Los glicerofosfolípidos o fosfoglicéridos son fosfolípidos basados en glicerol . Son el componente principal de las membranas biológicas en las células eucariotas . Son un tipo de lípido , cuya composición afecta la estructura y las propiedades de la membrana. [1] Se conocen dos clases principales: las de las bacterias y los eucariotas y una familia separada para las arqueas . [2]
Los glicerofosfolípidos se derivan del glicerol-3-fosfato en una vía de novo. [3] El término glicerofosfolípido significa cualquier derivado del ácido glicerofosfórico que contiene al menos un residuo O - acilo , O - alquilo u O -alk-1'-enilo unido a la fracción de glicerol . [4] El grupo fosfato forma un enlace éster al glicerol. Los hidrocarburos de cadena larga normalmente se unen a través de enlaces éster en bacterias/eucariotas y por enlaces éter en arqueas. En bacterias y procariotas, los lípidos consisten en diésteres comúnmente de ácidos grasos C16 o C18. Estos ácidos son de cadena recta y, especialmente para los miembros C18, pueden ser insaturados. Para las arqueas, las cadenas de hidrocarburos tienen longitudes de cadena de C10, C15, C20, etc., ya que se derivan de unidades de isopreno. Estas cadenas están ramificadas, con un sustituyente metilo por subunidad C5. Estas cadenas están unidas al fosfato de glicerol mediante enlaces éter. [2] Las dos cadenas de hidrocarburos unidas al glicerol son hidrófobas, mientras que la cabeza polar, que consiste principalmente en el grupo fosfato unido al tercer carbono de la cadena principal del glicerol, es hidrófila. [5] Esta doble característica conduce a la naturaleza anfipática de los glicerofosfolípidos.
Por lo general, se organizan en una bicapa en membranas con las cabezas hidrófilas polares que sobresalen hacia el entorno acuoso y las colas hidrófobas apolares que apuntan hacia el interior. [6] Los glicerofosfolípidos constan de varias especies diversas que generalmente difieren ligeramente en estructura. La estructura más básica es un fosfatidato. Esta especie es un intermediario importante en la síntesis de muchos fosfoglicéridos. La presencia de un grupo adicional unido al fosfato permite la formación de muchos fosfoglicéridos diferentes.
Por convención, las estructuras de estos compuestos muestran los tres átomos de carbono del glicerol en posición vertical con el fosfato unido al átomo de carbono número tres (en la parte inferior). Los plasmalógenos y los fosfatidatos son ejemplos de ello. [7]
En general, los glicerofosfolípidos utilizan una notación "sn", que representa una numeración estereoespecífica . [8] Cuando las letras "sn" aparecen en la nomenclatura, por convención el grupo hidroxilo del segundo carbono del glicerol (2- sn ) está a la izquierda en una proyección de Fischer . La numeración sigue la de las proyecciones de Fischer, siendo 1- sn el carbono de la parte superior y 3- sn el de la parte inferior. [9]
La ventaja de esta notación particular es que la configuración espacial ( D o L ) de la molécula de glicero está determinada intuitivamente por los residuos en las posiciones sn -1 y sn -3.
Por ejemplo, el ácido sn -glicero-3- fosfórico y el ácido sn -glicero-1-fosfórico son enantiómeros .
La mayoría de los aceites vegetales tienen ácidos grasos insaturados en la posición sn -2, con ácidos grasos saturados en la posición 1- sn y/o 3- sn . [8] Las grasas animales tienen con mayor frecuencia ácidos grasos saturados en la posición 2- sn , con ácidos grasos insaturados en la posición 1- sn y/o 3- sn . [8]
Los plasmalógenos son un tipo de fosfoglicérido. El primer carbono del glicerol tiene una cadena de hidrocarburos unida mediante un enlace éter, no éster. Los enlaces son más resistentes al ataque químico que los enlaces éster. El segundo átomo de carbono (central) tiene un ácido graso unido mediante un éster. El tercer carbono se une a una etanolamina o colina mediante un éster de fosfato. Estos compuestos son componentes clave de las membranas de los músculos y los nervios.
Los fosfatidatos son lípidos en los que los dos primeros átomos de carbono del glicerol son ésteres de ácidos grasos y el tercero es un éster de fosfato. El fosfato sirve como enlace con otro alcohol, normalmente etanolamina, colina, serina o un carbohidrato. La identidad del alcohol determina la subcategoría del fosfatidato. El fosfato tiene una carga negativa y, en el caso de la colina o la serina, un ion de amonio cuaternario positivo. (La serina también tiene un grupo carboxilato negativo). La presencia de cargas da lugar a una "cabeza" con una carga global. La porción de éster de fosfato ("cabeza") es hidrófila, mientras que el resto de la molécula, la "cola" del ácido graso, es hidrófoba. Estos son componentes importantes para la formación de bicapas lipídicas.
Las fosfatidiletanolaminas, fosfatidilcolinas y otros fosfolípidos son ejemplos de fosfatidatos.
Las fosfatidilcolinas son lecitinas . La colina es el alcohol, con un amonio cuaternario de carga positiva, unido al fosfato, con una carga negativa. Las lecitinas están presentes en todos los organismos vivos. La yema de huevo tiene una alta concentración de lecitinas, que son comercialmente importantes como agente emulsionante en productos como la mayonesa. Las lecitinas también están presentes en el cerebro y el tejido nervioso.
El fosfatidilinositol constituye un pequeño componente del citosol en las membranas de las células eucariotas y confiere a las moléculas una carga negativa. Su importancia radica en su papel en la activación de los receptores sensoriales que se correlacionan con las funciones del gusto.
La fosfatidilserina es importante en la señalización celular , específicamente en la apoptosis . Las células utilizarán esta fosfatidilserina para ingresar a las células a través del mimetismo apoptótico. La estructura de este lípido difiere en plantas y animales, en cuanto a la composición de ácidos grasos. Además, la fosfatidilserina juega un papel importante en el contenido del cerebro humano, ya que constituye el 13-15% de los fosfolípidos en la corteza cerebral humana. Este lípido se encuentra en una amplia gama de lugares. Por ejemplo, en la dieta humana, alrededor de 130 mg se derivan de la fosfatidilserina. Se ha dicho que esto tiene un impacto positivo en el cerebro, ya que ayuda a reducir el estrés y mejorar la memoria. [10]
La esfingomielina es un tipo de esfingolípido que contiene una estructura de bases esfingoides. Se puede encontrar en la vaina de mielina de los axones de las células nerviosas en las membranas celulares animales. La esfingomielina se puede encontrar en los huevos o en el cerebro bovino. Este esfingolípido se sintetiza en el retículo endoplasmático y se enriquece en la membrana plasmática con una mayor concentración en el exterior. [11]
Existen muchos otros fosfolípidos, algunos de los cuales son glicolípidos . Los glicolípidos incluyen azúcares fosfatidílicos donde el grupo funcional alcohol es parte de un carbohidrato. Los azúcares fosfatidílicos están presentes en plantas y ciertos microorganismos. Un carbohidrato es muy hidrófilo debido a la gran cantidad de grupos hidroxilo presentes.
Los glicerofosfolípidos son el principal componente estructural de las membranas biológicas. Su naturaleza anfipática impulsa la formación de la estructura de bicapa lipídica de las membranas. La membrana celular observada bajo el microscopio electrónico consta de dos capas identificables, o "folíolos", cada una de las cuales está formada por una fila ordenada de moléculas de glicerofosfolípidos. La composición de cada capa puede variar ampliamente según el tipo de célula.
Cada molécula de glicerofosfolípido está formada por un pequeño grupo de cabeza polar y dos largas cadenas hidrófobas . En la membrana celular, las dos capas de fosfolípidos están dispuestas de la siguiente manera:
Además de su función en las membranas celulares, actúan en otros procesos celulares como la inducción y el transporte de señales. En lo que respecta a la señalización, proporcionan los precursores de las prostanglandinas y otros leucotrienos . [12] Es su distribución y catabolismo específicos lo que les permite llevar a cabo los procesos de respuesta biológica enumerados anteriormente. [13] Su papel como centros de almacenamiento de mensajeros secundarios en la membrana también es un factor que contribuye a su capacidad para actuar como transportadores. [13] También influyen en la función de las proteínas. Por ejemplo, son componentes importantes de las lipoproteínas (proteínas solubles que transportan grasa en la sangre), por lo que afectan a su metabolismo y función. [6]
Los glicerofosfolípidos también pueden actuar como agente emulsionante para promover la dispersión de una sustancia en otra. Esto se utiliza a veces en la elaboración de dulces y helados.
Las membranas neuronales contienen varias clases de glicerofosfolípidos que se renuevan a diferentes velocidades con respecto a su estructura y localización en diferentes células y membranas. Hay tres clases principales, a saber: glicerofosfolípido 1-alquil-2-acilo, glicerofosfolípido 1,2-diacil y plasmalógeno. La función principal de estas clases de glicerofosfolípidos en las membranas neuronales es proporcionar estabilidad, permeabilidad y fluidez a través de alteraciones específicas en sus composiciones. [13] La composición de glicerofosfolípidos de las membranas neuronales altera en gran medida su eficacia funcional. La longitud de la cadena de acilo de glicerofosfolípidos y el grado de saturación son determinantes importantes de muchas características de la membrana, incluida la formación de dominios laterales que son ricos en ácidos grasos poliinsaturados. La degradación de los glicerofosfolípidos mediada por receptores por las fosfolipasas A(l), A(2), C y D da como resultado la generación de segundos mensajeros, como prostaglandinas , eicosanoides , factor activador de plaquetas y diacilglicerol. Por lo tanto, los fosfolípidos de la membrana neuronal son un reservorio para segundos mensajeros. También están involucrados en la apoptosis , la modulación de las actividades de los transportadores y las enzimas unidas a la membrana. Se ha informado que ocurren alteraciones marcadas en la composición de glicerofosfolípidos de la membrana neuronal en trastornos neurológicos. Estas alteraciones dan como resultado cambios en la fluidez y permeabilidad de la membrana. Estos procesos, junto con la acumulación de peróxidos lipídicos y el metabolismo energético comprometido, pueden ser responsables de la neurodegeneración observada en los trastornos neurológicos. [14]
El metabolismo de los glicerofosfolípidos es diferente en eucariotas, células tumorales, [15] y procariotas. La síntesis en procariotas implica la síntesis de ácido fosfatídico de glicerofosfolípidos y grupos de cabeza polar. La síntesis de ácido fosfatídico en eucariotas es diferente, hay dos rutas, una hacia la otra hacia la fosfatidilcolina y la fosfatidiletanolamina. Los glicerofosfolípidos se metabolizan generalmente en varios pasos con diferentes intermediarios. El primer paso en este metabolismo implica la adición o transferencia de las cadenas de ácidos grasos a la estructura principal de glicerol para formar el primer intermediario, ácido lisofosfatídico (LPA). Luego, el LPA se acila para formar el siguiente intermediario, el ácido fosfatídico (PA). El PA puede desfosforilarse, lo que conduce a la formación de diacilglicerol, que es esencial en la síntesis de fosfatidilcolina (PC). [6] El PC es una de las muchas especies de glicerofosfolípidos. En una vía llamada vía de Kennedy, las cabezas polares se agregan para completar la formación de toda la estructura que consiste en las regiones de cabeza polar, las dos cadenas de ácidos grasos y el grupo fosfato unido a la cadena principal de glicerol. En esta vía de Kennedy, la colina se convierte en CDP-colina, que impulsa la transferencia de los grupos de cabeza polar para completar la formación de PC. El PC luego puede convertirse en otras especies de glicerofosfolípidos como la fosfatidilserina (PS) y la fosfatidiletanolamina (PE). [6]