En química , particularmente en bioquímica , un ácido graso es un ácido carboxílico con una cadena alifática , que está saturada o insaturada . La mayoría de los ácidos grasos naturales tienen una cadena no ramificada de un número par de átomos de carbono, de 4 a 28. [1] Los ácidos grasos son un componente importante de los lípidos (hasta un 70% en peso) en algunas especies como las microalgas [2 ] pero en algunos otros organismos no se encuentran en su forma independiente, sino que existen como tres clases principales de ésteres : triglicéridos , fosfolípidos y ésteres de colesterilo . En cualquiera de estas formas, los ácidos grasos son importantes fuentes dietéticas de combustible para los animales y componentes estructurales importantes para las células .
El concepto de ácido graso ( acide gras ) fue introducido en 1813 por Michel Eugène Chevreul , [3] [4] [5] aunque inicialmente utilizó algunos términos variantes: graisse acide y acide huileux ("grasa ácida" y "ácido oleoso" ). [6]
Los ácidos grasos se clasifican de muchas maneras: por longitud, por saturación versus insaturación, por contenido de carbono par versus impar y por lineal versus ramificado.
Los ácidos grasos saturados no tienen dobles enlaces C=C. Tienen la fórmula CH 3 (CH 2 ) n COOH, para n diferentes . Un ácido graso saturado importante es el ácido esteárico ( n = 16), que cuando se neutraliza con hidróxido de sodio es la forma más común de jabón .
Los ácidos grasos insaturados tienen uno o más dobles enlaces C=C . Los dobles enlaces C=C pueden dar isómeros cis o trans .
En la mayoría de los ácidos grasos insaturados naturales, cada doble enlace tiene tres ( n-3 ), seis ( n-6 ) o nueve ( n-9 ) átomos de carbono después, y todos los dobles enlaces tienen una configuración cis. La mayoría de los ácidos grasos en configuración trans ( grasas trans ) no se encuentran en la naturaleza y son el resultado del procesamiento humano (p. ej., hidrogenación ). Algunos ácidos grasos trans también se encuentran naturalmente en la leche y la carne de rumiantes (como el ganado vacuno y ovino). Se producen, por fermentación, en el rumen de estos animales. También se encuentran en los productos lácteos de la leche de rumiantes y también pueden encontrarse en la leche materna de mujeres que los obtuvieron de su dieta.
Las diferencias geométricas entre los distintos tipos de ácidos grasos insaturados, así como entre ácidos grasos saturados e insaturados, desempeñan un papel importante en los procesos biológicos y en la construcción de estructuras biológicas (como las membranas celulares).
La mayoría de los ácidos grasos son de cadena par, por ejemplo, el esteárico (C18) y el oleico (C18), lo que significa que están compuestos por un número par de átomos de carbono. Algunos ácidos grasos tienen números impares de átomos de carbono; se les conoce como ácidos grasos de cadena impar (OCFA). Los OCFA más comunes son los derivados saturados C15 y C17, el ácido pentadecanoico y el ácido heptadecanoico respectivamente, que se encuentran en los productos lácteos. [11] [12] A nivel molecular, los OCFA se biosintetizan y metabolizan de forma ligeramente diferente a sus parientes de cadena par.
Los ácidos grasos más comunes son compuestos de cadena lineal , sin átomos de carbono adicionales unidos como grupos laterales a la cadena principal de hidrocarburos. Los ácidos grasos de cadena ramificada contienen uno o más grupos metilo unidos a la cadena de hidrocarburos.
La mayoría de los ácidos grasos naturales tienen una cadena no ramificada de átomos de carbono, con un grupo carboxilo (–COOH) en un extremo y un grupo metilo (–CH3) en el otro extremo.
La posición de cada átomo de carbono en la cadena principal de un ácido graso generalmente se indica contando desde 1 en el extremo −COOH. El número de carbono x a menudo se abrevia C- x (o a veces C x ), con x = 1, 2, 3, etc. Este es el esquema de numeración recomendado por la IUPAC .
Otra convención utiliza letras del alfabeto griego en secuencia, comenzando con el primer carbono después del grupo carboxilo. Así, el carbono α ( alfa ) es C-2, el carbono β ( beta ) es C-3, y así sucesivamente.
Aunque los ácidos grasos pueden tener longitudes diversas, en esta segunda convención el último carbono de la cadena siempre se etiqueta como ω ( omega ), que es la última letra del alfabeto griego. Una tercera convención de numeración cuenta los carbonos de ese extremo, utilizando las etiquetas "ω", "ω-1", "ω-2". Alternativamente, la etiqueta "ω- x " se escribe "n- x ", donde "n" representa el número de carbonos en la cadena. [d]
En cualquiera de los esquemas de numeración, la posición de un doble enlace en una cadena de ácido graso siempre se especifica dando la etiqueta del carbono más cercano al extremo carboxilo . [d] Por lo tanto, en un ácido graso de 18 carbonos, se dice que un doble enlace entre C-12 (o ω-6) y C-13 (o ω-5) está "en" la posición C-12 o ω-6. . La denominación IUPAC del ácido, como "ácido octadec-12-enoico" (o la variante más pronunciable "ácido 12-octadecanoico") siempre se basa en la numeración "C".
La notación Δ x , y ,... se utiliza tradicionalmente para especificar un ácido graso con dobles enlaces en las posiciones x , y ,.... (La letra griega mayúscula "Δ" ( delta ) corresponde a la "D" romana , para Doble enlace). Así, por ejemplo, el ácido araquidónico de 20 carbonos es Δ 5,8,11,14 , lo que significa que tiene dobles enlaces entre los carbonos 5 y 6, 8 y 9, 11 y 12, y 14 y 15.
En el contexto de la dieta humana y el metabolismo de las grasas, los ácidos grasos insaturados a menudo se clasifican por la posición del doble enlace más cercano al carbono ω (únicamente), incluso en el caso de múltiples dobles enlaces , como los ácidos grasos esenciales . Así , el ácido linoleico (18 carbonos, Δ 9,12 ), el ácido γ-linolénico ( 18 carbonos, Δ 6,9,12 ) y el ácido araquidónico (20 carbonos, Δ 5,8,11,14 ) son todos clasificados como ácidos grasos "ω-6"; lo que significa que su fórmula termina en –CH=CH– CH
2–CH
2–CH
2–CH
2–CH
3.
Los ácidos grasos con un número impar de átomos de carbono se denominan ácidos grasos de cadena impar , mientras que el resto son ácidos grasos de cadena par. La diferencia es relevante para la gluconeogénesis .
La siguiente tabla describe los sistemas más comunes de denominación de ácidos grasos.
Cuando circulan en el plasma (ácidos grasos plasmáticos), no en su éster , los ácidos grasos se conocen como ácidos grasos no esterificados (NEFA) o ácidos grasos libres (FFA). Los FFA siempre están unidos a una proteína de transporte , como la albúmina . [15]
Los ácidos grasos libres también se forman a partir de aceites y grasas alimentarios con triglicéridos por hidrólisis, lo que contribuye al olor rancio característico . [16] Un proceso análogo ocurre en el biodiesel con riesgo de corrosión de las piezas.
Los ácidos grasos suelen producirse industrialmente mediante la hidrólisis de triglicéridos , con eliminación del glicerol (ver oleoquímicos ). Los fosfolípidos representan otra fuente. Algunos ácidos grasos se producen sintéticamente por hidrocarboxilación de alquenos. [17]
En los animales, los ácidos grasos se forman a partir de carbohidratos predominantemente en el hígado , el tejido adiposo y las glándulas mamarias durante la lactancia. [18]
Los carbohidratos se convierten en piruvato mediante glucólisis como primer paso importante en la conversión de carbohidratos en ácidos grasos. [18] Luego, el piruvato se descarboxila para formar acetil-CoA en la mitocondria . Sin embargo, este acetil CoA necesita ser transportado al citosol donde se produce la síntesis de ácidos grasos. Esto no puede ocurrir directamente. Para obtener acetil-CoA citosólica, el citrato (producido por la condensación de acetil-CoA con oxalacetato ) se elimina del ciclo del ácido cítrico y se transporta a través de la membrana mitocondrial interna hasta el citosol. [18] Allí es escindido por la ATP citrato liasa en acetil-CoA y oxaloacetato. El oxaloacetato regresa a la mitocondria en forma de malato . [19] La acetil-CoA citosólica es carboxilada por la acetil-CoA carboxilasa en malonil-CoA , el primer paso comprometido en la síntesis de ácidos grasos. [19] [20]
Luego, la malonil-CoA participa en una serie repetida de reacciones que alargan la cadena de ácidos grasos en crecimiento en dos carbonos a la vez. Por lo tanto, casi todos los ácidos grasos naturales tienen un número par de átomos de carbono. Cuando se completa la síntesis, los ácidos grasos libres casi siempre se combinan con glicerol (tres ácidos grasos por una molécula de glicerol) para formar triglicéridos , la principal forma de almacenamiento de ácidos grasos y, por tanto, de energía en los animales. Sin embargo, los ácidos grasos también son componentes importantes de los fosfolípidos que forman las bicapas de fosfolípidos a partir de las cuales se construyen todas las membranas de la célula (la pared celular y las membranas que encierran todos los orgánulos dentro de las células, como el núcleo , el mitocondrias , retículo endoplásmico y aparato de Golgi ). [18]
Los "ácidos grasos no combinados" o "ácidos grasos libres" que se encuentran en la circulación de los animales provienen de la degradación (o lipólisis ) de los triglicéridos almacenados. [18] [21] Debido a que son insolubles en agua, estos ácidos grasos se transportan unidos a la albúmina plasmática . Los niveles de "ácidos grasos libres" en la sangre están limitados por la disponibilidad de sitios de unión a la albúmina. Pueden ser absorbidos de la sangre por todas las células que tienen mitocondrias (a excepción de las células del sistema nervioso central ). Los ácidos grasos sólo pueden descomponerse en las mitocondrias, mediante beta-oxidación seguida de una mayor combustión en el ciclo del ácido cítrico hasta CO 2 y agua. Las células del sistema nervioso central, aunque poseen mitocondrias, no pueden absorber los ácidos grasos libres de la sangre, ya que la barrera hematoencefálica es impermeable a la mayoría de los ácidos grasos libres, [ cita necesaria ] excluyendo los ácidos grasos de cadena corta y los de cadena media. ácidos grasos . [22] [23] Estas células tienen que fabricar sus propios ácidos grasos a partir de carbohidratos, como se describió anteriormente, para producir y mantener los fosfolípidos de sus membranas celulares y los de sus orgánulos. [18]
Los estudios sobre las membranas celulares de mamíferos y reptiles descubrieron que las membranas celulares de los mamíferos están compuestas por una mayor proporción de ácidos grasos poliinsaturados ( DHA , ácido graso omega-3 ) que los reptiles . [24] Los estudios sobre la composición de ácidos grasos de aves han observado proporciones similares a las de los mamíferos, pero con 1/3 menos de ácidos grasos omega-3 en comparación con omega-6 para un tamaño corporal determinado. [25] Esta composición de ácidos grasos da como resultado una membrana celular más fluida pero también permeable a varios iones ( H + y Na + ), lo que resulta en membranas celulares que son más costosas de mantener. Se ha argumentado que este costo de mantenimiento es una de las causas clave de las altas tasas metabólicas y la concomitante sangre caliente de mamíferos y aves. [24] Sin embargo, la poliinsaturación de las membranas celulares también puede ocurrir en respuesta a temperaturas frías crónicas. En los peces, los ambientes cada vez más fríos conducen a un contenido cada vez mayor de ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados en la membrana celular, para mantener una mayor fluidez (y funcionalidad) de la membrana a temperaturas más bajas . [26] [27]
La siguiente tabla proporciona la composición de ácidos grasos, vitamina E y colesterol de algunas grasas dietéticas comunes. [28] [29]
Los ácidos grasos presentan reacciones como otros ácidos carboxílicos, es decir, sufren esterificación y reacciones ácido-base.
Los ácidos grasos no muestran una gran variación en sus acidez, como lo indica su respectivo p K a . El ácido nonanoico , por ejemplo, tiene un p K a de 4,96, siendo sólo ligeramente más débil que el ácido acético (4,76). A medida que aumenta la longitud de la cadena, la solubilidad de los ácidos grasos en agua disminuye, de modo que los ácidos grasos de cadena más larga tienen un efecto mínimo sobre el pH de una solución acuosa. Cerca del pH neutro, los ácidos grasos existen en sus bases conjugadas, es decir, oleato, etc.
Las soluciones de ácidos grasos en etanol se pueden valorar con una solución de hidróxido de sodio utilizando fenolftaleína como indicador. Este análisis se utiliza para determinar el contenido de ácidos grasos libres de las grasas; es decir, la proporción de triglicéridos que han sido hidrolizados .
La neutralización de los ácidos grasos, una forma de saponificación (fabricación de jabón), es una ruta ampliamente practicada para obtener jabones metálicos . [31]
La hidrogenación de ácidos grasos insaturados se practica ampliamente. Las condiciones típicas implican 2,0–3,0 MPa de presión de H2 , 150 °C y níquel soportado sobre sílice como catalizador. Este tratamiento proporciona ácidos grasos saturados. El grado de hidrogenación está indicado por el índice de yodo . Los ácidos grasos hidrogenados son menos propensos a enranciarse . Dado que los ácidos grasos saturados tienen un punto de fusión más alto que los precursores insaturados, el proceso se llama endurecimiento. Se utiliza tecnología relacionada para convertir los aceites vegetales en margarina . La hidrogenación de triglicéridos (frente a ácidos grasos) es ventajosa porque los ácidos carboxílicos degradan los catalizadores de níquel, produciendo jabones de níquel. Durante la hidrogenación parcial, los ácidos grasos insaturados se pueden isomerizar de configuración cis a trans . [32]
Una hidrogenación más forzada, es decir, utilizando presiones más altas de H2 y temperaturas más altas, convierte los ácidos grasos en alcoholes grasos . Sin embargo, los alcoholes grasos se producen más fácilmente a partir de ésteres de ácidos grasos .
En la reacción de Varrentrapp, ciertos ácidos grasos insaturados se escinden en álcali fundido, una reacción que, en un momento, fue relevante para la elucidación de la estructura.
Los ácidos grasos insaturados y sus ésteres se someten a autooxidación , que implica la sustitución de un enlace CH por un enlace CO. El proceso requiere oxígeno (aire) y se acelera por la presencia de trazas de metales, que sirven como catalizadores. Los ácidos grasos doblemente insaturados son especialmente propensos a esta reacción. Los aceites vegetales resisten en pequeña medida este proceso porque contienen antioxidantes, como el tocoferol . Las grasas y los aceites suelen tratarse con agentes quelantes , como el ácido cítrico, para eliminar los catalizadores metálicos.
Los ácidos grasos insaturados son susceptibles a la degradación por el ozono. Esta reacción se practica en la producción de ácido azelaico ((CH 2 ) 7 (CO 2 H) 2 ) a partir de ácido oleico . [32]
Los ácidos grasos de cadena corta y media se absorben directamente en la sangre a través de los capilares intestinales y viajan a través de la vena porta tal como lo hacen otros nutrientes absorbidos. Sin embargo, los ácidos grasos de cadena larga no se liberan directamente en los capilares intestinales. En lugar de ello, son absorbidos por las paredes grasas de las vellosidades del intestino y se vuelven a ensamblar en triglicéridos . Los triglicéridos están recubiertos de colesterol y proteínas (cubierta proteica) en un compuesto llamado quilomicrón .
Desde el interior de la célula, el quilomicrón se libera hacia un capilar linfático llamado lácteo , que se fusiona con vasos linfáticos más grandes. Se transporta a través del sistema linfático y el conducto torácico hasta un lugar cercano al corazón (donde las arterias y venas son más grandes). El conducto torácico vacía los quilomicrones al torrente sanguíneo a través de la vena subclavia izquierda . En este punto, los quilomicrones pueden transportar los triglicéridos a los tejidos donde se almacenan o metabolizan para obtener energía.
Los ácidos grasos se descomponen en CO 2 y agua por las mitocondrias intracelulares mediante la beta oxidación y el ciclo del ácido cítrico . En el paso final ( fosforilación oxidativa ), las reacciones con oxígeno liberan mucha energía, capturada en forma de grandes cantidades de ATP . Muchos tipos de células pueden utilizar glucosa o ácidos grasos para este fin, pero los ácidos grasos liberan más energía por gramo. Los ácidos grasos (proporcionados ya sea por ingestión o mediante la extracción de triglicéridos almacenados en los tejidos grasos) se distribuyen a las células para servir como combustible para la contracción muscular y el metabolismo general.
Los ácidos grasos que son necesarios para una buena salud pero que no pueden producirse en cantidad suficiente a partir de otros sustratos y, por lo tanto, deben obtenerse de los alimentos, se denominan ácidos grasos esenciales. Hay dos series de ácidos grasos esenciales: uno tiene un doble enlace a tres átomos de carbono del extremo metilo; el otro tiene un doble enlace a seis átomos de carbono del extremo metilo. Los seres humanos carecen de la capacidad de introducir dobles enlaces en los ácidos grasos más allá de los carbonos 9 y 10, contados desde el lado de los ácidos carboxílicos. [33] Dos ácidos grasos esenciales son el ácido linoleico (LA) y el ácido alfa-linolénico (ALA). Estos ácidos grasos se encuentran ampliamente distribuidos en los aceites vegetales. El cuerpo humano tiene una capacidad limitada para convertir el ALA en ácidos grasos omega-3 de cadena más larga : ácido eicosapentaenoico (EPA) y ácido docosahexaenoico (DHA), que también se pueden obtener del pescado. Los ácidos grasos omega-3 y omega-6 son precursores biosintéticos de los endocannabinoides con propiedades antinociceptivas , ansiolíticas y neurogénicas . [34]
Los ácidos grasos sanguíneos adoptan distintas formas en diferentes etapas de la circulación sanguínea. Se absorben a través del intestino en los quilomicrones , pero también existen en las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) y en las lipoproteínas de baja densidad (LDL) después de su procesamiento en el hígado. Además, cuando se liberan de los adipocitos , los ácidos grasos existen en la sangre como ácidos grasos libres .
Se propone que la mezcla de ácidos grasos que exuda la piel de los mamíferos, junto con el ácido láctico y el ácido pirúvico , es distintiva y permite a los animales con un agudo sentido del olfato diferenciar a los individuos. [35]
El estrato córneo , la capa más externa de la epidermis , está compuesto por corneocitos enucleados y diferenciados terminalmente dentro de una matriz lipídica. [36] Junto con el colesterol y las ceramidas , los ácidos grasos libres forman una barrera impermeable al agua que previene la pérdida de agua por evaporación . [36] Generalmente, la matriz lipídica epidérmica está compuesta por una mezcla equimolar de ceramidas (aproximadamente 50% en peso), colesterol (25%) y ácidos grasos libres (15%). [36] Los ácidos grasos saturados de 16 y 18 carbonos de longitud son los tipos dominantes en la epidermis, [36] [37] mientras que también están presentes ácidos grasos insaturados y ácidos grasos saturados de otras longitudes. [36] [37] La abundancia relativa de los diferentes ácidos grasos en la epidermis depende del lugar del cuerpo que cubre la piel. [37] También hay alteraciones características de los ácidos grasos epidérmicos que ocurren en la psoriasis , la dermatitis atópica y otras afecciones inflamatorias . [36] [37]
El análisis químico de los ácidos grasos en los lípidos generalmente comienza con un paso de interesterificación que descompone sus ésteres originales (triglicéridos, ceras, fosfolípidos, etc.) y los convierte en ésteres metílicos , que luego se separan mediante cromatografía de gases [38] o se analizan mediante gas . cromatografía y espectroscopia de infrarrojo medio .
La separación de isómeros insaturados es posible mediante cromatografía en capa fina complementada con iones de plata . [39] [40] Otras técnicas de separación incluyen la cromatografía líquida de alto rendimiento (con columnas cortas empaquetadas con gel de sílice con grupos de ácido fenilsulfónico unidos cuyos átomos de hidrógeno se han intercambiado por iones de plata). El papel de la plata radica en su capacidad para formar complejos con compuestos insaturados.
Los ácidos grasos se utilizan principalmente en la elaboración de jabón , tanto con fines cosméticos como, en el caso de los jabones metálicos , como lubricantes. Los ácidos grasos también se convierten, a través de sus ésteres metílicos, en alcoholes grasos y aminas grasas , que son precursores de tensioactivos, detergentes y lubricantes. [32] Otras aplicaciones incluyen su uso como emulsionantes , agentes texturizantes, agentes humectantes, agentes antiespumantes o agentes estabilizantes. [41]
Los ésteres de ácidos grasos con alcoholes más simples (como los ésteres metílico, etílico, n-propílico, isopropílico y butílico) se utilizan como emolientes en cosméticos y otros productos de cuidado personal y como lubricantes sintéticos. Los ésteres de ácidos grasos con alcoholes más complejos, como sorbitol , etilenglicol , dietilenglicol y polietilenglicol, se consumen en los alimentos, se utilizan para el cuidado personal y el tratamiento del agua, o se utilizan como lubricantes sintéticos o fluidos para trabajar metales.
Este proceso se describe gráficamente en la página 73.
La absorción de ácido valproico se redujo en presencia de ácidos grasos de cadena media como hexanoato, octanoato y decanoato, pero no propionato o butirato, lo que indica que el ácido valproico se absorbe en el cerebro a través de un sistema de transporte de ácido valproico a medio. Ácidos grasos de cadena, no ácidos grasos de cadena corta. ... Según estos informes, se cree que el ácido valproico se transporta bidireccionalmente entre la sangre y el cerebro a través de la BHE a través de dos mecanismos distintos, transportadores sensibles al ácido monocarboxílico y sensibles a los ácidos grasos de cadena media, para la salida y la absorción, respectivamente.
Se sabe que los transportadores de monocarboxilato (MCT) median el transporte de monocarboxilatos de cadena corta como lactato, piruvato y butirato. ... MCT1 y MCT4 también se han asociado con el transporte de ácidos grasos de cadena corta como el acetato y el formiato, que luego se metabolizan en los astrocitos [78].
