Visão geral de lipídios, incluindo gorduras e óleos, gorduras saturadas e insaturadas, triglicérides, fosfolipídeos e esteroides.

Introdução

Às vezes falamos da gordura como se ela fosse uma substância maléfica que corrompe a nossa dieta. Na realidade, as gorduras são pequenas moléculas engenhosas, cada uma composta por três longas caudas de hidrocarbonetos anexadas a uma molécula chamada glicerol, parecida com um gancho. Assim como as demais macromoléculas biológicas, elas desempenham papéis essenciais na biologia dos seres humanos e outros organismos. (Além disso, muitos estudos recentes sobre a dieta consideram o açúcar causador de mais problemas de saúde do que a gordura!)
Gorduras são apenas um tipo de lipídio, uma categoria de moléculas unidas por suas inabilidades de se misturarem bem com a água. Os lipídios tendem a ser hidrofóbicos, apolares e feitos em sua maior parte de cadeias de hidrocarbonetos, apesar de haver algumas variações, que explicaremos abaixo. Os diferentes tipos de lipídios têm diferentes estruturas e, correspondentemente, diversas funções nos organismos. Por exemplo, lipídios armazenam energia, fornecem isolamento, compõem membranas celulares, formam camadas repelentes à água em folhas e fornecem blocos de construção para hormônios como a testosterona.
Aqui, examinaremos com mais detalhes alguns dos tipos mais importantes de lipídios, incluindo gorduras e óleos, ceras, fosfolipídios e esteroides.

Gorduras e óleos

Uma molécula de gordura consiste em dois tipos de componentes: um esqueleto de glicerol e três caudas de ácidos graxos. O glicerol é uma molécula orgânica pequena com três grupos hidroxila (OH), enquanto um ácido graxo consiste em uma longa cadeia de hidrocarbonetos ligada a um grupo carboxila. Um ácido graxo típico contém 12 - 18 carbonos, embora alguns tenham somente 4 ou até 36.
Para fazer uma molécula de gordura, os grupos hidroxila no esqueleto de glicerol reagem com os grupos carboxila de ácidos graxos em uma síntese por desidratação reação. Isso produz uma molécula de gordura com três caudas de ácidos graxos ligadas ao esqueleto de glicerol via ligações de éster (ligações contendo um átomo de oxigênio ao lado de um grupo carbonila, ou C=O). Os triglicerídeos podem conter três caudas de ácidos graxos idênticas ou três caudas de ácidos graxos diferentes (com diferentes comprimentos ou padrões de ligação dupla).
Síntese de uma molécula de triacilglicerol a partir de um esqueleto de glicerol e três cadeias de ácido graxo, com a liberação de três moléculas de água.
Imagem adaptada de OpenStax Biology.
Moléculas de gordura são também chamadas de triacilgliceróis, ou, no exame de sangue feito pelo seu médico, triglicerídeos. No corpo humano, os triglicérides são primeiramente estocados em células de gordura especializadas, chamadas adipócitos, que fazem um tecido conhecido como tecido adiposo1^1. Enquanto muitos ácido graxos são encontrados em moléculas de gordura, alguns também são encontrados livres no corpo e são considerados um tipo de lipídio por si próprios.

Ácidos graxos saturados e insaturados

Como mostrado no exemplo acima, as três caudas de ácidos graxos de um triglicéride não precisam ser idênticas. Cadeias de ácidos graxos podem diferir em comprimento, bem como em seu grau de insaturação.
  • Se há apenas ligações simples entre carbonos vizinhos na cadeia de hidrocarbonetos, um ácido graxo é tido como saturado. (Os ácidos graxos são saturados de hidrogênio; em uma gordura saturada, o máximo possível de átomos de hidrogênio estão ligados ao esqueleto de carbono.)
  • Quando a cadeia de hidrocarboneto tem ligação dupla, o ácido graxo é tido como insaturado e tem menos hidrogênios. Quando há apenas uma ligação dupla em um ácido graxo, ele é monoinsaturado, ao passo que se houver múltiplas ligações duplas, ele é poliinsaturado.
As ligações duplas nos ácidos graxos insaturados, como outros tipos de ligações duplas, podem existir tanto na configuração cis quanto na configuração trans. Na configuração cis, os dois hidrogênios associados à ligação estão do mesmo lado, enquanto em uma configuração trans, eles estão em lados opostos (veja abaixo). Uma ligação dupla cis gera uma dobra no ácido graxo, uma característica que tem consequências importantes para o comportamento das gorduras.
Exemplo de ácido graxo saturado: ácido esteárico (forma reta). Exemplos de ácido graxo insaturado: ácido oleico cis (ligação dupla cis, cadeia dobrada), ácido oleico trans (ligação dupla trans, cadeia reta).
Figura: OpenStax Biology.
Caudas de ácidos graxos saturados são lineares, portanto moléculas de gordura com caudas totalmente saturadas podem se compactar firmemente umas com as outras. Isso resulta em gorduras que são sólidas na temperatura ambiente (têm um ponto de fusão relativamente alto). Por exemplo, a maior parte da gordura da manteiga é saturada2^2.
Em contraste, caudas de ácidos graxos cis-insaturados estão ligadas por uma dupla ligação cis. Isso torna difícil para as moléculas com uma ou mais caudas de ácidos graxos cis-insaturados se compactar firmemente. Portanto, gorduras com caudas insaturadas tendem a ser liquidas na temperatura ambiente (têm um ponto de fusão relativamente baixo) - são o que comumente chamamos de óleos. Por exemplo, o azeite de oliva é em grande parte feito de gorduras insaturadas2^2.

Gorduras trans

Neste ponto, você pode notar que deixei algo de fora: eu não falei nada sobre gorduras insaturadas com ligações duplas trans em suas caudas de ácido graxo, ou gorduras trans. Gorduras trans são raras na natureza, mas são prontamente produzidas em um procedimento industrial chamado de hidrogenação parcial.
Neste processo, passa-se o gás hidrogênio em óleos (feitos em sua maioria de gorduras cis-insaturadas), convertendo algumas - mas não todas - as ligações duplas em ligações simples. O objetivo da hidrogenação parcial é conferir aos óleos algumas propriedades desejadas das gorduras saturadas, como a solidez à temperatura ambiente, mas uma consequência não intencional é que algumas das ligações duplas cis mudam a configuração e viram ligações duplas trans3^3. Ácidos graxos trans insaturados podem se compactar mais firmemente e são mais propensos a serem sólidos na temperatura ambiente. Alguns tipos de gorduras vegetais hidrogenadas, por exemplo, contêm uma alta fração de gorduras trans3^3.
A hidrogenação parcial e as gorduras trans parecem ser uma maneira conveniente de se obter uma substância parecida com a manteiga, mas com o preço de um óleo. Entretanto, infelizmente, as gorduras trans mostraram ter um impacto bastante negativo sobre a saúde humana. Devido a uma forte ligação entre gorduras trans e doenças coronarianas, a FDA (agência que regula alimentos e medicamentos nos EUA) publicou, recentemente, uma proibição de gorduras trans nos alimentos, dando um prazo de três anos para que as empresas eliminem as gorduras trans de seus produtos4^4.

Ácidos graxos ômega

Outra classe de ácidos graxos que merece menção inclui os ácidos graxos ômega-3 e ômega-6. Existem diferentes tipos de ácidos graxos ômega-3 e ômega-6, mas todos eles são feitos de duas formas básicas precursoras: ácido alfa-linolênico (ALA) para ômega-3 e ácido linoleico (LA) para ômega-6.
O corpo humano precisa destas moléculas (e seus derivados), mas não pode sintetizar ALA ou LA 5^5. Nesse sentido, ALA e LA são classificadas como ácidos graxos essenciais e devem ser obtidos através da dieta da pessoa. Alguns peixes, como o salmão, e algumas sementes, como chia e linhaça, são boas fontes de ácidos graxos ômega-3.
Os ácidos graxos ômega 3 e ômega 6 têm ao menos duas ligações cis-insaturadas, que confere a eles uma forma curva. O ALA, representado abaixo, está bastante dobrado, mas não é o exemplo mais extremo - o DHA, um ácido graxo ômega 3 feito a partir do ALA pela formação de ligações duplas adicionais, tem seis ligações cis-insaturadas e é curvado quase em um círculo!
A nomenclatura dessas moléculas é baseada em suas estruturas. O carbono mais distante do grupo carboxila de qualquer ácido graxo é chamado de carbono ômega (ω), e se a primeira ligação dupla em um ácido graxo poliinsaturado está entre o terceiro e o quarto carbono a partir da extremidade ômega, a molécula é chamada de ácido graxo "ômega 3". (Ácidos graxos ômega 6 são definidos analogamente, com a primeira ligação dupla localizada entre o sexto e sétimo carbonos a partir da extremidade ômega.)
Imagem do ácido alfa-linolênico (ALA), mostrando seu formato encurvado devido às suas três ligações duplas cis.
Figura: OpenStax Biology.
Os ácidos graxos ômega-3 e ômega-6 desempenham diversas funções diferentes no corpo. Eles são os precursores (matéria inicial) da síntese de muitas moléculas importantes de sinalização, inclusive daquelas que regulam processos inflamatórios e de humor. Os ácidos graxos ômega-3, em particular, podem reduzir o risco de morte súbita causada por ataques cardíacos, diminuir os níveis de triglicérides no sangue, baixar a pressão sanguínea e evitar a formação de coágulos sanguíneos.

Função das gorduras

As gorduras receberam muita publicidade ruim, e é verdade que comer grandes quantidades de frituras e outros alimentos "gordurosos" podem levar ao aumento de peso e causar problemas de saúde. No entanto, gorduras são essenciais ao corpo e tem um número importante de funções.
Por exemplo, muitas vitaminas são solúveis em gordura, o que significa que elas devem ser associadas às moléculas de gordura para serem absorvidas pelo organismo. As gorduras também fornecem uma maneira eficiente de armazenar energia por longos períodos de tempo, já que elas contêm mais de duas vezes mais energia por grama que os carboidratos, e além disso fornecem isolamento para o corpo.
Como todas as outras grandes moléculas biológicas, as gorduras na quantidade certa são necessárias para manter seu corpo (e os corpos de outros organismos) funcionando corretamente.

Ceras

As ceras são outra categoria biologicamente importante de lipídios. A cera cobre as penas de algumas aves aquáticas e a superfície de folhas de algumas plantas, nas quais suas propriedades hidrofóbicas (repelentes de água) não deixam que a água fique aderida ou que atravesse a superfície. Essa é a razão para que a água se acumule nas folhas de muitas plantas, e que as aves não fiquem encharcadas quando chove.
Imagem da superfície brilhante de folhas cobertas por cera.
Figura: OpenStax Biology.
Quanto à estrutura, as ceras tipicamente contêm longas cadeias de ácidos graxos conectados a álcoois por ligações éster, apesar de que ceras produzidas por plantas geralmente também têm hidrocarbonetos simples misturados.6^6.

Fosfolipídios

O que impede a gosma aguada (citosol) dentro de suas células de vazar? As células são cercadas por uma estrutura chamada de membrana plasmática, que serve como barreira entre o interior da célula e o exterior.
Lipídios especializados chamados de fosfolipídios são os componentes principais da membrana plasmática. Como as gorduras, eles são tipicamente compostos de cadeias de ácidos graxos ligados a um esqueleto de glicerol. Em vez de ter três caudas de ácidos graxos, no entanto, os fosfolipídios geralmente têm dois, e o terceiro carbono do esqueleto de glicerol é ocupado por um grupo fosfato modificado. Fosfolipídios diferentes têm diferentes modificadores no grupo fosfato, com a colina (um componente contendo nitrogênio) e serina (um aminoácido) sendo exemplos comuns. Modificadores diferentes conferem aos fosfolipídios diferentes propriedades e funções na célula.
Estrutura de um fosfolipídio, mostrando caudas de ácido graxo hidrofóbicas e cabeça hidrofílica (incluindo ligações éster, espinha dorsal de glicerol, grupo fosfato e grupo R ligado no grupo fosfato). Uma membrana formada por fosfolipídios organizados em duas camadas, com as cabeças voltadas para fora, e as caudas agrupadas na região central, também é mostrada.
Imagem adaptada de OpenStax Biology.
Um fosfolipídio é uma molécula anfipática, ou seja, ele tem uma parte hidrofóbica e outra parta hidrofílica. As cadeias de ácido graxo são hidrofóbicas e não interagem com a água, enquanto o grupo que contém fosfato é hidrofílico (devido à sua carga) e interage de imediato com a água. Em uma membrana, os fosfolipídios são organizados em uma estrutura chamada de bicamada, com suas cabeças de fosfato voltadas para a água, e suas caudas voltadas para a parte interna (veja acima). Esta organização evita que as caudas hidrofóbicas entrem em contato com a água, criando uma disposição estável e de baixo gasto energético.
Se uma gota de fosfolipídios é colocada na água, ela pode espontaneamente formar uma estrutura em forma de esfera conhecida como micela, na qual as cabeças de fosfato hidrofílicas ficam voltadas para o exterior e os ácidos graxos ficam voltados para o interior dessa estrutura. A formação da micela é favorecida energeticamente porque sequestra as caudas de ácidos graxos hidrofóbicas, permitindo que o grupo de cabeças hidrofílicas de fosfato interaja com a água circundante7,8^{7,8}.
Uma micela é uma estrutura ordenada, mas sua formação na verdade aumenta a entropia (desordem, ou número de microestados) do sistema, em comparação a ter os fosfolipídios distribuídos entre as moléculas de água. Isso ocorre porque as caudas de ácidos graxos dos fosfolipídios limitam os números de microestados disponíveis para as moléculas de água que eles tocam, assim, as moléculas de água precisam formar um tipo de cavidade ao redor de cada cauda de fosfolipídio. O sequestro das caudas de ácidos graxos para o interior de uma micela libera as moléculas de água, permitindo que o sistema aceite um número maior de microestados (isto é, aumentando a entropia)7,8^{7,8}.

Esteroides

Esteroides são outra classe de moléculas de lipídios, identificados por sua estrutura de quatro anéis interligados. Apesar de não se assemelharem a outros lipídios estruturalmente, esteroides são incluídos nessa categoria porque também são hidrofóbicos e insolúveis na água. Todos os esteroides têm quatro anéis de carbono ligados e muitos deles, como colesterol, têm também uma cauda curta. Muitos esteroides também tem um grupo funcional -OH ligado a um sítio específico, conforme representado abaixo para o colesterol; tais esteroides também são classificados como álcoois, e são chamados portanto de esteróis.
Exemplos de esteroides: colesterol e cortisol. Ambos têm a estrutura característica de quatro anéis de hidrocarboneto interligados.
Figura: OpenStax Biology.
Apesar de o colesterol ter muitos estereoisômeros potenciais, apenas um é encontrado na natureza. A estereoquímica da ocorrência natural da forma do colesterol está representada no diagrama abaixo.
Crédito da imagem: "Cholesterol," by BorisTM (domínio público).
O Colesterol, o esteroide mais comum, é sintetizado principalmente no fígado e é o precursor de muitos hormônios esteroides. Esses incluem os hormônios sexuais testosterona e estradiol, que são secretados pelas gônadas (testículos e ovários). O colesterol também serve como matéria-prima para outras moléculas importantes no corpo, incluindo vitamina D e ácidos biliares, que auxiliam na digestão e absorção das gorduras de origens dietéticas. É também um componente chave das membranas celulares, pois alteram sua fluidez e dinâmica.
O colesterol é encontrado também na corrente sanguínea, e os níveis sanguíneos de colesterol são o que geralmente ouvimos sobre no consultório médico ou em reportagens. O colesterol no sangue pode ter ambos efeitos protetivos (em sua forma de alta densidade, ou HDL) e efeitos negativos (em sua forma de densidade baixa, ou LDL) na saúde cardiovascular.

Créditos:

Este artigo foi adaptado de “Lipids,” de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Baixe o artigo original de graça em http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:12/Biology.
O artigo adaptado está autorizado sob a licença CC BY-NC-SA 4.0

Referências:

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  3. Trans fat. In: Wikipédia: a enciclopédia livre. Disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Trans_fat. Acesso em: 24 jul 2015.
  4. U.S. Food and Drug Administration. The FDA takes step to remove artificial trans fats in processed foods. Disponível em: http://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm451237.htm. Acesso em 16 jun 2015.
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  6. Wax. In: Wikipédia: a enciclopédia livre. Disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Wax. Acesso em: 24 jul 2015.
  7. Thermodynamics of micellization. In: Wikipédia: a enciclopédia livre. Disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics_of_micellization#cite_note-surfactant-2. Acesso em: 8 jan 2016.
  8. Jakubowski, H. Lipids in water - thermodynamics. Disponível em: http://biowiki.ucdavis.edu/Biochemistry/Lipids/Lipids_in_Water_-_Thermodynamics. Acesso em 8 jan 2016.

Outras referências

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