIBLIOGRAFIA Bioquímica de Voet & Voet, y Bioquímica de los Lípidos, Lipoproteínas y Membranas de D. E. Vance y J. E. Vance. E. Villalobos Rodríguez, Fijación simbiótica del Nitrógeno, San José (Costa Rica) 2006. F. Castillo Rodríguez, Biotecnología ambiental, Madrid 2005. J. R. Peña, Cuaderno de Histología vegetal, Salamanca 2010. L. Taiz-E. Zeiger, Fisiología Vegetal, Vol. I, Castellón de la Plana 2006 Céspedes M, Ela M. Enzimas que participan como barreras fisiológicas para eliminar radicales libres. Rev Cubana Inv Biomed 1996;15(2):75-8. 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