Os lípidos são uma classe de biomoléculas que é definida pela sua solubilidade em solventes orgânicos, tais como o clorofórmio, e a sua relativa insolubilidade na água. As interações entre lipídios e de lipídios com outras biomoléculas surgem em grande parte pela sua natureza hidrofóbica (“water-hating”). Os lípidos podem ser divididos em duas categorias principais de acordo com suas estruturas: aqueles que são baseados em ácidos graxos, e aqueles que são baseados em isopreno , uma cadeia ramificada de cinco carbonos.
Lípidos à base de ácidos gordos
Os ácidos gordos são ácidos carboxílicos não ramificados, geralmente contendo um número par de átomos de carbono (entre 12 e 24, inclusive). Se não houver ligações duplas entre átomos de carbono, o ácido graxo é saturado; se houver ligações duplas entre átomos de carbono, o ácido graxo é insaturado. Os ácidos graxos insaturados naturais têm de uma a seis ligações duplas, com as ligações duplas separadas por pelo menos duas ligações simples; as ligações duplas têm a configuração cis. Estas ligações duplas inibem o “empacotamento” das moléculas (em sólidos), o que diminui o ponto de fusão dos ácidos gordos. Muitas propriedades físicas das substâncias lipídicas são determinadas pela extensão da insaturação. Os ácidos gordos polinsaturados ómega 3 ( ω -3), assim denominados porque a dupla ligação entre o terceiro e o último ( ω -3) e o quarto e último ( ω -4) carbonos, são normalmente encontrados em peixes de água fria e são considerados como desempenhando um papel importante em muitas funções neurológicas.
Em resposta a condições de stress, vários tecidos convertem ácidos gordos polinsaturados com vinte carbonos para uma família de compostos chamados eicosanóides. Os eicosanóides incluem prostaglandinas, tromboxanos, prostaciclinas e leucotrienos, e estão geralmente envolvidos na sensação de inflamação e dor. Aspirina, acetaminofen e outros analgésicos funcionam inibindo as reações iniciais necessárias para a conversão de ácidos graxos em eicosanóides.
O grupo ácido carboxílico de uma molécula de ácido graxo fornece um local conveniente para ligar o ácido graxo a um álcool, através de uma ligação de ésteres. Se o ácido graxo se liga a um álcool com uma longa cadeia de carbono, a substância resultante é chamada de cera. A cera é muito hidrofóbica, repelindo assim a água. O glicerol, um composto de três átomos de carbono com um grupo alcoólico em cada carbono, forma muito frequentemente ésteres com ácidos gordos. Quando glicerol e uma molécula de ácido graxo são combinados, a porção de ácido graxo do composto resultante é chamada de grupo “acyl”, e a porção de glicerol é referida como um “glicerídeo”. Usando este sistema de nomenclatura, um triacicloreto tem três ácidos gordos ligados a uma única molécula de glicerol; por vezes este nome é abreviado para “triglicérido”. Os triglicéridos são geralmente referidos como
gorduras ou óleos, dependendo se são sólidos ou líquidos à temperatura ambiente. Os triglicéridos são uma reserva de energia em sistemas biológicos. Os diacilglicerídeos são comumente encontrados na natureza com cadeias de acilgl ocorrendo em dois carbonos adjacentes, e são a base da química dos fosfolípidos.
Lípidos à base de isopreno
A outra classe de moléculas lipídicas, baseada em uma estrutura ramificada de cinco carbonos chamada isopreno, foi identificada pela primeira vez através da destilação a vapor de materiais vegetais. Os extratos são chamados de “óleos essenciais”. Eles são frequentemente perfumados e são utilizados como medicamentos, especiarias e perfumes. Uma grande variedade de estruturas é obtida pela fusão de unidades monômeras de isopreno, levando a um conjunto muito diversificado de compostos, incluindo terpenos, como β- caroteno, pineno (terebintina) e carvona (óleo de hortelã); e esteróides, como testosterona, colesterol e estrogênio .
Organização de lipídios
“Como óleo e água” é um ditado baseado na interação mínima de lipídios com água. Embora este ditado seja adequado para lipídios à base de isopreno e lipídios à base de ácidos graxos volumosos, como ceras e triglicerídeos, não é adequado para todos os lipídios (por exemplo, não se aplica a substâncias compostas de ácidos graxos ou diacilglicerídeos).
Os ácidos gordos e diacilglicerídeos são muitas vezes anfhipáticos; ou seja, o ácido carboxílico “cabeça” é hidrofílico e o hidrocarboneto “cauda” é hidrofóbico. Quando um ácido graxo ou triglicérido é colocado na água, formam-se estruturas que maximizam as interações das cabeças hidrofílicas com a água e minimizam as interações das caudas hidrofóbicas com a água. Em baixas concentrações lipídicas forma-se uma monocamada, com as cabeças hidrofílicas associando-se com moléculas de água e caudas hidrofóbicas “apontando” directamente para o ar (ver Figura 2).
À medida que a concentração de lípidos é aumentada, a área de superfície disponível para a formação da monocamada é reduzida, levando à formação de estruturas alternativas (dependendo do lípido e da condição particular). Compostos que têm um grupo de cabeça relativamente grande e um pequeno grupo de cauda, como ácidos gordos e detergentes, formam estruturas esféricas conhecidas como micelas. A concentração de lipídios necessária para a formação de micelas é referida como a concentração crítica de micelas (CMC). Outras moléculas hidrofóbicas, tais como moléculas dentro da sujeira, triacicloretos e outras moléculas orgânicas grandes, associam-se com a porção hidrofóbica da cauda de uma micela.
Compostos que têm cabeças e caudas de tamanho aproximadamente igual tendem a formar biletes em vez de micelas. Nestas estruturas, duas monocamadas de moléculas lipídicas associam cauda à cauda, minimizando assim o contacto das porções hidrofóbicas com a água e maximizando as interacções hidrofílicas. As moléculas lipídicas podem se mover lateralmente (dentro de uma única camada do bico, chamada bula), mas o movimento de uma bula para a bula oposta é muito mais difícil.
H 2 CO: 2(l) + 4 + 6 = 12
Muitas vezes estas folhas de bico podem envolver-se de forma a formar estruturas esféricas, chamadas vesículas ou lipossomas (dependendo do seu tamanho). Vários novos tratamentos anticâncer são baseados na embalagem de quimioterápicos
agentes no interior dos lipossomas e depois dirigindo os lipossomas para um tecido alvo específico.
Os lípidos também podem formar estruturas em conjunto com várias proteínas. Uma membrana celular consiste de um bocal lipídico que contém uma variedade de proteínas que ou são transversais ao bocal ou estão associadas mais frouxamente com o bocal. O colesterol pode ser inserido no bocal, e isto ajuda a regular a fluidez da membrana.
Uma variedade de complexos lipídico-proteicos são usados no corpo para transportar lipídios relativamente insolúveis em água, como triglicéridos e colesterol, no sangue circulante. Estes complexos são comumente chamados lipoproteínas; eles contêm tanto proteínas quanto lipídios em concentrações variadas. A densidade destas lipoproteínas depende das quantidades relativas de proteínas, porque os lípidos são menos densos que as proteínas. As lipoproteínas de baixa densidade, ou LDLs, têm uma proporção relativamente maior de lipídios em relação às proteínas. Os LDLs são usados para transportar colesterol e triglicerídeos do fígado para os tecidos. Em contraste, alta densidade
lipoproteínas, ou HDLs, têm uma proporção relativamente menor de lipídios para proteínas e são usadas na remoção de colesterol e gorduras dos tecidos.
Funções dos lípidos
Os lípidos desempenham uma variedade de tarefas em sistemas biológicos. Terpenos, esteróides e eicosanóides atuam como moléculas de comunicação, seja com outros organismos ou com outras células dentro do mesmo organismo. Os átomos de carbono altamente reduzidos em triglicéridos ajudam a fazer das gorduras um composto ideal para o armazenamento de energia.
Algumas das funções dos lípidos estão relacionadas com as estruturas que eles formam. A formação de micelas característica dos ácidos gordos, detergentes e sabões em solução aquosa ajuda a dissolver a sujidade e outros materiais hidrofóbicos. As camadas de lípidos desempenham muitos papéis vitais. Os lipossomas são usados para entregar drogas aos tecidos desejados. Uma membrana celular, devido ao seu núcleo hidrofóbico, é uma barreira substancial à passagem de íons, permitindo que o interior da célula tenha concentrações de íons diferentes daquelas do ambiente extracelular. Os bilayers são bons isoladores elétricos e ajudam na transmissão de impulsos nervosos ao longo das porções condutoras das fibras nervosas. A importância dos lipídios na função neural é observada em doenças nas quais esses isoladores se perdem, como a esclerose múltipla, ou não são mantidos adequadamente, como a doença de Tay-Sachs.
Apesar de serem um sortimento de compostos quimicamente diversos, os lipídios compartilham uma série de propriedades. A natureza anfhipática das moléculas lipídicas encoraja a formação de estruturas mais complexas, como micelas, bilayers e lipossomas. Estas estruturas, assim como as próprias substâncias lipídicas em si, afectam todos os aspectos da biologia celular.