7. Lípidos
Objetivos
- Reconocer la estructura y las principales características de los lípidos.
- Comprender la importancia de los lípidos en la composición de los alimentos.
- Analizar la importancia de los lípidos en la naturaleza.
- Conocer su aplicación industrial.
7.1. Introducción
Los lípidos, llamados grasas en estado sólido y aceites cuando son líquidos a temperatura ambiente, son de gran interés en la industria farmacéutica, cosmética y alimentaria.
Las aplicaciones en el mundo de la farmacia y en la cosmética son sumamente variadas. Los tipos de lípidos más empleados son los aceites, en menor medida las grasas y, por último, las lecitinas que se utilizan para la obtención de liposomas. Estos compuestos se usan como vehículos de aromas, de principios activos de supositorios, óvulos, pomadas y ungüentos, inyectables oleosos, cápsulas blandas y liposomas.
Los alimentos están compuestos principalmente por lípidos simples, como triglicéridos y ácidos grasos. Además de su alto aporte calórico, su presencia en los alimentos contribuye a incorporar aromas, sabores y micronutrientes, así como también a modificar su textura y palatabilidad. Nutricionalmente, facilitan la absorción de vitaminas liposolubles (A, D, E y K) y aportan ácidos grasos esenciales para el metabolismo humano.
El gran universo de aplicaciones tecnológicas e industriales de los lípidos hace que sean un importante campo de investigación y desarrollo.
7.2. Qué son los lípidos
Los lípidos constituyen un grupo de sustancias químicamente muy heterogéneo con funciones biológicas diversas; sin embargo, comparten un denominador común estructural: la totalidad, o al menos una parte significativa de su molécula es de naturaleza hidrocarbonada y, por lo tanto, apolar. Esta característica les confiere la propiedad de ser solubles en solventes no polares tales como éter y benceno y ser insolubles en solventes polares como el agua. Los lípidos están presentes en todos los organismos vivos, en los cuales desempeñan funciones fundamentales.
Su rol energético es fundamental para el organismo: 1 gramo de lípidos aporta 9 kilocalorías y, además, transportan vitaminas liposolubles (A, D, E y K). Los alimentos están constituidos principalmente por triglicéridos (TG) y el resto son fosfolípidos, esteroles, vitaminas liposolubles (ceras, ácidos grasos, mono y diglicéridos) y se encuentran en gran variedad de alimentos y preparaciones. El tejido adiposo es el depósito de energía más importante, esto se debe al carácter hidrofóbico de estas moléculas y su grado de reducción.
7.3. Estructura y clasificación de los lípidos
Existen distintas clases de lípidos que tienen estructuras simples y estructuras complejas. Para lograr una comprensión más sencilla, utilizaremos una de las clasificaciones más comunes, que agrupa a los lípidos en dos grandes categorías: lípidos saponificables, que contienen ácidos grasos unidos a algún otro componente, y lípidos no saponificables, que no contienen ácidos grasos, aunque también incluyen algunos derivados importantes de estos.
Clasificación de lípidos
7.4. Lípidos saponificables
Los lípidos saponificables son los que contienen ácidos grasos en su composición unidos a algún componente, en general, mediante un enlace tipo éster. Estos compuestos pueden formar jabones cuando el ácido graso entra en contacto con el calcio del medio circundante. En el organismo se sintetizan a partir de la aposición sucesiva de unidades de dos átomos de carbono.
7.4.1. Lípidos saponificables simples
Los lípidos saponificables simples están constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno. Entre ellos encontramos a los glicéridos y a las ceras.
Los ácidos grasos no se incluyen en la clasificación, ya que no se encuentran en la naturaleza en estado libre, sino formando parte de distintos tipos de lípidos; sin embargo, su descripción resulta indispensable para la comprensión de las distintas estructuras lipídicas.
7.4.2. Ácidos grasos
Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal con un grupo carboxilo (-COOH) en un extremo de la cadena. La mayoría de los ácidos grasos naturales poseen un número par de átomos de carbono y forman parte de los glicéridos: triglicéridos, diglicéridos y monoglicéridos (G.7.2).
Estructura de los glicéridos
Los ácidos grasos que contienen menos de 14 carbonos se encuentran en productos lácteos y aceites de coco y palma. Los que poseen más de 18 carbonos se encuentran en las leguminosas.
Se conocen unos 70 ácidos grasos que se pueden clasificar en dos grupos: saturados e insaturados.
Los ácidos grasos saturados solo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono. Son de síntesis endógena y son necesarios para algunas funciones fisiológicas y estructurales. Como ejemplos podemos nombrar el mirístico (14 C); el palmítico (16 C) y el esteárico (18 C).
Existen ácidos grasos que no pueden ser sintetizados por el organismo humano: son los denominados ácidos grasos esenciales. Estos compuestos son necesarios para el correcto funcionamiento del metabolismo y, por lo tanto, deben ingerirse en la dieta. Presentan dobles enlaces en algún punto de la cadena. Ejemplos de estos son el ácido linoleico (18:2 \(\omega\)-6) y el ácido \(\alpha \)-linolénico (18:3 \(\omega \)-3).
El ácido mirístico, también llamado ácido tetradecanoico, es ampliamente utilizado en la industria cosmética; es un ácido graso saturado de 14 átomos de carbono de fórmula química C14H28O2. Se encuentra presente en la mayoría de las grasas de origen animal y vegetal, principalmente en los aceites de coco, palmera y nuez moscada (a quien debe su nombre). Sus sales y ésteres se incorporan en los productos hidratantes de piel, cabello y uñas, maquillaje para los ojos, cremas de afeitar y otros productos como jabones y detergentes.
En forma purificada, es un compuesto sólido, blanco e insoluble en agua, con punto de fusión a 53,9°C y punto de ebullición a 250°C. Aunque es estable en condiciones normales, reacciona con bases orgánicas e inorgánicas y al ser expuesto al calor genera vapores que al entrar en contacto con el aire resultan combustibles y/o explosivos. Las normas de seguridad industrial vigentes aconsejan evitar el contacto directo con la piel y mantener alejado el producto de desagües, aguas superficiales y calor.
(Ficha de datos de seguridad de acuerdo con el Reglamento (CE) N° 1907/2006. Fecha de revisión 21.11.2018)
Ácido mirístico
Los ácidos grasos con uno o varios dobles enlaces en su cadena se conocen como ácidos grasos insaturados. Sus estructuras presentan codos con cambios de dirección en los dobles enlaces. Estos dobles enlaces pueden ser del tipo cis o trans.
Tipos de enlaces en ácidos grasos insaturados
Son ejemplos el ácido oleico (18C, un doble enlace) y el linoleico (18C y dos dobles enlaces).
- Investigue cuáles son las fuentes de ácidos grasos cis y trans y su efecto en la salud humana.
- Determine cuál es el nombre los siguientes ácidos grasos y especifique
si poseen interés industrial o nutricional.
Glicéridos
Los glicéridos o acilglicéridos son lípidos simples formados por la esterificación de una molécula de glicerina con uno, dos o tres ácidos grasos. Dependiendo del número de ácidos grasos, se denominan: monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos, respectivamente. Su punto de fusión depende de la longitud y grado de saturación de sus cadenas. Pueden ser sólidos a temperatura ambiente, como las grasas, o líquidos, como los aceites. Son compuestos solubles en solventes orgánicos. Entre las reacciones de mayor importancia a nivel industrial se encuentran las de saponificación y transesterificación (alcohólisis). se utilizan en la producción de pinturas, barnices, jabones, texturizantes para alimentos, aditivos para chicles y producción de biodiésel.
En este recurso audiovisual se explica, de forma clara y ordenada, el proceso para la obtención de biodiésel, las reacciones químicas involucradas, reactivos y productos.
“¿Cómo hacer biodiésel?” (en español, duración: 3:17 min.).
La obtención de jabón a partir de la saponificación de las grasas es una de las aplicaciones industriales más conocidas. Esta reacción química implica la hidrólisis de ésteres en condiciones básicas y es un cambio químico inverso a la esterificación.
Los aceites vegetales y las grasas animales son triglicéridos (ésteres de glicerina con ácidos grasos), y al ser tratados con una base fuerte como NaOH o KOH se saponifican, es decir, se produce el jabón y la glicerina. Esta reacción, a diferencia de la esterificación, es irreversible debido a que los ácidos carboxílicos se convierten, bajo estas condiciones, en sus correspondientes iones carboxilatos y estos aniones son incapaces de transferir el grupo acilo a los alcoholes, inhibiéndose la reacción inversa. Las sales de sodio y potasio de los ácidos carboxílicos derivados de los triacilgliceroles actúan como jabones debido a que pueden formar películas sobre superficies acuosas. La reacción general de saponificación se muestra en el siguiente gráfico.
Reacción general de saponificación
Ceras
Las ceras son ésteres de un ácido graso de cadena larga que contienen un alcohol monovalente lineal. Son insolubles en agua y de consistencia firme. En la naturaleza, las plumas, el pelo, la piel, las hojas y los frutos están cubiertos por una capa de cera protectora. Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas: ácido palmítico + alcohol miricílico (C30H61OH).
7.4.3. Lípidos saponificables complejos
Se trata de lípidos simples conjugados con moléculas no lipídicas. En su composición molecular, además de carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno, fósforo, azufre o un glúcido. Son las principales moléculas anfipáticas que forman la doble capa lipídica de la membrana, por lo que también se llaman lípidos de membrana.
Fosfolípidos
Los fosfolípidos son ésteres que contienen ácido fosfórico en reemplazo de un ácido graso y un compuesto nitrogenado. Son moléculas anfipáticas, lo que significa que tienen una parte hidrofóbica, constituida por las cadenas de ácidos grasos, y una hidrofílica, que contiene fosfato.
Los fosfolípidos son un componente importante de los lípidos de la yema de huevo, lo que explica su buena capacidad como emulsionante. También se encuentra en la membrana del glóbulo graso de la leche y algunos productos lácteos. La lecitina de soja, procedente del refinado del aceite de soja, es muy utilizada en la industria de alimentos.
Ejemplos de fosfolípidos
Glucolípidos
Son lípidos complejos que se caracterizan por poseer un carbohidrato en su cabeza polar. Se encuentran formando parte de las bicapas lipídicas de las membranas de todas las células, especialmente de las neuronas. Presentan una distribución más asimétrica que los fosfolípidos, ya que se encuentran exclusivamente en la monocapa externa de las membranas celulares, donde actúan como receptores de moléculas externas.
Lípidos complejos: constituyentes principales de las membranas celulares
Fuente: adaptado de Wpcrosson [CC BY-SA 4.0] (<https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>) vía Wikimedia Commons)
7.5. Lípidos insaponificables
Los lípidos insaponificables no contienen ácidos grasos, por lo que no forman jabones cuando entran en contacto con el calcio del medio circundante. Este grupo está compuesto por terpenos o isoprenoides, esteroides y prostaglandinas, que se analizarán a continuación.
7.5.1. Terpenos
Con el nombre de terpenos se conoce a un grupo importante de componentes vegetales que, aunque con estructuras químicas muy distintas, proceden de la condensación de unidades isoprénicas (conjunto de átomos con un arreglo similar al que posee el 2-metil-1,3-butadieno o isopreno).
Son moléculas lineales o cíclicas que cumplen funciones muy variadas. Como ejemplos se pueden citar: esencias vegetales y aceites esenciales (mentol, geranio, limonero, alcanfor, eucalipto, vainillina); vitaminas (A, E y K) y pigmentos vegetales (carotina y xantofila).
Si bien los terpenos poseen una amplia aplicación en la industria alimentaria y farmacéutica, deben tenerse consideraciones en su empleo. Tienen un punto de inflamación relativamente bajo, por lo tanto, no se recomienda su exposición al calor a menos que se los diluya en agua o se mezclen con hidrocarburos de alto peso molecular.
Estos lípidos insaponiflicables se absorben fácilmente por vía respiratoria y oral y, en menor medida, por vía cutánea. Dependiendo del tipo de terpeno, pueden ocasionar irritaciones en la piel, trastornos respiratorios y oculares. Por ejemplo, el d-limonene ( que se encuentra en las cáscaras de frutas cítricas) es irritante cutáneo y ocular y puede provocar dermatitis de contacto.
7.5.2. Esteroides
Los esteroides son lípidos que derivan del esterano. Se identifican por su estructura de cuatro anillos fusionados. Son moléculas muy activas que intervienen en el metabolismo celular. Comprenden dos grandes grupos de sustancias: esteroles (colesterol y vitamina D) y hormonas esteroideas (hormonas suprarrenales y hormonas sexuales).
Esteroles
Los esteroles son un grupo de alcoholes monohidroxílicos policíclicos que se encuentran ampliamente difundidos en la naturaleza. Su estructura está constituida por anillos hidrocarbonados que le confieren hidrofobicidad y rigidez, características que le permiten intervenir principalmente en funciones estructurales.
Los esteroles se encuentran en animales, vegetales, hongos y levaduras. En los animales superiores (incluido el hombre), el ejemplo más conocido es el colesterol, el cual es un constituyente importante de membranas y se sitúa entre los fosfolípidos fijándolos para dar estabilidad. El colesterol es precursor de casi todos los esteroides, vitamina D, ácidos biliares, andrógenos y estrógenos y hormonas suprarrenales, entre otros.
El colesterol se encuentra en la sangre en una proporción de 160-240 g/l según edad. Debido a su hidrofobicidad debe ser transportado por el torrente sanguíneo a través de estructuras lipoproteicas: LDL (lipoproteína de baja densidad) y HDL (lipoproteína de alta densidad). Un exceso de LDL o colesterol en sangre favorece su depósito en forma de placas en las paredes de las arterias provocando arteriosclerosis e hipertensión.
Prostaglandinas
Las prostaglandinas son sustancias lipídicas derivadas de los ácidos grasos de 20 carbonos, que contienen un anillo ciclopentano y constituyen una familia de mediadores celulares. Sus funciones son diversas. Entre ellas se destaca la producción de sustancias que regulan la coagulación de la sangre y cierre de las heridas, la aparición de la fiebre como defensa de las infecciones, y la reducción de la secreción de jugos gástricos. Funcionan como hormonas locales.
Investigue sobre el cloroformo y el benceno, realice su clasificación, explique sus características, propiedades y aplicaciones.
Determine la toxicidad frente a su exposición y recaudos que debe tomarse en su empleo.