Mastné kyseliny, lipidy 7. cvičení z Biochemie Luboš Paznocht
Mastné kyseliny monokarboxylové alifatické kyseliny (jedna -COOH sk., nearomatické) počínaje butanovou k. (4C) výše (většinou sudý počet C) MK s krátkým řetězcem (C4, C6) středně dlouhým řetězcem (C8, C10) dlouhým řetězcem (C12-C18) velmi dlouhým řetězcem (C18<) označování MK, př.: olejová k. biosyntéza vychází z acetyl-coa C18:1;9 počet uhlíků:počet dvojných vazeb;poloha dvojné vazby od COOH konce popř. C18:1;n(ω)9 počet uhlíků:počet dvojných vazeb;poloha dvojné vazby od konce řetězce
Významné MK máselná 4:0 CH 3 (CH 2 ) 2 COOH kapronová 6:0 CH 3 (CH 2 ) 4 COOH kaprylová 8:0 CH 3 (CH 2 ) 6 COOH kaprinová 10:0 CH 3 (CH 2 ) 8 COOH laurová 12:0 CH 3 (CH 2 ) 10 COOH myristová 14:0 CH 3 (CH 2 ) 12 COOH palmitová linolová olejová EPA palmitová 16:0 CH 3 (CH 2 ) 14 COOH...... +63 C stearová 18:0 CH 3 (CH 2 ) 16 COOH olejová 18:1 CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH..... +13 C linolová 18:2 CH 3 (CH 2 ) 4 CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 ) 7 COOH linolenová 18:3 CH 3 (CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 ) 7 COOH... -17 C arachidonová 20:4 CH 3 (CH 2 ) 4 CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 ) 3 COOH EPA 20:5 CH 3 (CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 ) 3 COOH DHA 22:6 CH 3 (CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 )CH=CH(CH 2 ) 2 COOH H 3 C CH 3 bod tání
nasycenost resp. nenasycenost nasycené: pouze jednoduché vazby mezi uhlíky nenasycené: alespoň 1 násobná vazba živočichové neumí syntetizovat násobné vazby (esenciální) esenciální, dieteticky hodnotnější fluidita b. m. (nenasycené vyšší fluidita) se zvyšujícím se stupněm nenasycenosti: klesá stabilita náchylnost k oxidaci (žluknutí) více násobných vazeb: zpravidla nejsou v konjugaci -CH=CH-CH=CHale spojeny methylenovými můstky -CH=CH-CH 2 -CH=CH- malé, tmavé láhve snítka rozmarýnu chlad
cis (Z) x trans (E) geometrické izomery zusammen entgegen CIS v přírodě podstatně častější navzdory energeticky náročnější biosyntéze výskyt trans izomerů vznik při smažení, ztužování přirozeně: mléko, ml. výrobky, depotní tuk přežvýkavců (bachorová mikrobiota)
Počet násobných vazeb mj. udává prostorový objem molekuly více CIS vazeb větší zakřivení molekula zabírá více místa ovl. fyzikálních vlastností tekutost (viskozita), bod tuhnutí, tání, varu fluidita buněčných membrán stearová olejová linolová linolenová EPA DHA
Reakce karboxylové skupiny MK: tvorba mýdel (soli karboxylových kyselin) stearová k. + NaOH + H 2 O R R O - Na + stearát sodný redukce na aldehyd, alkohol, popř. až na uhlovodík +H 2 +H 2 R CH 2 OH +H 2 R - H 2 O R H - H 2 O R CH 3 tvorba esterů s alkoholy jednosytné (vosky) vícesytné (lipidy)
Chemická podstata lipidů Estery nebo amidy karboxylových kyselin (nerozvětvený řetězec, sudý počet C) esterická vazba -COOH + -OH (př.: triacylglyceroly) amidická vazba -COOH + -NH 2 (př.: cerebrosidy) H 2 C OH HO CH 2 H 2 C OH H 2 O
Význam: Stavební fce (fosfolipidy buněčných membrán) Zásoba energie, 1g = 9 kcal (37 kj) x sacharidy 4 kcal, proteiny 4 kcal, alkohol 7 kcal Ochrana vnitřních orgánů (př.: ledviny), viscerální tuk Tepelná izolace (subkutánní tuk) Zdroj vody pro některé živočichy (odbourávání -> energie + voda) Vitaminy (esenciální MK: linolová k., linolenová k. tzv. vitamin F)
Fyzikální a chemické vlastnosti MK a tuků celkově hydrofobní charakter nerozpustnost ve vodě a v polárních rozpouštědlech organická rozpouštědla (hexan, aceton, různé ethery,..) nižší hustota než voda bod tání: X čím delší řetězec, tím vyšší bod tání čím více násobných vazeb, tím nižší bod tání rozpustnost ve vodě a ethanolu klesá s rostoucí délkou řetězce třepáním se tvoří emulze, trvalé emulze přídavkem detergentů princip mýdla
po čase oddělení (tuku) smetany vysoké povrchové napětí tukových kapek slučování ve větší kapky nehomogenizované mléko homogenizace: rozbití tukových kapek na určitou velikost, neschopnost vyvstat
Zmýdelňování (saponifikace) alkalická hydrolýza emulgace kapiček tuku mýdlem (solí karboxylové kyseliny) tvorba stálé emulze voda-tuk
Ztužování tuků výroba margarinů z rostlinných olejů adice vodíku (H 2 ) na násobnou vazbu linolová k. (cis) = Z Ni H 2 elaidová k. (trans) = E 18 trans oktadec-9-enová olejová k. (cis) = Z 18 cis oktadec-9-enová H 2 Ni stearová k.
Rozdělení lipidů: Jednoduché lipidy (tuky) Složené lipidy fosfolipidy Vosky glykolipidy lipoproteiny
Vosky Tvoří hydrofobní vrstvu: rostliny listy, plody, proti ztrátám vody (kutikula) živočichové pokožka, vlasy, srst, peří Estery vyšších mastných kyselin a jednosytných alkoholů alifatické alkoholy -> ceridy alicyklické alkoholy -> steridy Termín vosk čistá sloučenina (voskové estery) přírodní produkt rostlinného nebo živočišného původu (směsi vosků, uhlovodíků, volných alkoholů, ketonů, mastných kyselin, )
Jednoduché lipidy (tuky) Mono-, di- nebo triacylglyceroly (estery glycerolu) C 16:0 C 18:1 C 18:3 sádlo, máslo, lůj, margarín, olej, palmový tuk
palmový olej (tuk?) x rybí tuk (olej?) původ x konzistence za pokojové teploty konzistence za pokojové teploty, nasycenost, nenasycenost, fluidita buněčných membrán, výživové hledisko, stabilita, esencialita složení tuku urč. živočišného druhu je poměrně stálé, odchylky vlivem: stupně vývoje organismu výživy teploty prostředí čím teplota prostředí, tím nasycených MK
ESTERY GLYCEROLU dle počtu navázaných MK - 1-monoacylglyceroly nebo 2-monoacylglyceroly - 1,2-diacylglyceroly nebo 1,3-diacylglyceroly - triacylglyceroly (v přírodě nejčastější) jednoduché (všechny MK stejné) smíšené (různé MK)
Složené lipidy - fosfolipidy Obsahují glycerol, fosforečnou kyselinu, mastnou kyselinu Polární část: fosfát Nepolární část: mastná kyselina Stavební kameny biologických membrán Fosfatidylkolaminy, fosfatidylcholiny emulgátory (lecithiny)
Co jsou to emulgátory? povrchově aktivní látky (surfaktanty) umožňující tvorbu homogenní směsi jinak nemísitelných kapalných fází lecithin (E322) vaječný žloutek, sója,.. emulze
Složené lipidy - glykolipidy deriváty MK obsahující vázané cukry cerebrosidy (cerebrum = mozek lat.) gangliosidy součásti: myelinové pochvy mozkové tkáně př.: cerebrosidu př.: gangliosidu
Složené lipidy - lipoproteiny komplexy proteinů (hydratovaný obal) a lipidů (jádro makromolekuly) součást buněčných membrán a krevní plasmy lipid (ve vodě nerozp.) + protein (ve vodě rozp.) rozpustnost (popř. disperze) ve vodě transportní fce krevní plasmou (např. cholesterolu)
Cholesterol DDD (dnes RHP): 300 mg tj. cca 1 slepičí žloutek buněčné membrány, steroidní hormony, žlučové kyseliny, vitamin D 3 endogenní : exogenní (3:1)
sádlo, máslo, margarín a cholesterol v krvi.? vejce a máslo výživa mláďat vysoká potřeba tvorby b. membrán křepelčí vs. slepičí potravina cholesterol (mg/100 g) vejce 400 12-13 g 50-60 g sádlo 86 máslo 240 vepřový mozek 2500
Trávení a resorpce počátek trávení: žaludek (žaludeční lipázy) hlavní štěpení: duodenum (pankreatická lipáza), opt. ph slabě zásadité, emulgace žlučovými kyselinami (syntetizovány v játrech) produkty štěpení: volné MK, glycerol, monoa diacylglyceroly
Odbourávání mastných kyselin (β-oxidace) = postupné zkracování uhlíkatého řetězce vždy o dva uhlíky probíhá v mitochondriích (živ. buňka), glyoxysomech (rostlinná buňka) aktivace MK v cytosolu -> navázání CoA (acyl-coa-syntetáza) přenos do matrix mitochondrie - karnitin R-C + R + CoA-SH aktivovaná MK karnitin cytosol
R CH = CH C enoylcoa 2 ATP R CH CH 2 C OH hydroxyacylcoa R C CH 2 C O oxoacylcoa = 3 ATP CH 3 C acetylcoa
Energetický zisk β-oxidace 1 cyklus β-oxidace (1 odštěpený acetyl-coa) -> 5 ATP př. palmitová kyselina => 7 štěpení (8 acetyl-coa) úplná oxidace acetyl-coa v Krebsově cyklu: 1 acetyl-coa => 12 ATP aktivace MK celkem 2 ATP (7*5)+(8*12)-2 = 129 ATP (1 molekula MK) štěpení tripalmitoylglycerolu: 129*3 = 387 ATP
Oxidace tuků (žluknutí) hydrolytické -> štěpení esterické vazby, uvolnění MK oxidační -> samovolná oxidace kyslíkem ketonové -> mikrobiální oxidace a dekarboxylace MK, vznik ketonů reakce při smažení: hydrolýza vlivem vodní páry oxidační procesy vysoká teplota, vzdušný O 2 polymerační p. zvyšování molekulové hm. pyrolytické p. hoření
Témata pro diskusi a zamyšlení
Rub a líc palmového tuku (oleje) konzistence za pokojové teploty mýcení pralesů vysoké výnosy/ha X dietetická (ne)vhodnost levný x výdělečný
Vhodnost tuků (olejů) ke smažení vepřové sádlo 27 11 44 11 -
eruková kyselina 22:1;n9 kardiotoxická odrůdy řepky 0 bez k. erukové 00 bez k. erukové a glukosinolátů
Biosyntéza glycerolu (fosforylovaného) glycerol dihydroxyaceton fosfát (DAP) glyceraldehyd fosfát (GAP) DAP a GAP jsou produkty (meziprodukty) glykolýzy ATP ADP NADH + H + NAD + NADH + H + NAD + glycerol fosfát
Esterifikace glycerolu R-C + CoA-SH + ATP + 2 R-C + AMP + P-P glycerol fosfát fosfatidová k. + 2 CoA-SH H 2 O diacylglycerol P + R-C triacylglycerol + CoA-SH
Esterifikace glycerolu R-C + CoA-SH + ATP + 2 R-C + AMP + P-P glycerol fosfát fosfatidová k. + 2 CoA-SH H 2 O diacylglycerol P + R-C triacylglycerol + CoA-SH
biosyntéza mastných kyselin multienzymový komplex syntázy mastných kyselin
CO 2 acetylcoa centrální SH skupina periferní SH skupina ATP ADP+P malonylcoa C S CH 3 CoA NADPH + H + NADP + FMN FMNH 2 APP (acyl přenášející protein) S CO 2 malonylový zbytek CH 3 CH 3 acetoacetylový zbytek (3-oxobutyrylový) 2-butenoyl (zbytek but-2-enové k.) H 2 O CH 3 NADPH + H + 3-hydroxybutyrylový zbytek NADP +
CO 2 acetylcoa centrální SH skupina periferní SH skupina ATP ADP+P oxidoreduktáza C S CH 3 CoA malonylcoa NADPH + H + NADP + FMN FMNH 2 APP (acyl přenášející protein) S CO 2 malonylový zbytek kondenzační enzym CH 3 CH 3 acetoacetylový zbytek (3-oxobutyrylový) 2-butenoyl (zbytek but-2-enové k.) H 2 O CH 3 NADPH + H + dehydratáza 3-hydroxybutyrylový zbytek NADP + redukční enzym