17.4.2020
1
Ústav chemických léčiv, Farmaceutická fakulta VFU,
Palackého 1/3, 642 12 Brno
Doc. Ing. Pavel Bobáľ, CSc.
Organická chemie
26. Biomolekuly: lipidy
2
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
Lipidy – malé přírodní organické molekuly, omezeně rozpustné ve vodě
2
Úvod
H3C
H
H H
cholesterol
H3C
H
HO
O R'
O
O
O
R
O
R''
O
živočišný tuk - triester
(R, R', R'' = C11 - C19)
Lipidy – tuky, oleje, vosky, vitaminy,
hormony, …
– definice na základě lipofility
– hydrolyzovatelné
– nehydrolyzovatelné
3
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
- směsi esterů vyšších mastných kyselin a alifatickýmí alkoholy s dlouhými řetězci
- obvykle sudý počet atomů uhlíku: kyseliny 16 – 36 a alkoholy 24 – 36
3
Vosky, tuky a oleje
O
O
triakontyl-hexadekanoát (včelí vosk)
- nejrozšířenější lipidy – živočišné tuky a rostlinné oleje – triacylglyceroly
- hydrolýza tuků louhem – mastné kyseliny a glycerol
O R'
O
O
O
R
O
R''
O
OH
OH
OH
RCOOH
R'COOH
R''COOH
+
1. HO
-
2. H3O+
- mastné kyseliny – nerozvětvené řetězce – sudý počet uhlíků (12 – 20)
- dvojné vazby – Z (cis)
4
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
- ~ 100 mastných kyselin identifikováno - ~ 40 hojně zastoupených
- nejběžnější: kyselina palmitová (C16), stearová (C18), olejová (C18),
linolová (C18)
- vícenásobně nenasycené kyseliny: linolová (2), linolenová (3), arachidonová (4)
4
Vosky, tuky a oleje
kyselina stearová
kyselina linolenová
17.4.2020
2
5
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
5
Vosky, tuky a oleje
6
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
6
Vosky, tuky a oleje
7
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
Féničané – 6. století p. n. l.
- čistící schopnosti – 18. století
- Na nebo K soli mastných kyselin
- příprava – alkalickou hydrolýzou (zmýdelněním) živočišných tuků
7
Mýdla
O R
O
O
O
R
O
R
O
OH
OH
OH
3 RCOONa+
NaOH
H2O
tuk
(R = alifatické řetězce C11 - C19)
glycerol mýdlo
- čistící (emulgační) schopnost – hydrofilní i lipofilní charakter
- tvorba micel
8
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
8
Mýdla
iontová hlava
uhlovodíkový ocas
voda
voda
voda
voda
mastnota
voda
Mýdlová micela
17.4.2020
3
9
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
- v tvrdé vodě – Ca a Mg soli mastných kyselin (nerozpustné)
9
Mýdla
- syntetické detergenty – tvrdá voda nevadí
R S ONa
O
O
syntetický detergent
(R = různé alifatické řetězce C12)
10
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
Fosfolipidy – diestery kyseliny fosforečné
10
Fosfolipidy
O
P
HO O
HO
R
monoester
kyseliny fosforečné
O
P
O O
HO
R
diester
kyseliny fosforečné
R'
O
P
O O
O
R
triester
kyseliny fosforečné
R'
R''
O
C
R O
R'
ester
karboxylové
kyseliny
Fosfoacylglyceroly – obsahují glycerol a 2 mastné kyseliny (C1 nasycené
a na C2 nenasycené) – konfigurace na C2 – R (L)
- aminoalkohol – cholin, 2-aminoethanol, serin
Sfingomyeliny
11
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
fosfatidylcholin
(lecithin)
11
Fosfolipidy
fosfatidylethanolamin
(kefalin)
fosfatidylserin
12
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
- v buněčných membránách (~ 40 %)
- lipidové dvojvrstvy (5 nm) – bariéra proti průniku vody, iontů a jiných částic
Agregace molekul fosfoacylglycerolů v lipidních dvojvrstvách buněčných membrán
12
Fosfolipidy
nepolární ocasy
iontová hlava
17.4.2020
4
13
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
Sfingomyeliny – základ sfingosin – aminodiol
- v rostlinných a živočišných buněčných membránách – mozek a nervové tkáne
13
Fosfolipidy
sfingosin sfingomyelin
14
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
Prostaglandiny – skupina dvacetiuhlíkatých lipidů s pětičlenným kruhem a dvěma
dlouhými postranními řetězci
– název – poprvé izolovány z beraní prostaty
– v malých množstvích ve všech tělních tekutinách a tkáních
14
Prostaglandiny
O
HO H
COOH
HO H
H
H HO H HO H
H
H
HHO
COOH
prostaglandin E1 prostaglandin F2
15
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
Biologická účinnost: - tlak krve
- agregaci krevních destiček
- sekrece žaludečních šťáv
- funkce ledvin
- reprodukční systém
- kontrakce dělohy
- zánětlivé procesy atd.
15
Prostaglandiny
O
COOH
H
O
OH
H
H
H
H
thromboxan A2
COOH
H S
H
N
H
NH2
O
COOH
leukotrien D4
O
H
H
HHO H
H OH
COOH
prostacyklin
spouštěče astmatu
16
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
- biosyntéza prostaglandinů z arachidonové kyseliny (z linolové kyseliny)
- katalyzována enzymem cyklooxygenasou (COX)
16
Prostaglandiny
O
OH
O
O
COOH
OOH
O
O
COOH
OH
arachidonová kyselina PGG2
PGH2
cyklooxygenasa
O2
- COX-1 - katalyzuje normální fyziologickou produkci prostaglandinů
- COX-2 – produkce dalších prostaglandinů – odezva na zánětlivé procesy
- inhibítory COX-2 (acetylsalicylová kyselina, ibuprofen, naproxen, …) snižují
odpověď na zánětlivý proces – neselektivně – inhibice i COX-1 – nežádoucí účinky
- selektivní inhibitory COX-2 – celecoxib a rofecoxib
17.4.2020
5
17
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
Destilace s vodní parou – rostlinné materiály – silice (etherické oleje, esenciální oleje)
- směsi lipofilních látek – terpeny (uhlovodíky) nebo terpenoidy
- ~ 22 000 druhů terpenoidů – cyklické i acyklické
17
Terpenoidy
CH3
H3C
CH3
-pinen
O
(R)-karvon
H3C
H
H3C CH3
CH3
OH
pačulový alkohol
Pogostemon patchouli
18
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
Isoprenové pravidlo – terpenoidy lze odvodit z isoprenu
18
Terpenoidy
1
2
3
4
pata
hlava
pata
hlava
myrcen
pata
hlava
-pinen
19
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
Klasifikace terpenoidů – počet isoprenových jednotek
- monoterpeny 2 isoprenové jednotky 10 atomů
- seskviterpeny 3 isoprenové jednotky 15 atomů
- diterpeny 4 isoprenové jednotky 20 atomů
- sesterterpeny 5 isoprenové jednotky 25 atomů
- triterpeny 6 isoprenové jednotky 30 atomů
- tetraterpeny 8 isoprenové jednotky 40 atomů
19
Terpenoidy
-karoten (tetraterpen)
lanosterol (triterpen)
Steroidy – tetracyklický skelet
– kruhy A, B, C – židličková konfomace
– nedochází k překlopení kruhu (spojení kruhů)
– hormony – sexuální
– adrenokortikoidní
20
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
20
Steroidy
H3C R
HH3C
H
H H
1
2
3
4
5
6
A 10
7
8
9
11
12 13
14
15
16
17
B
C D
steroid
(R = různé postranní řetězce)
17.4.2020
6
21
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
21
Steroidy: Pohlavní hormony
H3C OH
HH3C
H H
O
testosteron
H3C O
HH3C
H H
androsteron
H
HO H
H3C O
HH3C
H H
O
androstendion
(androgeny)
H3C
HH3C
H H
O
progesteron
H3C OH
H
H H
HO
estradiol
H3C O
H
H H
HO
estron
O
(estrogeny) (gestagen)
22
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
22
Steroidy: Hormony kůry nadledvinek (kortikoidy)
HH3C
H H
O
aldosteron
O
CH2OH
(mineralokortikoid)
O
H
HO
H3C
HH3C
H H
O
hydrokortison
O
CH2OH
(glukokortikoid)
H
HO OH
- v nadledvinkách – mineralokortikoidy
– glukokortikoidy
- mineralokortikoidy – rovnováhu mezi ionty Na+ a K+ v buňkách (obsah vody)
- glukokortikoidy – metabolismus glukosy, zánětlivé procesy
23
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
23
Steroidy: Syntetické steroidy
H3C OH
H
H H
HO
ethynylestradiol
(syntetický estrogen)
C CH H3C OH
H
H H
O
norethindron
(syntetický gestagen)
C CH
H
H3C OH
H
H H
O
methandrostenolon
(anabolikum)
CH3
H3C
Syntetické steroidy – léčiva (antikoncepce), anabolika, …
24
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
24
Stereochemie steroidů
cis-dekalin
trans-dekalin
17.4.2020
7
25
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
25
Stereochemie steroidů
A-B trans-steroid
A-B cis-steroid
cis
trans
1
5
5 6
6
10
10
11
11
14
14
17
17
18
18
1
26
26. Biomolekuly: lipidy
Organická chemie
26
Stereochemie steroidů
ekvatoriální
cholesterol