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1 Estrutura e função das diversas classes de lipídeos Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br Definição e Características Fisicoquímicas Os lipídeos são moléculas que são formadas na sua maioria pela junção de ácidos graxos e álcool. Eles são insolúveis em água mas solúveis em solventes orgânicos como a benzina, o éter e o álcool. Essas estruturas estão distribuídas em vários tecidos e podem ser encontrados principalmente nas membranas celulares e nas células de gordura. A associação de um ácido com um álcool é conhecida como ésteres. Logo, os lipídeos podem ser considerados ésteres de ácidos graxos com álcoois variados. As principais funções dos lipídeos: participam como componentes de membranas plasmáticas, reserva de energia (na forma de triacilglicerídeos), combustível celular, isolante elétrico (nas células nervosas, por exemplo), isolante mecânico (proteção de células e órgãos) e isolante térmico (tecido adiposo, por exemplo). Ainda podem apresentar função especializada como a de algumas vitaminas e sinalização celular. A deficiência de lipídeos em nosso organismo pode levar à baixa taxa de crescimento e perda de peso, falhas na ovulação, lactação, aumento da permeabilidade da pele, dificuldade na cicatrização, aumento da suscetibilidade à infecção e perda de pelos. Em geral, a maioria dos lipídeos possui na sua estrutura ácidos graxos. Os ácidos graxos são ácidos monocarboxílicos que, na maioria das vezes, possuem uma cadeia bem longa com número par de carbonos. Além disso, nessas estruturas podem ser ou não observadas a presença de ramificações e, ainda, possuir apenas ligações simples (cadeia saturada) ou apresentar uma ou mais ligações duplas (cadeia monoinsaturada e poliinsaturada, respectivamente). O grupo carboxílico vai representar a região polar do lipídeo e a cadeia carbônica a parte apolar. Estrutura geral do ácido graxo 2 Es tr ut ur a e fu nç ão da s d iv er sa s c la ss es de li pí de os Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br No geral, os ácidos graxos mais comuns possuem entre 16 e 18 carbonos e esses carbonos podem ser numerados dentro da estrutura química da seguinte maneira: • O carbono do grupo carboxílico é o carbono 1; os demais vão aumentando conforme ele se afasta do primeiro. • A denominação por letras estabelece como critério: o carbono 2 como o alfa, 3 como beta e assim por diante. O carbono terminal nesse sistema de nomenclatura será o ômega (última letra do alfabeto grego). • A posição das duplas ligações é muito importante para se identificar o ácido graxo. Pode-se usar o símbolo delta (Δ) seguido do carbono onde a dupla ligação se iniciar. Ou seja, no carbono mais próximo da carboxila, que participa da dupla ligação. • O sistema ômega para a identificação da instauração. Essa contagem se inicia pela extremidade CH3 e vai até atingir o primeiro carbono com a dupla ligação. Nesse sistema apenas a primeira insatauração pode ser observada. Estrutura geral do ácido graxo Exemplos de nomenclatura de ácidos graxos 3 Es tr ut ur a e fu nç ão da s d iv er sa s c la ss es de li pí de os Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br Propriedades físico-químicas dos ácidos graxos e dos lipídeos As cadeias de ácidos graxos saturados, ou seja, aquelas que não possuem dupla ligação, são flexíveis e distendidas e podem se associar umas com as outras por meio das ligações hidrofóbias. Já os ácidos graxos insaturados possuem menos flexibilidade e interagem menos entre as moléculas vizinhas. A maioria dos ácidos graxos insaturados naturais possuem geometricamente a configuração cis, ou seja: os hidrogênios estão no mesmo lado da dupla ligação. Os ácidos graxos trans são geralmente formados durante um processo conhecido como hidrogenação. A hidrogenação possui um papel de destaque nas indústrias, pois essa técnica permite a conversão de óleos líquidos para semi-sólidos. Na hidrogenação, o hidrogênio é adicionado diretamente aos pontos de insaturação dos ácidos graxos. A gordura passa a ter um ponto de fusão mais elevado, apresentando maior qualidade de estocagem, melhor qualidade de palabilidade e textura e maior vida nas prateleiras. A temperatura de fusão dos ácidos graxos diminui com o número de insaturações e aumenta com o tamanho da cadeia. Relação do ponto de fusão e a quantidade de insaturações Configuração cis do ácido óléico Configuração trans do ácido elaídico 4 Es tr ut ur a e fu nç ão da s d iv er sa s c la ss es de li pí de os Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br Colesterol O colesterol é produzido no organismo e fornecido pela alimentação. Está presente exclusivamente nos alimentos de origem animal: carnes, frutos do mar, miúdos, gema de ovo, leite e derivados, etc. Faz parte da estrutura das membranas celulares e é necessário para a produção de certos hormônios (denominados esteróides) e dos sais biliares. O colesterol da dieta é absorvido no intestino e incorporado nos quilomícrons (proteína que serve para transportar as substâncias graxas formadas na mucosa intestinal), que, por sua vez, transportam os triglicerídeos. Após descarregar os triglicerídeos no tecido adiposo, os quilimícrons levam o colesterol até o fígado, lugar onde uma parte será usada como precursor de hormônios e de sais biliares; outra parte será eliminada - junto com a bílis - no intestino; e o resto se unirá a lipoproteínas muito leves (proteínas unidas a lipídeos de muito baixa densidade ou VLDL) e passará para o sangue. O colesterol inibe a sua própria síntese no fígado quando a concentração no sangue é muito alta. Entretanto, o sistema de controle pode ser incompleto. As lipoproteínas de baixa densidade sofrem modificações, convertendo-se em LDL (lipoproteína de baixa densidade) e HDL (lipoproteína de alta densidade). Nos últimos anos, comprovou-se que o teor da fração de colesterol unido ao LDL ou às HDL fornece um diagnóstico mais exato do risco de aterosclerose do que o valor da concentração de colesterol total. Os valores de HDL, ou “colesterol bom” (pois é a fração que irá até o fígado para ser eliminada), devem ser maiores do que 40 miligramas por decilitro, enquanto que os de LDL devem ser inferiores a 130. Os ácidos graxos saturados aumentam a quantidade de LDL-colesterol e de triacilgliceróis. Os ácidos graxos poliinsaturados, como por exemplo o ômega 6, fazem exatamente o oposto, reduzem o LDL- colesterol mas diminuem discretamente o HDL-colesterol. Os ácidos graxos monoinsaturados diminuem o LDL-colesterol sem alterar os níveis de HDL representando, assim, uma composição mais adequada. O azeite de oliva é rico em triacilgliceróis contendo ácidos graxos monoinsaturados, principalmente o ácido oleico. Esquema geral de lipídeos que contém ácidos graxos As principais estruturas são os triacilgliceróis, os glicerofosfolipídeos e os esfingolipídeos. Os triacilgliceróis são a principal forma de armazenamento de energia da célula quando estamos falando de ácido graxos. São compostos de por um álcool, o glicerol, e três cadeias de ácidos graxos esterificados ao glicerol. Os fosfolípideos são ésteres do glicerofosfato - um derivado fosfórico do glicerol. O fosfato é a parte polar do fosfolipídeo. As outras hidroxilas do glicerol estão esterificadas ao ácido graxo. Os grupamentos carregados normalmente são bases nitrogenadas, como por exemplo: Colina → Fosfatidilcolina ou Lecitina Serina → Fosfatidilserina Etanolamina → Fosfatidiletanolamina Esses fosfoglicerídeos desempenham importante função na estrutura das membranas biológicas, pois são claramente anfipáticos. 5 Es tr ut ur a e fu nç ão da s d iv er sa s c la ss es de lipí de os Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br As membranas celulares são elásticas e resistentes, graças às fortes interações hidrofóbicas entre os grupos apolares dos fosfolipídeos. A principal diferença entre os esfingolipídeos e os fosfolipídeos é o álcool, no qual estes se baseiam: em vez do glicerol, eles são derivados de um amino álcool. São lipídeos importantes também na estrutura das membranas biológicas. Formados por uma molécula de ácido graxo de cadeia longa, a esfingosina ou um de seus derivados, e uma cabeça polar alcoólica. Existem 3 subclasses de esfingolipídeos: • As Esfingomielinas: Possuem a fosfocolina ou a fosfoetanolamina como cabeça polar alcoólica. Presentes na bainha de mielina nas células nervosas; • Os Cerebrosídeos: Não possuem fosfato, e sim, um açúcar simples como álcool polar - são glicoesfingolipídeos, ou glicolipídeos. Presentes nas membranas das células do cérebro; • Os Gângliosídeos: Possuem estrutura complexa, com cabeças polares muito grandes formadas por várias unidades de açúcar como por exemplo, o ácido siálico. Fazem parte da massa cinzenta do cérebro. Esquema geral de lipídeos que contém ácidos graxos Lipídeos que não tem na sua composição o ácido graxo Os esteróides são lipídeos que não possuem ácidos graxos em sua estrutura. São derivados de um composto que consiste de quatro anéis aromáticos fusionados. O colesterol é o principal exemplo. 6 Es tr ut ur a e fu nç ão da s d iv er sa s c la ss es de li pí de os Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br Hormônios esteróides derivados do colesterol O colesterol é precursor dos hormônios esteróides, como por exemplo: testosterona, estradiol, cortisol entre outros. Os eicosanóides que são derivados do ácido araquidônico e contribuem com várias funções no nosso organimo, através de vias de sinalização celular. A própria produção de prostagalndinas, derivado do ácido araquidônico, é exemplo disso. 7 Estrutura e função das diversas classes de lipídeos EXERCÍCIOS. Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br 1. (ENADE 2004) O colesterol é um dos principais formadores das placas deateroma. Por este motivo, é considerado nocivo à saúde,mas possui, no entanto, funções fisiológicas importantes. Quais são elas? a) Síntese de hormônios esteroides, formação de ácidos biliares, formação de membranas celulares. b) Síntese de hormônios esteroides, formação de ácidos biliares, lipogênese. c) Síntese de hormônios esteroides, formação de ácidos biliares, lipólise. d) Degradação celular, síntese de hormônios esteroides, formação de ácidos biliares. e) Síntese de glicogênio, síntese de proteína e energia celular. 2. Quais as característica comuns a todos os lipídeos? 3. Quais são os principais tipos de lipídeos e suas funções? 4. Diferencie um ácido graxo saturado de um insaturado. 5. O que significa a representação 20:4(Δ 5,8,11,14)? 6. Qual o principal lipídeo de reserva animal e como ele é formado? 7. O que são eicosanóides? questão resolvida na aula questão enade 8 EX ER CÍ CI OS Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br 8. A deficiência dessa vitamina lipossolúvel pode levar ao raquitismo, prejudicando a captação de cálcio no intestino e o controle dos níveis de cálcio nos rins e ossos. De que vitamina estamos falando? a) Vitamina A b) Vitamina K c) Vitamina D d) Vitamina E e) Todas as alternativas anteriores 9. Esse hormônio tem por função o pigmento visual em vertebrados. Sua deficiência causa cegueira noturna, alterações na pele e etc. De que hormônio estamos falando? a) Vitamina A b) Vitamina K c) Vitamina D d) Vitamnia E e) Vitamina B 10. O que são lipoproteínas? 11. Explique como a presença de duplas ligações podem interferir no ponto de fusão dos lipídeos? gabarito. Resposta da Questão 1: [A] Resposta da Questão 2: Os lipídeos são um conjunto de substâncias químicas que, ao contrário das outras classes de compostos orgânicos, não são caracterizadas por algum grupo funcional comum. Existem diversos tipos de moléculas diferentes que pertencem à classe dos lipídios. Embora não apresentem nenhuma característica estrutural típica, todas elas possuem propriedades em comum como por exemplo, baixa solubilidade em água, solúveis em solventes apolares, ricos em ligações carbono- hidrogênio (hidrocarbonetos) e não são polímeros. Resposta da Questão 3: Fosfolipídeos (fosfoglicerídeos e esfingolipídeos), colestereol, triglicerídeos, hormônios. Eles possuem como principais funções: Componentes de membrana celular, reserva de energia, combustível celular, isolante térmico, elétrico e mecânico, vitaminas e sinalização intra e intercelulares. Resposta da Questão 4: Os ácidos graxos também podem ser classificados como saturados ou insaturados, dependendo da ausência (saturados) ou presença (insaturados) de ligações duplas carbono-carbono. Resposta da Questão 5: A forma representada acima é uma maneira de se representar a estrutura de um lipídeo. O primeiro número significa a quantidade de carbonos da estrutura. Em seguida, vem a presença ou não de duplas ligações. Nesse caso sinalizado pelo algarismo 4, ou seja, possui 4 ligações duplas. Finalmente a letra grega “Δ” que representa a posição das duplas ligações. Nesse caso no carbono 5, 8, 11 e 14. Em resumo, se trata de um lipídeo polinsaturado com 20 carbonos, onde as duplas ligações estão localizadas no carbono 5, 8, 11 e 14. Resposta da Questão 6: Triacilglicerídeos. São moléculas formadas pela ligação de 3 moléculas de ácidos graxos com o 9 EX ER CÍ CI OS Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br glicerol (triálcool de 3 carbonos, através de ligações do tipo éster). Essas moléculas são absolutamente hidrofóbicas, sem grupamentos polares. Resposta da Questão 7: Os eicosanoides são moléculas derivadas do ácido aracdônico oriundos dos fosfolipídios de membrana plasmática das células. Eles irão originar as prostaglandinas, que dependendo do local podem apresentar várias funções biológicas distintas como por exemplo contração de músculo liso, aumento de temperatura, dor, inflamação, agregação plaquetária, etc. Resposta da Questão 8: [C] Resposta da Questão 9: [A] Resposta da Questão 10: São associações entre proteínas e lipídeos encontrados na corrente sanguínea e que tem como função transportar e regular o metabolismo dos lipídeos no plasma. A fração proteica das lipoproteínas denomina-se Apoproteína e a fração lipídica das lipoproteínas é muito variável, e permite a classificação das mesmas em 5 grupos, de acordo com suas densidades e mobilidade eletroforética: Lipoproteína, quilomícrons, VLDL, LDL e HDL. Resposta da Questão 11: O ponto de fusão dos ácidos graxos aumenta com o aumento da cadeia, mas diminui com o aumento do número de insaturações. Isso ocorre porque a configuração “cis” das duplas ligações provoca uma dobra de 30o na cadeia, o que dificulta a agregação das moléculas. Os ácidos graxos podem sofrer reações de hidrogenação e saponificação. Hidrogenação: Reação onde o ácido graxo insaturado é convertido em saturados através da hidrogenação catalítica (este processo é chamado de redução). A presença de insaturação nas cadeias de ácido carboxílico dificulta a interação intermolecular, fazendo com que, em geral, estes se apresentem, à temperatura ambiente, no estado líquido; já os saturados, com uma maior facilidade de empacotamento intermolecular, são sólidos. A margarina, por exemplo, é obtida através da hidrogenação de um líquido - o óleo de soja ou de milho, que é rico em ácidos graxos insaturados . Saponificação: Os ácidos graxo geralmente sãochamados de lipídeos saponificáveis, porque a reação destes com uma solução quente de hidróxido de sódio produz o correspondente sal sódico do ácido carboxílico, isto é, o sabão. A natureza do cátion (contra-íon) determina as propriedades do sal carboxílico formado. Em geral, sais com cátions divalentes (Ca2+ ou Mg2+ ) não são bem solúveis em água, ao contrário do formado com metais alcalinos (Na+ , K+, etc.), que são bastante solúveis em água e em óleo - são conhecidos como sabão.