11. Lipidi Doc. dr. dr. sc. Lidija Barišić
• Lipi Lipidi di (gr (grčki lipos , mast): prirodni organski spojevi (biomolekule) ograni čene topljivosti u vodi (iz stanica i tkiva ekstrahiraju se nepolarnim organskim otapalima), • svrstav svrstavan anje je organsk organskih ih spojeva spojeva u lipide lipide određeno je njihovim fizikalnim svojstvom topljivosti u nepolarnim organskim otapalima (lipidi se me đusobno razlikuju po strukturi i funkcionalnosti), LIPIDI
SLOŽENI - neosapunjivi (ne sadrže estersku vezu i ne podliježu hidrolizi)
JEDNOSTAVNI - osapunjivi (sadrže esterske veze koje se mogu hidrolizirati)
PROSTAGLANDINII TERPENI STEROIDI
VOSKOVI ESTERI MASNIH KISELINA GLICERIDI
Osapunjivi lipidi 1. Masne kiseline
• karboksilne kiseline s dugim ugljikovodikovim lancem (14 – 22 ugljikova atoma), Zasićene
Broj C atoma
laurinska
12
COOH
44
miristinska
14
COOH
59
palmitinska
16
COOH
64
stearinska
18
COOH
70
oleinska
18
COOH
4
linoleinska
18
COOH
-5
linolenska
18
COOH
-11
Struktura
t t(°C)
Nezasićene
• fizikalna svojstva masnih kiselina ovise o duljini ugljikovodikovog lanca i o stupnju nezasićenosti, • s porastom molekulske mase (s jačanjem van der Waalsovih sila) rastu i temperature tališta,
• nezasićene dvostruke veze u masnim kiselinama uglavnom imaju cis-konfiguraciju što omogućava savijanje lanca na mjestu dvostruke veze; savijene molekule ne mogu se u kristalnoj rešetci “upakirati” jednako
čvrsto
kao zasićene cik-cak molekule što uzrokuje
snižavanje tališta nezasi ćenih masnih kiselina,
jedna dvostruka veza stearinska kiselina (t t = 70 °C)
oleinska kiselina (t t = 18 °C)
tri dvostruke veze linolenska kiselina (t t = -11 °C)
• ome a-masne kiseline: oloža dvostruke veze u odnosu na terminalnu metilnu sku inu indiciran je prefiksom omega , 1
5
3 2
4
6
COOH
linoleinska kiselina (omega-6)
2 1
3
linolenska kiselina (omega-3)
COOH
• sisavcima nedostaje enzim pomoću kojega se uvodi dvostruka veza iza 9. ugljikovog atoma u odnosu na karboksilnu skupinu; linoleinska i linolenska kiselina su esencijalne masne kiseline (normalna funkcija organizma osigurava se unosom hranom).
• udio masnih kiselina u nekim mastima i uljima (%)
Zasi će ne masne kiseline
Nezasi ć ene masne kiseline
laurinska miristinska palmitinska stearinska C12 C14 C16 C18
oleinska linoleinska linolenska C18 C18 C18
Maslac
2
11
29
9
27
4
/
Svinjska mast
/
1
28
12
48
6
/
Ljudska mast
1
3
25
8
46
10
/
Kukuruzno ulje
/
1
10
3
50
34
/
Laneno ulje
/
/
6
3
19
24
47
Maslinovo ulje
/
/
7
2
84
5
/
Sezamovo ulje
/
/
10
4
45
40
/
Sojino ulje
/
/
10
2
29
51
7
1.1. Trigliceridi
• esteri istih ili različitih masnih kiselina i trovalentnog alkohola glicerola (triacilgliceroli), • trigliceridi koji su pri sobnoj temperaturi krutine nazivaju se masti (ulja su tekućine),
CH2 OH CH
COOH
+ 3
OH
CH2 OH O 2
CH CH2
O O C O O C
mast
tristearin
• tališta masti i ulja ovise o stupnju nezasi ćenosti, • triglicerid izveden iz zasićene masne kiseline ima više talište (krutina) zbog čvršćeg pakiranja u kristalnoj rešetci (
) - mast,
CH2 OH CH
OH + 3
COOH
CH2 OH
CH2 CH CH2
O O C O O C O O C
triolein
• trigliceridi izvedeni iz nezasićenih masnih kiselina su izvijeni, ne mogu se čvrsto upakirati u kristalu – teku ćine, ulja.
ul e
• trigliceridi sisavaca uglavnom su masti, dok su biljni trigliceridi ulja, • efikasniji su izvor energije od ugljikohidrata (1 g masti osloba đa duplo više energije od iste količine šećera), • odrasla osoba teška 70 kg skladišti oko 10 3 kcal brzo dostupne energije u obliku glikogena (200 g, osigurava metaboli čke potrebe kroz najviše 24 sata) te 1.4 ×105 kcal energije u obliku masti (15 kg, podmiruje metaboli čke potrebe kroz dva do tri mjeseca), • sadržaj masti kod žena je 25%, a kod muškaraca 21%. 1.2. Voskovi
•
–
–
atoma), •
često
prisutni u živim organizmima,
• ptič je perje, obloženo voskom, odbija vodu, • vosak na površini lista štiti od nametnika i usporava isparavanje vode.
O CH3 (CH2)24 C O (CH2)29 CH3
O CH3 (CH2)30 C O (CH2)33 CH3
Hidroliza triglicerida - saponifikacija
CH2 CH CH2
O O C (CH2)16 CH3 O O C (CH2)16 CH3 O O C (CH2)16 CH3
CH2 OH + 3 NaOH
H2O
CH
OH
+
CH2 OH glicerol
O Na O C (CH2)16 CH3 natrijev stearat (sapun, lat. saponis )
tristearin (mast)
ionska glava (negativno nabijena hidrofilna karboksilatna skupina)
masno a
hidrofobni, lipofilni („voli mast”) ugljikovodikov rep
• kako sapun pere? • negativno nabijeni kisikov atom iz hidrofilne glave povezuje se vodikovim vezama s vodom, a hidrofobni rep okružuje čestice masnoće; trljanjem zamašćene površine s otopinom sapuna velike se čestice masnoće razbijaju u manje te se lakše ispiru, • sapuni su bili poznati 600 godina prije Krista; pripravljani su kuhanjem kozje masti s pepelom, • danas se pripravljaju saponifikacijom životinjskih masti ili biljnih ulja s lužinom, uz dodatak boja, antiseptika, mirisa,...
• nakon konzumacije, trigliceridi se u tankom crijevu hidroliziraju djelovanjem žu čnih kiselina na glicerol i masne kiseline CH 2 CH CH2
O O C C17H35 O O C C15H31 O O C C17H33
CH2 OH H
CH
OH
CH2 OH glicerol
+
C17H35COOH +
C15H31COOH
+
stearinska kiselina palmitinska kiselina
C17H33COOH oleinska kiselina
triglicerid Katalitičko hidrogeniranje – priprava margarina
• u prošlosti se za kuhanje i pečenje koristila uglavnom svinjska mast čija se konzumacija povezuje s povećanim rizikom od srčanih bolesti , • konzumenti, naviknuti na kremastu, bijelu mast teško su prihvaćali biljna ulja, • margarin: djelomično hidrogenirano biljno ulje, polutvrde konzistencije („polutvrda mast”); dodatkom butiraldehida daje mu se okus maslaca, • katalitičkim hidrogeniranjem moguće je reducirati neke dvostruke veze prisutne u polinezasićenim masnim kiselinama; redukcija se mora provoditi oprezno (redukcijom svih nezasićenih veza nastala bi mast) RCH CHCH 2CH CHCH2CH CH
H2 Pt
RCH 2CH2CH2CH CHCH2CH2CH2
Oksidacija masnih kiselina - užeglost
•
polinezasićene masti i ulja lako podliježu oksidaciji djelovanjem kisika u radikalskoj lan čanoj reakciji,
• neugodan okus i miris posljedica je oksidacije masnih kiselina u kratkolan čane karboksilne kiseline (npr. maslačna kiselina) koje imaju jak miris. Zamjena za masnoće
•
mnogima „bez masnoće” znači isto što i „bez okusa”,
• kemičari nastoje sintetizirati zamjenske masno će (spojeve koji bi imali poželjna svojstva •
masnoća, ali bi bili daleko manje kalorijske vrijednosti), olestra (nije prisutna u prirodi, ali njezini konstituenti čine dio naše prehrane
⇒
smanjena mogućnost
toksičnog učinka?) sintetizirana je esterifikacijom svih saharoznih -OH skupina s masnim kiselinama sjemenki pamuka i soje, • esterske skupine u molekuli olestre steri čki su zaklonjene i nedostupne probavnim enzimima – ne •
dolazi do hidrolize, olestra ima okus masno će, a oslobađa se iz organizma ne ostavljaju ći ikakve kalorije,
•
može izazvati probavne tegobe,
•
iz organizma iscrpljuje vitamine A, K, D i E kao i hranjive tvari neophodne za o čuvanje imuniteta.
1.3. Fosfolipidi
•
za razliku od triglicerida, umjesto jedne masne kiseline sadrže ostatak fosfatne kiseline,
•
najčešći fosfolipidi, fosfoacilgliceroli (fosfogliceridi),
čine
glavnu komponentu stani čne
membrane, • najjednostavniji fosfogliceridi su fosfatidne kiseline u kojima je glicerol esterificiran dvjema masnim kiselinama te jednom fosfatnom kiselinom, • pri neutralnom pH fosfatidna kiselina je deprotonirana, odnosno ionizirana, O CH2 O C R' O CH O C R'' O CH2 O P OH OH fosfatidna kiselina
CH2 2H
+
CH CH2
O O C R' O O C R'' O O P OH O
hidrofobni rep
polarna glava
• mnogi fosfolipidi sadrže dodatni alkohol esterificiran s ostatkom fosfatne kiseline: o
cefalini – esteri fosfatidne kiseline i etanolamina (HOCH2CH2NH2), +
o
lecitini – esteri fosfatidne kiseline i kolina [(HOCH2CH2N(CH3)3]
CH2 CH CH2
• •
O O C R' O O C R'' O O P O CH2CH2 NH3 O cefalin
CH2 CH CH2
O O C R' O O C R'' O O P O CH2CH2 N(CH3)3 O lecitin
hidrofobni rep
polarna glava
prisutni u biljnim i životinjskim tkivima, koriste se kao emulgatori (lecitin u majonezi sprječava odvajanje vodene i masne faze),
• fosfoacilgliceroli tvore stanične membrane (50% - 60%) združuju ći se u lipidni dvosloj; hidrofobni se repovi okreću prema unutrašnjosti dvosloja, dok se polarne glave orjentiraju prema površini dvosloja, hidrofilna površina
∼ 5 nm
hidrofobna unutrašnjost
hidrofilna površina
• propusnost membrane kontrolirana je sastavom lipidnog dvosloja, • zasićene propusnost
masne
kiseline
membrane
smanjuju
(ravnolančani
ugljikovodikovi lanci čvršće se pakiraju u kristalnoj rešetci), • nezasićene masne kiseline povećavaju propusnost
(ugljikovodikovi
su lanci
izvijeni, nisu čvrsto upakirani u kristalnoj rešetci),
• triacilgliceroli podliježu oksidaciji, što rezultira degradacijom stanične mebrane, • vitamin E (lipid, topljiv u nepolarnim organskim otapalima) prevenira degradaciju stani čne membrane jer brže i lakše reagira s kisikom nego triacilglicerol ⇒ važan antioksidans, R''' O
R''
CH3 CH3
CH3
HO R'
• antioksidansi
štite
od
kardiovaskularnih
bolesti,
karcinoma, usporavaju starenje, • tamna čokolada sadrži visok nivo antioksidanasa (fenolnih spojeva), • nadalje, stearinska kiselina, najzastupljenija masna kiselina u
čokoladi,
ne uzrokuje povišenje razine
kolesterola ⇒ čokolada je zdrava!
Neosapunjivi lipidi 2.1. Prostaglandini
• C20 lipidi koji sadrže peteročlani prsten na kojeg su vezana dva duga lanca (cis-konfiguracija), •
prvotno je izoliran iz prostate, a nalazi se u svim tjelesnim H
tkivima i tekućinama, •
COOH
imaju širok raspon biološkog djelovanja: snižavaju krvni tlak, smanjuju izlučivanje želučane kiseline, kontroliraju upalne procese, utječu na funkciju bubrega, reproduktivni sustav,
H
stimuliraju kontrakcije uterusa pri porodu. • kako djeluje aspirin? • inhibira sintezu prostaglandina inaktiviranjem enzima odgovornog za njegovu sintezu i time smanjuje upalu izazvanu njegovim djelovanjem O CH3C O
+
HOCH2
O CH3C OCH2
HOOC aspirin
+
HO HOOC
aktivni enzim
inaktivni enzim
2.2. Terpeni
•
omjer ugljika i vodika u terpentinu, dobivenom iz bora, iznosi 5 : 8
⇒
skupina spojeva sli čnog
mirisa i C/H omjera nazvana je terpenima, •
terpeni se najčešće izoliraju iz esencijalnih biljnih ulja (odlikuju se ugodnim mirisom i aromom), OH HO
mentol ulje peperminta
eraniol ulje geranije
-selinen ulje celera
• raznolika skupina lipida: ugljikovodici, alkoholi, ketoni, aldehidi (terpeni s kisikovim atomom nazivaju se terpenoidima), •
ovi prirodni spojevi sadrže 10, 15, 20, 30 ili 40 ugljikovih atoma, što znači da postoji osnovna petero člana jedinica iz koje su terpeni formalno gra đeni– izoprenska jedinica,
•
1939. Nobelova nagrada za kemiju dodijeljena je Lavoslavu Ružički za doprinos u istraživanju terpena,
• izoprenska jedinica uvijek zadržava svoju izopentilnu strukturu (dvostruke veze mogu biti modificirane), • razgranati kraj izoprenske jedinice naziva se „glavom”, dok se nerazgranati kraj naziva „repom”
rep
glava CH3 CH2 C CH CH 2
C C C C
• izoprensko pravilo: izoprenske su jedinice naj češće poredane slijedom „glava-rep” (razgranani kraj jedne jedinice povezan je s nerazgrananim krajem druge jedinice) rep-glava veza
• terpeni se dijele prema broju pripadajućih ugljikovih atoma broj ugljikovih atoma
broj izoprenskih jedinica
podjela
10
2
monoterpeni
15
3
seskviterpeni
ocimen (bosiljak)
OH
farnezol (ruža)
20
4
diterpeni
CH2OH
vitamin A
30
6
triterpeni
skvalen (prekursor steroida)
40
8
tetraterpeni
karotenidi; likopen (raj čica)
2.3. Steroidi
• lipidni ekstrakti iz biljaka i životinja, 12
• zajedničko strukturno svojstvo svih steroida je tetracikli čki prstenasti sustav, • ubrajaju se među najvažnije biološki aktivne spojeve: 1 steroidni alkoholi (steroli), žu čne kiseline, spolni hormoni,
2
hormoni nadbubrežnih žlijezda i sr čani aglikoni,
3
C
9
10
A
B
4
6
CH3
• najrašireniji steroid; sastavni dio stanične membrane,
H3C
sudjeluje u metaboličkim procesima, sintezi hormona kore
H H
H
HO
topljivih u mastima, prekursor je žu čnih kiselina, • s proteinima tvori lipoproteine pomoću kojih se transportira kroz krvotok, • LDL (engl. low-density lipoprotein cholesterol , lipoprotein male gusto će) prenosi kolesterol od jetre do stanica; višak se taloži na stijenkama arterija (za čepljenje arterija) – loši kolesterol, • HDL (engl. high-density lipoprotein cholesterol , lipoprotein velike gustoće) sakuplja višak kolesterola iz krvi i tkiva sprječavajući taloženje po stijenkama krvnih žila i razvoj kardiovaskularne bolesti – dobri kolesterol,
8 7
5
2.3.1. kolesterol (gr čki chole, žuč; stereos, čvrsto)
nadbubrežne žlijezde i spolnih hormona, te vitamina
13
11
17
D 14
15
16
2.3.2. steroidni hormoni • kod ljudi steroidi uglavnom funkcioniraju kao hormoni, • hormoni: organske molekule koje se sintetiziraju u žlijezdama i krvotokom prenose do tkiva s ciljem stimulacije ili inhibicije odre đenih procesa, o
HO
žuč: smjesa steroidnih amida, derivata kolesterola;
CH3 COOH
nastaje u jetri iz žučnih kiselina (sredstva za emulgiranje;
H3C
omogućavaju probavu masti i ulja pomo ću probavnih HO
enzima topljivih u vodi), •
, uzrokovati stvaranje žu čnih kamenaca,
• 80% žučnih kamenaca kemijskom strukturom odgovara kolesterolu,
H
kolna kiselina
o
spolni hormoni: proizvode se u jajnicima i testisima iz kolesterola te se otpuštaju u krvotok; odgovorni su za razvoj sekundarnih spolnih karakteristika sisavaca,
• ženski spolni hormoni CH3 OH
CH3
H
H
H
H
H
HO
HO estradiol
estrogeni (reguliraju menstrualni ciklus)
H 3C CH3 H
OH
H H
O testosteron
androgeni (razvoj sekundarnih spolnih značajki tokom puberteta)
CH3 H 3C
>
CH3 O
H H
H
O
estron
• muški spolni hormoni
H
O
progesteron
progestini (“čuvar trudnoće”, povišena razina znak je ovulacije)
o
sintetski steroidi
• uz tisuće steroida izoliranih iz biljaka i životinja, na tisuće ih je sintetizirano u laboratoriju, • pripravljaju se modifikacijom strukture prirodnih steroida, nakon čega se provode testovi kojima se ispituje njihova biološka aktivnost, • među sintetskim steroidima najistraženiji su oralni kontraceptivi i anabolici, • anabolici su sintetički androgeni steroidi koji oponašaju testosteronski u činak na rast mišićne mase, • u visokim dozama mogu izazvati karcinom jetre, poremećaj osobnosti, atrofiju testisa i neplodnost. CH3 OH H3C
CH3
H H
H
CH3 OH CH3 H
H O
O testosteron
dianabol
H
