Fundamentos de Bioquímica: Lípidos y Bioelementos Esenciales

Lípidos: Propiedades y Clasificación

Mecanismo de Acción del Jabón

Como el jabón es una sal de ácido graso, cuando se introduce en agua (H₂O) se disocia en sus iones respectivos. Por lo tanto, sus partes apolares interactúan con la mancha (generalmente grasa, apolar) mediante fuerzas hidrofóbicas, mientras que las partes polares (iónicas) quedan expuestas hacia el agua. La estructura resultante, llamada micela, rodea la mancha con el ion negativo (carboxilato) hacia afuera. De este modo, los átomos de hidrógeno del agua (con carga parcial positiva) quedan adheridos a estos iones mediante interacciones electrostáticas. Por tanto, al arrastrar con agua, la micela que contiene la mancha es arrastrada y eliminada.

Características Anfipáticas y Formación de Pompas

Debido al carácter anfipático de los lípidos (como los que forman el jabón), al soplar aire en una disolución jabonosa, las moléculas se orientan. Las partes polares se dirigen hacia el agua (interior y exterior de la película de la pompa) y las partes apolares (cadenas hidrocarbonadas) se orientan hacia el aire y entre sí mediante fuerzas hidrofóbicas, formando una bicapa que atrapa el aire generado al soplar dentro de la pompa.

Reacciones de los Lípidos

Esterificación

Los ácidos grasos son capaces de formar enlaces éster con grupos hidroxilo (-OH) de otras moléculas (como la glicerina).

Saponificación

Cuando estos enlaces éster se hidrolizan en presencia de una base fuerte (como NaOH o KOH), se rompen y se obtienen las sales de los ácidos grasos (jabones) y el alcohol correspondiente (glicerina). Este proceso se denomina saponificación.

Clasificación de los Lípidos

Los lípidos son un grupo muy heterogéneo, tanto en su composición química como en las funciones que desempeñan. Contienen principalmente Carbono (C), Hidrógeno (H) y Oxígeno (O), y a veces Fósforo (P) o Nitrógeno (N). Se caracterizan por tener largas cadenas hidrocarbonadas unidas a componentes variables como grupos fosfato, hidroxilo (-OH) o aminas.

Lípidos Saponificables

Acilglicéridos (o Glicéridos)

Son ésteres de ácidos grasos con glicerina, formados mediante esterificación.

Fosfolípidos

Son lípidos que contienen un grupo fosfato. Incluyen:

• Fosfoacilglicéridos (o Glicerofosfolípidos): Procedentes de la esterificación de la glicerina con dos ácidos grasos y un grupo fosfato unido a otro grupo polar.
• Esfingolípidos: Compuestos por una molécula de esfingosina (un aminoalcohol de cadena larga), un ácido graso y un grupo polar que puede contener o no fosfato.

Lípidos Insaponificables

Son lípidos que no contienen ácidos grasos y, por tanto, no pueden realizar la saponificación.

Terpenos (o Isoprenoides)

Son abundantes en células vegetales. Derivan de unidades repetidas de una molécula básica, el isopreno, que puede dar lugar a estructuras lineales o cíclicas.

Funciones de los Terpenos:

• Poseen aromas y sabores característicos (aceites esenciales).
• Componentes de pigmentos como la clorofila y los carotenoides (precursores de la Vitamina A).
• Componentes de algunas vitaminas (E, K).

Esteroides

Constituidos por derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno (o esterano), cuya estructura base consta de tres anillos de ciclohexano fusionados con un anillo de ciclopentano. Un esteroide importante es el colesterol.

Funciones de los Esteroides:

• Componente estructural de las membranas celulares animales (colesterol).
• Componente de la grasa de la lana (lanolina).
• Precursor de la Vitamina D.
• Precursor de hormonas esteroideas (sexuales, suprarrenales) y ácidos biliares.

Bioelementos: Los Ladrillos de la Vida

Los bioelementos son los elementos químicos que forman parte de los seres vivos.

Bioelementos Primarios

Carbono (C)

El Carbono tiene 4 electrones en su capa de valencia (periferia) y puede formar hasta cuatro enlaces covalentes estables, tanto con otros átomos de carbono como con otros bioelementos. Esto le permite formar largas cadenas de átomos (macromoléculas). Los enlaces pueden ser simples, dobles o triples. Además, es posible la formación de un gran número de moléculas diferentes debido a los distintos radicales formados por otros elementos, lo que posibilita una gran variedad de reacciones químicas aprovechando los elementos del entorno. Los cuatro enlaces covalentes del carbono están dirigidos en el espacio hacia los cuatro vértices de un tetraedro imaginario, permitiendo la formación de estructuras tridimensionales complejas. Estas estructuras, al unirse, forman agregados supramoleculares como los ribosomas o las membranas plasmáticas. Las grandes macromoléculas que forma el Carbono (como los ácidos nucleicos) permiten que una sola molécula contenga la información genética sobre cómo producir el resto de moléculas del organismo y, al replicarse, poder transmitir dicha información a la descendencia.

Hidrógeno (H)

La materia viva está constituida básicamente por Carbono e Hidrógeno (ejemplo: los hidrocarburos que forman parte de los lípidos). El único electrón que posee el átomo de Hidrógeno le permite formar enlaces covalentes con cualquiera de los otros bioelementos primarios. Entre el Hidrógeno y el Carbono se forma un enlace covalente lo suficientemente fuerte como para ser estable, pero sin dificultar su rotura, posibilitando así la síntesis de otras moléculas. Las moléculas formadas exclusivamente por Carbono e Hidrógeno son apolares.

Oxígeno (O)

Es el bioelemento más electronegativo. Por ello, cuando se enlaza con el Hidrógeno, atrae hacia sí el único electrón del Hidrógeno, originándose polos eléctricos (enlace covalente polar). Debido a esto, los radicales funcionales como el hidroxilo (-OH), el carbonilo (-CHO) o el carboxilo (-COOH) son polares. Si estos radicales sustituyen a algunos átomos de Hidrógeno en una cadena de Carbono e Hidrógeno, pueden dar lugar a moléculas (como la glucosa) que son solubles en líquidos polares como el agua. Debido a su alta electronegatividad, el Oxígeno es idóneo para quitar electrones a otros átomos, es decir, oxidarlos. Como este proceso de oxidación comporta la rotura de enlaces y la liberación de una gran cantidad de energía, la reacción de compuestos de Carbono con Oxígeno, la llamada respiración aeróbica, es la forma más común de obtener energía celular. La oxidación de compuestos biológicos se realiza básicamente mediante la sustracción de átomos de Hidrógeno (deshidrogenación) a los átomos de Carbono. Como el Oxígeno atrae hacia sí el electrón del Hidrógeno con más fuerza que el Carbono, consigue quitárselo. De este modo, se forma agua (H₂O) y se libera una gran cantidad de energía que aprovechan los seres vivos. En este proceso, el átomo de Carbono pasa de compartir de forma relativamente equitativa un electrón con el Hidrógeno, a compartir en menor medida electrones con el Oxígeno (más electronegativo), por lo que experimenta una pérdida relativa de electrones, es decir, se oxida.

Nitrógeno (N)

Presenta facilidad para formar compuestos tanto con Hidrógeno (ej: grupo amino -NH₂) como con Oxígeno. Forma parte fundamental de los aminoácidos (y por tanto, de las proteínas) y de las bases nitrogenadas de los nucleótidos (componentes de los ácidos nucleicos ADN y ARN).

Fósforo (P)

Se encuentra principalmente en forma de grupo fosfato (PO₄³⁻). Forma parte de los nucleótidos (ADN, ARN, ATP). Los enlaces fosfato (especialmente los enlaces fosfodiéster y los enlaces anhídrido fosfórico en el ATP) son ricos en energía, y al romperse liberan dicha energía, que es utilizada en los procesos celulares.

Azufre (S)

Se encuentra en algunos aminoácidos (cisteína, metionina). Es crucial para mantener la estructura tridimensional de muchas proteínas mediante la formación de puentes disulfuro (-S-S-) entre residuos de cisteína.