Lipidy ã Biochemický ústav LF MU (J.D.), 2008 Rozdělení lipidů Jednoduché • triacylglyceroly • vosky • ceramidy • nepolární • nerozpustné ve vodě • rozpustné v lipofilních rozpouštědlech Složené • glycerofosfolipidy • sfingofosfolipidy • glykosfingolipidy • polárně-nepolární Lipofilní rozpouštědla jsou značně toxická Doprovodné látky lipidů • lipofilní vitaminy (retinol, tokoferoly, kalcioly, fylochinon) • terpeny, antioxidanty apod. • cholesterol, fytosteroly apod. Lipofilní vitaminy a antioxidanty Karotenoidy: lykopen není prekurzor retinolu, nemá β-jononový kruh Mastné kyseliny (MK) Fatty acids (FA) Tři synonyma pro slovo „mastný“ 1. Nepolární = hydrofobní = nerozpustný ve vodě = nemísitelný s vodou = lipofilní = rozpustný v nepolárních rozpouštědlech 2. Lehčí jak voda = hustota < 1 g/ml^ = plovoucí na vodě = tvořící horní fázi = tvořící „oka“ na hladině (polévky) Obecné 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) Rozdělení mastných kyselin • nasycené (SAFA) saturated fatty acids • mononenasycené (MUFA) monounsaturated fatty acids • polynenasycené (PUFA) polyunsaturated fatty acids 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 Þ výborný zdroj energie • výskyt: triacylglyceroly mléčného tuku 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) 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 Mastné kyseliny mají největší obsah energie MUFA převažují v řepkovém a olivovém oleji • 16:1(9) palmitoolejová • 18:1(9) olejová • zkrácený zápis: Olejová kyselina (cis-oktadec-9-enová) 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 Pyramida středomořské stravy 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) a-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 Symbolika n-9, n-6, n-3 • n = počet uhlíků v MK • rozdíl vyjadřuje polohu dvojné vazby od posledního (methylového) uhlíku 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 ! Průměrný obsah esenciálních MK v rostlinných olejích (%) 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) LA, linolová kyselina 18:2 (9,12) Obsah MK ve vybraných tucích (%) 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 Srovnejte: Tvar molekul MK Glycerol (propan-1,2,3-triol) • trojsytný alkohol • alkoholová složka lipidů • takto prezentovaný vzorec se označuje jako sn-glycerol Tuky jsou triestery glycerolu Disperzní mezimolekulární interakce mezi extendovanými řetězci nasycených MK v TAG jsou rozsáhlé Trioleoylglycerol (tvar molekuly není protáhlý) Disperzní mezimolekulární interakce mezi nenasycenými TAG jsou omezené Chemické přeměny tuků • hydrogenace (in vitro) • re-esterifikace (in vitro) • hydrolýza (in vitro, in vivo) • lipoperoxidace (in vitro, in vivo) • žluknutí (in vitro) 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 Re-esterifikace TAG (výměna acylů) Hydrolýza triacylglycerolů může probíhat trojím způsobem • kyselá ® glycerol + 3 MK • alkalická  glycerol + 3 soli MK • enzymová  2-acylglycerol + 2 MK Kyselou hydrolýzou TAG vznikají volné MK Alkalickou hydrolýzou TAG vznikají mýdla Složení mýdla Enzymovou hydrolýzou v tenkém střevě vznikají dva typy přirozených tenzidů Přirozené tenzidy při vstřebávání tuků Lipoperoxidace in vivo • reakce PUFA (tři více dvojných vazeb) s volnými radikály (•OH, •OR, •OOR) • řetězová reakce, neenzymová • produkty jsou vyšší aldehydy, plynné alkany (ethan), malondialdehyd O=CH-CH[2]-CH=O • MDA poškozuje bílkoviny a další biomolekuly Jak lze omezit lipoperoxidaci v lidském těle? 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) Tuky v medicině 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 … Doporučený poměr živin 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 Některé tuky jsou emulze typu v/o 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* Srovnejte: výhody ´ nevýhody Srovnejte: výhody ´ nevýhody Vosky jsou estery vyšších MK a vyšších alkoholů 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 Komponenty složených lipidů Glycerofosfolipidy • základní struktura - fosfatidová kyselina • acyl je fosfatidyl • fosfolipidy jsou hlavní lipidovou součástí biologických membrán • meziprodukty lipidového metabolismu • speciální funkce Fosfatidová kyselina Rozlišujte • Fosfatidát = anion kyseliny fosfatidové (odstranění H^+) • Fosfatidyl = acyl kyseliny fosfatidové (odstranění skupiny –OH) Glycerofosfolipidy Polární složky fosfolipidů – Metabolický původ Fosfatidylcholin je amfoterní tenzid Dipalmitoylfosfatidylcholin je hlavní složkou plicního surfaktantu Jazyková poznámka: surfaktant • z angličtiny: surface-active substance • povrchově aktivní látka = tenzid • slovo „surfaktant“ se samostaně neužívá • pouze v ustáleném spojení „plicní surfaktant“ Fosfolipidy tvoří dvojvrstvu v buněčných membránách Fosfatidylinositol PIP[2] je prekurzorem druhého posla Kardiolipin je v mitochondriální membráně Plasmalogen (plasmenylcholin) Lysofosfolipidy - meziprodukty metabolismu fosfolipidů Sfingofosfolipidy • základem je nenasycený C18 aminoalkohol • sfingosin (2-aminooktadec-4-en-1,3-diol) • konfigurace na dvojné vazbě je trans Sfingosin má 18 uhlíků 16 pochází z palmitové kyseliny, 2 ze serinu Ceramidy nemají biochemický význam, ale jsou základem struktury sfingolipidů Sfingomyeliny Glykosfingolipidy Neutrální • cerebrosidy • globosidy • obsahují galaktosu nebo glukosu Kyselé • sulfoglykosfingolipidy (estery kyseliny sírové) • gangliosidy - obsahují sialovou kyselinu Cerebrosidy jsou monoglykosylceramidy Sulfoglykosfingolipidy K sulfataci je třeba kofaktor PAPS Gangliosidy (sialoglykosfingolipidy) Schéma předchozího gangliosidu