L i p i d y
Lipidy, czyli tłuszczowce (glicerydy) - są to estry glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych. Nie są rozpuszczalne w wodzie, dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych. Kwasy tłuszczowe występujące w tłuszczach zawierają parzystą liczbę atomów węgla. Spośród kwasów tłuszczowych nasyconych należy wymienić kwas palmitynowy (CH3(CH2)14COOH) i stearynowy (CH3(CH2)16COOH. Kwasem nienasyconym tłuszczów jest najczęściej kwas oleinowy (C17H33COOH), kwas linolowy (C17H31COOH) i linolenowy (C17H29COOH). Ilość i jakość kwasów tłuszczowych budujących dany tłuszcz decydują o jego właściwościach fizykochemicznych. Kwasy nasycone (od C10) tworzą tłuszcze stałe. Kwasy o niższej liczbie atomów węgla (od 4 do 9) i kwasy nienasycone tworzą tłuszcze ciekłe.
Reakcja otrzymania tłuszczu:
C3H5(OH)3 + 3 C17H35COOH ---> C3H5(C17H35COOH)3 + 3 H2O
Estry są pochodnymi kwasów i alkoholi, które uległy reakcji estryfikacji.
Glicerol jest alkoholem trój wodorotlenowym, to znaczy: 1,2,3-propanotriolem.
Estryfikacji mogą ulec wszystkie trzy grupy -OH w glicerolu. Pod wpływem kwasów tłuszcze ulegają hydrolizie do glicerolu i kwasu tłuszczowego. W reakcji z zasadami ulegają zmydleniu: wydzielają się sole kwasów tłuszczowych (mydła). W obecności światła i tlenu ulegają jełczeniu na skutek utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych (w miejscu podwójnych wiązań). Powstanie nadtlenków podczas jełczenia prowadzi do poprzerywania łańcuchowej cząsteczki lipidów i wydzielenia wonnych krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, aldehydów i ketonów.
Tłuszcze pobierane wraz z pokarmem są trawione przy udziale lipaz. Komórki główne żołądka wydzielają niewielka ilość lipazy mało specyficznej (i mało aktywnej przy tak niskim pH -1,5-2) w stosunku do kwasów tłuszczowych lipidów. Hydrolizuje ona wiązania estrowe. W jelicie aktywnie działa trzustkowa lipaza triacyloglicerolowa (aktywowana przez wapń). Optymalne pH dla tego fermentu wynosi ok. 9.
Trawi tłuszcze do kwasów tłuszczowych, glicerolu, mono-i dwuacylogliceroli. Pod wpływem żółci tłuszcze ulegają emulgacji, co ułatwia dostęp enzymu do cząstek lipidowych.
Beta-oksydacja. W komórkach (mitochondria) kwasy tłuszczowe ulegają aktywacji do tioestrów przy udziale ATP. Dzięki temu stają się związkami reaktywnymi i wysokoenergetycznymi.
Dehydrogenaza przy udziale FAD (FAD—»FADH2) powoduje odwodorowanie kwasów tłuszczowych w pozycji alfa, beta. Do nienasyconych kwasów tłuszczowych dołączona zostaje cząsteczka wody dając beta-hydroksykwasy. Te z kolei są utleniane przez odwodorowanie w pozycji beta, przy udziale dehydrogenazy i NAD+. Powstały tioester beta-ketokwasu przy udziale drugiej cząsteczki CoA-SH ulega tiolizie (rozpadowi) do acetylo-koenzymu A i acylo-koenzymu A (zawiera dwa węgle mniej niż poprzedni), który poddany jest ponownej beta-oksydacji. Jeden cykl obejmuje dwukrotne odwodorowanie i przenoszenie wodoru na tlen (łańcuch oddechowy) z wytworzeniem 5 cząsteczek ATP (2 cząsteczki z FADH+H, 3 cząsteczki z NADH+H) z odczepieniem acetyloCoA. Proces jest sprzężony z cyklem Krebsa i łańcuchem oddechowym. Glicerol włączony jest do procesu glikolizy. Utlenienie l g tłuszczu dostarcza 9,3 kcal.
Acetylokoenzym A jest utleniony do kwasu cytrynowego w cyklu Krebsa po związaniu ze szczwiooctanem.
Pod względem ogólnej budowy chemicznej, tłuszczowce dzieli się na fosfolipidy, glikolipidy, woski i sterydy. Termin tłuszczowce jest obszerniejszy, ogólniejszy od pojęcia lipidu (tłuszczu). Nie wszystkie tłuszczowce są więc dosłownie lipidami (tłuszczami).
1. Fosfolipidy są to pochodne kwasu fosfatydowego, czyli związku zbudowanego z glicerolu, reszt kwasów tłuszczowych i kwasu fosforowego. Stanowią składnik błon komórkowych. Szczególnie dużo fosfolipidów występuje w tkance nerwowej. Do fosfolipidów należą lecytyny, kefaliny, serynofosfatydy i fosfoinozytydy. Kefaliny, czyli fosfatydyloetanolaminy obok typowych składników zawierają kolaminę - etanolaminę (powstałą przez dekarboksylację seryny). Występują w mózgu. Po przyłączeniu trzech grup metylowych kefaliny przechodzą w lecytyny. Serynofosfatydy = fosfatydyloseryny zawierają w składzie serynę. Zatem mogą ulegać przekształceniu w kefaliny (dekarboksylacja). Fosfoinozytydy - fosfatydyloinozytole zawierają alkohol sześciowodorotlenowy - inozytol (cyklitol). Inozytol uznawany jest przez wielu farmakologów za witaminę (B8). Wywiera działanie lipotropowe, zapobiega stłuszczeniu
wątroby i reguluje posaż treści pokarmowej w układzie trawiennym. Ponadto wywołuje zmiany przewodności podnietbłony w fotoreceptorach. Występuje w plemnikach, w mózgu, w sercu, w wątrobie oraz w mięśniach szkieletowych.
2. Glikolipidy są tłuszczami złożonymi, zawierającymi w budowie cukier (glikozydowo związany, w pozycji l z grupą -OH glicerolu). Rozróżnia się galaktolipidy = cerebrozydy i gangliozydy. Cerebrozydy zawierają 18-węglowy nienasycony alkohol sfingozynę, kwas tłuszczowy i galaktozę. Występują w tkance nerwowej, gdzie pełnią funkcje związków powierzchniowo czynnych (lipidowo-wodna granica faz błon komórkowych). Gangliozydy zawierają 18-węglowy nienasycony aminoalkohol sfingozynę (powstaje z palmitylo-CoA oraz z seryny), kwas tłuszczowy, laktozę, N-acetyloglukozaminę i kwas N-acetylo neuraminowy. Występują w istocie szarej mózgu oraz rdzenia kręgowego, gdzie pełnią funkcje tenzydów, czyli związków powierzchniowo czynnych.
3. Woski to estry kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych z jednowodorotlenowymi alkoholami, np. cetylowym. Należą do lipidów prostych. Pełnią funkcje ochronne (składnik łoju).
4. Sterydy, czyli steroidy są związkami zawierającymi rdzeń steranowy (gonanowy). Steran to cyklopentanoperhydrofenantren, zbudowany z 4 pierścieni (budowa tetracykliczna); tzw rdzeń steranowy jest więc 17-węglowy. Poszczególne związki sterydowe różnią się między sobą liczba i charakterem podstawników bocznych związanych z rdzeniem i tym samym stopniem nasycenia rdzenia. Do sterydów zalicza się hormony sterydowe, kwasy żółciowe, ekdysony, witanolidy, fitosterole, geniny glikozydów nasercowych, saponiny i alkaloidy sterydowe. Dawniej wydzielano z tej grupy sterole. Pod względem chemicznym są one sterydami, bowiem zawierają rdzeń steranowy z grupa wodorotlenową w pozycji 3 oraz łańcuch boczny w pozycji 17. Do steroli należy cholesterol. Cholesterol nie jest lipidem właściwym, ale zalicza się go do ogólnej grupy tłuszczowców.
Lecytyny. Fosfolipidy (fosfatydylocholiny) zbudowane z glicerolu, kwasów tłuszczowych, kwasu fosforowego i 4-rzędowej zasady - choliny. Składnikami lecytyn są również fosfatydyloetanolamina, fosfatydyloseryna i fosfatydyloinozytol. Obecne między innymi w tkance nerwowej, w żółtku komórek jajowych i w soi. Lecytyny wchodzą w skład biomembran. Dostarczane wraz z pokarmem są źródłem choliny (składnik neurotransmitera acetylocholiny) i substratów do budowy struktur komórkowych. W farmacji stanowią ważny emulgator podczas produkcji leków. Preparaty lecytynowe działają ogólnie wzmacniająco (stymulujące psychofizycznie), lipotropowo (regulują stężenie i rozłożenie cholesterolu w tkankach), przeciwmiażdżycowo i regenerujące.
Lecytyny są trawione przez fosfolipazy A, B, C i D. Fosfolipaza A katalizuje odłączenie nienasyconego kwasu tłuszczowego; powstaje wówczas izolecytyna. Fosfolipaza B zabiera II cząsteczkę kwasu tłuszczowego od izolecytyny, pozostawiając glicerofosforan choliny. Fosfolipaza C i D hydrolizują wiązania estrowe między alkoholem i kwasem fosforowym.
Wspomniana wyżej cholina to pochodna trójmetylowa etanolaminy, to znaczy: wodorotlenek beta-hydroksyetylotrimetyloamoniowy. Biosynteza choliny w ustroju polega na dekarboksylacji seryny, a potem metylację etanolaminy:
Seryna CH2OH-CHNH2-COOH — -CO ---> kolamina CH2OH-CHNH2 ---> cholina CH2OH-CHN+(CH3)3
Cholina reguluje gospodarkę tłuszczową (działanie lipotropowe). Jest dawcą grup metylowych dla syntezy aminokwasu siarkowego - metioniny. Zapobiega stłuszczeniu i marskości wątroby (ochrania miąższ wątroby). W lecznictwie stosowana w zaburzeniach pozapiramidowych, przy otyłości, w zaburzeniach krążenia, w atonii pęcherza moczowego i jelit oraz w nadmiernym napięciu mięśniowym. Dawniej uważana za witaminę (B4).
Cholesterol. Sterol zwierzęcy, 3-beta-hydroksycholesten-5; grupa -OH przy węglu 3 znajduje się w pozycji beta. Nierozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych. Występuje we wszystkich komórkach w stanie wolnym lub związanym. Prawidłowe stężenie cholesterolu w surowicy waha się od 3,9 do 7,2 mmol/1 (150-280 mg%). W przeciętnej diecie znajduje się około 1,5-2 g cholesterolu. W czasie wchłaniania cholesterolu z pokarmu następuje estryfikacja przy udziale transferazy lecytyna-cholesterol. Średnio w organizmie człowieka znajduje się około 60 g cholesterolu; 2/3 z tego przypada na mięśnie szkieletowe, tkankę tłuszczową i skórę. Pozostała część wchodzi w skład lipoprotein krwi oraz w skład biomembran komórek pozostałych tkanek. Około 2 g cholesterolu dziennie jest spożytkowane do syntezy kwasów żółciowych. Wraz z kałem tracone jest około 1 g cholesterolu.
Biosynteza cholesterolu (głównie w wątrobie) rozpoczyna się od kondensacji dwóch cząsteczek acetylokoenzymu A dając aceto-acetylokenzym A. Ten z kolei przechodzi w beta-hydroksy-beta-metyloglutarylo-koenzym A. Związek ten jest redukowany przez NADPH do mewalonianu. Kwas mewalonowy zużywając ATP (2 cz.) przechodzi w pirofosforan kwasu mewalonowego. Przy użyciu ATP (1) dochodzi do powstania pirofosforanu izopentenylu, czyli czynnego izoprenu (5-węglowy związek). Kolejnym stadium jest wytworzenie 15-weglowego związku - pirofosforanu farnezylu. Dwie cząsteczki tego związku dają 30-węglowy skwalen. Skwalen ulega cyklizacji do lanosterolu, a ten wreszcie do cholesterolu.
Reakcja Hübla. W obecności jodu i katalizatora HgCl2 kwasy tłuszczowe nienasycone przyłączają do wiązania podwójnego jod (addycja). Jest to reakcja Hübla.
Liczba zmydlania lipidów. Oznacza ilość miligramów KOH niezbędną do zmydlenia l g tłuszczu badanego. Umożliwia określenie w przybliżeniu masy cząsteczkowej kwasów tłuszczowych budujących dany lipid.