Biochemický ústav LF MU (J.D.), 2008

Transkript

1 Biochemický ústav LF MU (J.D.),

2 Rozdělení lipidů viz LCH II Příloha 4 Jednoduché triacylglyceroly vosky ceramidy nepolární Složené glycerofosfolipidy sfingofosfolipidy glykosfingolipidy polárně-nepolární nerozpustné ve vodě rozpustné v lipofilních rozpouštědlech orientují se na fázovém rozhraní 2

3 Lipofilní rozpouštědla jsou značně toxická trichlorethen Cl 2 C=CHCl (hepatotoxický) tetrachlorethen Cl 2 C=CCl 2 (hepatotoxický) chloroform CHCl 3 (hepatotoxický, kancerogen?) tetrachlormethan CCl 4 ( extrémně hepatotoxický) benzen C 6 H 6 ( karcinogen!) toluen C 6 H 5 -CH 3 (poškozuje plíce, vzniká závislost) nitrobenzen C 6 H 5 -N 2 ( methemoglobinémie) sirouhlík CS 2 ( neurotoxický) 3

4 Doprovodné látky lipidů lipofilní vitaminy (retinol, tokoferoly, kalcioly, fylochinon) terpeny, antioxidanty apod. cholesterol, fytosteroly apod. Přísné beztukové diety mohou vést k deficitu lipofilních vitaminů, antioxidantů a esenciálních mastných kyselin. 4

5 Lipofilní vitaminy a antioxidanty Sloučenina Základ struktury Hlavní zdroje v potravě Retinol isopren (karoten) máslo, žloutek, játra, zelenina Karotenoidy Skvalen Fylochinon isopren isopren naftochinon barevná zelenina a ovoce rybí tuk, olivový olej (extra virgin) zelenina, játra, vzniká ve střevě Tokoferol chroman ořechy, semena, rostlinné oleje Kalciol cholesterol rybí tuk, máslo, vzniká v kůži (UV) 5

6 Karotenoidy: lykopen není prekurzor retinolu, nemá β-jononový kruh lykopen β-karoten H H 2x retinol 6

7 CH 3 H CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C CH 3 CH 3 CH 3 tokoferol H 3 C CH 3 CH 3 H CH 3 H CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 H kalciol CH 3 fylochinon H 3 C CH 3 7

8 Mastné kyseliny (MK) Fatty acids (FA) 8

9 Tři synonyma pro slovo mastný 1. Nepolární 2. Lehčí jak voda = hydrofobní = hustota < 1 g/ml = nerozpustný ve vodě = plovoucí na vodě = nemísitelný s vodou = tvořící horní fázi = lipofilní = rozpustný v nepolárních = tvořící oka na hladině rozpouštědlech (polévky) 3. bsahující dlouhé řetězce s C-H vazbami 9

10 mastná látka (tuky, uhlovodíky) voda (ρ = 1 g/ml) 10

11 becné vlastnosti mastných kyselin alifatické, monokarboxylové většinou sudý počet C, biosyntéza z acetyl-coa (2C) nasycené, nenasycené - konfigurace cis trans-konfigurace výjimečná volné MK jsou nepolární, ve vodě prakticky nerozpustné velmi slabé kyseliny (pk A ~ 10) 11

12 Rozdělení mastných kyselin nasycené (SAFA) saturated fatty acids mononenasycené (MUFA) monounsaturated fatty acids polynenasycené (PUFA) polyunsaturated fatty acids 12

13 Nižší SAFA jsou pouze v mléčném tuku C4 máselná C6 kapronová, C8 kaprylová, C10 kaprinová (lat. capra, ae, f. koza, obsažené v kozím mléce) C8-C10 MCFA (medium chain fatty acids) volné mají nepříjemný zápach lehce stravitelné výborný zdroj energie výskyt: triacylglyceroly mléčného tuku 13

14 Vyšší SAFA převažují v pevných tucích C12 laurová, C14 myristová (kokosový tuk) C16 palmitová, C18 stearová (máslo, sádlo, kakaové máslo, ztužené tuky) C20 arachidová C22 - C36 (vosky) 14

15 Biochemický význam SAFA zdroj energie při nadměrném příjmu podporují obezitu, vývoj aterosklerózy (zejména C12, C14, C16), zvyšují celkový a LDL-cholesterol doporučuje se omezovat příjem SAFA výskyt: triacylglyceroly sádla, másla, tučného masa, ztužených pokrmových tuků, kokosového tuku kakaový tuk (převažuje C18) netřeba omezovat, stearová působí neutrálně, navíc kakao obsahuje antioxidanty 15

16 Mastné kyseliny mají největší obsah energie 0 H -I CH 2 H 0 H 0 0 H I H Průměrné ox.č. C = 0,0 -III H 3 C -II Průměrné ox.č. C = -1,8 C je nejvíce redukovaný bsah energie v živinách III CH -III H 3 C 0 III CH CH Tuky 38 kj/g Sacharidy 17 kj/g NH 2 Bílkoviny 17 kj/g Průměrné ox.č. C = 0,0 16

17 MUFA převažují v řepkovém a olivovém oleji 16:1(9) palmitoolejová 18:1(9) olejová zkrácený zápis: 18:1 (9) poloha dvojných vazeb počet dvojných vazeb počet C 17

18 lejová kyselina (cis-oktadec-9-enová) 1 CH 9 H H 18 18

19 Biochemický význam MUFA hlavně olejová kyselina, zdroj energie příznivý vliv na krevní lipidy, snižují LDL-cholesterol, lipoproteiny bohaté na MUFA jsou odolnější vůči lipoperoxidaci fenolové sloučeniny obsažené v panenském olivovém oleji (extra virgin) zvyšují antioxidační kapacitu LDL středomořská dieta - komplexní fenomén, nízký výskyt kardiovaskulárních a nádorových chorob doporučuje se dostatečný příjem MUFA výskyt: triacylglyceroly v olivovém a řepkovém oleji 19

20 Pyramida středomořské stravy několikrát za měsíc červené maso několikrát týdně ryby, drůbež, vejce, sladkosti denně chléb, těstoviny, zelenina, luštěniny, ovoce, ořechy, olivy, olivový olej, sýr feta, jogurty, lehké víno 20

21 PUFA jsou ve slunečnicovém oleji (n-6) a rybím tuku (n-3) 18:2 (9,12) linolová (LA) n-6 esenciální 18:3 (9,12,15) α-linolenová (ALA) n-3 esenciální 20:4 (5,8,11,14) arachidonová n-6 20:5 (5,8,11,14,17) ikosapentaenová (EPA) n-3 22:6 (4,7,10,13,16,19) dokosahexaenová (DHA) n-3 21

22 Symbolika n-9, n-6, n-3 n = počet uhlíků v MK rozdíl vyjadřuje polohu dvojné vazby od posledního (methylového) uhlíku CH n n-3 22

23 Esenciální MK jsou linolová (LA) a α-linolenová (ALA) nemohou vznikat v organismu, protože chybí enzymy na příslušné desaturace desaturace u člověka probíhá pouze od C1 do C9 desaturace typu n-6 a n-3 probíhají pouze v rostlinách esenciální MK musí být přijímány v potravě (6-8 g denně) optimální poměr je LA : ALA = 5 : 1 ne vyšší! 23

24 Průměrný obsah esenciálních MK v rostlinných olejích (%) lej LA ALA LA : ALA livový* Řepkový : 1 Slunečnicový : 1 Sójový : 1 * Ve středomoří pochází ALA hlavně z ryb ptimální poměr LA : ALA = 5 : 1 24

25 Metabolismus linolové kyseliny (LA, n-6) 18:2 (9,12) linolová desaturace 18:3 (6,9,12) elongace elongace probíhá od karboxylu (C1), poslední dvojná vazba zůstává n-6 20:3 (8,11,14) desaturace 20:4 (5,8,11,14) arachidonová není esenciální 25

26 Biochemický význam PUFA snižují hladinu cholesterolu v plazmě přeměňují se na další PUFA a ikosanoidy nadměrný příjem může škodit, protože jsou citlivé na lipoperoxidaci převaha účinků ikosanoidů odvozených od linolové kys. (LA) má nepříznivé zdravotní účinky (zvýšená krevní srážlivost aj.) výskyt: triacylglyceroly slunečnicového a sójového oleje (n-6, LA), rybího tuku (n-3, ALA) 26

27 LA, linolová kyselina 18:2 (9,12) 12 izolované dvojné vazby CH 1 18 n = = 6 typ = n-6 27

28 bsah MK ve vybraných tucích (%) Tuk SAFA MUFA PUFA Sádlo Máslo a Kokosový tuk b Margariny Řepkový olej livový olej Slunečnicový olej a Zbytek do 100 % tvoří cca 3 % trans-mk b Vynikající surovina na výrobu mýdla. Jako potravinový tuk nevhodný. Pro dobré fyzikální vlastnosti je součástí zmrzlin, nanuků, mražených krémů apod. 28

29 trans-mastné kyseliny mají nepříznivý vliv na hladinu cholesterolu Přirozený výskyt podkožní tuk přežvýkavců, lůj (3-7 %) mléčný tuk přežvýkavců, máslo (3 %) Syntetický původ pokrmové tuky ztužované hydrogenací výrobky z takových tuků: sušenky, trvanlivé pečivo Podle současné legislativy nejsou výrobci povinni uvádět na obalu obsah trans-mk. Složení mastných kyselin uvádějí pouze na výrobcích, kde je jejich složení příznivé. Je to jediné vodítko pro spotřebitele, aby si vybral vhodný výrobek. 29

30 Srovnejte: Tvar molekul MK C H C H C H c i s t r a n s n a s y c e n á 30

31 Glycerol (propan-1,2,3-triol) trojsytný alkohol alkoholová složka CH 2 H lipidů takto prezentovaný H 1 2 CH vzorec se označuje CH 2 H jako sn-glycerol 3 sn stereospecific numbering 31

32 Tuky jsou triestery glycerolu CH 2 C C CH CH 2 C nasycený triacylglycerol (TAG) 32

33 Disperzní mezimolekulární interakce mezi extendovanými řetězci nasycených MK v TAG jsou rozsáhlé důsledkem je vyšší teplota tání a tuhá konzistence tristearoylglycerol 33 důsledkem je vyšší teplota tání a tuhá konzistence

34 Trioleoylglycerol (tvar molekuly není protáhlý) C C H 2 C C H C H 2 C 34

35 Disperzní mezimolekulární interakce mezi nenasycenými TAG jsou omezené trilinoloylglycerol důsledkem je nižší teplota tání a kapalná konzistence (oleje) 35

36 Chemické přeměny tuků hydrogenace (in vitro) re-esterifikace (in vitro) ztužování hydrolýza (in vitro, in vivo) lipoperoxidace (in vitro, in vivo) žluknutí (in vitro) 36

37 Ztužování olejů Stará metoda katal. hydrogenace radikálová reakce nespecifická olej + H 2 (g) + kat.(ni) vznikají trans-mk Nová metoda re-esterifikace bazicky katalyzovaná výměna acylů pevný tuk + olej nevznikají trans-mk 37

38 Re-esterifikace TAG (výměna acylů) C CH 2 CH C CH 2 C CH 2 C C CH CH 2 C 38

39 Hydrolýza triacylglycerolů může probíhat trojím způsobem kyselá glycerol + 3 MK alkalická glycerol + 3 soli MK enzymová 2-acylglycerol + 2 MK (převážně) 39

40 Kyselou hydrolýzou TAG vznikají volné MK C H 2 C C C H C H 2 C 3 H 2 H + H C H 2 C H H 3 H C C H 2 H 40

41 Alkalickou hydrolýzou TAG vznikají mýdla C C H 2 C C H C H 2 C 3 N a H H C H 2 C H H 3 N a C C H 2 H Mýdlo (sodná sůl vyšší mastné kyseliny) je aniontový tenzid 41

42 Složení mýdla Aqua, Sodium Tallowate, Sodium Lardate, Sodium Cocoate, Perfume, Glycerine, Almond Extract, Sodium Chloride, Titanium Dioxide, EDTA, CI viz Semináře, Str

43 Enzymovou hydrolýzou v tenkém střevě vznikají dva typy přirozených tenzidů C C H 2 C C H C H 2 C 2 H 2 pankreatická lipasa C C H 2 C H H 2 H C 2-acylglycerol je neiontový tenzid C H 2 H volná MK disociuje a tvoří aniontový tenzid ph pankreatické šťávy 7,5-8,8 43

44 Přirozené tenzidy při vstřebávání tuků Tenzid Typ Původ Žlučové kyseliny aniontový z cholesterolu v játrech 2-Acylglycerol neiontový hydrolýza TAG ve střevu Anionty MK aniontový hydrolýza TAG ve střevu Fosfolipidy amfoterní potrava Vytvářejí micelu, která vstupuje do enterocytu 44

45 Lipoperoxidace in vivo reakce PUFA (tři více dvojných vazeb) s volnými radikály ( H, R, R) řetězová reakce, neenzymová produkty jsou vyšší aldehydy, plynné alkany (ethan), malondialdehyd =CH-CH 2 -CH= MDA poškozuje bílkoviny a další biomolekuly 45

46 Jak lze omezit lipoperoxidaci v lidském těle? 46

47 Žluknutí tuků soubor reakcí, které vedou ke zhoršení organoleptických vlastností tuku hydrolytické, oxidační, kombinované urychluje: kyslík, teplo, světlo, stopy kovů, mikroorganismy, plísně (plísňové sýry a trvanlivé salámy mohou obsahovat značné množství volných MK) Prevence: tuky uchovávat v chladu a temnu, v uzavřených nádobách, při kupování pečlivě prozkoumat expirační dobu 47

48 Tuky v medicině Externí aplikace - masťové, krémové a čípkové základy adeps lanae (tuk ovčí vlny), adeps suillus (vepřové sádlo) stearinum (směs stearové a palmitové kys.) helianthi oleum (slunečnicový olej), olivae oleum (olivový olej) cacao oleum (kakaové máslo) Parenterální aplikace - infuzní roztoky sojae oleum emulsio (10-20 %) 48

49 Tuky ve výživě Zjevné spotřebitel dobře ví, že si kupuje tuk máslo, sádlo, margariny, oleje. Skryté spotřebitel si neuvědomuje, že konzumuje tuk uzeniny, paštiky (20-60 %) sušenky (20-45 %) sýry (20-70 %) smažené potraviny nanukové dorty a další 49

50 Doporučený poměr živin Živina Procento příjmu energie/den Škroboviny % SAFA 5 % Tuky 30 % MUFA 20 % Bílkoviny % PUFA 5 % 50

51 Výživová doporučení týkající se lipidů omezovat tuky se SAFA (často obsahují cholesterol) zvýšit spotřebu olivového, řepkového oleje a ryb slunečnicový a sojový olej s opatrností (po lžičkách!) zvýšit spotřebu emulgovaných tuků (místo másla) vyhýbat se trans-mk vyhýbat se přepáleným tukům smažené pokrmy s mírou 51

52 Některé tuky jsou emulze typu v/o Produkt bsah tuku bsah vody Máslo a 80 % 20 % Margariny b % % a Emulgátory: mléčné proteiny (kasein) a fosfolipidy b Emulgátory: monoacylglyceroly, diacylglyceroly C C CH 2 CH CH 2 H 52

53 Tuky na smažení musí být odolné proti lipoperoxidaci Vhodné ztužené 100% tuky oleje s vyšší oxidační stabilitou (olivový olej, fritovací oleje) Nevhodné slunečnicový olej sójový olej máslo* sádlo* * bsahují cholesterol, oxidační produkty cholesterolu vznikající při smažení jsou považovány za vysoce škodlivé 53

54 Srovnejte: výhody nevýhody livový olej Převažuje olejová kys. dolný k oxidaci Spotřebu netřeba omezovat Vhodný na smažení Dovoz (I, E, GR) Cena: Nahořklá chuť Slunečnicový olej Převažuje linolová kys. Náchylný k oxidaci Spotřebu s mírou Nevhodný na smažení Domácí surovina Cena: Neutrální chuť 54

55 Srovnejte: výhody nevýhody Sádlo Homogenní fáze Relativně stabilní Vyšší SAFA Hůře stravitelné Žádné vitaminy Cholesterol: Cena: Máslo Emulze v/o Rychle žlukne Nižší SAFA Lehce stravitelné Vit. A, D, E, karoteny Cholesterol: Cena: 55

56 Vosky jsou estery vyšších MK a vyšších alkoholů C včelí vosk (hexakosyl-dokosanoát) vorvaňovina (hexadecyl-palmitát) lanolin (složitá směs vosků + vyšších alkoholů) vyšší alkoholy - neiontové emulgátory význam ve farmacii a kosmetice 56

57 Regenerační krémy jsou mastné (emulze v/o) Modelové složení (typ Indulona) Aqua = polární fáze (minoritní) Paraffinum liquidum = nepolární fáze (převažující) Lanolin = neiontový emulgátor Cholesterol = neiontový emulgátor viz také Semináře, str

58 Komponenty složených lipidů cholin glycerol serin mastná kyselina fosfát inositol a další... sfingosin monosacharid viz LCH II Příloha 4 oligosacharid N-acetylneuraminová kys. 58

59 Glycerofosfolipidy základní struktura - fosfatidová kyselina acyl je fosfatidyl fosfolipidy jsou hlavní lipidovou součástí biologických membrán meziprodukty lipidového metabolismu speciální funkce 59

60 Fosfatidová kyselina C H 2 C C C H C H 2 P H H f o s f a t i d y l 1,2-diacylglycerol-3-fosforečná kyselina 60

61 Rozlišujte Fosfatidát = anion kyseliny fosfatidové (odstranění H + ) Fosfatidyl = acyl kyseliny fosfatidové (odstranění skupiny H) 61

62 Glycerofosfolipidy C H 2 C C C H C H 2 d i e s t e r k y s e l i n y f o s f o r e č n é P X c h o l i n e t h a n o l a m i n s e r i n i n o s i t o l g l y c e r o l f o s f a t i d y l g l y c e r o l p ř i f y z i o l o g i c k é m p H d i s o c i o v a n á 62

63 Polární složky fosfolipidů Metabolický původ Svojí hydroxylovou skupinou vytváří ester s kyselinou fosfatidovou dekarboxylace methylace (SAM) H CH 2 CH CH H CH 2 CH 2 NH 2 H CH 2 CH 2 CH 3 N CH 3 NH 2 CH 3 serin ethanolamin cholin Exogenní zdroj: bílkoviny v potravě H H Endogenní zdroj: glycin + H-CH 2 -FH 4 Exogenní zdroj: prakt. všechny potraviny Endogenní zdroj: glukosa-6-p H H H H inositol 63

64 Fosfatidylcholin je amfoterní tenzid acyl MK glycerol C CH 2 fosfát kation C CH CH 3 CH 2 P CH 2 CH 2 N CH 3 nepolární část cholin CH 3 anion polární část piktogram 64

65 Dipalmitoylfosfatidylcholin je hlavní složkou plicního surfaktantu výdech atelektáza vdech snižuje povrchové napětí na povrchu alveolů zabraňuje kolabování plicních alveolů při výdechu usnadňuje otevření alveolů během aspirace nedostatek surfaktantu dechová tíseň (atelektáza) 65

66 Jazyková poznámka: surfaktant z angličtiny: surface-active substance povrchově aktivní látka = tenzid slovo surfaktant se samostaně neužívá pouze v ustáleném spojení plicní surfaktant 66

67 Fosfolipidy tvoří dvojvrstvu v buněčných membránách Buněčná membrána je převážně nepolární útvar Nepolární látky přecházejí snadno ( 2, C 2, některé léky a toxiny) Polární a iontové látky vyžadují přenašeče 67

68 Fosfatidylinositol C H 2 C C C H C H 2 H H P H H H Tvoří až 20 % fosfolipidů v membránách 68

69 PIP 2 je prekurzorem druhého posla C H 2 C C C H C H 2 H H P P H P fosfatidylinositol-4,5-bisfosfát (PIP 2 ) Druhý posel: inositoltrisfosfát (IP 3 ) a diacylglycerol (DAG) 69

70 Kardiolipin je v mitochondriální membráně f o s f a t i d y l C C C C C H 2 C H C H 2 C H 2 C H C H 2 P P C H 2 C H H f o s f a t i d y l C H 2 g l y c e r o l 1,3-bisfosfatidylglycerol 70

71 Plasmalogen (plasmenylcholin) etherová vazba alkenyl CH 2 C CH acyl CH 2 P CH 3 CH 2 CH 2 N CH 3 CH 3 Tvoří cca 10 % fosfolipidů v mozku a svalech 71

72 Lysofosfolipidy - meziprodukty metabolismu fosfolipidů H CH 2 C 2 CH CH 2 P X 2-deacylfosfolipidy 72

73 Sfingofosfolipidy základem je nenasycený C18 aminoalkohol sfingosin (2-aminooktadec-4-en-1,3-diol) konfigurace na dvojné vazbě je trans 73

74 Sfingosin má 18 uhlíků 16 pochází z palmitové kyseliny, 2 ze serinu H 2 1 H primární alkohol. skup. váže kys. fosforečnou nebo sacharid 4 3 NH 2 aminoskupina váže MK serin (3C) 18 palmitoyl-coa (16C) 74

75 Ceramidy nemají biochemický význam, ale jsou základem struktury sfingolipidů sfingosin H NH H mastná kyselina amidová vazba 75

76 Sfingomyeliny sfingosin mastná kyselina H NH amid ester fosfát P CH 3 CH 2 CH 2 N CH 3 CH 3 ester cholin ve velkém množství v mozku a v nervové tkáni MK - lignocerová 24:0 a nervonová 24:1(15) 76

77 Glykosfingolipidy Neutrální cerebrosidy globosidy obsahují galaktosu nebo glukosu Kyselé sulfoglykosfingolipidy (estery kyseliny sírové) gangliosidy - obsahují sialovou kyselinu 77

78 Cerebrosidy jsou monoglykosylceramidy ceramid HN H H H H galaktosa H -glykosidová vazba galaktosylceramid 78

79 Sulfoglykosfingolipidy HN CH 2 H H S 3 H H H C3 hydroxyl galaktosy je esterifikován kys. sírovou 79

80 K sulfataci je třeba kofaktor PAPS NH 2 3 -fosfoadenosin-5 -fosfosulfát smíšený anhydrid H 2 S 4 a H 3 P 4 S P N N CH 2 N N esterifikace hydroxylových skupin H kys. sírovou P 80

81 Gangliosidy (sialoglykosfingolipidy) H C C H 2 H 2 H H H C H 2 C H C H H H C H 2 H H N H N H H H C C H 3 Na oligosacharid je navázána sialová kyselina 81

82 Schéma předchozího gangliosidu Mastná kyselina Galaktosa Glukosa Sfingosin N-acetylneuraminová kyselina 82