¿Cuáles son las funciones primarias de los fosfolípidos?

Los fosfolípidos prevalecen en las células de bacterias y eucariotas. Son moléculas formadas por una cabeza de fosfato y una cola lipídica. La cabeza se considera amante del agua o hidrófila, mientras que la cola es hidrófoba o repelente al agua. Por lo tanto, los fosfolípidos se denominan anfifílicos. Debido a esta naturaleza dual de los fosfolípidos, muchos tipos se organizan en dos capas en un ambiente acuoso. Esto se llama bicapa de fosfolípidos. La síntesis de fosfolípidos ocurre principalmente en el retículo endoplásmico. Otras áreas de biosíntesis incluyen el aparato de Golgi y las mitocondrias. Los fosfolípidos funcionan de varias maneras dentro de las células.

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Los fosfolípidos son moléculas con cabezas de fosfato hidrofílicas y colas lipídicas hidrofóbicas. Comprenden membranas celulares, regulan ciertos procesos celulares y poseen cualidades tanto estabilizadoras como dinámicas que pueden ayudar en la administración de fármacos.

Los fosfolípidos forman membranas

Los fosfolípidos proporcionan barreras en las membranas celulares para proteger a la célula y crean barreras para los orgánulos dentro de esas células. Los fosfolípidos funcionan para proporcionar vías para varias sustancias a través de las membranas. Las proteínas de membrana tachonan la bicapa de fosfolípidos; estos responden a señales celulares o actúan como enzimas o mecanismos de transporte para la membrana celular. La bicapa de fosfolípidos permite fácilmente que moléculas esenciales como el agua, el oxígeno y el dióxido de carbono atraviesen la membrana, pero las moléculas muy grandes no pueden ingresar a la célula de esta manera o es posible que no puedan hacerlo en absoluto. Con esta combinación de fosfolípidos y proteínas, se dice que la célula es selectivamente permeable, permitiendo que solo ciertas sustancias entren libremente y otras a través de interacciones más complejas.

Los fosfolípidos brindan estructura a las membranas celulares, que a su vez mantienen organizados y divididos los orgánulos para que funcionen de manera más eficiente, pero esta estructura también ayuda a la flexibilidad y fluidez de las membranas. Algunos fosfolípidos inducirán una curvatura negativa de una membrana, mientras que otros inducirán una curvatura positiva, dependiendo de su composición. Las proteínas también contribuyen a la curvatura de la membrana. Los fosfolípidos también pueden translocarse a través de las membranas, a menudo mediante proteínas especiales como flipasas, flopasas y scramblasas. Los fosfolípidos también contribuyen a la carga superficial de las membranas. Entonces, mientras que los fosfolípidos contribuyen a la estabilidad, su fusión y su fisión, también ayudan en el transporte de materiales y señales. Por lo tanto, los fosfolípidos hacen que las membranas sean altamente dinámicas, en lugar de simples barreras bicapa. Y aunque los fosfolípidos contribuyen más de lo que se pensaba originalmente a varios procesos, siguen siendo los estabilizadores de las membranas celulares en todas las especies.

Otras funciones de los fosfolípidos

Con una mejor tecnología, los científicos pueden visualizar algunos fosfolípidos dentro de las células vivas a través de sondas fluorescentes. Otros métodos para dilucidar la funcionalidad de los fosfolípidos incluyen el uso de especies knockout (como ratones) que poseen enzimas modificadoras de lípidos sobreexpresadas. Esto ayuda a comprender más funciones de los fosfolípidos.

Los fosfolípidos tienen un papel activo además de formar bicapas. Los fosfolípidos mantienen un gradiente de procesos químicos y eléctricos para asegurar la supervivencia celular. También son esenciales para regular la exocitosis, la quimiotaxis y la citocinesis. Algunos fosfolípidos juegan un papel en la fagocitosis, trabajando para rodear partículas para formar fagosomas. Los fosfolípidos también contribuyen a la endocitosis, que es la generación de vacuolas. El proceso implica la unión de la membrana alrededor de las partículas, la extensión y finalmente la escisión. Los endosomas y fagosomas resultantes, a su vez, poseen sus propias bicapas lipídicas.

Los fosfolípidos regulan los procesos celulares relacionados con el crecimiento, la transmisión sináptica y la vigilancia inmunitaria.

Otra función de los fosfolípidos es la de ensamblar las lipoproteínas circulantes. Estas proteínas juegan el papel esencial de transporte de triglicéridos y colesteroles lipofílicos en la sangre.

Los fosfolípidos también funcionan como emulsionantes en el cuerpo, como cuando se mezclan con colesteroles y ácidos biliares en la vesícula biliar para producir micelas para la absorción de sustancias grasas. Los fosfolípidos también desempeñan el papel de humedecer las superficies de las articulaciones, los alvéolos y otras partes del cuerpo que requieren un movimiento suave.

Los fosfolípidos en los eucariotas se producen en las mitocondrias, los endosomas y el retículo endoplásmico (RE). La mayoría de los fosfolípidos se producen en el retículo endoplásmico. En el RE, los fosfolípidos se utilizan en el transporte de lípidos no vesiculares entre el RE y otros orgánulos. En las mitocondrias, los fosfolípidos desempeñan numerosas funciones en la homeostasis celular y el funcionamiento mitocondrial.

Los fosfolípidos que no forman bicapas ayudan en la fusión y flexión de la membrana.

Tipos de fosfolípidos

Los fosfolípidos más frecuentes en eucariotas son los glicerofosfolípidos, que poseen un esqueleto de glicerol. Tienen un grupo de cabeza, cadenas laterales hidrofóbicas y cadenas alifáticas. El grupo de cabeza de estos fosfolípidos puede variar en su composición química, dando lugar a diversas variedades de fosfolípidos. Las estructuras de estos fosfolípidos varían de cilíndricas a cónicas e inversamente cónicas y, como tales, su funcionalidad difiere. Trabajan con el colesterol y los esfingolípidos para ayudar en la endocitosis, forman lipoproteínas, se utilizan como tensioactivos y son los principales componentes de las membranas celulares.

El ácido fosfatídico (PA), también llamado fosfatidato, comprende solo un pequeño porcentaje de los fosfolípidos en las células. Es el fosfolípido más básico y sirve como precursor de otros glicerofosfolípidos. Posee una forma cónica y puede resultar en la curvatura de las membranas. PA promueve la fusión y fisión mitocondrial y es esencial para el metabolismo de los lípidos. Se une a la proteína Rac, asociada a la quimiotaxis. También se cree que interactúa con muchas otras proteínas debido a su naturaleza aniónica.

La fosfatidilcolina (PC) es el fosfolípido en mayor abundancia y representa hasta el 55 por ciento de los lípidos totales. PC es un ion conocido como zwitterion, tiene forma de cilindro y es conocido por formar bicapas. PC sirve como sustrato componente para la generación de acetilcolina, un neurotransmisor crucial. La PC se puede convertir en otros lípidos como las esfingomielinas. PC también sirve como surfactante en los pulmones y es un componente de la bilis. Su función general es la de estabilización de la membrana.

La fosfatidiletanolamina (PE) también es bastante abundante pero es algo cónica y no tiende a formar bicapas. Comprende hasta un 25 por ciento de fosfolípidos. Es abundante en la membrana interna de las mitocondrias y puede ser producido por las mitocondrias. PE posee un grupo principal relativamente más pequeño en comparación con PC. PE es conocido por macroautofagia y ayuda en la fusión de membranas.

La cardiolipina (CL) es un dímero de fosfolípido en forma de cono y es el principal fosfolípido no bicapa que se encuentra en las mitocondrias, que son los únicos orgánulos que producen CL. La cardiolipina se encuentra principalmente en la membrana mitocondrial interna y afecta la actividad de las proteínas en las mitocondrias. Este fosfolípido rico en ácidos grasos es necesario para la funcionalidad de los complejos de la cadena respiratoria mitocondrial. CL constituye una cantidad significativa de tejidos cardíacos y se encuentra en células y tejidos que requieren mucha energía. CL trabaja para atraer protones a una enzima llamada ATP sintasa. CL también ayuda en la señalización de la muerte celular por apoptosis.

El fosfatidilinositol (PI) constituye hasta el 15 por ciento de los fosfolípidos que se encuentran en las células. El PI se encuentra en numerosos orgánulos y su grupo principal puede sufrir cambios reversibles. PI funciona como un precursor que ayuda en la transmisión de mensajes en el sistema nervioso, así como en el tráfico de membranas y la orientación de proteínas.

La fosfatidilserina (PS) comprende hasta el 10 por ciento de los fosfolípidos en las células. PS juega un papel importante en la señalización dentro y fuera de las células. PS ayuda a las células nerviosas a funcionar y regula la conducción del impulso nervioso. Características del PS en la apoptosis (muerte celular espontánea). PS también comprende membranas de plaquetas y, por lo tanto, desempeña un papel en la coagulación.

El fosfatidilglicerol (PG) es un precursor del bis(monoacilglicero)fosfato o BMP, que está presente en muchas células y es potencialmente necesario para el transporte de colesterol. BMP se encuentra principalmente en las células de los mamíferos, donde constituye aproximadamente el 1 por ciento de los fosfolípidos. La BMP se produce principalmente en cuerpos multivesiculares y se cree que induce la gemación de la membrana hacia adentro.

La esfingomielina (SM) es otra forma de fosfolípido. Los SM son importantes para la composición de las membranas de las células animales. Mientras que la columna vertebral de los glicerofosfolípidos es el glicerol, la columna vertebral de las esfingomielinas es la esfingosina. Las bicapas de fosfolípidos SM reaccionan de manera diferente al colesterol y están más comprimidas pero tienen una menor permeabilidad al agua. SM comprende balsas de lípidos, nanodominios estables en membranas que son importantes para la clasificación de membranas, la transducción de señales y el transporte de proteínas.

Enfermedades relacionadas con el metabolismo de los fosfolípidos

La disfunción de los fosfolípidos conduce a una serie de trastornos, como la neuropatía periférica de Charcot-Marie-Tooth, el síndrome de Scott y el catabolismo anormal de los lípidos, que se asocia con varios tumores.

Los trastornos genéticos causados ​​por mutaciones genéticas pueden conducir a disfunciones en la biosíntesis y el metabolismo de los fosfolípidos. Estos resultan bastante marcados en los trastornos relacionados con las mitocondrias.

Se necesita una red de lípidos eficiente en las mitocondrias. Los fosfolípidos cardiolipina, ácido fosfatídico, fosfatidilglicerol y fosfatidiletanolamina juegan un papel crucial en el mantenimiento de la membrana de la mitocondria. Las mutaciones de genes que afectan estos procesos a veces conducen a enfermedades genéticas.

En la enfermedad mitocondrial ligada al cromosoma X, síndrome de Barth (BTHS), las condiciones incluyen debilidad de los músculos esqueléticos, crecimiento reducido, fatiga, retraso motor, cardiomiopatía, neutropenia y aciduria 3-metilglutacónica, una enfermedad potencialmente mortal. Estos pacientes exhiben mitocondrias defectuosas, que poseen cantidades reducidas del fosfolípido CL.

La miocardiopatía dilatada con ataxia (DCMA) se presenta con miocardiopatía dilatada de aparición temprana, ataxia del cerebro que no es progresiva (pero que provoca retrasos motores), retraso del crecimiento y otras afecciones. Esta enfermedad resulta de problemas funcionales con un gen que ayuda a regular la remodelación de CL y la biogénesis de proteínas mitocondriales.

El síndrome de MEGDEL se presenta como un trastorno autosómico recesivo con encefalopatía, cierta forma de sordera, retrasos motores y del desarrollo, y otras afecciones. En el gen afectado, el fosfolípido precursor de CL, PG, posee una cadena de acilo cambiada, que a su vez cambia la CL. Además, los defectos genéticos reducen los niveles del fosfolípido BMP. Dado que BMP regula la regulación y el tráfico de colesterol, su reducción conduce a la acumulación de colesterol no esterificado.

A medida que los investigadores aprendan más sobre las funciones de los fosfolípidos y su importancia, se espera que se puedan crear nuevas terapias para tratar enfermedades que resultan de su disfunción.

Usos de los fosfolípidos en medicina

La biocompatibilidad de los fosfolípidos los convierte en candidatos ideales para los sistemas de administración de fármacos. Su construcción anfifílica (que contiene componentes que aman el agua y que odian el agua) ayuda con el autoensamblaje y la fabricación de estructuras más grandes. Los fosfolípidos a menudo forman liposomas que pueden transportar fármacos. Los fosfolípidos también sirven como buenos emulsionantes. Las compañías farmacéuticas pueden elegir fosfolípidos de huevos, soja o fosfolípidos construidos artificialmente para ayudar en la administración de fármacos…

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