Co to są lipidy?
Lipidy to szereg substancji organicznych wchodzących w skład wszystkich żywych komórek. Obejmuje także tłuszcze i substancje tłuszczopodobne zawarte w komórkach i tkankach zwierząt jako część tkanki tłuszczowej, która odgrywa kluczową rolę fizjologiczną.
Organizm ludzki sam jest w stanie syntetyzować wszystkie niezbędne lipidy. Tylko witaminy rozpuszczalne w tłuszczach i niezbędne wielonienasycone kwasy tłuszczowe nie mogą być syntetyzowane w organizmie zwierząt i ludzi. Zasadniczo synteza lipidów zachodzi w wątrobie i komórkach nabłonkowych jelita cienkiego. Pewna liczba lipidów jest charakterystyczna dla niektórych narządów i tkanek, podczas gdy inne lipidy występują w komórkach wszystkich tkanek. Ilość lipidów zawartych w narządach i tkankach jest różna. Większość lipidów znajduje się w tkance tłuszczowej i nerwowej.
Zawartość lipidów w ludzkiej wątrobie waha się od 7 do 14% (w przeliczeniu na suchą masę). W przypadku chorób wątroby, takich jak stłuszczenie wątroby, zawartość lipidów w tkance wątroby sięga 45%, głównie na skutek wzrostu ilości trójglicerydów. Lipidy w osoczu krwi występują w połączeniu z białkami i w tym składzie są transportowane do innych narządów i tkanek.
Lipidy pełnią następujące funkcje biologiczne:
1. Strukturalny. Po połączeniu fosfolipidy i białka tworzą błony biologiczne.
2. Energia. W procesie utleniania tłuszczu uwalniana jest duża ilość energii, która trafia do tworzenia ATP. Większość zasobów energetycznych organizmu magazynowana jest w postaci lipidów i zużywana w przypadku niedoboru składników odżywczych. I tak na przykład zwierzęta zapadają w sen zimowy, a nagromadzone tłuszcze i oleje wykorzystywane są do utrzymania ich funkcji życiowych. Ze względu na wysoką zawartość lipidów w nasionach roślin zarodek i siewka rozwijają się do momentu samodzielnego żerowania. Nasiona roślin takich jak palma kokosowa, rącznik pospolity, słonecznik, soja, rzepak to surowce, z których na skalę przemysłową wytwarzany jest olej roślinny.
3. Izolacja termiczna i ochronna. Odkłada się w tkance podskórnej i wokół narządów, takich jak jelita i nerki. Powstała warstwa tłuszczu chroni organizm zwierzęcia i jego narządy przed uszkodzeniami mechanicznymi. Ponieważ tłuszcz podskórny ma niską przewodność cieplną, dobrze zatrzymuje ciepło, co pozwala zwierzętom żyć w zimnym klimacie. Na przykład w przypadku wielorybów tłuszcz ten poprawia pływalność.
4. Smarujący i hydrofobowy. Skóra, futro i pióra pokryte są warstwą wosku, która zapewnia im elastyczność i chroni je przed wilgocią. Taka warstwa wosku występuje również na liściach i owocach różnych roślin.
5. Regulacyjne. Hormony płciowe, testosteron, progesteron i kortykosteroidy, a także inne, są pochodnymi cholesterolu. Witamina D, pochodna cholesterolu, odgrywa ważną rolę w metabolizmie wapnia i fosforu. Kwasy żółciowe biorą udział w trawieniu (emulgowaniu tłuszczów), a także wchłanianiu wyższych kwasów karboksylowych.
Lipidy są źródłem metabolicznego tworzenia się wody. Aby uzyskać 105 gramów wody, należy utlenić 100 gramów tłuszczu. Dla mieszkańców pustyni taka woda jest niezbędna, np. dla wielbłądów, które muszą obyć się bez wody przez 10-12 dni, gromadzą taki tłuszcz w garbie i wykorzystują go do pozyskiwania wody. Proces utleniania tłuszczów jest bardzo ważny dla zwierząt zapadających w sen zimowy, takich jak świstaki, niedźwiedzie itp.
LIPIDY - jest to niejednorodna grupa naturalnych związków, całkowicie lub prawie całkowicie nierozpuszczalnych w wodzie, ale rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych i między sobą, dających w wyniku hydrolizy kwasy tłuszczowe o dużej masie cząsteczkowej.
W żywym organizmie lipidy pełnią różnorodne funkcje.
Funkcje biologiczne lipidów:
1) Strukturalny
Lipidy strukturalne tworzą złożone kompleksy z białkami i węglowodanami, z których zbudowane są błony komórkowe i struktury komórkowe oraz uczestniczą w różnorodnych procesach zachodzących w komórce.
2) Zapas (energia)
Lipidy rezerwowe (głównie tłuszcze) stanowią rezerwę energetyczną organizmu i biorą udział w procesach metabolicznych. U roślin gromadzą się głównie w owocach i nasionach, u zwierząt i ryb w podskórnej tkance tłuszczowej i tkankach otaczających narządy wewnętrzne, a także w wątrobie, mózgu i tkankach nerwowych. Ich zawartość zależy od wielu czynników (rodzaj, wiek, sposób odżywiania itp.) i w niektórych przypadkach stanowi 95-97% wszystkich wydzielanych lipidów.
Zawartość kalorii w węglowodanach i białkach: ~ 4 kcal/gram.
Zawartość kalorii w tłuszczu: ~ 9 kcal/gram.
Zaletą tłuszczu jako źródła energii, w odróżnieniu od węglowodanów, jest jego hydrofobowość – nie wiąże się on z wodą. Zapewnia to zwartość zapasów tłuszczu – są one magazynowane w postaci bezwodnej, zajmując niewielką objętość. Zapas czystych triacylogliceroli przeciętnego człowieka wynosi około 13 kg. Zapasy te mogłyby wystarczyć na 40 dni postu w warunkach umiarkowanej aktywności fizycznej. Dla porównania: całkowite rezerwy glikogenu w organizmie wynoszą około 400 g; podczas postu ta ilość nie wystarcza nawet na jeden dzień.
3) Ochronny
Podskórna tkanka tłuszczowa chroni zwierzęta przed wychłodzeniem, a narządy wewnętrzne przed uszkodzeniami mechanicznymi.
Tworzenie się zapasów tłuszczu w organizmie ludzi i niektórych zwierząt uważa się za adaptację do nieregularnego odżywiania i życia w zimnym środowisku. Zwierzęta długo hibernujące (niedźwiedzie, świstaki) i przystosowane do życia w niskich temperaturach (morsy, foki) posiadają szczególnie duże rezerwy tłuszczu. Płód praktycznie nie ma tłuszczu i pojawia się dopiero przed urodzeniem.
Szczególną grupę pod względem funkcji w organizmie żywym stanowią lipidy ochronne roślin – woski i ich pochodne, pokrywające powierzchnię liści, nasion i owoców.
4) Ważny składnik surowców spożywczych
Lipidy są ważnym składnikiem żywności, w dużej mierze decydującym o jej wartości odżywczej i smaku. Rola lipidów w różnych procesach technologii żywności jest niezwykle istotna. Psucie się ziarna i jego przetworów podczas przechowywania (jełczenie) wiąże się przede wszystkim ze zmianami w jego kompleksie lipidowym. Lipidy izolowane z szeregu roślin i zwierząt są głównymi surowcami do otrzymywania najważniejszych produktów spożywczych i technicznych (olej roślinny, tłuszcze zwierzęce, m.in. masło, margaryna, gliceryna, kwasy tłuszczowe itp.).
2 Klasyfikacja lipidów
Nie ma ogólnie przyjętej klasyfikacji lipidów.
Najwłaściwsze jest klasyfikowanie lipidów w zależności od ich charakteru chemicznego, funkcji biologicznych, a także w odniesieniu do niektórych odczynników, na przykład zasad.
Ze względu na skład chemiczny lipidy dzieli się zwykle na dwie grupy: proste i złożone.
Proste lipidy – estry kwasów tłuszczowych i alkoholi. Obejmują one tłuszcze , woski I steroidy .
Tłuszcze – estry gliceryny i wyższych kwasów tłuszczowych.
Woski – estry wyższych alkoholi szeregu alifatycznego (o długim łańcuchu węglowodanowym zawierającym 16-30 atomów C) i wyższych kwasów tłuszczowych.
Steroidy – estry wielopierścieniowych alkoholi i wyższych kwasów tłuszczowych.
Złożone lipidy – oprócz kwasów tłuszczowych i alkoholi zawierają inne składniki o różnym charakterze chemicznym. Obejmują one fosfolipidy i glikolipidy .
Fosfolipidy - są to lipidy złożone, w których jedna z grup alkoholowych jest związana nie z FA, ale z kwasem fosforowym (kwas fosforowy można przyłączyć do dodatkowego związku). W zależności od tego, jaki alkohol wchodzi w skład fosfolipidów, dzieli się je na glicerofosfolipidy (zawierają alkohol glicerol) i sfingofosfolipidy (zawierają alkohol sfingozynę).
Glikolipidy – są to lipidy złożone, w których jedna z grup alkoholowych jest związana nie z FA, ale ze składnikiem węglowodanowym. W zależności od tego, który składnik węglowodanowy wchodzi w skład glikolipidów, dzieli się je na cerebrozydy (zawierają monosacharyd, disacharyd lub mały obojętny homooligosacharyd jako składnik węglowodanowy) i gangliozydy (zawierają kwaśny heterooligosacharyd jako składnik węglowodanowy).
Czasami na niezależną grupę lipidów ( drobne lipidy ) wydzielają pigmenty rozpuszczalne w tłuszczach, sterole i witaminy rozpuszczalne w tłuszczach. Niektóre z tych związków można zaliczyć do lipidów prostych (neutralnych), inne - złożonych.
Według innej klasyfikacji lipidy, w zależności od ich stosunku do zasad, dzieli się na dwie duże grupy: zmydlające się i niezmydlające się. Do grupy lipidów zmydlonych zalicza się lipidy proste i złożone, które w reakcji z zasadami hydrolizują tworząc sole kwasów o dużej masie cząsteczkowej, zwane „mydłami”. Do grupy lipidów niezmydlających zaliczają się związki, które nie ulegają hydrolizie alkalicznej (sterole, witaminy rozpuszczalne w tłuszczach, etery itp.).
Ze względu na funkcje, jakie pełnią w żywym organizmie, lipidy dzielą się na strukturalne, magazynujące i ochronne.
Lipidy strukturalne to głównie fosfolipidy.
Lipidy magazynujące to głównie tłuszcze.
Lipidy ochronne roślin – woski i ich pochodne, pokrywające powierzchnię liści, nasion i owoców, zwierząt – tłuszcze.
TŁUSZCZE
Chemiczna nazwa tłuszczów to acyloglicerole. Są to estry gliceryny i wyższych kwasów tłuszczowych. „Acyl” oznacza „resztę kwasu tłuszczowego”.
W zależności od liczby rodników acylowych tłuszcze dzielą się na mono-, di- i triglicerydy. Jeśli cząsteczka zawiera 1 rodnik kwasu tłuszczowego, wówczas tłuszcz nazywa się MONOACYLGLYCEROL. Jeśli cząsteczka zawiera 2 rodniki kwasów tłuszczowych, wówczas tłuszcz nazywa się DIACYLOGLICEROLEM. W organizmie człowieka i zwierząt dominują TRIACYLOGLICEROLE (zawierają trzy rodniki kwasów tłuszczowych).
Trzy grupy hydroksylowe glicerolu można estryfikować tylko jednym kwasem, takim jak palmitynowy lub oleinowy, lub dwoma lub trzema różnymi kwasami:
Tłuszcze naturalne zawierają głównie mieszane trójglicerydy, w tym pozostałości różnych kwasów.
Ponieważ zawartość alkoholu we wszystkich naturalnych tłuszczach jest taka sama – gliceryna, różnice obserwowane pomiędzy tłuszczami wynikają wyłącznie ze składu kwasów tłuszczowych.
W tłuszczach znaleziono ponad czterysta kwasów karboksylowych o różnej strukturze. Jednak większość z nich występuje jedynie w niewielkich ilościach.
Kwasy zawarte w tłuszczach naturalnych to kwasy monokarboksylowe, zbudowane z nierozgałęzionych łańcuchów węglowych zawierających parzystą liczbę atomów węgla. Kwasy zawierające nieparzystą liczbę atomów węgla, o rozgałęzionym łańcuchu węglowym lub zawierające ugrupowania cykliczne występują w małych ilościach. Wyjątkiem jest kwas izowalerianowy i szereg kwasów cyklicznych występujących w niektórych bardzo rzadkich tłuszczach.
Najpopularniejsze kwasy występujące w tłuszczach zawierają od 12 do 18 atomów węgla i często nazywane są kwasami tłuszczowymi. Wiele tłuszczów zawiera niewielkie ilości kwasów o niskiej masie cząsteczkowej (C2-C10). W woskach występują kwasy zawierające więcej niż 24 atomy węgla.
Glicerydy najpopularniejszych tłuszczów zawierają znaczne ilości kwasów nienasyconych zawierających 1-3 wiązania podwójne: oleinowy, linolowy i linolenowy. Kwas arachidonowy zawierający cztery wiązania podwójne występuje w tłuszczach zwierzęcych, kwasy z pięcioma, sześcioma i więcej wiązaniami podwójnymi występują w tłuszczach ryb i zwierząt morskich. Większość nienasyconych kwasów lipidów ma konfigurację cis, ich podwójne wiązania są izolowane lub oddzielone grupą metylenową (-CH2 -).
Spośród wszystkich nienasyconych kwasów zawartych w naturalnych tłuszczach, najczęściej występuje kwas oleinowy. W wielu tłuszczach kwas oleinowy stanowi ponad połowę całkowitej masy kwasów, a tylko nieliczne tłuszcze zawierają mniej niż 10%. Bardzo rozpowszechnione są także dwa inne kwasy nienasycone – linolowy i linolenowy, chociaż występują w znacznie mniejszych ilościach niż kwas oleinowy. Kwas linolowy i linolenowy występują w zauważalnych ilościach w olejach roślinnych; Dla organizmów zwierzęcych są to kwasy niezbędne.
Spośród kwasów nasyconych kwas palmitynowy jest prawie tak samo rozpowszechniony jak kwas oleinowy. Występuje we wszystkich tłuszczach, a niektóre zawierają 15-50% całkowitej zawartości kwasu. Powszechnie stosowane są kwasy stearynowy i mirystynowy. Kwas stearynowy występuje w dużych ilościach (25% lub więcej) jedynie w tłuszczach zapasowych niektórych ssaków (na przykład w tłuszczu owczym) oraz w tłuszczach niektórych roślin tropikalnych, takich jak masło kakaowe.
Wskazane jest podzielenie kwasów zawartych w tłuszczach na dwie kategorie: kwasy główne i kwasy poboczne. Głównymi kwasami tłuszczowymi są kwasy, których zawartość w tłuszczu przekracza 10%.
Właściwości fizyczne tłuszczów
Z reguły tłuszcze nie wytrzymują destylacji i rozkładają się, nawet jeśli są destylowane pod zmniejszonym ciśnieniem.
Temperatura topnienia, a co za tym idzie i konsystencja tłuszczów, zależy od struktury tworzących je kwasów. Tłuszcze stałe, czyli topiące się w stosunkowo wysokiej temperaturze, składają się głównie z glicerydów kwasów nasyconych (stearynowy, palmitynowy), a oleje topiące się w niższej temperaturze i będące gęstymi cieczami zawierają znaczne ilości glicerydów kwasów nienasyconych (oleinowy, linolowy , linolenowy).
Ponieważ tłuszcze naturalne są złożonymi mieszaninami mieszanych glicerydów, topią się nie w określonej temperaturze, ale w pewnym zakresie temperatur i najpierw są zmiękczane. Aby scharakteryzować tłuszcze, zwykle używa się go temperatura krzepnięcia, co nie pokrywa się z temperaturą topnienia - jest nieco niższa. Niektóre naturalne tłuszcze są ciałami stałymi; inne to ciecze (oleje). Temperatura krzepnięcia jest bardzo zróżnicowana: -27°C dla oleju lnianego, -18°C dla oleju słonecznikowego, 19-24°C dla smalcu krowiego i 30-38°C dla smalcu wołowego.
Temperatura krzepnięcia tłuszczu zależy od charakteru wchodzących w jego skład kwasów: jest ona im wyższa, tym większa jest zawartość kwasów nasyconych.
Tłuszcze rozpuszczają się w eterze, pochodnych polihalogenowych, dwusiarczku węgla, węglowodorach aromatycznych (benzenie, toluenie) i benzynie. Tłuszcze stałe są słabo rozpuszczalne w eterze naftowym; nierozpuszczalny w zimnym alkoholu. Tłuszcze są nierozpuszczalne w wodzie, ale mogą tworzyć emulsje, które są stabilizowane w obecności środków powierzchniowo czynnych (emulgatorów), takich jak białka, mydła i niektóre kwasy sulfonowe, zwłaszcza w środowisku lekko zasadowym. Mleko jest naturalną emulsją tłuszczową stabilizowaną białkami.
Właściwości chemiczne tłuszczów
Tłuszcze wchodzą we wszystkie reakcje chemiczne charakterystyczne dla estrów, jednakże w ich zachowaniu chemicznym można dostrzec szereg cech związanych z budową kwasów tłuszczowych i gliceryny.
Wśród reakcji chemicznych z udziałem tłuszczów wyróżnia się kilka rodzajów przemian.
Rozdział II. LIPIDY
§ 4. KLASYFIKACJA I FUNKCJE LIPIDÓW
Lipidy to niejednorodna grupa związków chemicznych, które są nierozpuszczalne w wodzie, ale dobrze rozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych: chloroformie, eterze, acetonie, benzenie itp., tj. Ich wspólną cechą jest hydrofobowość (hydro – woda, fobia – strach). Ze względu na dużą różnorodność lipidów niemożliwe jest podanie ich bardziej precyzyjnej definicji. Lipidy to w większości przypadków estry kwasów tłuszczowych i pewnego rodzaju alkohole. Wyróżnia się następujące klasy lipidów: triacyloglicerole, czyli tłuszcze, fosfolipidy, glikolipidy, steroidy, woski, terpeny. Istnieją dwie kategorie lipidów – zmydlające się i niezmydlające się. Substancje zmydlające obejmują substancje zawierające wiązania estrowe (woski, triacyloglicerole, fosfolipidy itp.). Substancje niezmydlające się obejmują sterydy i terpeny.
Triacyloglicerole, czyli tłuszcze
Triacyloglicerole są estrami glicerolu i alkoholu trójwodorotlenowego
i kwasy tłuszczowe (wyższe karboksylowe). Ogólny wzór kwasów tłuszczowych to: R-COOH, gdzie R oznacza rodnik węglowodorowy. Naturalne kwasy tłuszczowe zawierają od 4 do 24 atomów węgla. Jako przykład podajemy wzór jednego z najpowszechniejszych kwasów stearynowych w tłuszczach:
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH
Ogólnie cząsteczkę triacylogiceryny można zapisać w następujący sposób:
Jeśli triacyoglicerol zawiera reszty różnych kwasów (R1R2R3), wówczas centralny atom węgla w reszcie glicerolu staje się chiralny.
Triacyloglicerole są niepolarne i dlatego praktycznie nierozpuszczalne w wodzie. Główną funkcją triacylogliceroli jest magazynowanie energii. Podczas utleniania 1 g tłuszczu uwalnia się 39 kJ energii. Triacyloglicerole gromadzą się w tkance tłuszczowej, która oprócz magazynowania tłuszczu pełni funkcję termoizolacyjną i chroni narządy przed uszkodzeniami mechanicznymi. Więcej informacji na temat tłuszczów i kwasów tłuszczowych znajdziesz w następnym akapicie.
Warto wiedzieć! Tłuszcz wypełniający garb wielbłąda służy przede wszystkim nie jako źródło energii, ale jako źródło wody powstałej podczas jego utleniania.
Fosfolipidy
Fosfolipidy zawierają regiony hydrofobowe i hydrofilowe i dlatego je posiadają amfifilowy właściwości, tj. potrafią rozpuszczać się w rozpuszczalnikach niepolarnych i tworzyć z wodą trwałe emulsje.
Fosfolipidy, w zależności od obecności w swoim składzie alkoholi gliceryny i sfingozyny, dzielą się na glicerofosfolipidy I sfingofosfolipidy.
Glicerofosfolipidy
Na czym opiera się struktura cząsteczki glicerofosfolipidu kwas fosfatydowy, utworzony przez glicerol, dwa kwasy tłuszczowe i kwasy fosforowe:
W cząsteczkach glicerofosfolipidów cząsteczka polarna zawierająca H2O jest przyłączona do kwasu fosfatydowego wiązaniem estrowym. Wzór glicerofosfolipidów można przedstawić w następujący sposób:
gdzie X oznacza resztę cząsteczki polarnej zawierającej H2O (grupa polarna). Nazwy fosfolipidów powstają w zależności od obecności jednej lub drugiej grupy polarnej w ich składzie. Glicerofosfolipidy zawierające resztę etanoloaminy jako grupę polarną,
HO-CH2-CH2-NH2
nazywane są fosfatydyloetanoloaminami, resztą choliny
– fosfatydylocholiny, seryna
– fosfatydyloseryny.
Wzór na fosfatydyloetanoloaminę wygląda następująco:
Glicerofosfolipidy różnią się między sobą nie tylko grupami polarnymi, ale także resztami kwasów tłuszczowych. Zawierają zarówno nasycone (zwykle składające się z 16–18 atomów węgla), jak i nienasycone (zwykle zawierające 16–18 atomów węgla i 1–4 podwójnych wiązań) kwasy tłuszczowe.
Sfingofosfolipidy
Sfingofosfolipidy mają podobny skład do glicerofosfolipidów, ale zamiast glicerolu zawierają sfingozynę aminoalkoholową:
lub dihydrosfingazyna:
Najbardziej powszechnymi sfingofosfolipidami są sfingomieliny. Tworzą je sfingozyna, cholina, kwas tłuszczowy i kwas fosforowy:
Cząsteczki zarówno glicerofosfolipidów, jak i sfingofosfolipidów składają się z polarnej głowy (utworzonej przez kwas fosforowy i grupę polarną) i dwóch niepolarnych ogonów węglowodorowych (ryc. 1). W glicerofosfolipidach oba niepolarne ogony są rodnikami kwasów tłuszczowych, w sfingofosfolipidach jeden ogon jest rodnikiem kwasu tłuszczowego, a drugi jest łańcuchem węglowodorowym alkoholu sfingazynowego.
Ryż. 1. Schematyczne przedstawienie cząsteczki fosfolipidów.
Po wstrząśnięciu w wodzie spontanicznie tworzą się fosfolipidy micele, w którym niepolarne ogony gromadzą się wewnątrz cząstki, a głowy polarne znajdują się na jej powierzchni, oddziałując z cząsteczkami wody (ryc. 2a). Mogą również tworzyć się fosfolipidy dwuwarstwowe(ryc. 2b) i liposomy– zamknięte pęcherzyki otoczone ciągłą dwuwarstwą (ryc. 2c).
Ryż. 2. Struktury utworzone przez fosfolipidy.
Zdolność fosfolipidów do tworzenia dwuwarstwy leży u podstaw tworzenia błon komórkowych.
Glikolipidy
Glikolipidy zawierają składnik węglowodanowy. Należą do nich glikosfingolipidy, które oprócz węglowodanów zawierają alkohol, sfingozynę i resztę kwasu tłuszczowego:
Podobnie jak fosfolipidy składają się z polarnej głowy i dwóch niepolarnych ogonów. Glikolipidy znajdują się na zewnętrznej warstwie błony, stanowią integralną część receptorów i zapewniają interakcję komórkową. Szczególnie dużo ich jest w tkance nerwowej.
Steroidy
Sterydy są pochodnymi cyklopentanoperhydrofenantren(ryc. 3). Jednym z najważniejszych przedstawicieli sterydów jest cholesterolu. W organizmie występuje zarówno w postaci wolnej, jak i związanej, tworząc estry z kwasami tłuszczowymi (ryc. 3). W wolnej postaci cholesterol wchodzi w skład błon krwi i lipoprotein. Estry cholesterolu są jego formą magazynującą. Cholesterol jest prekursorem wszystkich innych steroidów: hormonów płciowych (testosteron, estradiol itp.), hormonów nadnerczy (kortykosteron itp.), kwasów żółciowych (kwas dezoksycholowy itp.), witaminy D (ryc. 3).
Warto wiedzieć! Dorosły organizm zawiera około 140 g cholesterolu, większość znajduje się w tkance nerwowej i nadnerczach. Każdego dnia do organizmu człowieka dostaje się 0,3–0,5 g cholesterolu, a syntetyzuje się do 1 g.
Wosk
Woski to estry utworzone przez długołańcuchowe kwasy tłuszczowe (o liczbie atomów węgla 14–36) i długołańcuchowe alkohole jednowodorotlenowe (o liczbie atomów węgla 16–22). Jako przykład rozważmy wzór wosku utworzonego przez alkohol oleinowy i kwas oleinowy:
Woski pełnią głównie funkcję ochronną, znajdując się na powierzchni liści, łodyg, owoców i nasion chronią tkanki przed wysychaniem i wnikaniem drobnoustrojów. Okrywają sierść i pióra zwierząt i ptaków, chroniąc je przed zamoczeniem. Wosk służy jako budulec dla pszczół podczas tworzenia plastrów miodu. W planktonie wosk służy jako główna forma magazynowania energii.
Terpeny
Związki terpenowe oparte są na resztach izoprenowych:
Terpeny obejmują olejki eteryczne, kwasy żywiczne, kauczuk, karoteny, witaminę A i skwalen. Jako przykład, oto wzór na skwalen:
Skwalen jest głównym składnikiem wydzieliny gruczołów łojowych.
Rola lipidów w procesach życiowych organizmu jest zróżnicowana.
Strukturalny. W połączeniu z białkami lipidy są składnikami strukturalnymi wszystkich biologicznych błon komórkowych, dlatego wpływają na ich przepuszczalność oraz biorą udział w przekazywaniu impulsów nerwowych i tworzeniu interakcji międzykomórkowych.
Energia. Lipidy są paliwem komórkowym o największej gęstości energetycznej. Utlenianie 1 g tłuszczu uwalnia 39 kJ energii, czyli dwukrotnie więcej niż utlenianie 1 g węglowodanów.
rezerwa. Lipidy są najbardziej zwartą formą magazynowania energii w komórce. Zawartość tłuszczu w ciele osoby dorosłej wynosi od 6 do 10 kg.
Ochronny. Mając wyraźne właściwości termoizolacyjne, lipidy chronią organizm przed wpływami termicznymi, poduszka tłuszczowa chroni ciało i narządy zwierząt przed uszkodzeniami mechanicznymi i fizycznymi; błony ochronne roślin (woskowy nalot na liściach i owocach) chronią przed infekcjami i nadmiernie intensywną wymianą wody.
Regulacyjne. Niektóre lipidy są prekursorami witamin, hormonów, metabolitów wtórnych - prostaglandyn, leukotrienów, tromboksanów. U bakterii lipidy determinują indywidualność taksonomiczną, rodzaj patogenezy i wiele innych cech. Zaburzenia metabolizmu lipidów u człowieka prowadzą do rozwoju stanów patologicznych, takich jak miażdżyca, otyłość i kamica żółciowa.
Klasyfikacja lipidów. Lipidy są substancjami heterogenicznymi chemicznie. Pod tym względem istnieją różne podejścia do ich klasyfikacji. Ale przede wszystkim dzielą się na proste i złożone.
Do prostych (obojętnych) lipidów zalicza się przede wszystkim pochodne wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi – acyloglicerolipidy, woski, estry cholesterolu, glikolipidy i inne podobne związki. Ich cząsteczki nie zawierają atomów azotu, fosforu i siarki.
Jako kolejną cechę definiującą wykorzystuje się charakter wiązania łączącego obszary hydrofilowe i hydrofobowe cząsteczki. Takim łącznikiem są zazwyczaj wielowodorotlenowe alkohole alifotyczne zawierające dwie grupy hydroksylowe lub złożone lipidy połączone z inną resztą zawierającą heteroatom, są to np. fosfolipidy, glikolipidy, steroidy.
Proste lipidy można podzielić na neutralne i polarne.
Neutralne lipidy 95-96% stanowią acyloglicerole i zasadniczo nazywane są tłuszczami.
W polarnych glicerolipidach trzecia grupa hydroksylowa jest albo wolna (dwie grupy OH mogą być również wolne – są to diacyle lub monoacyloglicerole). W polarnych glicerolipidach trzecia grupa hydroksylowa może być również przyłączona do hydrofilowej głowy.
Pozostałości obejmują kwasy tłuszczowe. Zróżnicowanie strukturalne lipidów wynika głównie z różnorodności zawartych w nich kwasów tłuszczowych, które różnią się stopniem i charakterem rozgałęzienia łańcucha węglowego, liczbą i położeniem wiązania podwójnego, charakterem i liczbą innych grup funkcyjnych i wreszcie długość łańcucha węglowego. Kwasy tłuszczowe wchodzące w skład lipidów roślin wyższych i zwierząt z reguły mają parzystą liczbę atomów węgla, a przeważają kwasy o 16-20 atomach węgla w cząsteczce.
Do najprostszych przedstawicieli naturalnych kwasów tłuszczowych zaliczają się kwasy nasycone o długości nierozgałęzionego łańcucha węglowodorowego o wzorze ogólnym.
CH 3 (CH 2) i COOH, ich główni przedstawiciele podano w tabeli.
Najpopularniejsze, naturalnie występujące kwasy tłuszczowe
| Kod Oznaczenie * | Struktura | Nazwa systematyczna | Trywialna nazwa |
| Od 12:0 Od 14:0 Od 16:0 Od 18:0 Od 20:0 Od 22:0 Od 24:0 Od 14:1 Od 16:1 Od 18:1 Od 18:1 Od 18:1 Od 18 :1 Od 22:1 Od 18:2 Od 18:3 Od 20:3 Od 20:4 | CH 3 (CH 2) 10 COOH CH 3 (CH 2) 12 COOH CH 3 (CH 2) 14 COOH CH 3 (CH 2) 16 COOH CH 3 (CH 2) 18 COOH CH 3 (CH 2) 20 COOH CH 3 (CH 2) 22 COOH CH 3 (CH 2) 3 CH=CH(CH 2) 7 COOH CH 3 (CH 2) 5 CH=CH(CH 2) 7 COOH CH 3 (CH 2) 7 CH=CH(CH 2) 7 COOH CH 3 (CH 2) 5 CH=CH(CH 2) 9 COOH CH 3 (CH 2) 5 CH=CH(CH 2) 9 COOH CH 3 (CH 2) 10 CH=CH(CH 2) 4 COOH CH 3 (CH 2) 7 CH=CH(CH 2) 11 COOH CH 3 (CH 2) 4 (CH=CHCH 2) 2 (CH 2) 6 COOH CH 3 CH 2 (CH=CHCH 2) 3 ( CH 2) 6 COOH CH 3 (CH 2) 4 (CH=CHCH 2) 3 (CH 2) 5 COOH CH 3 (CH 2) 4 (CH=CHCH 2) 4 (CH 2) 2 COOH | Nasycony N-Dodekan N-Tetradekan N-Heksadekan N-Oktadekan N-Eikosanowa N-Dokosanowa N-Tetracosanova Monoenoic cis-Tetradecen-9-ova cis-Heksadecen-9-ova cis-Oktadecen-9-ova cis-Oktadecen-11-ova trans-Oktadecen-11-ova cis-Oktadecen-6-ova cis-Dokozen-13-Polyen cis, cis-Oktadekadien-9,12-ova cis, cis, cis-Oktadekatrien-9,12,15-ova cis, cis, cis-Eikozatrien-8,11,14-ova cis, cis , cis, cis-eikozatetraen-5,8,11,14-ova | Laurynowy Mirystynowy Palmitynowy Stearynowy Arachidowy Behenowy Lignocerynowy Mirystolowy Palmitoleinowy Oleinowy Wakcenowy Trans-Wakcenowy Petroselinowy Erukowy Linolowy Linolenowy Dihomo-γ-linolowy Arachidonowy |
* Liczby wskazują liczbę atomów węgla i wiązań podwójnych w łańcuchu
Wśród nich szczególne miejsce zajmuje kwas palmitynowy (C 16:0), który może być syntetyzowany przez wszystkie organizmy, będąc pierwotnym produktem powstającym pod wpływem syntetazy kwasów tłuszczowych oraz materiałem wyjściowym do biosyntezy innych kwasów z grupy - stearynowy, laurynowy, mirystynowy itp.
Biosynteza kwasów tłuszczowych, zarówno nasyconych, jak i nienasyconych, zachodzi w wyniku wydłużenia łańcucha o dwie grupy CH 2 pod wpływem enzymów gazowych ELON.
Rośliny wyższe charakteryzują się głównie kwasami nienasyconymi C 18, otrzymywanymi biosyntetycznie z kwasu stearynowego C 18:0 pod działaniem enzymu desaturazy.
U ssaków i wielu bakterii palmitynowy i stearynowy
kwasy służą jako prekursory dwóch szeroko rozpowszechnionych
nowe monoenowe (jednonienasycone) kwasy tłuszczowe – palmitynowy i oleinowy. Prawie wszystkie naturalnie występujące kwasy monoenowe są cis-izomery
CH 3 (CH 2) m CH=CH (CH 2) n COOH wzór ogólny monoenowych kwasów tłuszczowych
Tłuszcze ssaków i lipidy roślinne zawierają znaczną ilość polienowych kwasów tłuszczowych. Wszystkie naturalne kwasy polienowe są niesprzężone: cis-podwójne wiązania w ich łańcuchach węglowodorowych są oddzielone z reguły jedną grupą metylenową. W rezultacie w cząsteczkach kwasu powstaje jedna lub więcej powtarzających się grup.
-CH \u003d CH-CH 2 -CH \u003d CH-, dlatego nazywane są kwasami z serii diwinylometanu, są one przedstawione wzorem ogólnym
Kwasy linolowy (n=2) i linolenowy (n=3) nie są syntetyzowane w organizmie zwierząt wyższych i człowieka, lecz pochodzą z pożywienia, często nazywane są niezbędnymi lub niezbędnymi kwasami tłuszczowymi. Kwasy arachidonowy i dihomo-γ-linolowy są prekursorami w biosyntezie prostaglandyn i leukotrienów.
Oprócz nasyconych i nienasyconych kwasów o prostym łańcuchu atomów węgla, w przyrodzie występują kwasy tłuszczowe o rozgałęzionych łańcuchach. W szczególności należy do nich najbardziej rozpowszechniony naturalny kwas tuberkulostearynowy, po raz pierwszy wyizolowany z prątka gruźlicy
W niektórych roślinach i bakteriach znaleziono kwasy tłuszczowe zawierające pierścień cyklopropanowy, takie jak lactobacillus i kwas strekulowy. Biosynteza takich kwasów zachodzi poprzez przeniesienie grupy metylenowej z S-adenozylometioniny na podwójne wiązanie kwasu monoenowego
Naturalne lipidy zawierają także hydroksykwasy, które wchodzą w skład lipidów komórek bakteryjnych. Na przykład 2(3)-hydroksystearynowy, 2(3)-hydroksypalmetyczny, 2-hydroksylignocerynowy, rycynolowy
Badania składu lipidów i składu zawartych w nich kwasów tłuszczowych w zależności od warunków wzrostu ich źródeł wykazały, że hydroksykwasy gromadzą się w znacznych ilościach w sytuacjach stresowych (mrozy, lata suche itp.)
Acyloglicerydy mogą być proste – utworzone przez tylko jeden kwas – oraz złożone lub mieszane, gdy zawierają reszty różnych kwasów. Ponadto grupy funkcyjne w triacyloglicerydach mogą być różnie zorientowane w przestrzeni. Te różne orientacje mają kształt widelca, krzesła lub pręta
Czyste acylogliceryny są substancjami bezbarwnymi, pozbawionymi smaku i zapachu. O barwie, zapachu i smaku tłuszczów decyduje obecność w nich określonych zanieczyszczeń. Temperatury topnienia i zamarzania acylogliceroli nie pokrywają się. Może to być konsekwencją przechłodzenia lub istnienia kilku modyfikacji krystalicznych. temperatura topnienia triacylogliceroli zawierających pozostałości trans-kwasy nienasycone są wyższe niż reszty zawierające acyloglicerole cis-nienasycone kwasy tłuszczowe o tej samej liczbie atomów węgla.
Oprócz tego, że trójglicerydy są wykorzystywane zgodnie z ich przeznaczeniem jako tłuszcze, mogą służyć jako źródło pojedynczych lub prawie indywidualnych składników, takich jak produkcja palmetyny bawełnianej poprzez demargarynizację. Przydział opiera się na zakrystiach w temperaturach topnienia i wrzenia nie tylko nasyconych i nienasyconych trójglicerydów, ale także cis- I trans-izomery nienasyconych glicerydów.
Woski to substancje tłuszczopodobne, które w temperaturze pokojowej mają postać stałą. W składzie wosku znajdują się estry kwasów tłuszczowych i wyższe alkohole jednowodorotlenowe (rzadziej diwodorotlenowe), przy czym kwasy i alkohole zawierają przeważnie parzystą liczbę atomów węgla (C13-C36). Ponadto woski zawsze zawierają wolne kwasy i często węglowodany, jako związki towarzyszące zawierają sterole i substancje barwiące.
Woski dzielą się na woski roślinne i zwierzęce. W roślinach woski występują głównie w warstwie zewnętrznej i pełnią głównie rolę ochronną. Pokrycie liści, łodyg, owoców i samych roślin cienką warstwą wosku chroni rośliny przed uszkodzeniami i szkodnikami oraz spowalnia utratę wody. Do wosków roślinnych zalicza się wosk z liści palmowych (wosk carnauba), wosk z łodyg lnu i wosk kandeilla produkowany przemysłowo.
Do wosków zwierzęcych zalicza się spermacet, izolowany z oleju spermacetowego zawartego w jamie czaszki kaszalota. Dominującym estrem cetylowym kwasu palmitynowego w spermacetach jest C 15 H 31 COOC 16 H 33.
Wosk pszczeli zawiera alkohole C 24 - C 34 estryfikowane wyższymi kwasami (palmitynowy C 15 H 31 COOH, cerotynowy C 25 H 51 COOH).
Wosk chiński wydzielany przez owady składa się głównie z estru cerylowego kwasu cerotynowego (C 25 H 51 COOC 26 H 53).
W porównaniu do glicerydów estry wosków są trudniejsze do zmydlenia, a także są słabiej rozpuszczalne w zwykłych rozpuszczalnikach tłuszczowych.
Woski znajdują różnorodne zastosowanie jako dodatki do kremów, maści, szminek, a także wykorzystywane są do produkcji świec, mydeł, plastrów i szamponów. Na przykład wosk carnauba.
Skład wosków różni się w zależności od rośliny. W owocach i nasionach Simondia Californian (jojoba) odkryto unikalny wosk. Ten wosk jest płynny. Indianie jedli go i wykorzystywali jego właściwości lecznicze (gojenie ran itp.). Jego osobliwością jest to, że pełni funkcję rezerwowego składnika odżywczego wykorzystywanego podczas kiełkowania nasion. Bez triacyloglicerydów w swoim składzie wosk ten nie pali się i nie rozkłada jak zwykły olej. Dzięki temu można go stosować do smarowania silników wysokoobrotowych, co wydłuża ich czas pracy 5-6 razy. Odporny zielony krzew jojoba jest bezpretensjonalny, rośnie na ubogich i zasolonych glebach, a jego owoce i nasiona zawierają do 50% płynnego wosku.
Substancje tłuszczopodobne obejmują kutynę i suberynę.
Kutyna pokrywa naskórek cienką warstwą……………..
tkaniny przed wysychaniem i przenikaniem mikroorganizmów. Składa się z kwasów C16 i C18 ω-hydroksykarboksylowych, połączonych ze sobą wiązaniami estrowymi w sieć polimerową.
Suberyna jest polimerem przenikającym przez ściany komórkowe pierwotnej kory korzenia. Dzięki temu ściany komórkowe są mocne i nieprzepuszczalne dla wody i gazów, co zwiększa właściwości ochronne tkanki powłokowej. Suberyna jest podobna do Kutyny, ale oprócz hydroksykwasów zawiera kwasy dikarboksylowe i alkohole diwodorotlenowe.
Glikolipidy. Termin ten odnosi się do zróżnicowanej i szerokiej grupy lipidów, w której hydrofobowa część cząsteczki lipidu jest połączona z hydrofilową polarną grupą głowy składającą się z jednej lub więcej reszt węglowodanowych. Głównymi składnikami węglowodanowymi glikolipidów są najczęściej glukoza i galaktoza lub ich siarczanowane pochodne (najczęściej siarczan galaktozylu), aminocukry (galaktozalina i glukozalina) lub ich pochodne acetylowe. Gliceroglikolipidy są reprezentowane w przyrodzie głównie przez glikozylodiacyloglicerole.
Wykład nr 2
Złożone lipidy.
Glicerofosfolipidy Wspólnym fragmentem strukturalnym wszystkich glicerofosfolipidów jest kwas fosfolipidowy (1,2-diacylo-3-fosfoglicerol)
Kwas fosfatydowy powstaje w organizmie podczas biosyntezy triacyloglicerydów i glicerofosfolipidów jako powszechny metabolit pośredni. Wszystkie naturalne glicerofosfolipidy należą do serii L i mają jeden asymetryczny atom. Skład kwasów tłuszczowych różnych glicerofosfolipidów różni się nawet w obrębie tego samego organizmu, co determinuje specyficzność fosfolipidów.
Fosfolipidy są niezbędnymi składnikami większości błon komórek zwierzęcych, roślinnych i bakteryjnych.
W zależności od podstawników HOR wyróżnia się różne grupy fosfolipidów
| Nazwa glicerofosfolipidu | grupa HOR | |
| Trywialna nazwa | Struktura | |
| Nie zawiera azotu |  |
|
| Fosfatylogliceryd | glicerol | |
| Fosfatydylogliceryd | kardiolipina |  |
| Fosfatydyloinozytol | inozytol |  |
| Zawiera azot |  |
|
| Fosfatydyloetanoloamina | cefalina | |
| Fosfatydylocholina | cholina (lecytyna) |  |
| Fosfatydyloseryna | seryna |  |
Lecytyna zawiera aminoalkohol w postaci soli trimetyloamoniowej. W zależności od tego, z którym atomem węgla jest związany kwas fosforowy, wyróżnia się jego formy α i β
α-lecytyna β-lecytyna
Lecytyna występuje w komórkach, szczególnie w tkance mózgowej ludzi i zwierząt; w roślinach występuje głównie w soi, nasionach słonecznika i kiełkach pszenicy. U bakterii jego zawartość jest niezwykle niska.
Cefalina występuje także w błonach komórkowych roślin wyższych i zwierząt.
Oprócz fosfolipidów należących do klasy diacyloglicerydów, w wielu obiektach naturalnych w małych ilościach występują monoacyloglicerydy zwane lizofosfolipidami.
x - pozostałości choliny, etanoloaminy, seryny
W mózgu ssaków oraz w błonach komórek nerwowych występują glicerofosfolipidy z cyklicznymi pochodnymi polihydroksylowymi i wolną grupą OH.
Powstają w wyniku hydrolizy wiązania fosfatydiadichonowego w drugiej pozycji pod działaniem specyficznego enzymu, fosfolipazy A2. Lizofosfolipidy wykazują silne działanie hemolityczne.
lizofosfolipidy
Plazmalogeny. Różnią się od powyższych glicerofosfolipidów tym, że zamiast reszty kwasowej przy pierwszym atomie węgla zawierają α, β-nienasycony alkohol połączony wiązaniem eterowym z grupą OH………
Hydroliza tej grupy powoduje powstanie aldehydów, stąd nazwa fosfatydy. Plazmalogeny stanowią do 10% fosfolipidów w mózgu i tkance mięśniowej.
przykład plazmalogenu
(fosfatydoletanoloamina)
Występują także w erytrocytach (do 25%), wchodzą w skład błon bakteryjnych, natomiast w roślinach praktycznie nie występują. Uwodorniony analog nazywa się trangocytem. Przyspiesza agregację.
Kardiolipina jest praktycznie zlokalizowana w listochondriach i odgrywa ważną rolę w organizacji strukturalnej i funkcjonowaniu kompleksów oddechowych.
Wśród glikoglicerolipidów występuje niewielka grupa glikolipidów zawierających fosfor, występujących głównie w komórkach bakteryjnych. Na przykład
Reszty glicerofosfolipidowe mogą zawierać reszty węglowodanowe jako składnik alkoholowy H3PO4.
Lipidy złożone to także pochodne sfingozyny lub jej nasyconego analogu – dihydrofosfingozyny
sfingozyna D-sfinganina
(D-i-sfingenina)
Gdy grupa NH2 kwasu tłuszczowego sfingozyny jest acylowana, powstaje ceramid, którego pochodna fosfocholinowa nazywa się sfingomieliną, to znaczy grupa OH może zawierać resztę H3PO4.
Szczególnie bogate w sfingolipidy są mózg i tkanki nerwowe. Sfingomieliny znajdują się w tkankach nerek, wątroby i limfy we krwi.
Ogólnie, naturalne zasady długołańcuchowe (sfingozyny) są związkami C12-C22 dwóch typów. Cząsteczki nienasycone z trzema grupami funkcyjnymi (przedstawiciele azocylowani) są głównie pochodzenia zwierzęcego, natomiast ich nasycone analogi z czterema grupami są pochodzenia roślinnego:
Z wolną grupą NH2 - sfingozyny z acylowaną grupą NH2 - ceramidy zawierające resztę kwasu fosforowego i choliny - sfingomieliny.
Glikosfingolipidy– pochodne ceramidów, których grupa alkoholowa jest glikozylowana resztami jednego lub większej liczby węglowodanów.
Cerebrozydy
galaktozyloceramidy
Gangliozydy są oligomeryczną częścią węglowodanów - rozgałęzioną. Tym różnią się od cerebrozydów.
Podobnie jak w przypadku acyloglicerydów, skład fosfolipidów izolowanych z tego samego surowca nie jest identyczny, rośliny, w zależności od rodzaju uprawy, zawierają od 0,3 do 1,8% fosfolipidów.
Ceramidy występują w wielu tkankach zwierzęcych i roślinnych, swingomieliny są charakterystyczne tylko dla komórek zwierzęcych. Sfingolipidy występują w wielu postaciach dawkowania, dlatego ich synteza chemiczna została opanowana. Na bazie sfingolipidów stworzono preparaty farmakologicznie aktywne, środki przeciwbakteryjne i kosmetyki, które umożliwiają ochronę przed wirusami, bakteriami i grzybami.
Jako naturalne źródła związków sfingo wykorzystuje się algi czerwone, gąbki morskie i rozgwiazdy.
Cerebrozydy można wyizolować z nasion soi, jednak naturalni przedstawiciele sfingolipidów są kosztowni ze względu na ich niską zawartość. A do celów farmakologicznych uzyskuje się je syntetycznie. Stosowane są głównie metody biochemiczne.
Właściwości funkcjonalne lipidów
Ze względu na funkcje, jakie pełnią w organizmie, lipidy dzielą się na dwie główne grupy - magazynujące lub rezerwowe oraz strukturalne lub protoplazmatyczne.
Lipidy rezerwowe (głównie acyloglicerydy) są wysokokaloryczne i stanowią rezerwę energetyczno-budowlaną organizmu, którą wykorzystuje on w okresach niedoborów żywieniowych oraz w czasie choroby. Wysoka kaloryczność tłuszczu pozwala organizmowi przetrwać w ekstremalnych sytuacjach na zapasach przez długi czas (od kilku tygodni do 1,5 miesiąca). Lipidy magazynujące to substancje ochronne, które pomagają organizmowi (roślinnemu lub zwierzęcemu) wytrzymać niekorzystne działanie środowiska zewnętrznego, takie jak niskie temperatury. To ostatnie jest bardzo ważne dla roślin, które bardziej cierpią z powodu wahań temperatur zimą i latem. Pod tym względem aż 90% wszystkich roślin zawiera lipidy magazynujące. Rezerwowe lipidy zwierząt i ryb gromadzą się w podskórnej tkance tłuszczowej i chronią organizm przed urazami. Woski można również zaliczyć do lipidów ochronnych. Lipidy magazynujące u większości roślin i zwierząt stanowią główną grupę lipidów wagowo (95-96%) i stosunkowo łatwo można je ekstrahować z materiału zawierającego tłuszcz („wolne lipidy”).
Lipidy strukturalne – a są to przede wszystkim fosfolipidy – tworzą złożone kompleksy z białkami, węglowodanami i w postaci takich struktur supramolekularnych wchodzą w skład ściany komórkowej i biorą udział w złożonych procesach zachodzących w komórce. Należą do lipidów trudno-usuwalnych i silnie związanych. Aby je wyekstrahować, należy najpierw zniszczyć ich wiązania z białkami i węglowodanami.
Podczas ekstrakcji lipidów z surowców oleistych do oleju przedostaje się duża grupa substancji – pigmenty, witaminy rozpuszczalne w tłuszczach i sterole. Wszystkie te substancje towarzyszące odgrywają ważną rolę w życiu żywych systemów.
Substancje towarzyszące zawarte w tłuszczu surowym
1. Pigmenty rozpuszczalne w tłuszczach to substancje decydujące o barwie olejów i tłuszczów, z których najczęściej spotykane są karotenoidy i chlorofile.
Karotenoidy to czerwono-żółte pigmenty roślinne, które nadają kolor wielu tłuszczom, a także warzywom i owocom, żółtkom jaj i wielu innym produktom. Ze względu na swój charakter chemiczny są to węglowodory C 40 H 56 - karoteny i ich pochodne zawierające tlen. Wśród nich najbardziej znany jest β-karoten (prowitamina A)
β-karoten nadaje kolor warzywom, owocom i owocom. Oprócz właściwości barwiących β-karoten jest ważny, ponieważ jest prekursorem witaminy A. Duże ilości β-karotenu znajdują się w marchwi, nasionach kukurydzy i oleju palmowym.
Żółty barwnik z płatków nagietka jest barwnikiem rozpuszczalnym w tłuszczach i jest izolowany z rośliny w postaci ekstraktu olejowego. Służy do barwienia produktów rozpuszczalnych w tłuszczach - masła, serów itp. w postaci ekstraktu olejowego.
Karotenoidy, baksyna i norbiksyna, są izolowane z nasion i miąższu drzewa oleandrowego (Bixaorellana), są rozpuszczalne w oleju roślinnym i są stosowane jako barwniki spożywcze
Chlorofil, barwnik roślin zielonych, to kompleks magnezu z pochodnymi porfiny.
Chlorofil składa się z niebiesko-zielonego chlorofilu (A) i żółto-zielonego chlorofilu (B) w stosunku 2:1………………………
R= CH3 (chlorofil)
Chlorofil nadaje zielony kolor wielu warzywom i owocom - sałatie, zielonej cebuli, koperkowi. Nasiona bawełny zawierają pigment zwany gossypolem. Od 0,14 do 2,5% samego gossypolu i produktów jego przemian barwi olej z nasion bawełny na kolor ciemnożółty lub brązowy. Gossypol zawarty w nasionach, liściach i łodygach bawełny jest substancją toksyczną. Nadmiar gossypolu w oleju jest niedopuszczalny, ponieważ jest substancją toksyczną. Podczas przechowywania i podgrzewania nierafinowanych olejów gossypol tworzy ciemny produkt i nadaje olejowi nieprzyjemny smak. Następuje szybkie utlenianie. W swojej strukturze gossypol jest dimerem naftalenu zawierającym podstawniki hydroksylowe, aldehydowe, metylowe i izopropylowe:
Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach. Są to głównie witaminy z grupy A (retinol), grupy D (ergokalcyferol – D 2 i cholkalcyferol – D 3), tokoferole (witamina E), witaminy z grupy K (filochinony i menachinony). Pigmenty i witaminy zostaną omówione szerzej w kursie „Żywność i suplementy diety”.
Sterole. Te niezmydlające się substancje to wielopierścieniowe alkohole i etery. Podstawą steroli jest perhydrocyklopentafenatren, na trzeciej pozycji znajduje się grupa OH, na 17-ej podstawnik R, który zmienia się w zależności od rodzaju sterolu
itp. R/ - reszta kwasu tłuszczowego
OH na trzeciej pozycji może oznaczać estryfikację kwasem octowym lub resztą kwasu tłuszczowego.
Sterole to substancje alicykliczne zaliczane do grupy steroidów, zazwyczaj są to krystaliczne alkohole jednowodorotlenowe (sterole) lub ich estry (sterydy).
Ze względu na źródło ich zawartości sterole dzielimy na:
zoosterole – występują w tłuszczach zwierzęcych
fitosterole – występują w roślinach
mykosterole – występują w grzybach
Rolą steroli jest regulacja metabolizmu w organizmie, w szczególności kwasów żółciowych, trenowanie układu odpornościowego i wielu innych, pomaganie w zmniejszaniu czynników stresowych, takich jak złe odżywianie, zła ekspozycja na środowisko, zanieczyszczenia. Niektóre z nich mają działanie przeciwzapalne i działanie przeciwhipoglikemiczne, co ma znaczenie w leczeniu chorób układu krążenia i cukrzycy.
Najważniejszym ze steroli zwierzęcych jest cholesterol. Z jednej strony jest niezbędna do syntezy hormonów steroidowych, jednak jej nadmiar przyczynia się do odkładania się płytek na naczyniach krwionośnych, przez co stają się one łamliwe. Dlatego należy kontrolować jego spożycie z pożywieniem. Poziom cholesterolu 198-200 mg/di uważa się za prawidłowy. Cholesterol dostarczany jest zarówno z pożywieniem w ilości 300-500 mg dziennie, jak i powstaje biosyntetycznie w ilości 500-1000 mg. (70-80% jest syntetyzowane w wątrobie).
Cholesterol występuje w tkankach wszystkich zwierząt, natomiast w roślinach jest nieobecny lub występuje w małych ilościach.
Ergosterol jest prekursorem witaminy D.
Spośród steroli roślinnych najważniejszy jest ekdysteron. Działa anabolicznie na tkankę mięśniową, poprawia pracę wątroby i serca, poprawia skład krwi. Przyjmowany jest jako suplement diety dla sportowców.
Procesy zachodzące podczas magazynowania tłuszczów.
Podczas przechowywania tłuszcze są niestabilne i stosunkowo szybko ulegają zniszczeniu. Transformacje mogą zachodzić wzdłuż grup estrowych lub wzdłuż szkieletu węglowodorowego cząsteczki.
Hydroliza trójglicerydów
………………
Hydroliza zachodzi stopniowo, poprzez pośrednie utworzenie diacylu, monoacylu, a następnie całkowitą hydrolizę do gliceryny. Hydroliza triacylogliceroli znajduje szerokie zastosowanie w technologii wytwarzania kwasów tłuszczowych, gliceryny, mono- i diacylogliceroli. Hydrolityczny rozkład tłuszczów, lipidów zbóż, mąki, zbóż i innych produktów spożywczych zawierających tłuszcze jest jedną z przyczyn pogorszenia ich jakości. Proces ten jest szczególnie przyspieszany, jeśli produkty przechowywane są w świetle, w wysokiej wilgotności, temperaturze lub w innych warunkach przyspieszających starzenie. Głębokość hydrolizy tłuszczu można scharakteryzować za pomocą liczby kwasowej. Liczba kwasowa to liczba mg KOH potrzebna do zneutralizowania wolnych kwasów tłuszczowych zawartych w 1 g pożywienia lub tłuszczu. Liczba kwasowa jest jednym ze wskaźników jakości produktu i jest regulowana normą.
Transestryfikacja. Duże znaczenie praktyczne mają reakcje, w których następuje wymiana grup acylowych (migracja acylowa) - transestryfikacja międzycząsteczkowa i wewnątrzcząsteczkowa. Chemicznie proces ten może zachodzić pod wpływem różnych środków. W praktyce ten proces wymiany grup acylowych ma znaczenie przy otrzymywaniu tłuszczów o miękkiej konsystencji podczas estryfikacji krzyżowej wysokotopliwych tłuszczów pochodzenia zwierzęcego i płynnych tłuszczów roślinnych. Rezultatem są margaryny plastyczne o temperaturze topnienia 25-35 0 C. Tłuszcze takie są bardzo wygodne do stosowania w pieczeniu, wyrobach cukierniczych i ciastach. Zasady i alkoholany stosuje się jako katalizatory transestryfikacji tłuszczów. Kiedy wchodzą w interakcję z triacyloglicerolami, najpierw zachodzi proces zmydlania, w wyniku którego powstaje glicerynian sodu lub potasu, który jest właściwym katalizatorem transestryfikacji. Mechanizm transestryfikacji jest taki sam jak w przypadku estrów monoalkoholi.
Mechanizm reakcji transestryfikacji polega na oddziaływaniu grupy karbonylowej ›C=O estru z grupami alkoholowymi.
Szybkość zależy od składu tłuszczu, stopnia jego zmydlenia, temperatury oraz rodzaju, ilości i aktywności katalizatora.
Reakcje acylogliceroli z udziałem rodników węglowodorowych
1. Uwodornienie acylogliceroli. Prowadzi się go pod wpływem H 2 w podwyższonych temperaturach w obecności katalizatora (najczęściej Ni-Re). Przykładowo uwodornienie olejów i tłuszczów wodorem cząsteczkowym w przemyśle przeprowadza się w temperaturach 180-240◦C w obecności katalizatorów miedziowo-niklowych, pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego. Celem uwodornienia jest zmiana składu kwasów tłuszczowych w celu zmiany konsystencji i właściwości tłuszczu. W zależności od całkowitego lub częściowego dodania wodoru do łańcucha nienasyconego powstają tłuszcze o różnej konsystencji. Główną reakcją chemiczną zachodzącą jest dodanie wodoru do podwójnych wiązań w łańcuchach bocznych kwasów karboksylowych wchodzących w skład acylogliceroli
Reakcja jest podobna do uwodornienia alkenów.
Biorąc pod uwagę fakt, że różne wiązania podwójne oddziałują z wodorem na różne sposoby, możliwe jest selektywne uwodornienie jednego lub drugiego wiązania podwójnego w cząsteczkach nienasyconych acyloglicerydów. Tak więc w ciekłych olejach najpierw jedno z podwójnych wiązań kwasu linolowego ulega uwodornieniu do kwasu linolenowego, następnie kwas linolenowy jest redukowany do kwasu oleinowego i dopiero wtedy, przy nadmiernym uwodornieniu, powstaje kwas stearynowy
Dobierając warunki reakcji i odpowiednie katalizatory, można uzyskać pożądaną strukturę tłuszczu.
Wykład nr 3
Określając warunki uwodornienia i odpowiedni katalizator,
możesz uzyskać pożądaną strukturę tłuszczu.
Unikaj towarzyszących procesom izomeryzacji lokalizacji podwójnych wiązań i cis-trans- izomeryzację można osiągnąć wybierając katalizator i warunki uwodornienia.
Utlenianie acyloglicerydów. Powszechnie wiadomo, że olefiny łatwo utleniają się pod wpływem tlenu atmosferycznego w pozycji allilowej wiązania podwójnego. Tłuszcze posiadające w cząsteczce nienasycony łańcuch węglowodorowy nie są wyjątkiem. Podstawowymi produktami są wodoronadtlenki o różnej budowie
Powstałe wodoronadtlenki są niestabilne i mogą zostać przekształcone w inne produkty zarówno na skutek przemian samych grup wodoronadtlenkowych, jak i procesów inicjowanych przez wodoronadtlenki. Mogą w tym przypadku powstawać epoksydy, alkohole, aldehydy, ketony, kwasy i ich pochodne o łańcuchach węglowodorowych o różnej długości.
Ponadto procesom autokatalitycznego utleniania tlenem atmosferycznym może towarzyszyć głębsze utlenianie z destrukcją łańcucha, izomeryzacją i polimeryzacją, w wyniku czego gromadzą się aldehydy, polieny, etery i nadtlenki.
Kierunek i głębokość utleniania olejów i tłuszczów zależy przede wszystkim od ich składu acylowego.
Wraz ze wzrostem stopnia nienasycenia kwasów tłuszczowych wchodzących w skład acylogliceroli wzrasta szybkość ich utleniania. Przykładowo stosunek szybkości utleniania kwasu oleinowego – linolowego i linolenowego wynosi 1:27:77. Acyloglicerole kwasów nasyconych tlenem atmosferycznym nie utleniają się w normalnych warunkach. Inhibitory spowalniają proces utleniania. Tworzą stabilne rodniki, które nie uczestniczą dalej w procesie utleniania. Takie związki obejmują jonol i inne trójpodstawione związki fenolowe. Spośród naturalnych przeciwutleniaczy największe znaczenie ma tokoferol gosypol. Wraz z wprowadzeniem przeciwutleniaczy w ilości 0,01% odporność tłuszczów na utlenianie wzrasta 10-15 razy.
Na aktywność utleniaczy wpływają substancje towarzyszące, zatem czas działania przeciwutleniaczy wydłuża się w obecności synergetyków (od greckiego synergos – działające razem). Mechanizm działania synergetyków może być bardzo różny. Mogą dezaktywować czynniki sprzyjające utlenianiu, na przykład dezaktywować śladowe ilości metali (Pb, Cu, Co, Mn, Fe itp.), które działają jako katalizatory utleniania. Aktywne synergetyki to związki posiadające w cząsteczce funkcje hydroksylowe i aminowe. Kwas cytrynowy i askorbinowy sprawdziły się również jako kompleksy. Pochodne kwasu fosforowego są również synergetykami.
Szybkość utleniania tłuszczu maleje wraz ze spadkiem zawartości tlenu i wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i wystawieniem na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. W organizmie utlenianie lipidów zachodzi pod wpływem katalizatorów biologicznych – lipoksygenaz. Takie enzymatyczne utlenianie, które powoduje jełczenie olejów, jest charakterystyczne dla kompleksu lipidowego przechowywanych nasion oleistych, zbóż i ich przetworów (mąki, zbóż). We wszystkich tych obiektach oprócz tłuszczów obecne są enzymy lipaza i lipoksygenaza. Każdy ma swój cel - lipaza katalizuje hydrolizę triacylogliceroli, a lipoksygenaza katalizuje powstawanie wodoronadtlenków nienasyconych kwasów tłuszczowych (głównie linolowego i linolenowego). Wolne kwasy tłuszczowe utleniają się szybciej niż ich reszty zawarte w cząsteczce trójglicerydów tłuszczu. Zatem jełczenie enzymatyczne można wyrazić za pomocą następującego ogólnego schematu
Następnie w miejscach lipooksygenazy powstały nienasycony kwas utlenia się do związków porhydroksy
Proces utleniania może, jak opisano powyżej, nadal zachodzić. Hydroperoksytworzące i wtórne metabolity – aldehydy i ketony – powodują pogorszenie jakości surowców spożywczych i wielu produktów zawierających lipidy, tzw. jełczenie margaryny, tłuszczu mlecznego, mąki i zbóż. Dlatego produkty zawierające lipidy, przechowywane przez długi czas pod wpływem tlenu atmosferycznego, wilgoci, światła i występujących w nich enzymów, stopniowo nabierają nieprzyjemnego smaku i zapachu. Niektóre z nich są odbarwione. Gromadzą szkodliwe dla organizmu produkty utleniania. Jednocześnie nie tylko zmniejsza się ich wartość odżywcza i biologiczna, ale mogą okazać się całkowicie nienadające się do spożycia.
Psuciu się tłuszczu w żywności towarzyszą zmiany nie tylko trójglicerydów, ale także substancji pokrewnych. Na przykład odbarwienie olejów roślinnych podczas solenia jest związane z utlenianiem karotenoidów. Ciemna barwa olejów uzyskanych z spleśniałych ziaren wynika z utleniania nagromadzonych w nich mikotoksyn. Bardzo ciemna barwa oleju z nasion bawełny związana jest z pojawieniem się produktów utleniania gossypolu. Głębszym procesom niszczenia tłuszczu towarzyszy powstawanie zarówno ciężkich produktów polimeryzacji, jak i lekkich, np. trimetyloaminy N(CH 3) 3 - nadaje ona produktom zjełczały, śledziowy zapach. Tłuszcze i produkty je zawierające nie są jednakowo stabilne podczas przechowywania, zależy to od składu kwasów tłuszczowych, charakteru obecnych zanieczyszczeń oraz obecności lub braku enzymów. Wszystko to determinuje warunki ich pakowania, przechowywania i trwałości gotowych produktów. Najmniej trwałe są margaryna, masło i tłuszcz z kurczaka.
Analizę psucia się tłuszczu przeprowadza się głównie organoleptycznie. W pierwszym etapie pojawia się nieprzyjemny smak, który nie jest charakterystyczny dla ocenianego oleju lub tłuszczu (tłuszcz może działać drażniąco - uczucie szczypania w gardle, powodując pieczenie, drapanie. Po pewnym czasie pojawia się nieprzyjemny zapach (czasami zapach suszącego się oleju) Podczas jakościowej oceny psucia się masła lub margaryny stosuje się określenia: „tłusty”, „serowy smak”, „oleisty” i wreszcie „jełczały”.
Metody izolacji i analizy lipidów surowców i produktów spożywczych
Do analizy lipidów wykorzystuje się różnorodne metody – klasyczne i fizykochemiczne.
Badanie lipidów rozpoczyna się od określenia ich ilości (zawartości) w produktach spożywczych. W tym celu stosuje się metody oznaczania zawartości lipidów bezpośrednio w przedmiocie (spektroskopia NMR i IR) oraz metody ekstrakcji lipidów z produktów spożywczych lub obiektów biologicznych. Izolując lipidy, należy wziąć pod uwagę, że są one zdolne nie tylko do oddziaływań hydrofobowych, ale także do tworzenia wiązań wodorowych, elektrostatycznych i kowalencyjnych. W zależności od rodzaju interakcji dzieli się je na wolne, związane i silnie powiązane. Jakie rodzaje lipidów występują i metody ich ekstrakcji są różne.
Wolne lipidy ekstrahowany z obiektu biologicznego za pomocą rozpuszczalników niepolarnych (heksan, eter dietylowy). W tym przypadku kompleksy powstałe w wyniku oddziaływań hydrofobowych w tkance tłuszczowej, kompleksy albumin z kwasami tłuszczowymi ulegają zniszczeniu.
Związane lipidy ekstrahowany układem rozpuszczalników, w którym występuje składnik polarny, zwykle alkohol (mieszanina chloroformu i etanolu). W tym przypadku następuje zniszczenie wodoru i sił elektrostatycznych. W ten sposób lipidy są ekstrahowane z błon i mitochondriów.
Ściśle związane lipidy. Występują w kompleksach utworzonych przez wiązania kowalencyjne i nie można ich usunąć za pomocą rozpuszczalników. Najpierw kompleks ulega zniszczeniu poprzez hydrolizę słabymi rozpuszczalnikami kwasów lub zasad, a następnie uwolnione lipidy ekstrahuje się rozpuszczalnikiem organicznym.
Wszystkie grupy lipidów można rozróżnić krok po kroku.
Oprócz ekstrakcji rozpuszczalnikami organicznymi stosuje się ekstrakcję gazami skroplonymi (butyną, azotem, amoniakiem, CO2, freonami, argonem itp.). Ponieważ ekstrakcja odbywa się w niższych temperaturach, ryzyko utleniania, rozkładu i utraty cennych właściwości podczas odparowania jest zminimalizowane. Najbardziej obiecująca jest ekstrakcja CO 2 (28 0 C, p = 65-70 atm.), wydajność ilościowa sięga 98%.
Po izolacji powstałą mieszaninę lipidów poddaje się frakcjonowaniu (rozdzieleniu na poszczególne składniki) i analizie. Ogólnie schemat analizy lipidów wygląda następująco:
triacyloglicerydy
diacyloglicerydy
monoacyloglicerydy
wolne kwasy tłuszczowe
sterole, witaminy itp.
Najskuteczniejszą i powszechnie stosowaną metodą frakcjonowania złożonych mieszanin lipidów jest chromatografia (adsorpcja). Stosowany jest zarówno do celów analitycznych, jak i preparatywnych. Najbardziej skuteczna jest chromatografia cienkowarstwowa. Istnieją różne metody rozdziału chromatograficznego (jednowymiarowe, dwuwymiarowe, eluenty o różnej polarności).
Główne cechy lipidów to:
Liczba kwasowa(definicja została już podana) - wskaźnik charakteryzujący ilość wolnych kwasów tłuszczowych zawartych w tłuszczu. Biorąc pod uwagę, że magazynowaniu produktów spożywczych zawierających tłuszcze i oleje zawsze towarzyszy hydroliza tych ostatnich, wartość liczby kwasowej może służyć do oceny ich jakości. W technologii przetwarzania tłuszczów liczba kwasowa służy do obliczenia ilości alkaliów potrzebnych do alkalicznej rafinacji tłuszczów i olejów.
Liczba zmydlania równa liczbie mg KOH potrzebnej do zmydlenia glicerydów i zneutralizowania uwolnionych i wolnych kwasów tłuszczowych w 1 g tłuszczu lub oleju. Na podstawie liczby zmydlenia można ocenić średnią masę cząsteczkową kwasów tłuszczowych zawartych w kompozycji i określić ilość zasad wymaganą do zmydlenia tłuszczu podczas wytwarzania mydła.
Liczba jodowa– wskaźnik charakteryzujący nienasycenie kwasów tłuszczowych tworzących tłuszcz. Wyraża się go jako procent równoważnika jodu w stosunku do halogenu dodanego do 100 g tłuszczu. Istnieje kilka metod oznaczania liczby jodowej. Jedną z najpopularniejszych jest metoda bromometryczna. W tym przypadku stosuje się roztwór bromu w bezwodnym alkoholu metylowym nasyconym NaBr, z którym brom tworzy silny związek kompleksowy
Odrywający się brom reaguje z nienasyconymi glicerydami
Nieprzereagowany brom miareczkuje się jodometrycznie
i uwolniony jod miareczkuje się tiosiarczanem sodu.
Stąd łatwo jest obliczyć liczbę jodową tłuszczu. Liczba jodowa jest szeroko stosowana do określenia rodzaju tłuszczu, jego zdolności do „suszenia” oraz obliczenia ilości wodoru potrzebnego do jego uwodornienia.
Chemiczna synteza lipidów
Do celów badawczych i praktycznych lipidy są zwykle izolowane ze źródeł naturalnych. Jednak w niektórych przypadkach konieczna jest synteza chemiczna, np. aby ostatecznie udowodnić strukturę nowych typów substancji lipidowych izolowanych z organizmów roślinnych, zwierzęcych czy mineralnych, rozwój badań membranowych postawił na porządku dziennym problemy syntezy preparatywnej wielu lipidy błonowe, dodatkowo w badaniu funkcji lipidów, w badaniu mechanizmów ich interakcji z innymi składnikami żywej przyrody wymagane są zmodyfikowane lipidy, lipidy zawierające znacznik promieniowania.
Złożoność budowy chemicznej lipidów i ich duża różnorodność wymagają stosowania szerokiej gamy metod syntezy. Ale jeśli nie dotkniemy metod otrzymywania nasyconych i nienasyconych kwasów karboksylowych, to sprowadzają się one do następujących
1. Acylacja grupy hydroksylowe glicerolu lub grupy aminowe sfingozyny. Jako środki acylujące stosuje się kwasy tłuszczowe, ich halogenki i bezwodniki kwasowe.
2. Alkilowanie stosowany w syntezie lipidów z wiązaniem eterowym. Jako odczynniki stosuje się halogenki alkilu lub estry kwasów para-toluenosulfonowych.
3. Fosfoliacja- Jest to obowiązkowy etap syntezy fosfolipidów. W tym celu przygotowuje się chlorofosforany lub sole srebra podstawionych kwasów fosforowych i poddaje reakcji z gliceryną lub sfingozyną lub ich pochodnymi monohydroksylowymi
4. Glikozylacja – wykorzystywana jest w syntezie glikolipidów, specyficznym katalizatorem glikozylacji jest cyjanek rtęci. Można również stosować biokatalizatory, takie jak lipaza.
Szeroko stosuje się także reakcję wymiany grup funkcyjnych w obecności biokatalizatorów.
Fosfolipidy różnego typu można również otrzymać bezpośrednio z kwasu fosfatydowego poprzez jego estryfikację odpowiednim aminoalkoholem w obecności środka kondensującego
Wszystkie opisane metody nadają się również do syntezy sfingolipidów.
Wartość odżywcza olejów i tłuszczów
Tłuszcze i oleje roślinne są składnikiem pożywienia, źródłem energii i tworzywa sztucznego dla człowieka oraz dostawcą szeregu niezbędnych mu substancji (nienasyconych kwasów tłuszczowych, fosfolipidów, witamin rozpuszczalnych w tłuszczach). Wszystkie te substancje są niezbędnymi czynnikami odżywczymi, decydującymi o jego wartości biologicznej. Zalecana zawartość tłuszczu w diecie człowieka wynosi 30-33%. W regionach południowych jest to nieco mniej - 27-28%, a w regionach północnych - ponad 38-40%. Średnio jest to 90-102 g dziennie, bezpośrednio w postaci tłuszczów 45-50 g. Ciągła rezygnacja z tłuszczów lub spożywanie wyłącznie tłuszczów w połączeniu z niezbędnymi składnikami prowadzi do poważnych zaburzeń stanu fizjologicznego człowieka. Aktywność centralnego układu nerwowego zostaje zakłócona, odporność spada, a średnia długość życia jest zmniejszona. Nadmierne spożycie tłuszczu jest niepożądane. Prowadzi do otyłości i wielu chorób układu krążenia.
W składzie produktów spożywczych wyróżnia się tłuszcze widoczne (oleje roślinne, tłuszcze zwierzęce, masło, margaryna itp.) i tłuszcze niewidoczne (tłuszcz w mięsie i produktach mięsnych, rybach, mleku, nabiale, zbożach, pieczywie i pieczywie) . Najwięcej niewidocznych tłuszczów znajduje się w czekoladzie, słodyczach, serach i wędlinach. Ważna jest nie tylko ilość wchłoniętego tłuszczu, ale także jego skład. Kwas linolowy i linolenowy nie są syntetyzowane w organizmie człowieka, kwas arachidonowy jest syntetyzowany z kwasu linolowego. Te trzy rodzaje kwasów są niezbędne. Biorą udział w budowie błon komórkowych, prostaglandyn, uczestniczą w regulacji metabolizmu, regulacji metabolizmu w komórkach, regulacji ciśnienia krwi, agregacji płytek krwi oraz regulują wiele innych procesów. Wszystkie te funkcje są wykonywane tylko cis-izomery kwasów nienasyconych. W przypadku braku niezbędnych kwasów tłuszczowych rozwijają się różne choroby. Spośród niezbędnych kwasów największą aktywność wykazuje kwas arachidonowy, kolejnym pod względem aktywności jest kwas linolowy, kwas linolenowy jest 8-10 razy mniej aktywny niż kwas linolowy. Kwasy pentoenowe zawarte w tłuszczu rybim korzystnie wpływają na organizm.
Wśród produktów spożywczych najbogatsze w kwasy wielonasycone są oleje roślinne, zwłaszcza kukurydziany, słonecznikowy i sojowy. Zawartość kwasu linolowego w nich sięga 50-60%, w tłuszczach zwierzęcych - tylko 0,6%. Kwas arachidonowy występuje w produktach spożywczych w niewielkich ilościach. Najwięcej jest w jajach - 0,5%, a w tłuszczach roślinnych praktycznie nie ma go wcale.
Obecnie uważa się, że dzienne zapotrzebowanie na kwas linolowy powinno wynosić 6-10 g, minimum 2-6 g, a jego całkowita zawartość w tłuszczach dietetycznych powinna wynosić co najmniej 4% całkowitej zawartości kalorii. Zatem skład kwasów tłuszczowych przeznaczonych do żywienia zdrowego organizmu powinien być zrównoważony: 10-20% - wielonienasycone, 50-60% - jednonienasycone i 30% nasycone, z których część powinna być średniołańcuchowa. Zapewnia to stosowanie w diecie 1/3 tłuszczów roślinnych i 2/3 tłuszczów zwierzęcych.
W zależności od wieku i osób cierpiących na choroby układu krążenia proporcja ta zmienia się na korzyść kwasów nienasyconych: stosunek kwasów wielonienasyconych do nienasyconych wynosi ~2:1, a kwasu linolowego i linolenowego ~10:1. Uważa się, że lepiej jest stosować tłuszcze o zbilansowanym składzie w jednym posiłku.
Ważną grupą lipidów w żywieniu są fosfolipidy, które biorą udział w budowie błon komórkowych i transporcie tłuszczu w organizmie, przyczyniają się do lepszego wchłaniania tłuszczów i zapobiegają stłuszczeniu wątroby. Ogólne zapotrzebowanie człowieka na fosfolipidy wynosi 5 g dziennie. Istnieją ograniczenia dotyczące cholesterolu. Wraz ze wzrostem jego poziomu we krwi wzrasta ryzyko wystąpienia i rozwoju miażdżycy. Dzienne spożycie cholesterolu nie powinno przekraczać 0,5 g. Najwięcej cholesterolu znajduje się w jajach, maśle i podrobach.
Węglowodany
WYKŁAD nr 1
Węglowodany są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i odgrywają ważną rolę w procesach życiowych różnych organizmów. Należy zaznaczyć, że glukoza powstaje praktycznie z niczego, będąc pierwszą substancją żywej komórki na szlaku biosyntezy. Jeśli aminokwasy, a zwłaszcza ich pochodne polimerowe, polipeptydy i białka, są bardziej skoncentrowane w organizmach żywych, to węglowodany w roślinach. Są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i występują zarówno w postaci wolnej, jak i związanej. Węglowodany stanowią ¾ całego świata biologicznego, celuloza jest jednostką strukturalną świata roślin (80-90%), a głównym węglowodanem w diecie jest skrobia. W organizmie zwierzęcia węglowodany stanowią 2% masy.
Lipidy są najważniejszym źródłem rezerw energetycznych organizmu. Fakt jest oczywisty już na poziomie nomenklatury: greckie „lipos” tłumaczone jest jako tłuszcz. W związku z tym kategoria lipidów łączy substancje tłuszczopodobne pochodzenia biologicznego. Funkcjonalność związków jest dość zróżnicowana, co wynika z niejednorodności składu tej kategorii obiektów biologicznych.
Jakie funkcje pełnią lipidy?
Wymień główne funkcje lipidów w organizmie, które są podstawowe. Na etapie wstępnym wskazane jest podkreślenie kluczowej roli substancji tłuszczopodobnych w komórkach organizmu człowieka. Podstawowa lista obejmuje pięć funkcji lipidów:
- rezerwa energii;
- tworzenie struktury;
- transport;
- izolacyjny;
- sygnał
Do drugorzędnych zadań, które lipidy pełnią w połączeniu z innymi związkami, należą role regulacyjne i enzymatyczne.
Rezerwa energetyczna organizmu
To nie tylko jedna z ważnych, ale i priorytetowa rola związków tłuszczopodobnych. Tak naprawdę część lipidów jest źródłem energii dla całej masy komórkowej. Rzeczywiście tłuszcz dla komórek jest analogiem paliwa w baku samochodu. Funkcja energetyczna lipidów realizowana jest w następujący sposób. Tłuszcze i podobne substancje ulegają utlenieniu w mitochondriach, rozkładając się na wodę i dwutlenek węgla. Procesowi towarzyszy uwolnienie znacznej ilości ATP – wysokoenergetycznych metabolitów. Ich podaż pozwala komórce uczestniczyć w reakcjach zależnych od energii.
Cegiełki
Jednocześnie lipidy pełnią funkcję konstrukcyjną: za ich pomocą powstaje błona komórkowa. W procesie tym biorą udział następujące grupy substancji tłuszczopodobnych:
- cholesterol jest alkoholem lipofilowym;
- glikolipidy – związki lipidów z węglowodanami;
- Fosfolipidy to estry złożonych alkoholi i wyższych kwasów karboksylowych.
Należy zauważyć, że utworzona membrana nie zawiera bezpośrednio tłuszczów. Powstała ściana pomiędzy komórką a środowiskiem zewnętrznym okazuje się dwuwarstwowa. Osiąga się to dzięki bifiliczności. Ta cecha lipidów wskazuje, że jedna część cząsteczki jest hydrofobowa, to znaczy nierozpuszczalna w wodzie, a druga, wręcz przeciwnie, jest hydrofilowa. W rezultacie powstaje dwuwarstwa ściany komórkowej w wyniku uporządkowanego ułożenia prostych lipidów. Cząsteczki zwracają swoje hydrofobowe regiony ku sobie, podczas gdy ich hydrofilowe ogony skierowane są do wewnątrz i na zewnątrz komórki.
Określa to funkcje ochronne lipidów błonowych. Po pierwsze, membrana nadaje komórce kształt, a nawet go utrzymuje. Po drugie, podwójna ściana jest rodzajem punktu kontroli paszportowej, który nie pozwala na przejście niechcianych gości.
Autonomiczny system ogrzewania
Oczywiście nazwa ta jest dość dowolna, ale ma całkiem spore zastosowanie, jeśli weźmiemy pod uwagę, jakie funkcje pełnią lipidy. Związki nie tyle nagrzewają organizm, ile zatrzymują ciepło w jego wnętrzu. Podobną rolę pełnią złogi tłuszczowe gromadzące się wokół różnych narządów oraz w tkance podskórnej. Ta klasa lipidów charakteryzuje się wysokimi właściwościami termoizolacyjnymi, co chroni najważniejsze narządy przed hipotermią.
Zamawiałeś taksówkę?
Rolę transportową lipidów uważa się za funkcję drugorzędną. Rzeczywiście, przenoszenie substancji (głównie trójglicerydów i cholesterolu) odbywa się za pomocą oddzielnych struktur. Są to połączone kompleksy lipidów i białek zwane lipoproteinami. Jak wiadomo, substancje tłuszczopodobne są nierozpuszczalne w wodzie, odpowiednio, w osoczu krwi. Natomiast funkcje białek obejmują hydrofilowość. W rezultacie rdzeń lipoproteinowy jest zbiorem trójglicerydów i estrów cholesterolu, natomiast otoczka jest mieszaniną cząsteczek białka i wolnego cholesterolu. W tej postaci lipidy dostarczane są do tkanek lub z powrotem do wątroby w celu usunięcia z organizmu.
Drobne czynniki
Lista 5 wymienionych już funkcji lipidów uzupełnia szereg równie ważnych ról:
- enzymatyczny;
- sygnał;
- regulacyjne
Funkcja sygnału
Niektóre złożone lipidy, w szczególności ich budowa, umożliwiają przekazywanie impulsów nerwowych pomiędzy komórkami. Glikolipidy pośredniczą w tym procesie. Nie mniej ważna jest umiejętność rozpoznawania impulsów wewnątrzkomórkowych, realizowanych także przez struktury tłuszczopodobne. Pozwala to na wybranie z krwi substancji potrzebnych komórce.
Funkcja enzymatyczna
Lipidy, niezależnie od ich umiejscowienia w błonie lub poza nią, nie wchodzą w skład enzymów. Jednak ich biosynteza zachodzi w obecności związków tłuszczopodobnych. Dodatkowo lipidy biorą udział w ochronie ściany jelita przed enzymami trzustkowymi. Nadmiar tego ostatniego jest neutralizowany przez żółć, w której w znacznych ilościach zawarty jest cholesterol i fosfolipidy.
