Część teoretyczna obowiązująca na kolokwium z ćwiczeń z przedmiotu Biochemia

(dotyczy grup prowadzonych przez M. Borek)

Lipidy

1. Błony biologiczne są strukturami dwuwarstwowymi, zbudowanymi z cząsteczek białek i lipidów połączonych oddziaływaniami niekowalencyjnymi. Błony zawierają także węglowodany związane z lipidami lub białkami. Błony są bardzo selektywnymi barierami przepuszczalności. Tworzą zamknięte przedziały, którymi mogą być całe komórki lub ich organelle. Białka obecne w błonach regulują cząsteczkowy i jonowy skład tych przedziałów. Poza tym błony biorą udział w przepływie informacji między komórkami.

Ryc. 1. Schemat budowy błony komórkowej.

2. Lipidy są cząsteczkami biologicznymi nierozpuszczalnymi w wodzie, a dobrze rozpuszczalnymi w rozpuszczalnikach organicznych (benzen, eter, chloroform). Najbardziej rozpowszechnione są tłuszcze proste (trójglicerydy) będące estrami glicerolu i kwasów tłuszczowych.

Czyste tłuszcze są substancjami bezbarwnymi i bezwonnymi (zapach, barwa i smak tłuszczów naturalnych pochodzą od ich domieszek).

3. Kwasy tłuszczowe są węglowodorowymi łańcuchami o różnej długości i stopniu nasycenia, zakończonymi grupą karboksylową. Łańcuchy kwasów tłuszczowych zawierają najczęściej od 14 do 24 atomów węgla, mogą być nasycone i nienasycone.

• nasycone − nie posiadają wiązań podwójnych w łańcuchu węglowym

• nienasycone − posiadają wiązania podwójne w konfiguracji:

- Cis - najczęściej,

- Trans - rzadko.

Kwasy tłuszczowe i tłuszcze są syntezowane głównie z cukrów.

4. Funkcje lipidów:

• Tłuszcze proste:

- są najbardziej skondensowanym źródłem energii,

- są wygodnym i głównym źródłem materiału zapasowego u zwierząt i roślin oleistych,

- u zwierząt: nagromadzony w tkance tłuszcz chroni przed nadmiernym wydzielaniem ciepła, pozwala na adoptowanie się w niskiej temperaturze, wewnątrz organizmu utrzymuje narządy w stałym położeniu, zapobiega ich przemieszczaniu się.

• Tłuszcze złożone:

- pełnią funkcję budulcową, są składnikiem błon komórkowych.

• Inne lipidy:

- woski - funkcja ograniczenia parowania,

- wchodzą w skład lub stanowią wiele barwników roślinnych (proces fotosyntezy, wybarwianie kwiatów i owoców),

- hormony u zwierząt i roślin,

- sterydy są składnikami błon komórkowych.

5. Podział systematyczny lipidów:

6. W błonach biologicznych występują trzy typy lipidów:

1. Fosfolipidy − stanowią główną klasę lipidów błonowych. Występują bardzo licznie we wszystkich błonach biologicznych. Cząsteczka fosfolipidu jest złożona z 4 składników: jednego lub dwóch kwasów tłuszczowych, rdzenia, do którego przymocowane są kwasy tłuszczowe, fosforanu oraz alkoholu związanego z fosforanem. Rdzeniem fosfolipidu może być glicerol (trójwęglowy alkohol) lub bardziej złożony alkohol − sfingozyna. Fosfolipidy będące pochodnymi glicerolu nazywają się fosfoglicerydami.

Wśród fosfolipidów na uwagę zasługuje lecytyna, która jest ważnym składnikiem błon biologicznych (komórkowej, jądrowej, mitochondrialnych i innych), mającym znaczenie w pełnieniu przez nie różnych funkcji, np. w selektywnym (wybiórczym) transporcie.

2. Glikolipidy − to lipidy zawierające cukier. Są pochodnymi sfingozyny, zawierającej reszty cukrowe.

3. Cholesterol − jest lipidem zawierającym steroidowy rdzeń. Jest prekursorem syntezy hormonów sterydowych, kwasów żółciowych i witaminy D. Wraz z fosfolipidami uczestniczy on w tworzeniu błon biologicznych komórek zwierzęcych i ludzkich (u roślin odpowiednikiem jest sitosterol).

7. Liczba kwasowa - określa liczbę wolnych kwasów tłuszczowych. Określa się ją liczbą mg KOH potrzebnych do zobojętnienia wolnych reszt kwasowych zawartych w 1 g tłuszczu. Podwyższona wartość liczby kwasowej może świadczyć o procesach hydrolizy (jełczenia) tłuszczu. Liczba kwasowa jest istotnym parametrem olejów napędowych. W analizie żywności liczba kwasowa jest wskaźnikiem stopnia hydrolizy tłuszczu. Świeży tłuszcz ma zerową liczbę kwasową. Tłuszcze nieświeże lub zafałszowane wolnymi kwasami tłuszczowymi posiadają wysokie liczby kwasowe.

8. Liczba zmydlania jest to ilość miligramów KOH, potrzebna do zmydlenia (zhydrolizowania) 1 g tłuszczu i zobojętnienia zawartych w nim wolnych kwasów tłuszczowych. Liczba ta pozwala wyznaczyć średnią masę cząsteczkową kwasów tłuszczowych zawartych w tłuszczu (długość łańcucha węglowodorowego). Wysoką wartość liczby zmydlania posiadają tłuszcze zawierające stosunkowo dużą ilość kwasów o krótkich łańcuchach, takich jak np. kwas masłowy, kapronowy i kaprylowy. Niską wartość liczby zmydlania mają tłuszcze charakteryzujące się dużą zawartością kwasów tłuszczowych o długich łańcuchach węglowodorowych.

9. Zmydlanie - reakcja hydrolizy estrów kwasów tłuszczowych (tłuszczów) w środowisku zasadowym. Produktami zmydlania są gliceryna i sole kwasów tłuszczowych (mydła).

Reakcja zmydlania, czyli hydrolizy tłuszczów - zarówno prostych, jak i fosfolipidów - zachodzi łatwo w środowisku zasadowym. Produktami reakcji, poza alkoholem, są mydła, czyli sole wyższych kwasów tłuszczowych.

Mydła potasowe i sodowe są rozpuszczalne w wodzie. Jako sole słabych kwasów oraz mocnych zasad wykazują odczyn zasadowy. Mydła rozpuszczalne w wodzie są substancjami powierzchniowo czynnymi, czyli detergentami. Natomiast mydła wapniowe lub magnezowe są nierozpuszczalne w wodzie i wytrącają się z roztworu.

Przykładowe pytania na kolokwium:

1. Opisz budowę błony komórkowej.

2. Wymień w punktach właściwości fizykochemiczne lipidów.

3. Wymień 3 przykłady nienasyconych (bądź nasyconych) kwasów tłuszczowych i narysuj wzór strukturalny jednego z nich.

4. Wypisz w punktach funkcje lipidów.

5. Opisz budowę fosfolipidu.

6. Co to jest cholesterol, lecytyna?

7. Co to jest liczba kwasowa, liczba zmydlania?

8. Na czym polega reakcja zmydlania?

9. Co to jest wysalanie mydła?

10. Podaj po 2 przykłady mydeł rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych w wodzie.

---