1.1.1 Isomeria en els monosacàrids
1.5. Presentació de diapositives Els glúcids
2.6. Presentació de diapositives Els lípids
Les biomolècules orgàniques són aquelles que estan constituïdes per cadenes de carboni i són sintetitzades pels éssers vius.
Tot i l’enorme quantitat de molècules orgàniques diferents, les biomolècules orgàniques es poden classificar en quatre grans tipus de molècules:
Aquest curs veurem només els glúcids i els lípids.
1. Els glúcids
El nom glúcid deriva de la paraula grega glykys que significa “dolç”.
Els glúcids són un conjunt de composts orgànics formats per carboni (C), oxigen (O) i hidrogen (H). És habitual que tinguin una fórmula química propera a CnH2nOn.
Són les biomolècules més abundants en la naturalesa i constitueixen la principal reserva energètica en la majoria dels éssers vius.
Se’ls sol anomenar hidrats de carboni o carbohidrats. En realitat, aquest nom és poc apropiat, ja que no es tracta d’àtoms de carboni hidratats, és a dir enllaçats a molècules d’aigua, sinó d’àtoms de carboni units a grups alcohòlics (OH), també anomenats radicals hidroxil (OH), i a radicals hidrogen (H).
Estan formats per una o diverses cadenes entre 3 i 7 carbonis.
Font: Proyecto Biosfera
Un d’aquests carbonis pertany a un grup carbonil (és a dir, un carboni unit a un oxigen mitjançant un doble enllaç). El grup carbonil pot ser un grup aldehid (—CHO), o un grup cetònic (C=O).
La resta de carbonis estan units a grups hidroxils o a hidrògens. Així doncs, els glúcids es poden definir com a polihidroxialdehids o polihidroxicetones.
Els glúcids poden sofrir processos d’aminació, incorporació de grups amino (—NH2) i d’esterificació amb àcids, com ara l’àcid sulfúric (H2SO4) o l’àcid fosfòric (H3PO4). Així doncs, poden contenir àtoms de nitrogen (N), sofre (S) i fòsfor (P), però sense que aquests siguin essencials en la seva constitució.
A grans trets els glúcids tenen dues funcions principals en els sers vius: són substàncies de reserva energètica o formen part de l’estructura de les seves cèl·lules.
Classificació dels glúcids
Els glúcids es classifiquen segons el nombre de cadenes polihidroxialdehídiques o polihidroxicetòniques que continguin. Així doncs, els glúcids es poden classificar en:
- Monosacàrids: constituïts per una sola cadena (polihidroxialdehid o polihidroxicetona) formada per 3-7 carboni. Exemples: glucosa i galactosa
- Oligosacàrids: formants per la unió de 2 a 10 molècules de monosacàrids (disacàrids, trisacàrids…). Exemple: sacarosa, lactosa
- Polisacàrids: formats per la unió de més de 10 monosacàrids. Ex.: midó i cel·lulosa
- Heteròsids: són glúcids associats a altres molècules. Per exemple glucolípids, glucoproteïnes, peptidoglicans…
1.1. Els monosacàrids
Són glúcids constituïts per una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetònica. Aquesta cadena pot estar formada per la unió de tres carbonis fins a vuit carbonis. Per això no es poden descompondre per hidròlisi. Constitueixen els monòmers a partir dels quals es formen els altres glúcids.
En un dels àtoms de carboni (el primer o el segon de la cadena) s’hi troba un grup carbonil. I els carbonis de la cadena completen la resta d’enllaços amb grups hidroxils (-OH) i hidrògens.
Els polihidroaldehids tenen un grup aldehid en el primer carboni i en la resta de carbonis una funció hidroxil. S’anomenen aldoses. Les polihidroxiacetones tenen una funció cetona en el carboni 2. S’anomenen cetoses.
Els monosacàrids responen a la fórmula química Cn(H2O)n, sent n el nombre d’àtoms de carboni que té la cadena. Segons el nombre d’àtoms de carboni podem diferenciar les trioses (3), tetroses (4), pentoses (5), hexoses (6) o les heptoses (7).
Alguns dels monosacàrids més importants:
- Glucosa: (una aldohexosa) és la principal font energètica de moltes cèl·lules
- Fructosa: (una cetohexosa) és molt abundant al món vegetal.
- Ribosa (una aldopentosa) forma part d’alguns coenzims i de l’àcid ribonucleic.
- Desoxiribosa (ribosa modificada) forma part de l’àcid desoxiribonucleic
- Àcids glucurònic i galacturònic: components estructurals dels teixits.
Els monosacàrids formen anells: ciclació
En dissolució, els monosacàrids de cadena curta es troben en forma lineal, mentre que les aldoses i les cetoses de cinc o més àtoms de carboni no són molècules lineals sinó que es troben formant cicles o anells. La ciclació és una reacció espontània, que es dona sense ajut de cap enzim.
L’estructura lineal rep el nom de Projecció de Fischer i l’estructura ciclada, Projecció de Haworth. A la representació de Haworth la cadena carbonada ciclada se situa sobre un pla. Els radicals de la cadena es troben per sobre o per sota del pla.
La ciclació es produeix per la formació d’un enllaç intramolecular on el grup carbonil reacciona amb el grup hidroxil (OH) del carboni asimètric més allunyat del grup funcional.
Si el grup carbonil formava part d’un aldehid (aldosa), l’enllaç és de tipus hemiacetal. La ciclació de les aldoses té lloc en reaccionar el grup aldehid del C1 amb un dels grups hidroxil (el del C4 si és una aldopentosa o el del C5 si és una aldohexosa). Com a conseqüència, s’estableix un enllaç hemiacetal. La molècula resultant és del tipus piranòsic, per tant, a l’exemple tenim una glucopiranosa.
- Si el grup carbonil formava part d’una cetona (cetosa) l’enllaç serà de tipus hemicetal. En el cas de les cetoses la ciclació es produeix en reaccionar el grup cetònic del C2 amb el grup –OH del C5. Es forma un enllaç hemicetal. La molècula resultant és de tipus furanòsic, per tant, a l’exemple tenim una fructofuranosa.
-
Les projeccions derivades d’aldoses de sis carbonis donen lloc a anells derivats de pirà (forma hexagonal) i les derivades de cetoses de sis carbonis originen anells derivats de furà (forma pentagonal). Les aldohexoses generen anells de pirà , que anomenen piranoses i les cetohexoses anells de furà, anomenats furanoses.
Així tindrem -D-fructofuranosa o -L-galactopiranosa.
Formació d’estructures cícliques dels monosacàrids.
1.1.1. Propietats dels monosacàrids
Els monosacàrids són sòlids cristal·lins, blancs o incolors, solubles en aigua i tenen gust dolç.
Són capaços d’oxidar-se, és a dir, de perdre electrons, davant d’altres substàncies que quan els accepten es redueixen. El C=O capta OH-i es transforma en COOH. La presència del grup carbonil (aldehid o cetona) els fa reductors davant de determinades substàncies, com la solució de Fehling.
Aquesta propietat ens permet determinar la presència de monosacàrids ja que el reactiu de Fehling de color blau (en estar oxidat) es redueix en presència de glúcids i adquireix color vermell.
Isomeria en els monosacàrids
La isomeria és una característica que apareix en aquelles molècules que tenen la mateixa fórmula empírica, però presenten característiques físiques o químiques que les fan diferents. A aquestes molècules se les denomina isòmers.
En els monosacàrids podem trobar isomeria de funció, isomeria espacial i isomeria òptica.
Isomeria de funció.
Els isòmers es distingeixen per tenir diferents grups funcionals. Les aldoses són isòmers de les cetoses. Un exemple d’isòmers de funció serien la glucosa (que és una aldosa) i la fructosa (que és una cetosa). Ambdues molècules tenen la mateixa quantitat d’àtoms C6H12O6, però un grup funcional diferent.
Isomeria espacial
Els isòmers espacials, o estereoisòmers, es produeixen quan la molècula presenta un o més carbonis asimètrics (és un carboni unit a quatre radicals químics diferents). Els radicals units a aquests carbonis poden disposar-se a l’espai en diferents posicions.
Com més carbonis asimètrics tingui la molècula, més estereoisòmers té. Podem conèixer el nombre d’estereoisòmers que té una molècula aplicant la fórmula 2n, (on n = nombre de carbonis asimètrics). Així doncs, el nombre d’estereoisòmers d’un compost depèn del nombre de carbonis asimètrics que té. La glucosa posseeix quatre carbonis asimètrics i posseeix, per tant, 24 = 16 estereoisòmers.
La cetosa més simple és la dihidroxiacetona, l’única cetotriosa existent. L’aldosa més simple és el gliceraldehid, el qual té el carboni 2 asimètric perquè apareix unit a quatre grups diferents. Tenint en compte la posició del grup hidroxil (–OH) en aquest carboni, es distingeixen dos isòmers espacials, estereoisòmers, del gliceraldehid: el D-gliceraldehid, amb el grup hidroxil a la dreta en la representació plana, i L-gliceraldehid, amb l’esmentat grup localitzat a l’esquerra.
El carboni asimètric més allunyat del grup funcional serveix com a referència per a anomenar la isomeria d’una molècula.
- Quan el grup alcohol d’aquest carboni es troba representat a la seva dreta a la projecció lineal es diu que aquesta molècula és un isòmer D.
- Quan el grup alcohol d’aquest carboni es troba representat a la seva esquerra en la projecció lineal es diu que aquesta molècula és un isòmer L.
Dins del grup d’estereoisòmers podem trobar uns isòmers especials:
- Enantiòmers, són molècules que tenen els grups -OH de tots els carbonis asimètrics, en posició oposada, reflex de l’altra molècula isòmera. Els dos estereoisòmers són imatge especular l’un de l’altre. Els enantiòmers corresponen a la mateixa substància, amb les mateixes propietats, excepte en l’activitat òptica. Aquells que tenen el grup OH del carboni més allunyat del grup carbonil a la dreta són de la sèrie D, i els que el tenen a l’esquerra són de la sèrie L.
- Epímers a les molècules isòmeres que es diferencien en la posició d’un únic -OH en un carboni asimètric. No són imatges especulars entre si. Els epímers són substàncies diferents, amb propietats distintes. Aquests tenen un nom diferent. Ex: D-ribulosa i D-xilulosa; D-glucosa i D-manosa.
Font: Cienciadelux
Isomeria òptica
Els compostos amb aquest tipus de carbonis asimètrics són òpticament actius, és a dir que les seves dissolucions desvien el pla de la llum polaritzada quan hi incideix. Dit d’una altra manera quan un raig de llum polaritzada hi incideix, es produeix una desviació en el pla de polarització, i el raig refractat sorgeix amb un altre pla de polarització.
El sentit de la desviació dependrà de la posició que ocupen els radicals -H i -OH, respecte al C asimètric a què es troben units.
- Si en una posició desvien el pla cap a la dreta, es diu que és una substància dextrogira, i es representa amb el signe (+).
- Quan els radicals són a l’altra posició, el desvien cap a l’esquerra i es diu que és un isòmer levogir, i es representa amb (-).
Una barreja equimolecular d’isòmers òptics contraris seria òpticament inactiva, és a dir, que no farà girar en cap sentit el pla de la llum polaritzada. Aquesta barreja s’anomena racèmica o DL.
El caràcter D o L d’un monosacàrid no està relacionat amb la seva activitat òptica. Per aquesta raó, no tots els sucres de la sèrie D són dextrogirs, ni els de la sèrie L són levogirs, de manera que un monosacàrid pot pertànyer a qualsevol de les 4 categories: D(+), D(-), L(+) o L(-).
Per exemple, encara que la glucosa i la fructosa pertanyen a la sèrie D, la forma més comuna de la glucosa a la natura és dextrogira, mentre que la fructosa és levogira.
Per això la notació completa de les seves substàncies inclou el signe referent a la sèrie a què pertanyen, i el corresponent a la seva activitat òptica. La majoria dels glúcids naturals pertanyen a la sèrie D.
Anòmers
En ciclar-se, el carboni que portava el grup funcional passa de no ser asimètric a ser-ho, per la qual cosa apareixeran dos nous isòmers òptics. Aquests nous isòmers òptics s’anomenen anòmers i són les formes alfa i beta i el carboni que portava el grup funcional (l’1 a les aldoses i el 2 a les cetoses) passa a anomenar-se anomèric.
Els anòmers seran alfa si el grup -OH d’aquest nou carboni asimètric queda cap avall, i beta si ho fa cap amunt en la forma cíclica.
1. 2. Els oligosacàrids
Són glúcids formats per la unió, a través d’enllaços O-glicosídics, de 2 a 10 monosacàrids. Acostumen a tenir gust dolç i a ser solubles en aigua.
Si se n’uneixen dos, els anomenem disacàrids. Si tres, trisacàrid. Els de quatre els anomenem tetrasacàrids, …
Els més importants són els disacàrids. Els oligosacàrids es troben, juntament amb lípids i proteïnes, a la membrana plasmàtica on actuen com a receptors de moltes substàncies i com a molècules que serveixen perquè les cèl·lules es reconeguin entre si.
1.2. 1. L’enllaç O-glucosídic
A l’enllaç O-glucosídic, reacciona el grup OH (hidroxil) del carboni anomèric del primer monosacàrid amb un OH unit a un carboni (anomèric o no) del segon monosacàrid, que queden units alhora que es perd una molècula d’aigua. La unió dels monosacàrids pot donar origen a oligosacàrids o polisacàrids.
- Si a l’enllaç intervé l’hidroxil del carboni anomèric del primer monosacàrid i un altre grup alcohol del segon monosacàrid, s’estableix un enllaç monocarbonílic. Com queda lliure el carboni carbonílic del 2n monosacàrid el disacàrid que es forma té poder reductor.
- Si intervenen els dos grups hidroxils dels carbonis anomèrics dels dos monosacàrids, serà un enllaç dicarbonílic. En aquest cas no queda lliure cap carboni carbonílic, el disacàrid resultant perd el poder reductor.
Per indicar els diferents tipus d’enllaços, es posa la configuració del carboni anomèric del primer monosacàrid (alfa o beta), després un parèntesi a l’interior del qual es posen dos nombres, separats per una fletxeta, que indiquen els carbonis que intervenen en l’enllaç del primer i segon monosacàrid, respectivament.
Exemple: alfa (1-4), que vol dir que el primer monosacàrid té una configuració de tipus alfa i l’enllaç té lloc entre els –OH del C1 i del C4 del primer i segon monosacàrid, respectivament.
Els disacàrids són els oligosacàrids més abundants en els éssers vius.
Són dolços, solubles en aigua. Són cristal·litzables. Són hidrolitzables. Reductors quan el carboni anomèric d’algun d’ells no està implicat en l’enllaç.
La seva principal funció és energètica.
Els disacàrids més importants:
1.3. Polisacàrids
Els polisacàrids són polímers formats per la unió de molts monosacàrids mitjançant enllaços O-glicosídics. En el procés d’unió de n monosacàrids s’alliberen (n-1) molècules d’aigua. Aquestes molècules poden variar de mida, i arribar a uns pesos moleculars molt elevats.
Tenen característiques diferents de les dels glúcids més senzills: són insolubles en aigua, insípids i amorfs. Alguns com el midó, poden formar dispersions col·loidals a l’aigua. Cap no té caràcter reductor. Exerceixen generalment funcions de reserva energètica o estructurals; els que realitzen funcions estructurals presenten enllaços beta-glucosídics (cel·lulosa, quitina), mentre que els que actuen com a reserva energètica presenten enllaços alfa-glucosídics (midó, glucogen).
Midó
El midó és el polisacàrid de reserva propi dels vegetals. Els dipòsits de midó es troben dins els amiloplasts de llavors i tubercles com la patata o el moniato.
El midó està format per dos polímers de glucosa: amilosa (30%) i amilopectina (70%).
- L’amilosa és un polímer de maltoses unides per enllaços ? (1-4). Té una estructura lineal i adopta una disposició helicoidal amb sis glucoses per volta. Pot arribar a tenir 300 unitats de glucosa. Per hidròlisi, dona molècules del disacàrid maltosa i després glucoses.
- L’amilopectina està constituïda per un polímer de maltoses unides per mitjà d’enllaços ? (1-4), però cada 25 o 30 unitats de glucosa apareixen ramificacions unides a la cadena principal per enllaços ?(1-6).
Glicogen
El glicogen és el polisacàrid de reserva energètica dels animals. Es troba abundantment al fetge i als músculs. Forma dispersions col·loidals a l’interior de la cèl·lula.
El glicogen, igual que l’amilopectina, està constituït per polímers de maltoses unides per mitjà d’enllaços ?(1-4) amb ramificacions ?(1-6), però molt més abundants, aproximadament, cada vuit o deu glucoses.
Cel·lulosa
La cel·lulosa és un polisacàrid amb funció esquelètica propi dels vegetals. És l’element més important de la paret cel·lular de la cèl·lula vegetal. Forma estructures rígides que suporten grans canvis de pressió però són permeables.
És un polímer lineal de ?(1-4) celobiosa, que formen cadenes moleculars no ramificades que s’agrupen en fibres. Els animals no podem degradar directament la cel·lulosa per obtenir glucosa, ja que no tenim els enzim adient per trencar l’enllaç ?. Tanmateix, alguns bacteris intestinals, que viuen en simbiosi en intestins d’animals herbívors i insectes xilòfags. És important en la dieta perquè constitueix la fibra que hidrata les femtes, facilitant el seu trànsit.
Quitina
La quitina és un polisacàrid amb funció estructural d’alguns animals i fongs. Forma l’exoesquelet en artròpodes i les parets cel·lulars dels fongs. És un polímer no ramificat de la N-acetil-glucosamina amb enllaços ?(1?4). N-acetil-glucosamina Artròpode desprenent-se del seu antic exoesquelet per poder créixer
1.4. Funció dels glúcids
Els glúcids en els éssers vius fan dues funcions principals: energètica i estructural.
Funció energètica dels glúcids
El glúcid més important és la glucosa, ja que és el monosacàrid més abundant en el medi intern, i pot travessar la membrana cel·lular sense necessitat de ser transformat en molècules més petites. També els disacàrids tenen funció energètica, ja que com a resultat de la seva hidròlisi s’obtenen monosacàrids que es poden utilitzar per a l’obtenció d’energia.
El midó i el glicogen són molècules de reserva de glucosa. Quan es necessiten, les glucoses són hidrolitzades del midó o el glicogen per ser usades per la cèl·lula.
Funció estructural dels glúcids
L’enllaç ?eta impedeix la degradació de les molècules que el posseeixen i fa que alguns òrgans i estructures puguin viure centenars d’anys, com en el cas dels arbres, i mantenir estructures a diversos metres d’alçària.
Entre els glúcids amb funció estructural podem esmentar:
- La cel·lulosa en els vegetals.
- La quitina en els artròpodes.
- La ribosa i desoxiribosa en els àcids nucleics de tots els éssers vius.
- Els peptidoglicans en la paret bacteriana.
Altres funcions dels glúcids
Quan els glúcids es combinen amb altres tipus de molècules poden tenir funcions variades.
Per esmentar unes quantes:
Alguns oligosacàrids formats tres o més monosacàrids intervenen en els processos de reconeixement cel·lular, ja que es troben inserits en la membrana plasmàtica en forma d’heteròsids, glicolípids i glicoproteïnes. L’estreptomicina té funció antibiòtica. La vitamina C té funció enzimàtica. L’heparina té funció anticoagulant. Les gonadotropines tenen funció hormonal.
1.5. Presentació Els glúcids
Uns bons apunts sobre glúcids.
Els glúcids a la web del Proyecto Biosfera
Bons apunts en Cienciadelux: La isomeria dels monosacàrids
- Características y Clasificación.
- Monosacáridos: Isomería. Ciclación. Actividad óptica
- Disacáridos y oligosacáridos.
- Polisacáridos.
- Heterósidos.
Els glúcids: teoria en flash cards
2. Els lípids
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.
En resum, podem identificar els lípids per:
- No formen macromolècules , és a dir, no formen polímers d’elevada massa molecular.
- Són insolubles en aigua i solubles en dissolvents apolars orgànics
A causa de la seva insolubilitat, els lípids apareixen associats a proteïnes que faciliten el seu transport a l’organisme i permeten el seu reconeixement i posterior entrada a la cèl·lula.
Molts són molècules amfipàtiques, és a dir, estan constituïdes per una estructura apolar i hidròfoba d’àtoms de carboni units covalentment, i un grup polar i hidròfil que interacciona amb l’aigua. A causa d’això, els lípids amfipàtics s’orienten als mitjans aquosos de manera específica, permetent la seva presència a les cèl·lules i formant estructures de gran importància biològica.
2.1 Funcions dels lípids
Les principals funcions dels lípids són:
- Reserva energètica : proporcionen unes quatre vegades més energia per mol que la glucosa (unes 9,3 kcal per gram), per la qual cosa són una excel·lent forma d’emmagatzemar energia. En els animals s’emmagatzemen a les cèl·lules adiposes i als vegetals abunden en els fruits i llavors.
- Estructural: a causa de la seva naturalesa amfipàtica són el component fonamental de totes les membranes cel·lulars.
- Protectora : com el teixit adipós subcutani (pannicle adipós) 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 rellevants funcions fisiològiques.
- Específiques : com els pigments fotosintètics encarregats d’absorbir la llum.
2.2 Classificació dels lípids
Els lípids es poden classificar segons la seva tendència a formar sals com els sabons (reacció de saponificació):
- Lípids saponificables : són èsters d’un àcid gras i un alcohol, per la qual cosa poden donar la reacció de saponificació . Són els acilglicèrids , les ceres , els glicerolípids i els esfingolípids . Són hidrolitzables .
- Lípids insaponificables : són derivats d’hidrocarburs lineals o cíclics insaturats. No contenen àcids grassos de manera que no donen la reacció de saponificació . Són els terpens , els esteroides i les prostaglandines . No són hidrolitzables .
2. 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.
2.3.1. Classificació dels àcids grassos
Es coneixen uns 70 àcids grassos, que es poden classificar en dos grups:
a) 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.
b) 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.
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).
Nom dels principals àcids grassos saturats i insaturats
2.3.2 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.
2.4. Lípids saponificables
Els àcids grassos són capaços d’experimentar dues reaccions:
Esterificació
És la reacció d’un àcid gras amb un alcohol per mitjà d’un enllaç covalent anomenat enllaç estèric que dónalloc a un èster i a una molècula d’aigua. Aquesta reacció és molt importat per-què la majoria dels lípids són èsters. Durant la digestió, per l’acció d’enzims lipases, els èsters s’hidrolitzen i donen lloc a àcids grassos i a alcohol.
Saponificació
Una saponificació és una reacció d’un èster amb una base forta (NaOHo KOH) que dóna lloc a una sal d’àcid gras, que s’anomena sabó. 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 sabó.
Aquesta reacció és molt important perquè si bé els àcids grassos són insolubles en aigua, les molècules de sabó formen grups (micel·les) que es dis-persen a l’aigua. És a dir, que tot i que són insolubles, for-men dispersions col·loïdals. La diferència és deguda al fet que, si bé el grup carboxil (COOH) de l’àcid gras s’ionitza molt poc, és a dir, origina pocs COO– i H+, el grup COONa i el grup COOK s’ionitzen molt, és a dir, originen molts radicals COO–
Quan es posa un sabó sobre l’aigua, les seves molècules es disposen amb els grups carboxils situats dintre de l’aigua i la cadena hidrocarbonada fora d’ella , constituint una fina pel·lícula superficial.
Si per agitació aquesta pel·lícula s’enfonsa, les molècules es disposen juntes, amb la part hidròfoba cap a dintre i la part hidròfila cap a fora, i originen unes estructures més o menys esfèriques anomenades micel·les, que constitueixen dispersions col·loïdals. Les micel·les poden ser monocapes o bicapes si engloben aigua a l’interior. Quan una micel·la monocapa atrapa aire es diu que té un efecte escumós, i si conté gotetes de lípids es diu que té un efecte emulsionant o detergent.
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.
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.
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.
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.
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
Són fosfolípids amb base de glicerol. Són el principal component de la membrana biològica. Químicament estan constituïts per glicerina esterificada en el carboni 3 amb un grup fosfat (glicerol-3–fosfat) 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.
Els fosfolípids tenen un marcat caràcter amfipàtic conseqüència de l’estructura de la molècula: les llargues cadenes dels àcids grassos tenen caràcter hidròfob (repel·leixen l’aigua) i formen dues llargues “cues” apolars, mentre que el grup fosfat i l’alcohol, carregats elèctricament, són fortament hidròfils (interaccionen amb l’aigua) i constitueixen la ” cap” polar de la molècula
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 ceramida (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.
2.5. 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.
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.
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)
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.
2.6. Presentació de Els lípids en diapositives
Aquests enllaços són molt recomanables:
La bicapa lipídica (model en 3D)
L’editorial Barcanova també té una unitat didàctica: Els glúcids i els lípids
