Lípidos y membranas

LÍPIDOS 

• Una tercera gran clase de macromoléculas. Como las proteínas y los carbohidratos, los lípidos son componentes esenciales de todos los organismos vivos. Sin embargo, a diferencia de las proteínas y los carbohidratos, los lípidos tienen estructuras muy variadas. 
• A menudo se definen como compuestos orgánicos insolubles en agua (o sólo poco solubles), que se encuentran en los sistemas biológicos. Los lípidos tienen gran solubilidad en solventes orgánicos no polares. Son hidrofóbicos (no polares) o bien son anfipáticos (contienen regiones polares y no polares al mismo tiempo).

Los lípidos más simples son los ácidos grasos, y tienen la fórmula general R—COOH, donde R representa una cadena de hidrocarburo.

Los ácidos grasos son componentes de muchos tipos más complejos de lípidos, incluyendo los triglicéridos o triacilgliceroles, los glicerofosfolípidos y los esfingolípidos. Los lípidos que contienen grupos fosfato se llaman fosfolípidos y los que tienen grupos esfingosina y carbohidrato a la vez se llaman glicoesfingolípidos. Los esteroides, las vitaminas lipídicas y los terpenos se relacionan con la molécula de isopreno, de cinco carbonos, y por consiguiente se llaman isoprenoides.

Ácidos grasos

En varias especies se han identificado más de 100 ácidos grasos distintos. Los ácidos grasos difieren entre sí en la longitud de sus colas de hidrocarburo, la cantidad de dobles enlaces carbono-carbono, las posiciones de los dobles enlaces en las cadenas y la cantidad de ramificaciones.

• Los ácidos grasos son una forma de detergente, porque tienen una larga cola hidrofóbica y una cabeza polar. Como es de esperar, la concentración de ácido graso libre en las células es muy baja, porque altas concentraciones de ácidos grasos libres podrían romper las membranas. 
• Los ácidos grasos pueden indicarse ya sea por sus nombres establecidos por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry) o por sus nombres comunes. Los nombres comunes se usan para los ácidos grasos que se encuentran con más frecuencia. 
• La cantidad de átomos de carbono en los ácidos grasos más abundantes va de 12 a 20, y casi siempre es par, ya que se sintetizan mediante la adición consecutiva de unidades con dos carbonos. En la nomenclatura de IUPAC, al carbono carboxílico se le considera el C-1 y los demás átomos de carbono se numeran en secuencia.
• Los ácidos grasos que no contienen dobles enlaces carbono-carbono se llaman saturados, en tanto que los que tienen al menos un doble enlace carbono-carbono se clasifican como no saturados o insaturados. Los ácidos grasos no saturados que sólo tienen un doble enlace carbono-carbono se llaman monoinsaturados, en tanto que los que tienen dos o más se denominan poliinsaturados. 

FÁRMACOS

 HIDROCLOROTIAZIDA
PA: TIAZIDA

 

• Aumentan colesterol total y triglicéridos. Pueden disminuir el colesterol HDL (el protector).
• Las tiazidas son una familia de compuestos químicos heterocíclicos que se caracterizan por poseer átomos de azufre y de nitrógeno.

Beta-bloqueantes: Propranolol

Representación esquelética del propranolol, el primer betabloqueante clínico.

• En farmacología, un beta bloqueador (escrito β-bloqueador) es un tipo de medicamento usado en varias afecciones, en particular en el tratamiento de los trastornos del ritmo cardíaco y en la cardioprotección posterior a un infarto de miocardio.
• Hay un creciente número de evidencias que demuestran que los beta bloqueantes más frecuentemente usados, en especial en combinación con diuréticos tipo tiazida, conllevan un riesgo poco aceptable de la aparición de diabetes mellitus tipo 2.
• Incluso sin cambios apreciables en el colesterol total, pueden aumentar el colesterol LDL (de baja densidad o peligroso) y triglicéridos y disminuír el colesterol HDL (el protector), todo ello pues indeseable.

Calcioantagonistas y Alfa-bloqueantes

• Pueden tener un efecto beneficioso sobre el colesterol LDL y HDL.
• Los calcioantagonistas son una clase de fármacos que tienen en común la inhibición de las corrientes de calcio a través de la membrana mediante el bloqueo no competitivo de canales de calcio dependientes de voltaje. Bloquean la entrada de calcio a la célula y enlentecen la recuperación del canal del calcio a la situación de reposo.

Fármacos en contra de la obesidad 

Efedrina 
Se han realizado varios ensayos clínicos, aunque se ha detectado una alta incidencia de efectos adversos (aumentos de azúcar en sangre, temblor, aumento de la presión arterial), con una mínima pérdida de peso.

LEPTINA
La hormona leptina parece ser una sustancia útil para mantener el peso corporal, y recientemente se han descubierto receptores de esta hormona en el cerebro. La leptina desencadena la producción de otra sustancia llamada péptido-1-tipo glucagón (GLP-1). Esta última interviene en la digestión de los hidratos de carbono en el intestino. Por todo ello, la leptina podría ser una sustancia útil.

Hormonas tiroideas

Aunque producen una pérdida inicial de peso, a medio/largo plazo inducen también una pérdida ósea, dando lugar a osteoporosis, y una reducción de la masa muscular. En principio sólo se recomiendan en pacientes obesos con hipotiroidismo (obesidad por baja producción de hormonas tiroideas).

Triacilgliceroles

¿Qué son?

Son un tipo de de lipidos o grasas presente en el torrente sanguíneo y en el tejido adiposo.

un exceso de este tipo de grasa puede contribuir al endurecimiento el estrechamiento de las arterias, esto nos pone en riesgo de tener infarto o ataque cerebral (derrame).

enfermedades como:

• diabetes
• obesidad 
• insuficiencia renal
• alcoholismo 

Los ácidos grasos son combustibles metabólicos importantes, en especial en los mamíferos. Como los átomos de carbono de los ácidos grasos están más reducidos que los de las proteínas o los carbohidratos, la oxidación de los ácidos grasos produce más energía (~37 kJ g–1) que la oxidación de proteínas o carbohidratos (~16 kJ g–1 cada uno). 

• Las grasas y los aceites son mezclas de triacilgliceroles. Pueden ser sólidos (grasas) o líquidos (aceites), dependiendo de sus composiciones de ácidos grasos y de la temperatura. Los triacilgliceroles que sólo contienen grupos acilo graso saturado y de cadena larga tienden a ser sólidos a la temperatura corporal, y los que contienen grupos acilo graso no saturados o de cadena corta, tienden a ser líquidos.
• En la mayor parte de las células, los triacilgliceroles coalescen en forma de gotitas de grasa. Esas gotitas a veces se ven cerca de las mitocondrias en células que se basan en ácidos grasos para obtener su energía metabólica. En los mamíferos, la mayor parte de la grasa se almacena en el tejido adiposo, formado por células especializadas llamadas adipocitos.

La insulina

• Es una hormona producida por una glándula denominada páncreas. La insulina ayuda a que los azúcares obtenidos a partir del alimento que ingerimos lleguen a las células del organismo para suministrar energía.
• Es la hormona "anabólica" por excelencia; es decir, permite disponer a las células del aporte necesario de glucosa para los procesos de síntesis con gasto de energía, que luego por glucolísis y respiración celular se obtendrá la energía necesaria en forma de ATP (pastillas concentradas de energía) para dichos procesos.

PENTOXIFILINA: UNO DE LOS TANTOS PA DE LA INSULINA

Pioglitazona

• La pioglitazona se usa junto a un régimen alimenticio y un programa de ejercicios, y a veces con otros medicamentos para tratar la diabetes tipo 2 (una condición en la cual el cuerpo no puede usar en forma normal la insulina que produce y como consecuencia no puede controlar el nivel de azúcar en la sangre). 
• La pioglitazona pertenece a una clase de medicamentos llamados tiazolidinedionas. Funciona al aumentar la sensibilidad del cuerpo a la insulina, una sustancia natural que ayuda a controlar el nivel de azúcar en la sangre.
• La pioglitazona puede causar otros efectos secundarios. Llame a su doctor si tiene cualquier problema inusual mientras toma este medicamento.

PULMOCARE® 

PA de PULMOCARE: Beta-Caroteno

• Está diseñado especialmente para reducir la producción de CO2 y el cociente respiratorio en pacientes con insuficiencia respiratoria. Satisface las necesidades nutrimentales sin comprometer la función respiratoria.
•  PULMOCARE® tiene un alto aporte de lípidos, la mezcla provee triglicéridos de cadena media para optimizar la absorción de grasas, es alta en ácidos grasos monoinsaturados y provee O-6 y O-3 en una relación de 4:1.
• INDICACIÓN TERAPÉUTICA: Minimiza la producción de CO2 resultante de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica EPOC, fibrosis quística o insuficiencia respiratoria.
DOSIS Y VÍA DE ADMINISTRACIÓN: La cantidad recomendada dependerá de la valoración que haga el profesional de la nutrición. Administración oral o por sonda. PULMOCARE®, por su contenido de nutrimentos, puede ser usado como nutrición total o como complemento para personas que requieren dietas bajas en hidratos de carbono.

 Glicerofosfolípidos

• Aunque los triacilgliceroles son los lípidos más abundantes en los mamíferos (por su peso), no se encuentran en las membranas biológicas. Los lípidos más abundantes en la mayor parte de las membranas son los glicerofosfolípidos (que también se llaman fosfoglicéridos).
•  Los glicerofosfolípidos más sencillos, los fosfatidatos, consisten en dos grupos acilo graso esterificados en el C-1 y C-2 del 3-fosfato de glicerol. 

• Las estructuras de los glicerofosfolípidos se pueden dibujar como derivados del L-glicerol 3-fosfato (o 3-fosfato de L-glicerol), con el sustituyente en el C-2 a la izquierda en una proyección de Fischer, como en la tabla 9.2. Para simplificar, con frecuencia se mostrarán esos compuestos como estructuras no referidas a su estereoquímica. 
• Cada tipo de glicerofosfolípido consiste en una familia de moléculas con el mismo grupo en la cabeza polar, y distintas cadenas de acilo graso. Por ejemplo, las membranas de los glóbulos rojos humanos contienen cuando menos 21 especies distintas de fosfatidilcolina que difieren entre sí en las cadenas de acilo graso esterificadas en el C-1 y C-2 del respaldo de glicerina.

La otra clase principal de glicerofosfolípidos es la de los plasmalógenos, y difiere de los fosfatidatos porque tiene el sustituyente hidrocarburo en el grupo hidroxilo del C-1 de la glicerina, unido por un enlace de éter vinílico, y no enlace de éster.

 Esfingolípidos

• Después de los glicerofosfolípidos, los lípidos más abundantes en las membranas vegetales y animales son los esfingolípidos. En los mamíferos tienen abundancia especial en tejidos del sistema nervioso central. 
• La mayor parte de las bacterias no tienen esfingolípidos. 
• El respaldo estructural de los esfingolípidos es la esfingosina (trans-4-esfingenina), un alcohol no ramificado de C18, con un doble enlace trans entre el C-4 y C-5, un grupo amino en el C-2 y grupos hidroxilo en el C-1 y C-3.
• La ceramida está formada por un grupo acilo graso unido al grupo amino del C-2 en la esfingosina, por un enlace de amida.
• Las ceramidas son los precursores metabólicos de todos los esfingolípidos. Las tres grandes familias de esfingolípidos son las esfingomielinas, los cerebrósidos y los gangliósidos.

Esteroides

• Los esteroides son una tercera clase de lípidos que se encuentran en las membranas de los eucariotas, y muy rara vez en las bacterias.
•  Los esteroides, junto con las vitaminas lipídicas y los terpenos, se clasifican como isoprenoides porque sus estructuras se relacionan con la molécula de isopreno, de cinco carbonos.
• El esteroide colesterol es el componente importante de las membranas plasmáticas animales, pero sólo se encuentra rara vez en las plantas, y nunca en los procariotas, protistas u hongos. En realidad, el colesterol es un esterol porque tiene un grupo hidroxilo en el C-3. 

• El colesterol se acumula con frecuencia en depósitos lipídicos (placas) en las paredes de los vasos sanguíneos. Se han identificado esas placas en las enfermedades cardiovasculares, que pueden provocar ataques al corazón. Muchas personas limitan su ingestión de colesterol. 
• A pesar de su implicación en enfermedades cardiovasculares, el colesterol tiene participación esencial en la bioquímica de los mamíferos. Es sintetizado por las células de mamíferos.

¿Qué son Esteroides Orales?

• Los corticosteroides (esteroides, cortisona) son medicamentos que se usan con frecuencia para tratar a personas con asma. Estos medicamentos se pueden tomar por la boca (oralmente) o inhalados.
•  Hay algunos motivos de preocupación con respecto al uso de los esteroides. Los esteroides pueden ser administrados en diferentes maneras. 
•  Pueden ser administrados en dosis muy altas, cuando son inyectados en la vena (intravenoso) para que penetren rápidamente en la sangre y los pulmones. Ésta no es la manera más común de administrar esteroides, y se usa principalmente en casos de emergencia.

 Las membranas biológicas están formadas por bicapas lipídicas y proteínas

Las membranas biológicas definen los límites externos de las células, y separan compartimientos dentro de ellas. Son componentes esenciales de todas las células vivas. Una membrana típica está formada por dos capas de moléculas de lípidos y muchas proteínas embebidas en ella. 

• Las membranas biológicas no sólo son barreras pasivas contra la difusión. Tienen una gran variedad de funciones complejas. Algunas proteínas contenidas en las membranas sirven como bombas selectivas que controlan en forma estricta el transporte de iones y de moléculas pequeñas que entran y salen de la célula. 
• Las membranas también son responsables de generar y mantener la concentración de gradientes de protones, esenciales para la producción de ATP. Los receptores en las membranas reconocen señales extracelulares y las comunican al interior de la célula.

 Igual que los detergentes, los glicerofosfolípidos y los glicoesfingolípidos anfipáticos pueden formar monocapas bajo ciertas condiciones. En las células, esos lípidos no se empacan bien en las micelas, sino más bien tienden a formar bicapas lipídicas. Las bicapas lipídicas son el principal componente estructural de todas las membranas biológicas, incluyendo membranas plasmáticas y membranas internas de células eucariotas.

Modelo fluido de mosaico para membranas biológicas 

Una membrana biológica típica contiene de un 25 a un 50% de lípidos, y de un 50 a un 75% de proteínas, en masa, con menos de 10% de carbohidratos como componente de glicolípidos y glicoproteínas. Los lípidos son una mezcla compleja de fosfolípidos, glicoesfingolípidos (en animales) y colesterol (en algunos eucariotas). El colesterol y algunos otros lípidos que por sí no forman bicapas (30% del total) están estabilizados en el arreglo de bicapa por el otro 70% de los lípidos en la membrana. 

• Una membrana biológica es más gruesa que una bicapa lipídica: en forma típica tiene de 6 a 10 nm de espesor. S. Jonathan Singer y Garth L. Nicolson propusieron en 1972 el modelo de mosaico fluido y todavía tiene validez general para describir el arreglo de lípidos y proteínas dentro de una membrana. 

 Tres clases de proteínas de membrana

Las membranas celulares e intracelulares contienen proteínas especializadas enlazadas en la membrana. Esas proteínas se dividen en tres clases, según su modo de asociación con la bicapa lipídica: proteínas integrales de membrana, proteínas periféricas de membrana y proteínas de membrana ancladas a lípidos.

Transporte de membrana

• Las membranas plasmáticas separan físicamente una célula viva de su ambiente. Además, dentro de las células eucariotas, las membranas rodean a diversos compartimientos, como al núcleo y a las mitocondrias. Las membranas son barreras de permeabilidad selectiva que restringen el paso libre de la mayor parte de las moléculas.
• Los gases no polares, como el O2 y el CO2, y las moléculas hidrofóbicas, como las de esteroides, vitaminas lipídicas y algunos medicamentos, entran y salen de la célula difundiéndose a través de la membrana, pasando del lado con mayor concentración al lado de menor concentración.
• El tráfico de moléculas polares y de iones a través de las membranas es mediado por tres tipos de proteínas integrales de membrana: canales y poros, transportadores pasivos y transportadores activos. Esos sistemas de transporte tienen distintas propiedades cinéticas y necesidades de energía. 
  
  
   Poros y canales
• Los poros y los canalesson proteínas transmembranales con un paso central para iones y moléculas pequeñas. (En general, el término poro se usa en las bacterias, y canal para los animales). Los solutos con tamaño, carga y estructura molecular adecuados pueden atravesar rápidamente el pasaje en cualquier dirección, difundiéndose a favor de un gradiente de concentración.
• Las membranas de los tejidos nerviosos tienen canales de potasio con compuerta (es decir, controlados), que en forma selectiva permiten el transporte de iones potasio hacia el exterior. Estos canales permiten que los iones K atraviesen la membrana al menos 10 000 veces más rápido que los iones Na , que son más pequeños. 

 Transducción de señales extracelulares

• Las membranas plasmáticas de todas las células contienen receptores específicos que permiten que la célula responda a estímulos químicos externos que no pueden cruzar la membrana. Por ejemplo, las bacterias pueden detectar ciertas sustancias en su ambiente. Una señal pasa a través del receptor en la superficie celular hacia los flagelos, haciendo que la bacteria se mueva hacia una fuente potencial de alimento. A esto se llama quimiotaxia positiva. 

 Las proteínas G son transductores de señal

Muchos receptores de membrana interactúan con una familia de proteínas unidas a un nucleótido de guanina, llamadas proteínas G. Las proteínas G actúan como transductores, agentes que transmiten estímulos externos a enzimas efectoras.

La ruta de señalización con adenilil ciclasa

• Los nucleótidos cíclicos monofosfato de adenosina 3 -5 -cíclico (cAMP) y su análogo de guanina, el monofosfato de guanosina 3 ,5 -cíclico (cGMP) son segundos mensajeros que ayudan a transmitir señales de fuentes externas hacia enzimas intracelulares. El cAMP se produce a partir de ATP por acción de adenilil ciclasa (figura 9.40), y el cGMP se forma a partir del GTP en una reacción similar.
• La capacidad de desactivar una ruta de transducción de señal es un elemento esencial en todos los procesos de señalización. Por ejemplo, la concentración de cAMP en el citosol sólo aumenta en forma transitoria. Una cAMP fosfodiesterasa cataliza la hidrólisis de cAMP a AMP.

 Receptor de tirosina cinasas 

Muchos factores de crecimiento funcionan mediante una ruta de señalización que comprende una proteína transmembranal multifuncional, llamada receptor de tirosina cinasa. 

 Cuando la insulina se enlaza a las subunidades a, induce un cambio conformacional que une a los dominios de tirosina cinasa de las subunidades b. Cada dominio de tirosina cinasa en el tetrámero cataliza la fosforilación del otro dominio de cinasa. La tirosina cinasa activada cataliza también la fosforilación de residuos de tirosina en otras proteínas que ayudan a regular la utilización de nutrientes.