2.2 Els lípids

Índex Els lípids. (U2. LES MOLÈCULES DE LA VIDA)

1. Què és un lípid?

2. La classificació dels lípids

3. Els àcids grassos

3.1 Classificació dels àcids grassos

3.2 Propietats dels àcids grassos

4. Els lípids saponificables

5. Els lípids insaponificables

6. Funcions dels lípids

7. Presentació en diapositives del tema

1. Què és un lípid?

Els lípids són biomolècules constituïdes principalment per carboni, hidrogen i oxigen (aquest últim en percentatges molt més baixos). Poden contenir també fòsfor, nitrogen i sofre; ja que, sovint, s’uneixen a altres tipus de molècules per complir funcions biològiques molt especialitzades, i formen així glicolípids, lipoproteïnes, etc….

És un grup heterogeni de molècules que no es caracteritzen per tenir un grup funcional identificatiu. Encara que químicament heterogenis, tots presenten un denominador comú estructural: la totalitat, o almenys una part significativa, de la seva molècula és de naturalesa hidrocarbonada, i per tant apolar.

Aquesta naturalesa apolar dona als lípids una característica que els defineix com a tals. Per definició un lípid és una molècula:

  • Insoluble en aigua, és per tant una molècula hidròfoba, que en aigua només formen micel·les.
  • Solubles en dissolvents no polars, com són els dissolvents orgànics etanol, cloroform, benzè, acetona, aiguarràs, etc.

El nom lípid prové del grec lypos, que significa greix. Els lípids es troben en tots els tipus de cèl·lules, i entre les funcions s’inclouen emmagatzemar energia, actuar com a components estructurals de les membranes cel·lulars, senyalitzadors moleculars i altres funcions reguladores pròpies de molècules de naturalesa lipídica com hormones i vitamines A, D, E, i K.

De la Viquipèdia, un bon resum:A diferència dels glúcids i de les proteïnes, que tenen grups funcionals característics, els lípids no tenen cap grup funcional propi. En realitat l’única característica comuna que tenen és la solubilitat dins dissolvents orgànics no polars (benzè, èter dietílic,…). Aquesta propietat també els diferencia dels glúcids i les proteïnes que són solubles dins dissolvents polars com l’aigua. La raó per la qual són insolubles en dissolvents polars és perquè les seves estructures químiques estan formades per llargues cadenes de carbonis que són apolars.

Tornar a l’índex

2. La classificació dels lípids

Existeixen molts tipus diferents de lípids. Les ceres, els olis, els greixos, els esterols, els terpens… són lípids.

Els lípids es classifiquen en dos grups, atenent que posseeixin en la seva composició àcids grassos (lípids saponificables) o no els posseeixin (lípids insaponificables):

  • Saponificables: estan compostos fonamentalment per èsters d’àcids grassos i alcohol. Posseeixen enllaços èster (-COOR-) que produeixen sabons per hidròlisi alcalina (Ex. NaOH) en una reacció anomenada Saponificació. Contenen àcids grassos en la seva composició molecular. Comprenen els àcids grassos, els acilglicèrids (o greixos), les ceres i els lípids complexos (fosfolípids i glicolípids).
  • Insaponificables: No tenen enllaços èster i no formen sabons (no experimenten saponificació). En la seva composició no posseeixen àcids grassos. Comprenen els següents grups: terpens, esteroides i les prostaglandines.

3. Els àcids grassos

Els àcids grassos són molècules formades per una llarga cadena hidrocarbonada de tipus lineal (alifàtica) amb un nombre parell d’àtoms de carboni, normalment entre 12 i 24. Cada àtom de carboni s’uneix al següent i al precedent per mitjà d’un enllaç covalent senzill. Tenen en un extrem de la cadena un grup carboxil (-COOH). L’àcid gras és la unitat bàsica estructural dels lípids saponificables.

La fórmula general dels àcids grassos és: CH3—(CH2)n—COOH

Les propietats químiques dels àcids grassos deriven d’una banda, de la presència d’un grup carboxil, i d’altra banda de l’existència d’una cadena hidrocarbonada. La coexistència de tots dos components en la mateixa molècula, converteix els àcids grassos en molècules feblement amfipàtiques (molècula que en la seva estructura molecular té un extrem hidròfil -que és soluble en aigua- i un altre d’hidròfob -que rebutja l’aigua) ja que el grup COOH és hidrofílic i la cadena hidrocarbonada és hidrofòbica. La solubilitat en aigua decreix a mesura que augmenta la longitud de la cadena.

Tornar a l’índex

3.1. Classificació dels àcids grassos

Es coneixen uns 70 àcids grassos, que es poden classificar en dos grups:

3.1.1 Àcids grassos saturats

Àcids grassos que només tenen enllaços simples entre els àtoms de carboni. Aquesta circumstància permet la unió entre diverses molècules mitjançant ponts d’hidrogen. Com més llarga sigui la cadena (més carbonis), major és la possibilitat de formació de ponts d’hidrogen.Alguns exemples d’àcids grassos saturats poden ser l’àcid palmític, l’àcid esteàric, l’àcid mirístic o el àcid lignocèric.

En els saturats, el punt de fusió augmenta a causa del nº de carbonis, mostrant tendència a establir enllaços de Van der Waals entre les cadenes carbonades. Per això, a temperatura ambient, els àcids grassos saturats solen trobar-se en estat sòlid.

Solen ser d’origen animal (per exemple, mantega) però també ho són l’oli de palma i l’oli de coco. Es consideren perjudicials, si es prenen en grans quantitats, per a la salut.

3.1.2 Àcids grassos insaturats

Tenen un o més enllaços dobles entre els àtoms de carboni. Les seves molècules presenten colzes, amb canvis de direcció en els llocs on apareix un doble enllaç. La distància entre els carbonis no és la mateixa que la que hi ha en els altres enllaços de la molècula i això origina que les molècules tinguin més problemes per a formar ponts d’hidrogen. Per això, a temperatura ambient, els àcids grassos insaturats solen trobar-se en estat líquid.

Els seus punts de fusió són baixos pel que es presenten com olis líquids a T ª ambient.

Tornar a l’índex

Els àcids grassos insaturats, segons el nombre de dobles enllaços o insaturacions, es poden dividir en:

  • Àcids grassos monoinsaturats: Un sol enllaç doble en tota la cadena. Són líquids però solidifiquen amb temperatures no gaire baixes, per exemple, a la nevera. Entre els monoinsaturats el més important és l’àcid oleic (C18: 1?9 amb una insaturació entre els carbonis 9 i 10) es troba en l’oli d’oliva i és el més abundant en les membranes cel·lulars animals.
  • Àcids grassos poliinsaturats: Tenen més d’un enllaç doble al llarg de la cadena hidrocarbonada. Són líquids també a temperatures fredes. N’és un exemple l’oli de gira-sol o de soja.

Els àcids grassos insaturats, segons la isomeria del doble enllaç o insaturació es poden dividir en:

  • Àcids grassos cis: els àtoms d’hidrogen dels dos carbonis que comparteixen el doble enllaç estan situats a la mateixa banda de la cadena, això produeix que la molècula no sigui recta sinó que presenti un colze a cada un dels enllaços cis. És l’estructura natural de la majoria de greixos insaturats tal com els trobem a la natura. Són cardiosaludables i bons pel colesterol.
  • Àcids grassos trans: els àtoms d’hidrogen dels dos carbonis que comparteixen el doble enllaç estan situats en cantons oposats. Aquestes molècules són més rectes, sense colzes, cosa que fa que algunes de les seves propietats, encara que la composició química sigui igual, siguin diferents de les molècules idèntiques però amb enllaços cis. Els enllaços trans es poden forçar artificialment, a partir dels àcids cis, per obtenir àcids trans. Tenen les propietats físiques (molècula linear recta, greix sòlid a temperatura ambient, etc.) i nutritives (no cardiosaludable, obesitat, colesterol, etc.) dels saturats. Es troben principalment en aliments industrialitzats que han estat sotmesos a hidrogenació, per tal de solidificarlos (com la margarina).

Tornar a l’índex

Nom dels principals àcids grassos saturats i insaturats

3.2 Propietats dels àcids grassos

Molècula amfipàtica

Els àcids grassos són molècules amfipàtiques, és a dir, tenen una regió apolar hidròfoba (la cadena hidrocarbonada) que repel·leix l’aigua i una regió polar hidròfila (l’extrem carboxílic, -COOH) que interactua amb l’aigua (H2O).

Els àcids grassos de cadena curta són més solubles que els àcids grassos de cadena llarga perquè la regió hidròfoba és més curta.

La regió que conté el grup carboxil manifesta càrrega negativa en contacte amb l’aigua i, per tant presenta caràcter àcid. Com la cadena apolar és molt més gran que la part amb càrrega (polar), la molècula no es dissol en aigua.

Formació de micel·les

Si es col·loquen àcids grassos en aigua o en un altre dissolvent polar formen una capa superficial a causa de la seva baixa densitat; formaran una pel·lícula amb la regió hidròfoba (la part no polar) orientades cap amunt, fora de l’aigua, de manera que no queden en contacte amb la mateixa i el cap polar dins l’aigua.

Si s’agita, les cues tendeixen a relacionar-se entre si mitjançant interaccions hidròfobes creant ambients on no hi ha aigua, com és el cas d’una micel·la ja sigui monocapa o bicapa.

Propietats inherents al doble enllaç

Els àcids grassos insaturats manifesten les propietats inherents al doble enllaç:

Reaccionen fàcilment amb àcid sulfúric per donar sulfonats, que s’empren freqüentment com detergents domèstics.

– Els dobles enllaços poden afegir hidrogen. La hidrogenació catalítica (completa) dels àcids grassos insaturats constitueix la base de la transformació industrial d’olis en greixos sòlids (la margarina és el resultat de la hidrogenació d’olis vegetals).

– Els dobles enllaços poden autooxidarse amb l’oxigen de l’aire. És una reacció espontània en la qual es produeixen radicals peròxids i radicals lliures, molt reactius, que provoquen en conjunt el fenomen d’enranciment dels greixos, que resulta en la formació d’una complexa barreja de compostos d’olor desagradable.

Tornar a l’índex

4. Lípids saponificables

Els àcids grassos són capaços d’experimentar dues reaccions:

Esterificació

Un àcid gras s’uneix a un alcohol mitjançant un enllaç covalent formant un éster i alliberant-se una molècula d’aigua.

Saponificació

Una saponificació és una reacció en la qual un èster en medi alcalí (generalment dissolucions de NaOH i KOH) s’hidrolitza per produir una sal (estearat) sòdica o potàssica (anomenada sabó) i un alcohol.

És una reacció típica dels àcids grassos dels lípids saponificables (que són èsters), en la qual reaccionen amb una base (alcalí) i donen lloc a una sal d’àcid gras, que s’anomena sabó.

Tots aquells lípids que tenen àcids grassos en la seva estructura tenen la capacitat de realitzar la reacció de saponificació i, per això, es diuen lípids saponificables.

Pertanyen a el grup dels lípids saponificables els acilglicèrids o greixos, les ceres, els fosfolípids i els esfingolípids.

Es classifiquen atenent a la seva composició química dintre de dos grans grups: lípids simples i lípids complexos.

Lipids saponificables simples

Són lípids saponificables (contenen àcids grassos en la seva estructura) formats només per carboni, hidrogen i oxigen.

4.1 Acilglicèrids o acilglicerols

Són lípids simples formats per l’esterificació d’una, dues o tres molècules d’àcids grassos amb una molècula de glicerina*. També reben el nom de glicèrids o greixos simples.

La reacció es denomina esterificació i la unió es dóna entre els grups -OH de cada molècula. S’allibera una molècula d’aigua per cada enllaç éster.

* La glicerina (C3H8O3) és un alcohol amb tres grups hidroxils (-OH). Es tracta d’un dels principals productes de la degradació digestiva dels lípids, pas previ per al cicle de Krebs i també apareix com un producte intermedi de la fermentació alcohòlica. A més juntament amb els àcids grassos, és un dels components de lípids com els triglicèrids i els fosfolípids.

Tots els acilglicèrids experimenten hidròlisi (àcida, bàsica o per acció de lipases); en contacte amb bases donen lloc a reaccions de saponificació.

Segons el nombre d’àcids grassos enllaçats amb  el glicerol, es distingeixen tres tipus d’acilglicerols (últimament preferixen nombrar-los així, acilglicerol és sinònim d’acilglicèrid):

  • Monoacilglicéridos o monoglicèrids: formats per esterificació d’un àcid gras amb una molècula de glicerina.
  • Diacilglicèrids o diglicèrids: formats per l’esterificació de dos àcids grassos amb una molècula de glicerina.
  • Triacilglicèrids o triglicèrids: formats per l’esterificació de tres àcids grassos amb una molècula de glicerina. Els triglicèrids són els més abundants i si estan compostos per àcids grassos diferents s’anomenen triglicèrids mixtes. Aquells en què els tres àcids grassos són iguals s’anomenen triglicèrids simples.Tots dos tipus es troben habitualment en els greixos naturals.

Els monoglicèrids i diglicèrids són molècules amb certa polaritat degut als grups alcohols que queden lliures de la glicerina. Els triglicèrids, en canvi són molècules apolars, fet que els converteix en molècules hidròfobes, insolubles que s’emmagatzemen sense estar envoltades d’aigua (de forma anhidra, no retenen aigua) a diferència del glicogen (glúcid de reserva energètica dels animals) que s’emmagatzema hidratat (envoltat de molècules d’aigua).

La longitud de la cadena dels àcids grassos, així com el nombre i posició dels dobles enllaços, tenen una influència determinant en el seu punt de fusió i, per tant, en el dels greixos en què es troben. Els greixos sòlids (sèus, mantegues) posseeixen un punt de fusió superior a 40 ° C de manera que romanen en aquest estat a temperatura ambient. En els greixos líquids (olis), per contra, el punt de fusió és inferior a 15 ° C, i en les semisòlides (mantegues, margarines) es troba en un punt intermedi.

Els greixos, en ser molècules molt oxidables, són les molècules que generen més quantitat d’energia: un gram de greix metabolitzada produeix 9 kcal, més del doble d’energia que un gram de glúcid (3,75 kcal / g). Per aquesta raó, i degut també a la seva insolubilitat en aigua (el que permet emmagatzemar-les en grans quantitats sense modificar la pressió osmòtica cel·lular) els greixos constitueixen la reserva energètica dels organismes, sobretot en els animals. Els greixos tenen, a més, altres funcions i actuen com a amortidors mecànics en alguns òrgans i com a aïllants tèrmics.

Els greixos són insolubles en aigua i poden ser de dos tipus:

a) Olis: Estan formats per àcids grassos insaturats pel que a temperatura ambient són líquids. Són propis dels vegetals.

b) Greixos o sèus: estan formats majoritàriament per àcids grassos saturats pel que a temperatura ambient són sòlids. Són propis dels animals.

Tornar a l’índex

4.2 Les ceres o cèrids

Els cèrids, o també anomenats ceres, són lípids saponificables formats per un àcid gras de cadena llarga (de 14 a 36 àtoms de C) que ha esterificat amb un alcohols també de cadena llarga (de 14 a 30 àtoms de C).Les ceres són molècules completament apolars, insolubles i de mida considerable.

En general són sòlides i totalment insolubles en aigua. Totes les funcions que realitzen estan relacionades amb la seva impermeabilitat a l’aigua i amb la seva consistència ferma. Així les plomes, el pèl, la pell, les fulles, fruits, estan recoberts d’una capa de cera protectora. Una de les ceres més conegudes és la que segreguen les abelles per a confeccionar el seu rusc.

Lípids saponificables complexos

Són lípids saponificables complexos aquells que, a més de carboni, hidrogen i oxigen, contenen també nitrogen, fòsfor, sofre o un glúcid. Són les principals molècules constitutives de la doble capa lipídica de la membrana cel·lular, per la qual cosa també s’anomenen lípids de membrana. Són també molècules amfipàtiques.

4.3. 1. Fosfolípids

Els fosfolípids són lípids saponificables que són els principals components de les membranes biològiques. Estan compostos per una molècula d’alcohol (glicerol o de esfingosina), a la qual s’uneixen dos àcids grassos i un grup fosfat.

Generalment al grup fosfat se li uneix un altre tipus de molècules, més o menys hidròfiles o polars com, per exemple, la colina, l’etanolamina, l’inositol, la serina i altres compostos que fan variar les característiques d’aquests i el seu comportament o funció en la bicapa, fent-les més o menys permeables, més o menys fusionables, i fins i tot de vegades li confereixen càrrega elèctrica, positiva o negativa.

De http://www.maph49.galeon.com/biomol2/phospho.html

Els fosfolípids es classifiquen principalment segons les seves diferents parts o caps polars o hidròfiles.

Els més importants són:
– fosfatidilcolina
– fosfatidiletanolamina
– fosfatidilinositol
– fosfatidilserina

Les molècules fosfolipídiques es caracteritzen principalment per ser amfipàtiques, és a dir, tenen una part hidròfila (polar) i una altra lipòfila (apolar), d’aquesta característica amfipàtica deriva la seva més important funció que és l’estructural al ser el component principal de les bicapes fosfolipídiques, que constitueixen la membrana cel·lular i la membrana liposomal.

La naturalesa amfipàtica del fosfolípd és deguda a que un fosfolípid està constituït principalment per dues cadenes d’àcids grassos, més o menys llargues i més o menys insaturats, part apolar, lipòfila o hidròfoba de la molècula, unides a un alcohol i un grup fosfat que conforma la regió polar i hidròfila de la molècula.

Els fosfolípids es divideixen en fosfoglicèrids (en què l’alcohol és glicerol, un alcohol de cadena curta) i esfingolípids (l’alcohol és esfingosina, un alcohol de cadena llarga).

Fosfoglicèrids

Químicament estan constituïts per glicerina esterificada en el carboni 3 amb un grup fosfat (glicerol-3fosfat) i en els carbonis 1 i 2 pels corresponents àcids grassos. Generalment, l’àcid gras que s’esterifica al C1 és saturat, mentre que el que ho fa en el C2 és insaturat.

El grup fosfat està unit mitjançant enllaç èster a un substituent polar que pot ser aminoalcohol o polialcohol.

Fosfoesfingolipids

Els fosfoesfingolípids estan formats per una molècula anomenada ceramida. La ceramida està formada per un àcid gras i una esfingosina. Un exemple és la esfingomielina, composta per la ceramida, un àcid fosfòric i una molècula amb grup alcohol, com un aminoalcohol.

Glucolípids

Són lípids complexos que estan formats per una ceràmida (esfingosina + àcid gras) i un glúcid de cadena curta i no contenen fosfat.

Es troben formant part de les bicapes lipídiques de les membranes de totes les cèl·lules, especialment de les neurones. Se situen en la cara externa de la membrana cel·lular, on realitzen una funció de relació cel·lular, sent receptors de molècules externes que donaran lloc a respostes cel·lulars. Són exemples de glicolípids els cerebròsids i els gangliòsids.

Tornar a l’índex

5. Els lípids insaponificables

No tenen enllaços èster i no formen sabons (no experimenten saponificació). En la seva composició no contenen àcids grassos. Comprenen els següents grups: terpens, esteroides i les prostaglandines.

5.1. Els terpens o isoprenoides

Els terpens o isoprenoides es formen per la unió de molècules d’isoprè (2-metil-1,3-butanodiè). Les estructures que s’originen poden ser lineals o cícliques.  A causa de la seva naturalesa hidrocarbonada són substàncies netament hidrofòbiques i per tant insolubles en agua.Són especialment abundants en el món vegetal.

De https://lidiaconlaquimica.files.wordpress.com

Tenen moltes funcions:

  • Essències vegetals: com el mentol, el geraniol, limonè, càmfora, eucaliptol, vainillina.
  • Vitamines: com la vitamina A, vitamina I, vitamina K .
  • Pigments vegetals: com la carotina i la xantofil·la. Els enllaços dels terpens poden ser excitats per la llum o la temperatura. En canviar la seva posició emeten un senyal. Per això, aquestes molècules estan relacionades amb la recepció d’estímuls lumínics o químics.
  • Intermediaris en la síntesi de colesterol: com el escualè i el farnesol. 
  • Aïllants: com el cautxú i el làtex.

5. 2 Els esteroides

Els esteroides són un grup de lípids insaponificables, l’estructura es pot considerar derivada dels terpens.

Es caracteritzen per contenir en la seva estructura un nucli de l’ciclopentaperhidrofenantrè o esterà, que està format per quatre anells fusionats, 3 amb sis àtoms i un amb cinc; posseeix en total 17 àtoms de carboni.

En els esteroides aquesta estructura bàsica es modifica per addició de diversos grups funcionals, com carbonils i hidroxils (hidròfils) o cadenes hidrocarbonades (hidròfobes).

Entre els esteroides es troben substàncies com:

Esterols; el més important i conegut és el colesterol. La molècula de colesterol és anfipática. El trobem en l’estructura de les membranes plasmàtiques animals, mantenint la seva fluïdesa i disminuint la seva permeabilitat enfront de petites molècules hidrosolubles. La vitamina D, necessària per a l’absorció de l’calci, és també un esterol.

Àcids biliars; També deriven del colesterol i causa de l’existència de grups polars en la seva estructura són molècules anfipáticas i tensioactives. Per això, la funció dels àcids biliars no és altra que la de facilitar la digestió dels greixos, emulsionant-les i afavorint l’atac de les lipases intestinals.

Hormones esteroïdals; inclouen a les hormones que es troben en l’escorça suprarenal, com el cortisol i l’aldosterona. Les hormones de les gònades i de les càpsules suprarenals es sintetitzen a partir de colesterol. Són hidròfobes i travessen lliurement la membrana plasmàtica. Són les següents:

Hormones sexuals masculines: andrògens (testosterona)

Hormones sexuals femenines: estrògens (estradiol) i progesterona

Hormones suprarenals (corticoides): aldosterona (regula la permeabilitat de les nefrones) i cortisol (regulador de el metabolisme de la glucosa i de l’homeòstasi)

5. 3 Les prostaglandines

Les prostaglandines són lípids insaponificables que provenen de l‘àcid araquidònic. Estan constituïts per una molècula bàsica de 20 àtoms de carboni que formen un anell ciclopentà i dues cadenes alifàtiques.

Font: Wikipedia

Les funcions són diverses, entre elles destaquen: 

  • La producció de substàncies que regulen la coagulació de la sang i tancament de les ferides. 
  • L’aparició de la febre com defensa contra les infeccions. 
  • La reducció de la secreció de sucs gàstrics.

Tornar a l’índex

6. Funcions dels lípids

Les principals funcions dels lípids són:

Energètica: El lípids són les molècules de reserva energètica per excel·lència. Quan els organismes han de guardar energia ho fan en forma de lípids. Els lípids pProporcionen més del doble d’energia per mol que la glucosa (unes 9’3 kcal per gram) i poden emmagatzemar-se sense molècules d’aigua, de manera que són una excel·lent forma d’emmagatzemar energia. En els animals s’emmagatzemen en les cèl·lules adiposes i en els vegetals abunden en els fruits i llavors.

Estructural: causa de la seva naturalesa anfipática són el component fonamental de totes les membranes cel·lulars.

Protectora: com el teixit adipós subcutani que actua com a aïllant tèrmic (especialment important en animals que hivernen o viuen en ambients freds), o el greix que es troba al voltant d’alguns òrgans essencials, com el ronyó.

Reguladora: les prostaglandines, algunes hormones i les vitamines liposolubles tenen naturalesa lipídica, i actuen regulant importants funcions fisiològiques.

Específiques: com els pigments fotosintètics encarregats d’absorbir la llum, o emulsionant dels greixos com els àcids biliars.

7. Presentació en diapositives