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Los lípidos pueden clasificarse de diferentes formas. En esta exposición, los lípidos pueden subdividirse en las siguientes clases:
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Ácidos grasos
Triacilgliceroles
Ésteres de ceras
Fosfolípidos (fosfoglicéridos y esfingomielinas)
Esfingolípidos (moléculas diferentes a la esfingomielina que contienen el aminoalcohol esfingosina)
Isoprenoides (moléculas formadas por unidades repetidas de isopreno, un hidrocarburo ramificado de cinco carbonos)
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A continuación se considera cada una de estas clases.
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Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos que contienen en general cadenas hidrocarbonadas de longitudes variables (entre 12 y 20 carbonos) (fig. 11.1). Los ácidos grasos regularmente se numeran a partir del extremo carboxílico, pero también se emplean letras griegas para designar ciertos átomos de carbono. El carbono α de un ácido graso es adyacente al grupo carboxilato, el carbono β está a dos átomos del grupo carboxilato, y así sucesivamente. El átomo de carbono del metilo terminal es el carbono ω. En el cuadro 11.1 se presentan las estructuras, los nombres y las abreviaturas estándares de varios ácidos grasos comunes. Los ácidos grasos son componentes importantes de cuantiosas clases de moléculas lipídicas. Se encuentran en primera instancia en los triacilgliceroles y en numerosas clases de moléculas lipídicas unidas a las membranas.
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La mayor parte de los ácidos grasos naturales poseen un número par de átomos de carbono que forman una cadena sin ramificaciones. (En algunas especies se encuentran ácidos grasos poco habituales con cadenas ramificadas o con anillos.) Las cadenas de los ácidos grasos que sólo contienen enlaces sencillos carbono-carbono se denominan saturadas, mientras que las moléculas que contienen uno o varios dobles enlaces se denominan insaturadas. Dado que los dobles enlaces son estructuras rígidas, las moléculas que los contienen pueden presentarse en dos formas isoméricas: cis y trans. En los isómeros cis, los grupos semejantes o idénticos se encuentran en el mismo lado de un doble enlace (fig. 11.2a). Cuando estos grupos se sitúan en lados opuestos de un doble enlace, se dice que la molécula es un isómero trans (fig. 11.2b). En la mayoría de los ácidos grasos naturales, los dobles enlaces se encuentran en configuración cis. La presencia de un doble enlace cis produce una “torsión” inflexible en una cadena de ácido graso (fig. 11.3). Debido a esta característica estructural, los ácidos grasos insaturados no se colocan tan juntos como los ácidos grasos saturados. Se requiere menos energía para romper las fuerzas intermoleculares entre los ácidos grasos insaturados. Por lo tanto, poseen menores puntos de fusión y a temperatura ambiente son líquidos. Por ejemplo, una muestra de ácido palmítico (16:0), un ácido graso saturado, se funde a 63°C, mientras que el ácido palmitoleico (16:1Δ9) se funde a 0°C. (En las abreviaturas de los ácidos grasos, el número de la izquierda de los dos puntos es el número total de átomos de carbono y el número de la derecha es el número de dobles enlaces. Un superíndice indica la colocación de un doble enlace. Por ejemplo, Δ9 significa que hay ocho carbonos entre el grupo carboxilo y el doble enlace; es decir, el doble enlace se encuentra entre los carbonos 9 y 10.)
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Los ácidos grasos insaturados también se clasifican conforme a la posición del primer doble enlace respecto al extremo terminal metilo (omega, ω) de la molécula. Por ejemplo, los ácidos linoleico y α-linolénico pueden escribirse como 18:2ω-6 (lo que es equivalente a 18:2Δ9,12) y 18:3ω-3 (que es igual a 18:3Δ9,12,15), respectivamente. (El número a la derecha de ω designa el carbono en que se encuentra el primer doble enlace, contando a partir del extremo metilo terminal del ácido graso. Los dobles enlaces sucesivos siempre están separados por tres carbonos de distancia.) Resulta notable que los ácidos grasos con dobles enlaces trans tienen estructuras tridimensionales semejantes a las de los ácidos grasos insaturados. Además, la presencia de uno o de varios dobles enlaces en un ácido graso lo hace susceptible a la oxidación (fig. 10.19). Entre las consecuencias de este fenómeno se encuentran los efectos del estrés oxidativo sobre las membranas celulares y la tendencia de los aceites a arranciarse (p. ej., a adquirir olor o sabor desagradables en el caso de ácidos orgánicos de cadena corta).
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Los ácidos grasos con un doble enlace se denominan moléculas monoinsaturadas. Cuando hay dos o más dobles enlaces en los ácidos grasos, en general separados por grupos metileno (—CH2—), se denominan poliinsaturados. El ácido graso monoinsaturados ácido oleico (18:1Δ9) y el ácido linoleico poliinsaturado (18:2Δ9,12) se encuentran entre los ácidos grasos más abundantes de los seres vivos.
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Los organismos como los vegetales y las bacterias pueden sintetizar todos los ácidos grasos que requieren a partir de acetil-CoA (cap. 12). Los mamíferos obtienen la mayor parte de sus ácidos grasos de la dieta, aunque pueden sintetizar ácidos grasos saturados y algunos monoinsaturados. Los mamíferos también pueden modificar algunos ácidos grasos dietéticos mediante la adición de dos unidades de carbono y la introducción de algunos dobles enlaces. Los ácidos grasos que se pueden sintetizar se denominan ácidos grasos no esenciales. Debido a que los mamíferos no poseen las enzimas que se requieren para sintetizar los ácidos linoleico (18:2Δ9,12) y α-linolénico (18:2Δ9,12,15), estos ácidos grasos esenciales deben obtenerse de los alimentos.
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Ácidos grasos omega
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El ácido linoleico (18:2Δ9,12 o 18:2ω-6) es el precursor de numerosos derivados, que se forman por reacciones de elongación, de desaturación o ambas. Son ejemplos notables los ácidos γ-linolénico (18:3Δ6,9,12 o 8:3ω-6), araquidónico (20:4Δ5,8,11,14 o 20:4ω-6) y docosapentaenoico (22:5Δ4,7,10,13,16 o 22:5ω-6) (DPA). El ácido linoleico y sus derivados se denominan en conjunto ácidos grasos omega 6. Se les encuentra en diversos aceites vegetales (p. ej., en el de girasol y en el de soja), en los huevos y en las aves de corral. El ácido α-linolénico (18:3Δ9,12,13 o 18:3ω-3) y sus derivados, como los ácidos eicosapentaenoico (EPA) (20:5Δ5,8,11,14,17 o 20:5ω-3) y docosahexaenoico (DHA) (22:6Δ4,7,10,13,16,19 o 22:6ω-3), son los ácidos grasos omega 3. Entre las fuentes de ácido α-linolénico se incluyen los aceites de linaza, de soja y de nueces de Castilla. En la actualidad se piensa que el EPA y el DHA, también presentes en pescados y sus aceites (p. ej., el salmón, el atún y la sardina), favorecen la salud cardiovascular. Algunos efectos que se atribuyen a la alimentación con cantidades adecuadas de estos dos ácidos grasos son menores concentraciones sanguíneas de triacilgliceroles, menor presión arterial y decremento de la agregación plaquetaria. Los ácidos grasos esenciales se usan como componentes estructurales (p. ej., los fosfolípidos de las membranas) y como precursores de varios metabolitos importantes, por ejemplo los eicosanoides y la anandamina. Los eicosanoides son moléculas hormonales derivadas de los ácidos grasos omega 6 u omega 3. En general, los eicosanoides derivados de ácidos grasos omega-6 promueven la inflamación, mientras que los derivados de ácidos grasos omega-3 tienen propiedades antiinflamatorias. El índice entre ácidos grasos omega-6 y omega-3 en la dieta influye en las cantidades relativas de eicosanoides inflamatorios y antiinflamatorios que se sintetizan. Hoy en día se cree que son saludables las proporciones 1:1 a 1:4. En muchos países industrializados, las dietas típicas incluyen de 10:1 a 30:1. Estas proporciones favorecen un aumento neto en las reacciones inflamatorias desfavorables en el cuerpo, una situación indeseable que aumenta el riesgo de enfermedad crónica. La anandamina (N-araquidoniletanolamina), un derivado del ácido araquidónico, es un endocanabinoide, una sustancia producida por el organismo la cual se une al mismo receptor que el tetrahidrocanabinol, una droga psicoactiva. La anandamina actúa como neurotransmisor en los sistemas nerviosos central y periférico, donde influye en los comportamientos del sueño y de la alimentación, en la memoria a corto plazo y en el alivio del dolor.
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Los ácidos grasos poseen numerosas propiedades químicas importantes. Las reacciones que experimentan son típicas de los ácidos carboxílicos de cadena corta. Por ejemplo, los ácidos grasos reaccionan con los alcoholes para formar ésteres:
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Esta reacción es reversible; es decir, en condiciones adecuadas un éster de ácido graso puede reaccionar con el agua para originar un ácido graso y un alcohol. Los ácidos grasos insaturados con dobles enlaces pueden experimentar reacciones de hidrogenación para formar ácidos grasos saturados. Por último, como se ha descrito (fig. 10.19), los ácidos grasos insaturados son susceptibles al ataque oxidativo.
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Determinados ácidos grasos están unidos de manera covalente a una gran variedad de proteínas eucariotas. Estas proteínas se denominan proteínas aciladas. Los grupos ácido graso (denominados grupos acilo) facilitan de forma clara las interacciones entre las proteínas de las membranas y sus entornos hidrófobos. Ahora se sabe que la miristoilación y la palmitoilación de proteínas, las formas más comunes de acilación de dichos compuestos, influyen en sus diversas propiedades estructurales y funcionales. La promoción de la unión de proteínas a las membranas es un ejemplo notable. Además, las moléculas de ácidos grasos, que son hidrófobas, se transportan desde los adipocitos hasta las células del cuerpo por medio de la acilación de proteínas séricas hidrosolubles.
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CONCEPTO CLAVE 
Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos que se encuentran en su mayoría en las moléculas de los triacilgliceroles, en diversas clases de moléculas lipídicas unidas a la membrana o en proteínas aciladas de membrana.
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Los eicosanoides son un grupo diverso de moléculas, similares a las hormonas, demasiado potentes producidas en la mayoría de los tejidos de los mamíferos. Entre ellas se incluyen las prostaglandinas, los tromboxanos y los leucotrienos (fig. 11.4). Juntos, los eicosanoides median una amplia variedad de procesos fisiológicos, incluidos la contracción de los músculos lisos, la inflamación, la percepción del dolor y la regulación del flujo sanguíneo. También intervienen en varias enfermedades, como el infarto al miocárdico y la artritis reumatoide. Debido a que en general son activos en la célula en que se producen, los eicosanoides se consideran reguladores autocrinos en lugar de hormonas.
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Infarto miocárdico y artritis 
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Los eicosanoides, que se designan por sus abreviaturas, se nombran conforme al siguiente sistema. Las dos primeras letras indican el tipo de eicosanoide (PG = prostaglandina, TX = tromboxano, LT = leucotrieno). La tercera letra identifica el tipo de modificación hecha al componente original del eicosanoide (p. ej., A = grupo hidroxilo y anillo éter, B = dos grupos hidroxilo). El número en el nombre de un eicosanoide indica el número de dobles enlaces en la molécula. Los eicosanoides son muy difíciles de estudiar porque son activos durante lapsos cortos de tiempo (a menudo segundos o minutos). Además, sólo se producen en pequeñas cantidades.
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Los eicosanoides se derivan del ácido araquidónico o del EPA. Su producción comienza después de que alguno de estos dos últimos es liberado de moléculas fosfolipídicas de la membrana por medio de la enzima fosfolipasa A2. Enseguida se presenta un breve resumen de cada clase de eicosanoide.
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Las prostaglandinas contienen un anillo ciclopentano y grupos hidroxilo en C-11 y C-15. Las moléculas pertenecientes a la serie E de prostaglandinas tienen un grupo carbonilo en C-9, mientras que las moléculas de la serie F tienen un grupo OH en esa posición. La serie 2, derivada del ácido araquidónico, parece ser el grupo más importante de prostaglandinas en el ser humano. El EPA es el precursor de la serie 3 de prostaglandinas. Las prostaglandinas participan en la inflamación, un proceso que forma parte del combate a las infecciones y causa dolor y fiebre; en la reproducción (p. ej., ovulación y contracciones uterinas durante la concepción y el trabajo de parto); y digestión (p. ej., inhibición de la secreción gástrica). La biosíntesis de las dos series de prostaglandinas comienza una vez que el ácido araquidónico se libera de un fosfoglicérido de la membrana. Primero, el ácido araquidónico se convierte en PGH2, un precursor de varias prostaglandinas, por acción de la ciclooxigenasa y después de una peroxidasa. (El ácido acetilsalicílico alivia el dolor ligero, la fiebre y la inflamación porque desactiva la ciclooxigenasa por acetilación de un residuo de serina crítico en el sitio activo de la enzima.) La PGH2 se convierte en PGE2 (fig. 11.4a), una prostaglandina causante de fiebre, por acción de la endoperoxidasa isomerasa.
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Los tromboxanos también son derivados del ácido araquidónico o EPA. Difieren de otros eicosanoides porque su estructura incluye un éter cíclico o epóxido. El TXA2 (fig. 11.4b) se sintetiza a partir de ácido araquidónico, sobre todo en las plaquetas. La tromboxano A sintasa convierte PGH2 en TXA2. Una vez que se activan las plaquetas, liberan TXA2, que induce la agregación plaquetaria y la vasoconstricción después de una lesión hística. El TXA2 se convierte con rapidez en su metabolito inactivo TXB2 por acción de una isomerasa.
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Los leucotrienos son moléculas lineales (no cíclicas) cuya síntesis inicia por una reacción de peroxidación catalizada por la lipooxigenasa. Difieren en la posición de este paso de peroxidación y en la naturaleza del grupo tioéter unido cerca del sitio de peroxidación. Los leucotrienos son quimiotácticos potentes (es decir, atraen células del sistema inmunitario al tejido dañado); también inducen vasoconstricción y broncoconstricción (causada por contracción del músculo liso de los vasos sanguíneos y vías respiratorias, respectivamente). Los leucotrienos LTC4, LTD4 y LTE4 se identificaron como componentes de la sustancia reactiva lenta de anafilaxia (SRS-A). La anafilaxia es una reacción alérgica muy grave, se desencadena cuando un alergeno se une con un anticuerpo IgE en los mastocitos, localizados en el tejido conjuntivo de todo el cuerpo. Los mastocitos liberan gránulos que contienen leucotrienos, además de otras sustancias inflamatorias (heparina, histamina y prostaglandinas) hacia el tejido circundante. Los síntomas de la anafilaxia incluyen prurito, urticaria y edema. En el choque anafiláctico, el proceso inflamatorio es tan intenso que puede haber colapso del sistema circulatorio y sofocación por el edema bronquial. Las moléculas de SRS-A provienen del LTA4, que se produce cuando la 5-lipooxigenasa introduce un grupo peróxido en el ácido araquidónico. El producto de esta reacción se convierte en un epóxido por efecto de la LTA4 sintasa. A continuación, el LTA4 se convierte en LTC4 (fig. 11.4c) con la adición del tripéptido γ-glutamilcisteinilglicina (glutatión, GSH) al carbono 6. El retiro del grupo γ-glutamilo del tripéptido constituyente de LTC4 produce LTD4. El LTE4 se obtiene mediante la eliminación del residuo glicilo del LTD4.
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Anafilaxia 
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PREGUNTA 11.1
La artritis reumatoide es una enfermedad autoinmunitaria en la que hay inflamación crónica de las articulaciones. En las enfermedades autoinmunitarias, el sistema inmunitario falla y no distingue entre lo propio y lo ajeno. Por razones desconocidas, se estimulan linfocitos específicos para producir anticuerpos conocidos como autoanticuerpos. Estas moléculas se unen con antígenos superficiales en las propias células del paciente, como si fueran ajenas. En la artritis reumatoide, la unión de un autoanticuerpo llamado factor reumatoide (RF, rheumatoid factor) con la porción Fc de la inmunoglobulina G (IgG) favorece la inflamación porque estimula la infiltración del tejido articular con varios tipos de leucocitos. El escape de enzimas lisosómicas de las células fagocíticas activas (neutrófilos y macrófagos) causa daño adicional al tejido. La respuesta inflamatoria se perpetúa por la liberación de varios eicosanoides. Por ejemplo, se sabe que los macrófagos producen PGE4, TXA2 y varios leucotrienos.
En la actualidad, el tratamiento de la artritis reumatoide consiste en suprimir el dolor y la inflamación. Sin embargo, a pesar del tratamiento el avance de la enfermedad continúa. El ácido acetilsalicílico tiene una función importante en el tratamiento de la artritis reumatoide y otros tipos de inflamación por su bajo costo y seguridad relativa. Ciertos esteroides inhibidores de la fosfolipasa A2 son más potentes que el ácido acetilsalicílico para disminuir la inflamación, reducen en forma inmediata y drástica los síntomas dolorosos. Sin embargo, tienen efectos secundarios graves. Por ejemplo, la prednisona deprime el sistema inmunitario, causa redistribución de la grasa (“giba de búfalo”) y puede causar cambios conductuales graves. Por éstas y otras razones, la prednisona sólo se usa en el tratamiento de la artritis reumatoide cuando un paciente no responde al ácido acetilsalicílico o fármacos similares.
Revise los efectos del ácido acetilsalicílico y los esteroides en el metabolismo de los eicosanoides y sugiera razones por las que esta información es relevante para el tratamiento de la artritis reumatoide. ¿Explica esto la diferencia entre la eficacia del ácido acetilsalicílico y los esteroides en el tratamiento de la inflamación?
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Enfermedad autoinmunitaria 
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Los triacilgliceroles son ésteres de glicerol con tres moléculas de ácidos grasos (fig. 11.5). Los glicéridos con uno o dos grupos ácido graso, que se denominan monoacilgliceroles y diacilgliceroles, respectivamente, son intermediarios metabólicos. Se encuentran presentes en general en cantidades pequeñas. Debido a que los triacilgliceroles no tienen carga (p. ej., el grupo carboxilo de cada ácido graso está unido al glicerol mediante un enlace covalente), se les denomina en ocasiones grasas neutras. La mayoría de las moléculas de triacilgliceroles contienen ácidos grasos de diversas longitudes, que pueden ser insaturados, saturados o una combinación de ambos (fig. 11.6). Dependiendo de sus composiciones de ácidos grasos, las mezclas de triacilgliceroles se denominan grasas o aceites. Las grasas, que son sólidas a temperatura ambiente, contienen una gran proporción de ácidos grasos saturados. Los aceites son líquidos a temperatura ambiente debido a su contenido relativamente elevado de ácidos grasos insaturados. (Recuérdese que los ácidos grasos insaturados no se compactan tan juntos como los ácidos grasos saturados.)
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En los animales, los triacilgliceroles (que habitualmente se denominan grasas) tienen varias funciones. La primera es que son la principal forma de almacenamiento y transporte de los ácidos grasos. Las moléculas de triacilgliceroles almacenan la energía de manera más eficaz que el glucógeno por varias razones:
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Debido a que los triacilgliceroles son hidrófobos, se fusionan en pequeñas gotas compactas anhidras dentro de las células. Los triacilgliceroles se almacenan en una clase especializada de células que se denominan adipocitos, presentes en el tejido adiposo. Los triacilgliceroles anhidros almacenan una cantidad equivalente de energía en alrededor de un octavo del volumen del glucógeno (la otra molécula principal de almacenamiento de energía), el cual se une a una cantidad sustancial de agua.
Las moléculas de triacilglicerol son más reducidas y, por tanto, cuando se oxidan pueden liberar más electrones por molécula que las moléculas de carbohidratos. Por lo tanto, cuando se degradan, los triacilgliceroles liberan más energía (38.9 kJ/g liberados de las grasas en comparación con 17.2 kJ/g de los carbohidratos).
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Una segunda función importante de la grasa es la de proporcionar aislamiento en bajas temperaturas. La grasa es un mal conductor del calor y por lo tanto impide su pérdida. El tejido adiposo, con su alto contenido de triacilgliceroles, se encuentra en todo el cuerpo (en especial debajo de la piel). Por último, en algunos animales las moléculas de grasa secretadas por glándulas especializadas hacen que el pelaje o las plumas repelan el agua.
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En los vegetales, los triacilgliceroles constituyen una reserva de energía importante para las frutas y para las semillas. Debido a que estas moléculas contienen cantidades relativamente grandes de ácidos grasos insaturados (p. ej., oleico y linoleico), se les denomina aceites vegetales. Las semillas con aceites abundantes son los cacahuates, el maíz, la palma, el cártamo, la soja y el lino. Los aguacates y las aceitunas son frutas con un contenido elevado de aceite.
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PREGUNTA 11.2
Los aceites pueden convertirse en grasas mediante un proceso comercial catalizado por el níquel que se denomina hidrogenación parcial. En condiciones relativamente afables (180°C y presiones de unos 1 013 torr o 1.33 atm) se hidrogena un número suficiente de dobles enlaces y se solidifican los aceites líquidos. Este material sólido, oleomargarina, tiene una consistencia semejante a la de la mantequilla. Sin embargo, los aceites no se hidrogenan por completo durante los procesos comerciales de hidrogenación. Sugiera una razón práctica para ello.
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CONCEPTOS CLAVE 
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PREGUNTA 11.3
La fabricación de jabón es un proceso antiguo. Se cree que los fenicios, un pueblo navegante que dominó el comercio en el mar Mediterráneo hace unos 3 000 años, fueron los primeros en fabricar jabón. De forma tradicional, el jabón se elabora calentando la grasa animal con potasa (una mezcla de hidróxido de potasio [KOH] y carbonato de potasio [K2CO3] que se obtiene mezclando cenizas de madera con agua). En la actualidad, el jabón se fabrica calentando sebo de vaca o aceite de coco con hidróxido de sodio o de potasio. Durante esta reacción, que es una saponificación (la inversa de la esterificación), las moléculas de triacilgliceroles se hidrolizan para dar glicerol y las sales de sodio o de potasio de los ácidos grasos:

Las sales de los ácidos grasos (jabones) son molécula anfipáticas (p. ej., poseen dominios polares y apolares) que forman micelas (fig. 3.13) de manera espontánea. Las micelas de jabón tienen superficies con carga negativa que se repelen unas a otras. El jabón se usa para eliminar suciedad mezclada con grasa debido a que es un agente emulsionante; es decir, promueve la dispersión de una sustancia en otra. Cuando se mezclan el jabón y la grasa, se forma una emulsión: de manera específica, un sistema en el cual las moléculas de jabón se dispersan en las micropartículas de aceite. Complete el diagrama de la figura 11.7 y explíque cómo ocurre el proceso.
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Las ceras son mezclas complejas de lípidos apolares. En los vegetales, son protectoras de las hojas, de los tallos y de las frutas y de la piel de los animales. Los ésteres formados por ácidos grasos de cadena larga y alcoholes de cadena larga son constituyentes destacados de la mayoría de las ceras. Entre los ejemplos bien conocidos se encuentran la cera de carnauba, producida por las hojas de la palma de cera brasileña, y la cera de abeja. El constituyente predominante de la cera de carnauba (Copernicia cerifera) es el éster de cera cerotato de melisilo (fig. 11.8). El hexadecanoato de triacontilo es uno de los ésteres de cera importantes de la cera de abeja. Las ceras contienen también hidrocarburos, alcoholes, ácidos grasos, aldehídos y esteroles (alcoholes esteroideos).
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Los fosfolípidos desempeñan múltiples funciones en los seres vivos. Son los primeros y más importantes componentes estructurales de las membranas. Además, cuantiosos fosfolípidos son agentes emulsionantes y agentes superficiales activos. (Un agente superficial activo es una sustancia que disminuye la tensión superficial de un líquido, en general el agua, de forma que se disperse por una superficie.) Los fosfolípidos son muy adecuados para estas funciones debido a que, al ser sales de ácidos grasos, son moléculas anfipáticas. El dominio hidrófobo está formado en gran parte por las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos; el dominio hidrófilo, que se denomina grupo de cabeza polar, contiene fosfato y otros grupos cargados o polares.
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Cuando los fosfolípidos se suspenden en agua, se reagrupan de manera espontánea en estructuras ordenadas (fig. 11.9) que al formarse provocan que los grupos hidrófobos de los fosfolípidos queden enterrados en el interior para excluir el agua. Al mismo tiempo, los grupos de cabeza hidrófilos se orientan de forma tal, que quedan expuestos al agua. Cuando hay moléculas de fosfolípidos en una concentración suficiente, forman capas bimoleculares. Esta propiedad de los fosfolípidos (y de otras moléculas lipídicas anfipáticas) es la base de la estructura de las membranas.
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Existen dos tipos de fosfolípidos: los fosfoglicéridos y las esfingomielinas. Los fosfoglicéridos son moléculas que contienen glicerol, ácidos grasos, fosfato y un alcohol (p. ej., colina). Las esfingomielinas se diferencian de los fosfoglicéridos en que contienen esfingosina en lugar de glicerol. Debido a que las esfingomielinas también se clasifican como esfingolípidos, sus estructuras y sus propiedades se consideran por separado.
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Los fosfoglicéridos son los fosfolípidos más numerosos de las membranas celulares. El fosfoglicérido más sencillo, el ácido fosfatídico, es el precursor de las demás moléculas de fosfoglicéridos. El ácido fosfatídico está formado por glicerol-3-fosfato esterificado con dos ácidos grasos. Los fosfoglicéridos se clasifican según el alcohol que se esterifique con el grupo fosfato. Por ejemplo, si el alcohol es la colina, la molécula se denomina fosfatidilcolina (PC) (que también se llama lecitina). Otras clases de fosfoglicéridos son la fosfatidiletanolamina (PE), la fosfatidilserina (PS), el difosfatidilglicerol (dPG) y el fosfatidilinositol (PI). (Véanse en el cuadro 11.2 las estructuras de las clases más habituales de fosfoglicéridos.) Los ácidos grasos más comunes de los fosfoglicéridos tienen entre 16 y 20 carbonos. Los ácidos grasos saturados suelen encontrarse en el C-1 del glicerol. El ácido graso sustituyente de C-2 en general es insaturado. Un derivado del fosfatidilinositol, que se denomina fosfatidilinositol-4,5-difosfato (PIP2), se encuentra sólo en cantidades pequeñas en las membranas plasmáticas. En la actualidad se considera que el PIP2 es un componente importante de la transducción de señales intracelulares. En la sección 16.2 se describe el ciclo del fosfatidilinositol, que inicia cuando determinadas hormonas se unen a receptores de membrana.
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CONCEPTOS CLAVE 
Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas que desempeñan funciones importantes en los seres vivos como componentes de las membranas, agentes emulsionantes y agentes superficiales activos.
Existen dos clases de fosfolípidos: los fosfoglicéridos y las esfingomielinas.
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El fosfatidilinositol también es un componente estructural importante de las anclas de glucosilfosfatidilinositol (GPI). Las anclas de GPI (fig. 11.10), que contienen además un grupo trimanosilglucosamina y fosfoetanolamina, fijan determinadas proteínas a la superficie externa de la membrana plasmática. Las proteínas se adhieren a la molécula ancla mediante un enlace amida entre el carboxilo terminal de la proteína y el nitrógeno amino de la etanolamina. Los dos ácidos grasos del componente fosfatidilinositol están embebidos en la membrana plasmática.
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PREGUNTA 11.4
La dipalmitoilfosfatidilcolina es el principal componente del surfactante, o agente tensoactivo (una molécula anfipática), secretado en los alveolos pulmonares para reducir la tensión superficial del líquido extracelular básicamente acuoso de los epitelios alveolares. Los alveolos, que también se denominan sacos alveolares, son las unidades funcionales de la respiración. El oxígeno y el dióxido de carbono se difunden a través de las paredes de los sacos alveolares, que tienen el grosor de una célula. El agua de las superficies alveolares posee una elevada tensión superficial debido a las fuerzas de atracción entre las moléculas. Si no se reduce la tensión superficial del agua, el saco alveolar tiende a colapsarse, lo que dificulta en gran medida la respiración. Cuando los niños prematuros carecen de suficiente factor surfactante, tienden a morir por asfixia. Este estado se denomina síndrome de insuficiencia respiratoria. Dibuje la estructura de la dipalmitoilfosfatidilcolina. Considerando las características estructurales generales de los fosfolípidos, sugiera una razón por la que el surfactante es eficaz en la reducción de la tensión superficial.
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Síndrome de insuficiencia respiratoria
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Las fosfolipasas hidrolizan enlaces ésteres en las moléculas de glicerofosfolípidos (fig. 11.11). Se clasifican según el enlace específico que dividan. Las fosfolipasas A1 (PLA1) y A2 (PLA2) hidrolizan enlaces éster en C1 y C2 del glicerol, respectivamente. Los productos de PLA1 y PLA2 son un ácido graso y una lisofosfatida (un glicerofosfolípido al que se le retiró un ácido graso). La fosfolipasa B (PLB) puede hidrolizar los enlaces éster C-1 y C-2. Las fosfolipasas C (PLC) y D (PLD) son fosfodiesterasas que producen diacilglicerol y ácido fosfatídico, respectivamente. Las fosfolipasas tienen tres funciones principales: remodelación de membrana, transducción de señales y digestión. Algunos organismos también las usan como armas biológicas.
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Remodelación de membrana Las células utilizan fosfolipasas para modificar la flexibilidad de las membranas mediante el ajuste de la proporción de ácidos grasos saturados e insaturados, o para reponer un ácido graso dañado. El retiro del ácido graso de un fosfolípido va seguido de una reacción de reacilación catalizada por una aciltransferasa.
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Transducción de señales Muchas hormonas inician mecanismos de transducción de señal que implican hidrólisis de fosfolípidos. Por ejemplo, la división catalizada por PLC de fosfatidil-4,5-bisfosfonato (PIP2), un derivado fosforilado del fosfatidilinositol, genera las moléculas señalizadoras inositol-1,4,5-trifosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG). La síntesis de eicosanoides se inicia con la liberación de ácido araquidónico catalizada por PLA2.
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Digestión En los mamíferos, la digestión de grasa ocurre en el intestino delgado, donde las sales biliares convierten los grandes glóbulos de grasa en gotas más pequeñas sobre las que pueden actuar las enzimas. Las fosfolipasas pancreáticas, que se secretan al intestino delgado junto con otras enzimas digestivas, degradan los fosfolípidos de la dieta. Las fosfolipasas lisosómicas degradan los componentes fosfolipídicos de las membranas celulares.
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Fosfolipasas tóxicas Varios organismos utilizan fosfolipasas que degradan la membrana como una forma de atacar a otra especie. Por ejemplo, a PLA2 de los venenos de las serpientes no sólo digiere las membranas celulares en el sitio de la mordedura, también causa diversas formas de daño sistémico (p. ej., necrosis del músculo esquelético y cardiaco, neurotoxicidad, lisis de eritrocitos). Clostridium perfringens es una bacteria anaerobia grampositiva que causa gangrena gaseosa (muerte del tejido acompañada de formación de gas). Una fosfolipasa llamada toxina α facilita la penetración del organismo al tejido circundante a una herida.
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Fosfolipasas tóxicas 
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Los esfingolípidos son componentes importantes de las membranas animales y de las vegetales. Todas las moléculas de esfingolípidos contienen un aminoalcohol de cadena larga. En los animales, este alcohol es principalmente la esfingosina (fig. 11.12). La fitoesfingosina se encuentra en los esfingolípidos de los vegetales. El núcleo de cada clase de esfingolípido es una ceramida, un derivado amida de ácido graso de la esfingosina. En la esfingomielina, el grupo hidroxilo 1 de la ceramida está esterificado con el grupo fosfato de la fosfatidilcolina o la fosfatidiletanolamina (fig. 11.13). La esfingomielina se encuentra en la mayoría de las membranas celulares animales. Sin embargo, como sugiere este nombre, la esfingomielina se encuentra en mayor abundancia en la vaina de mielina de las células nerviosas. La vaina de mielina se forma por envolturas sucesivas de la membrana celular de una célula mielinizante especializada que se encuentra alrededor del axón de una célula nerviosa. Sus propiedades aislantes facilitan la transmisión rápida de los impulsos nerviosos.
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Las ceramidas también son precursoras de los glucolípidos, que suelen denominarse glucoesfingolípidos (fig. 11.14). En los glucolípidos, se encuentran unidos a la ceramida un monosacárido, un disacárido o un oligosacárido mediante un enlace O-glucosídico. Los glucolípidos se diferencian también de las esfingomielinas en que no contienen fosfato. Las clases más importantes de glucolípidos son los cerebrósidos, los sulfátidos y los gangliósidos.
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Los cerebrósidos son esfingolípidos en los que el grupo de cabeza es un monosacárido. (Estas moléculas, a diferencia de los fosfolípidos, no son iónicas.) Los galactocerebrósidos, el ejemplo más importante de esta clase, se encuentran casi por completo en las membranas celulares del cerebro. Si se sulfata un cerebrósido, se le denomina sulfátido. Los sulfátidos a pH fisiológico presentan carga negativa.
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Los esfingolípidos que poseen grupos oligosacáridos con uno o varios residuos de ácido siálico se denominan gangliósidos. Aunque los gangliósidos se aislaron en un principio a partir del tejido nervioso, se encuentran también en la mayoría del resto de los tejidos animales. Los nombres de los gangliósidos incluyen subíndices con letras y números. Las letras M, D y T indican si la molécula tiene uno, dos o tres residuos de ácido siálico (véase la fig. 7.25d), respectivamente. Los números designan la secuencia de azúcares que están unidos a la ceramida. En la figura 11.14 se representa el gangliósido de Tay-Sachs GM2.
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CONCEPTOS CLAVE 
Los esfingolípidos, componentes importantes de las membranas de los animales y de los vegetales, contienen un aminoalcohol complejo de cadena larga (bien esfingosina o fitoesfingosina).
El núcleo de cada esfingolípido es una ceramida, un derivado amida de ácido graso de la molécula de alcohol. Los glucolípidos son derivados de la ceramida que poseen un componente carbohidrato.
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La función de los glucolípidos no es aún clara. Determinadas moléculas de glucolípido pueden unir toxinas bacterianas, así como células bacterianas, a las membranas celulares animales. Por ejemplo, las toxinas que producen el cólera, el tétanos y el botulismo se unen a receptores glucolípidos de las membranas celulares. Entre las bacterias que se ha demostrado se unen a receptores de glucolípidos se encuentran Escherichia coli, Streptococcus pneumoniae y Neisseria gonorrhoeae, los agentes causales de las infecciones del aparato urinario, de la neumonía y de la gonorrea, en dicho orden.
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Enfermedades del almacenamiento de esfingolípidos
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Cada una de las enfermedades lisosómicas de almacenamiento es producida por la deficiencia hereditaria de una enzima necesaria para la degradación de un metabolito específico. Cuantiosas enfermedades lisosómicas de almacenamiento están asociadas con el metabolismo de los esfingolípidos. La mayoría de estas enfermedades, que también se denominan esfingolipidosis, son mortales. La enfermedad de almacenamiento de esfingolípidos más común, la enfermedad de Tay-Sachs, está producida por la deficiencia de β-hexosaminidasa A, la enzima que degrada al gangliósido GM2. Al acumular las células esta molécula, se hinchan y al final mueren. Los síntomas de la enfermedad de Tay-Sachs (ceguera, debilidad muscular, convulsiones y retraso mental) en general aparecen varios meses después del nacimiento. Debido a que no existe tratamiento para la enfermedad de Tay-Sachs o para cualquier otra de las esfingolipidosis, la enfermedad siempre es mortal (a menudo a la edad de 3 años). En el cuadro 11.3 se resumen algunos ejemplos de esfingolipidosis.
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Esfingolipidosis 
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Los isoprenoides son un gran grupo de biomoléculas que contienen unidades estructurales de cinco carbonos que se repiten y que se denominan unidades de isopreno (fig. 11.15). Los isoprenoides no se sintetizan a partir del isopreno (metilbutadieno), sino que todas sus vías de biosíntesis comienzan con la formación de isopentenilpirofosfato a partir de acetil-CoA (cap. 12).
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Los isoprenoides están formados por terpenos y por esteroides. Los terpenos son un grupo enorme de moléculas que se encuentran en gran medida en los aceites esenciales de las plantas. Los esteroides son derivados del sistema de anillos hidrocarbonados del colesterol.
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TERPENOS Los terpenos se clasifican según el número de residuos de isopreno que contienen (cuadro 11.4). Los monoterpenos están formados por dos unidades de isopreno (10 átomos de carbono). El geraniol es un monoterpeno que se encuentra en los aceites esenciales, mezclas de líquidos hidrófobos volátiles extraídas de plantas, frutos o flores (p. ej., rosas, limón y geranio). Cada aceite esencial tiene un olor característico y algunos se usan para elaborar perfumes.
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Los terpenos que contienen tres isoprenos (15 carbonos) se denominan sesquiterpenos. El farneseno, un constituyente importante del aceite de la citronela (Cymbopogon nardus) (una sustancia que se emplea en jabones y en perfumes), es un sesquiterpeno. El fitol, un alcohol vegetal, es un ejemplo de un diterpeno, una molécula formada por cuatro unidades de isopreno. El escualeno es un ejemplo prominente de un triterpeno; este intermediario de la síntesis de los esteroides se encuentra en grandes cantidades en el aceite de hígado de tiburón, en el aceite de oliva y en las levaduras. Los carotenoides, los pigmentos de color naranja que se encuentran en la mayoría de las plantas, son los únicos tetraterpenos (moléculas formadas por ocho unidades de isopreno). Los carotenos son miembros hidrocarbonados de este grupo. Las xantófilas son derivados oxigenados de los carotenos. Los politerpenos son moléculas de peso molecular elevado formadas por cientos o miles de unidades de isopreno. La goma natural es un politerpeno formado por entre 3 000 y 6 000 unidades de isopreno. Los dolicoles son alcoholes poliisoprenoides (de 16 a 19 unidades de isopreno) que funcionan como transportadores de azúcar en la síntesis de glucoproteínas.
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Numerosas biomoléculas importantes están formadas por componentes no terpénicos unidos a grupos isoprenoides (a menudo denominados grupos prenilo o isoprenilo). Entre estas moléculas, que se denominan terpenoides mixtos, se encuentran la vitamina E (el α-tocoferol) (fig. 10.23a), la ubiquinona (fig. 10.3), la vitamina K y algunas plastoquinonas (fig. 11.16).
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En la actualidad se sabe que diversas proteínas de las células eucariotas están unidas de manera covalente a grupos prenilo después de su biosíntesis en los ribosomas. Los grupos prenilo que más participan en este proceso, denominado prenilación, son los grupos farnesilo y geranilgeranilo (fig. 11.17). La función de la prenilación proteínica no está clara. Hay algunas pruebas de que participa en el control del crecimiento celular. Por ejemplo, las proteínas Ras, un grupo de reguladores del crecimiento celular, se activan por reacciones de prenilación.
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PREGUNTA 11.4
La mayoría de los terpenos contiene una o varias estructuras anulares. Considere los siguientes ejemplos. Determine la clase de terpeno a la que pertenecen y señale las posiciones de las unidades de isopreno.

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ESTEROIDES Los esteroides son derivados de triterpenos con cuatro anillos fusionados. Se encuentran en todas las eucariotas y en un pequeño número de bacterias. Los esteroides se diferencian entre sí por la posición de los dobles enlaces carbono-carbono y por diversos sustituyentes (p. ej., grupos hidroxilo, carbonilo y alquilo).
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El colesterol, una molécula importante de los animales, es un ejemplo de un esteroide (fig. 11.18). Además de ser un componente esencial de las membranas de las células animales, el colesterol es precursor de la biosíntesis de todas las hormonas esteroideas, de la vitamina D y de las sales biliares (fig. 11.19). El colesterol (C-27) se forma a partir del triterpeno lineal escualeno (C-30) por medio del cierre de anillos intramoleculares, de oxidación y de división. El único doble enlace que se retiene migra a la posición ∆5, y el C-3 se oxida a un grupo hidroxilo, lo cual justifica la clasificación como esterol. (Aunque el término esteroide es más adecuado para designar a las moléculas que contienen uno o varios grupos carbonilo o carboxilo, suele utilizarse para describir todos los derivados de la estructura de anillos esteroideos.) En general el colesterol se almacena dentro de las células como un éster de ácido graso. La reacción de esterificación es catalizada por la enzima acil-CoA:colesterol aciltransferasa (ACAT), localizada en la cara citoplasmática del retículo endoplásmico.
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PREGUNTA 11.6
Las sales biliares son agentes emulsionantes; es decir, estimulan la formación de mezclas de sustancias hidrófobas y agua. Las sales biliares que se producen en el hígado ayudan a digerir las grasas en el intestino delgado. Se forman por la unión de los ácidos biliares con sustancias hidrófilas como el aminoácido glicina. Tras revisar la estructura del ácido cólico de la figura 11.19, sugiera la forma en que las características estructurales de las sales biliares contribuyen con su función.
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Digitálicos e insuficiencia cardiaca 
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Los glucósidos cardiacos, moléculas que incrementan la fuerza de contracción del músculo cardiaco, se encuentran entre los derivados de esteroides más interesantes. Los glucósidos son acetales que contienen carbohidratos. Aunque varios glucósidos cardiacos son en extremo tóxicos (p. ej., ouabaína, obtenida de las semillas de la planta Strophantus gratus o adelfa trepadora), otros tienen propiedades medicinales valiosas (fig. 11.20). Por ejemplo, los digitálicos, extractos de las hojas secas de Digitalis purpurea (planta dedalera), son estimuladores de la contracción del músculo cardiaco cuyo uso se ha consagrado con el tiempo. La digitoxina, el principal glucósido “cardiotónico” de los digitálicos, se utiliza para tratar la insuficiencia cardiaca congestiva, una enfermedad en la que el corazón está tan dañado por procesos patológicos (p. ej., infarto al miocardio) que el bombeo está deteriorado. En dosis superiores a las terapéuticas, la digitoxina es muy tóxica. Tanto la ouabaína como la digitoxina inhiben la Na+-K+ ATPasa.
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CONCEPTOS CLAVE 
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Aunque el término lipoproteína puede describir a cualquier proteína que esté unida de forma covalente a grupos lipídicos (p. ej., ácidos grasos o grupos prenilo), suele utilizarse para un grupo de complejos moleculares que se encuentran en el plasma sanguíneo de los mamíferos (en especial en el de los humanos). Las lipoproteínas plasmáticas transportan de un órgano a otro las moléculas lipídicas (triacilgliceroles, fosfolípidos y colesterol) a través del torrente sanguíneo. Las lipoproteínas también contienen varias clases de moléculas antioxidantes liposolubles (p. ej., el α-tocoferol y varios carotenoides). (La función de los antioxidantes, sustancias que protegen a las biomoléculas de los radicales libres, se describe en el cap. 10.) Los componentes proteínicos de las lipoproteínas, denominados apolipoproteínas o apoproteínas, se sintetizan en el hígado o intestino. Existen cinco clases principales de apolipoproteínas: A, B, C, D y E. En la figura 11.21 se muestra una lipoproteína generalizada. En la figura 11.22 se resumen las cantidades relativas de los componentes lipídicos y de los proteínicos de las principales clases de lipoproteínas.
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Las lipoproteínas se clasifican conforme a su densidad. Los quilomicrones, que son lipoproteínas grandes (Diámetro ≦1 000 nm) de densidad extremadamente baja (<0.95 g/cm3), transportan los triacilgliceroles y los ésteres de colesterilo de los alimentos desde el intestino hasta los tejidos muscular y adiposo. Los quilomicrones remanentes son captados entonces por el hígado mediante endocitosis. Las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) (0.98 g/cm3, D = 30 a 90 nm), que se sintetizan en el hígado, transportan los lípidos a los tejidos. Al perder los triacilgliceroles y algunos fosfolípidos y apoproteínas, las VLDL se reducen de tamaño, se hacen más densas, y reciben el nombre de lipoproteínas de densidad intermedia (IDL) (1 g/cm3, D = 40 nm). Las IDL siguen perdiendo triacilglicerol para formar una lipoproteína de mayor densidad, llamada proteína de baja densidad, o bien son retiradas del torrente sanguíneo por el hígado. Las lipoproteínas de baja densidad (LDL) (1.04 g/cm3, D = 20 nm) son los principales transportadores de colesterol y de ésteres de colesterilo a los tejidos. En un proceso complejo dilucidado por Michael Brown y Joseph Goldstein (que recibieron el Premio Nobel de fisiología o medicina en 1985), las partículas de LDL son endocitadas por las células tras unirse a los receptores de LDL. El cometido de las lipoproteínas de alta densidad (HDL) (1.2 g/cm3, D = 9 nm), partículas ricas en proteínas producidas en el hígado y en el intestino, parecen mediar la eliminación del colesterol excesivo de las membranas celulares y de los ésteres de colesterilo de las VLDL y de las LDL. Los ésteres de colesterilo se forman cuando la enzima plasmática lecitina:colesterol aciltransferasa (LCAT) transfiere un residuo de ácido graso de la lecitina al colesterol (fig. 11.23). (La apolipoproteína A1, componente de HDL, es un cofactor de LCAT.) La HDL transporta estos ésteres de colesterilo al hígado. Este órgano es el único que puede eliminar el exceso de colesterol, convirtiendo la mayor parte de éste en ácidos biliares (cap. 12). La participación de las lipoproteínas en la aterosclerosis, una enfermedad crónica del sistema cardiovascular, se considera en el capítulo 12.
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CONCEPTOS CLAVE 
Las lipoproteínas plasmáticas transportan los lípidos a través del torrente sanguíneo.
Según su densidad, las lipoproteínas se clasifican en cinco clases principales: quilomicrones, VLDL, IDL, LDL y HDL.