Los fosfolípidos son lípidos iónicos polares compuestos de 1,2-diacilglicerol y un enlace fosfodiéster que une el esqueleto del glicerol a alguna base, generalmente nitrogenada, tal como la colina, serina o etanolamina. Los fosfolípidos más abundantes en los tejidos humanos son la fosfatidilcolina (también llamada lecitina), la fosfatidilenolamina y la fosfatidilserina. Muchos fosfolípidos contienen más de una clase de ácido graso por molécula, por lo que una clase dada de fosfolípidos de un tejido cualquiera representa, de hecho, una familia de especies moleculares. La fosfatidilcolina contiene mayoritariamente ácido palmítico o ácido esteárico en las posiciones sn-1 y principalmente los ácidos grasos insaturados de 18 carbonos oleicos, linoleico o linolénico en la posición sn-2. La fosfatidiletanolamina tiene los mismos ácidos grasos saturados que la PC en la posición sn-1 pero contiene una mayor cantidad de ácidos grasos polinsaturados de cadena larga, a saber 18:2, 20:4 y 22:6, en la posición sn-2.

El fosfatidilinositol es un fosfolípido ácido que se presenta en las membranas de mamíferos (ver Ruta 14). El fosfatidinositol es algo inusual ya que a menudo contiene casi exclusivamente ácido esteárico en la posición sn-1 y ácido araquidónico (20:4) en la posición sn-2. Otro fosfolípido formado por una cabeza polar tipo poliol es el fosfatidilglicerol. El fosfatidilglicerol (ver ruta 14) está presente en cantidades relativamente grandes en las membranas mitocondriales y es un precusor de la cardiolipina (ver figura).

Figura 6: Estructuras de algunos fosfolípidos comunes. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Figura 7: Estructura de la cardiolipina. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Funciones de los fosfolípidosAunque se hallan presentes en fluidos corporales tales como el plasma y la bilis, los fosfolípidos se encuentran en concentraciones más elevadas en las diversas membranas celulares donde realizan muchas funciones diferentes. Una función principal de los fosfolípidos es servir como componentes estructurales de las membranas de la superficie celular y de los orgánulos subcelulares. El carácter anfipático de los fosfolípidos les permite su autoasociación a través de interacciones hidrofóbicas entre las porciones de acilo graso de cadena larga de moléculas adyacentes de tal forma que las cabezas polares se proyectan fuera, hacia el agua donde pueden interaccionar con las moléculas proteicas. Los fosfolípidos también juegan un papel en la activación de ciertas enzimas. La ß-hidroxibutirato deshidrogenasa es una enzima mitocondrial incustrada en la membrana interna de este orgánulo que cataliza la abstracción reversible de electrones de ß-hidroxibutirato. La enzima tiene un requerimiento absoluto de la fosfatidilcolina. El funcionamiento normal del pulmón depende del suministro constante de un fosfolípido poco usual denominado dipalmitoíl-lecitina (ver figura). Este fosfolípido tensioactivo es producido por las células epiteliales del tipo II e impide la atelectasia al final de la fase de expiración de la respiración.

Figura 8: Estructura de la dipalmitoil-lecitina. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

En los adultos también se puede producir fallo respiratorio debido a una insuficiencia de tensioactivo cuando se hand destruido las células o neumocitos productores de tensioactivo. Las propiedades detergentes de los fosfolípidos, y en particular la fosfatidilcolina, juegan un papel importante en la bilis en donde su función es solubilizar el colesterol. Una disminución en la producción de fosfolípido y en su secreción a la bilis puede dar lugar a la formación de cálculos biliares de colesterol y pigmentos biliares.

El fosfatidinol y la fosfatidilcolina también actúan como dadores de ácido araquidónico para la síntesis de prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos y compuestos relacionados.

Biosíntesis de los fosfolípidosEl ácido L-a-fosfatídico (denominado comúnmente ácido fosfatídico) y el sn-1,2-diglicérido (1,2-diacil-sn-glicerol) son intermediarios comunes en las rutas de biosíntesis de fosfolípidos y triacilgliceroles. Prácticamente todas las células son capaces de sintetizar fosfolípidos mientras que la biosíntesis de triacilgliceroles tiene lugar solamente en el hígado, tejido adiposo e intestino.

La principal ruta biosintética de fosfatidilcolina (lecitina) implica la conversión secuencial de colina a fosfocolina, CDP-colina y fosfatidilcolina. En esta ruta el grupo polar de la fosfocolina es activado con CTP según las siguientes reacciones. En primer lugar el ATP fosforila la colina libre, en una reacción catalizada por la colina quinasa. La colina constituye una necesidad dietética para la mayoría de los mamíferos. La fosfocolina a su vez se convierte en CDP-colina a expensas del CTP en una reacción catalizada por la fosfocolina citidil-transferasa.

Figura 9: Biosíntesis del ácido fosfatídico a partir del glicerol 3-fosfato y papel de las fosfatasas de ácidos fosfatídicos en la síntesis de fosfolípidos y triacilgliceroles. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

El enlace pirofosforilo rico en energía de la CDP-colina es muy inestable y reactivo, de tal forma que la porción fosfocolina puede puede transferirse fácilmente al centro nucleofílico aportado por el grupo OH, reacción catalizada por la colina fosfotransferasa.

Figura 10: Biosíntesis de la CDP Colina a partir de la colina. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Figura 11: Reacción de la colina fosfotransferasa. Tomado de Devlin, T. M.

Sólo en el hígado, la fosfatidilcolina puede también formarse por metilación repetida del fosfolípido fosfatidil-etanolamina. La ruta principal para la síntesis de fosfatidil-etanolamina en el hígado y en el cerebro implica al enzima microsomal etanolamina fosfotransferasa (ver figuras).

Figura 12: Biosíntesis de la fosfatidiletanolamina a partir de CDP-etanolamina y diglicérido;la reacción está catalizada por la etanolamina fosfotransferasa. Tomado de Devlin, T. M.

Figura 13: Biosíntesis de la fosfatidilcolina a partir de la fosfatidiletanolamina y S-adenosilmetionina (AdoMet); S-adenosilhomocisteína (AdoCys). Tomado de Devlin, T. M.

La fuente principal de fosfatidilserina en los mamíferos proviene de la reacción de \"intercambio de bases\" en la que la cabeza polar de la fosfatidiletanolamina se intercambia con el aminoácido serina;

Figura 14: Biosíntesis de la fosfastidilserina a partir de la serina y fosfatidiletanolamina mediante "intercambio de bases". Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Esta reacción se inicia con el ataque del grupo hidroxilo de la serina sobre el enlace fosfodiéster de la fosfatidiletanolamina. El fosfatidilinositol se produce vía CDP-diacilglicerol y mioinositol libre.

Los esfingolípidos son lípidos complejos cuya estructura central la proporciona el aminoalcohol de cadena larga esfingosina (ver figura). Los esfingolípidos se encuentran en la sangre y en casi todos los tejidos de los seres humanos. No obstante, las concentraciones más elevadas de esfingolípidos se encuentran en la sustancia blanca del sistema nervioso central. Diversos esfingolípidos son componentes de la membran plasmática de prácticamente todas las células.

Figura 16: Estructura de la Esfingosina. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

La esfingosina, como tal, con su grupo amino libre no se encuentra en la naturaleza. El bloque estructural fundamental de los esfingolípidos naturales es la ceramida. La ceramida es el derivado amídico con un ácido graso de cadena larga de la esfingosina.

La ceramida se sintetiza a partir de la deshidroesfingosina y una molécula de acil graso CoA de cadena larga en una reacción catalizada por un enzima microsomal con la dihidroceramida como intermedio que se oxida a continuación por deshidrogenación en los carbonos 4 y 5. La ceramida libre no es un componenente de los lípidos de membrana sino que es un intermediario en la biosíntesis y catabolismo de los glucoesfingolípidos y de la esfingomielina.

Figura 17: Formación de ceramida a partir de dihidroesfingosina. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

EsfingomielinaLa esfingomielina es uno de los principales lípidos estructurales de las membranas del tejido nervioso (ver Ruta 18). Es el único esfingolípido que es fosfolípido. En la esfingomielina, el grupo alcohol primario en C-1 de la esfingosina está esterificado con la colina a través de un enlace fosfodiéster del tipo que se encuentra en los acilglicerofosfolípidos y el grupo amino de la esfingosina está unido a un ácido graso de cadena larga mediante un enlace amida. La esfingomielina es, por tanto, una ceramida-fosfocolina.

Figura 18: Estructura de la esfingomielina. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Los ácidos grasos más comunes en la esfingomielina son el palmítico, esteárico, lignocérico y el nervónico. La esfingomielina de la mielina contiene predominantemente ácidos grasos de cadenas muy largas, principalmente lignocérico y nervónico, mientras que la sustancia gris contiene mayoritariamente ácido esteárico.

Esfingolípidos que contienen glúcidosLas principales clases de glucoesfingolípidos son los cerebrósidos, sulfátidos, globósidos y gangliósidos. En la clase de los glucolípidos la cabeza polar está unida a la esfingosina mediante una molécula de azúcar en lugar de un enlace éster fosfato como ocurre con los fosfolípidos.

CerebrósidosLos cerebrósidos (ver Ruta 18) son un grupo de ceramidas monohexosas. Los dos cerebrósidos más comunes son el galactocerebrósido y el glucocerebrósido. El término cerebrósido se refiere normalmente al galactocerebrósido (ver figura). El galactocerebrósido también se denomina \"galactolípido\".

Figura 19: Estructura del galactocerebrósido (Galactolípido). Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

La mayor cantidad de galactocerebrósido, se encuentra en el cerebro. En la enfermedad de Krabbe se acumulan cantidades moderadamente incrementadas de galactocerebrósido en la sustancia blanca, debida a una deficiencia del enzima lisosomal galactocerebrosidasa. En la disfunción genética de almacenamiento de lípidos denominada enfermedad de Gaucher se producen incrementos de hasta cien veces en el contenido de glucocerebrósidos en el bazo y en el hígado, el cual proviene de una deficiencia de la glucocerebrosidasa lisosomal.

Figura 20: Estructura del glucocerebrósido. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

El galactocerebrósido y el glucocerebrósido se sintetizan a partir de la ceramida y de los nucleótidos azúcares activados UDP-galactosa y UDP-glucosa (ver Ruta 19) respectivamente. Los enzimas que catalizan estas reacciones, glucosil y galactosil transferasas, están asociados al retículo endoplasmático.

Figura 21: Síntesis de galacto- y glucocerebrósido. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

SulfátidoEl sulfátido (ver Ruta 18) es un éster de ácido sulfúrico del galactocerebrósido. El galactocerebrósido-3-sulfato es el principal sulfolípido en el cerebro y constituye aproximadamente el 15% de los lípidos de la sustancia blanca.

Figura 22: Estructura del galactocerebrósido sulfátido (sulfolípido). Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Esta familia de compuestos representa los cerebrósidos que contienen dos o más restos de azúcar, normalmente galactosa, glucosa o N-acetilgalactosamina. Los oligosacáridos de cermida son compuestos neutros y no contienen grupos amino libres. La lactosilceramida es un componente de la membrana.

Figura 23: Estructura de la ceramida-b-glc-(4ß1)-b-gal-(4ß1) (lactosilceramida). Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

GangliósidosEl nombre gangliósido (ver Ruta 18) se adoptó para la clase de glucoesfingolípidos que contienen ácido siálido y que están concentrados en gran cantidad en las células ganglionares del sistema nervioso central, especialmente en las terminaciones nerviosas. El sistema nervioso central es diferente a los otros tejidos del hombre, ya que se tiene más de la mitad del ácido siálico unido al lípido ceramida, mientras que el resto del ácido siálico se encuentra en los oligosacáridos de las glucoproteínas. El ácido neuramínico está presente en los gangliósidos, glucoproteínas y mucinas. El grupo amino del neuraminico se halla frecuentemente en forma de derivado N-acetilo denominándose la estructura resultante ácido N-acetilneuramínico o ácido siálico, abreviado comúnmente NANA.

Figura 24: Estructura del ácido N-acetilneuramínico (NANA). Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".