Plik Kwasy tłuszczowe to organiczne makrocząsteczki pochodzące z węglowodorów, które składają się z długich łańcuchów atomów węgla i wodoru, które są hydrofobowe (rozpuszczalne w tłuszczach) i są strukturalną podstawą tłuszczów i lipidów.
Są to bardzo różnorodne cząsteczki, które różnią się od siebie długością łańcuchów węglowodorowych oraz obecnością, liczbą, położeniem i / lub konfiguracją podwójnych wiązań..
W lipidach zwierząt, roślin, grzybów i mikroorganizmów, takich jak bakterie i drożdże, opisano ponad 100 różnych klas kwasów tłuszczowych, które są uważane za specyficzne gatunkowo i tkankowo u większości żywych istot..
Oleje i tłuszcze, które człowiek codziennie spożywa, są pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego, składają się głównie z kwasów tłuszczowych.
Indeks artykułów
Cząsteczki kwasów tłuszczowych pełnią ważne funkcje na poziomie komórkowym, co czyni je niezbędnymi składnikami, a ponieważ niektóre z nich nie mogą być syntetyzowane przez zwierzęta, muszą je pozyskiwać z pożywienia.
Kwasy tłuszczowe występują rzadko jako wolne gatunki w cytozolu komórkowym, dlatego na ogół występują jako część innych koniugatów molekularnych, takich jak:
- Lipidy w błonach biologicznych.
- Triglicerydy lub estry kwasów tłuszczowych, które służą jako rezerwy dla roślin i zwierząt.
- Woski, które są stałymi estrami długołańcuchowych kwasów tłuszczowych i alkoholi.
- Inne podobne substancje.
U zwierząt kwasy tłuszczowe są przechowywane w cytoplazmie komórek jako małe kropelki tłuszczu złożone z kompleksu zwanego triacyloglicerolem, który jest niczym innym jak cząsteczką glicerolu, z którą związał w każdym z atomów węgla łańcuch kwasu tłuszczowego przez wiązania estrowe.
Chociaż bakterie posiadają krótkie i zwykle jednonienasycone kwasy tłuszczowe, w naturze często spotyka się kwasy tłuszczowe, których łańcuchy mają parzystą liczbę atomów węgla, zwykle między 14 a 24, nasycone, jednonienasycone lub wielonienasycone..
Kwasy tłuszczowe są cząsteczkami amfipatycznymi, to znaczy mają dwa chemicznie zdefiniowane regiony: hydrofilowy region polarny i hydrofobowy region niepolarny..
Region hydrofobowy składa się z długiego łańcucha węglowodorowego, który pod względem chemicznym jest mało reaktywny. Z drugiej strony region hydrofilowy składa się z końcowej grupy karboksylowej (-COOH), która zachowuje się jak kwas.
Ta końcowa grupa karboksylowa lub kwas karboksylowy jonizuje w roztworze, jest wysoce reaktywna (mówiąc chemicznie) i jest bardzo hydrofilowa, co stanowi kowalencyjne miejsce wiązania między kwasem tłuszczowym a innymi cząsteczkami..
Długość łańcuchów węglowodorowych kwasów tłuszczowych ma zwykle parzystą liczbę atomów węgla i jest to ściśle związane z procesem biosyntezy, w którym są one wytwarzane, ponieważ ich wzrost następuje w parach atomów węgla..
Najpowszechniejsze kwasy tłuszczowe mają łańcuchy zawierające od 16 do 18 atomów węgla, au zwierząt łańcuchy te nie są rozgałęzione.
Kwasy tłuszczowe są podzielone na dwie duże grupy w zależności od charakteru wiązań, które je tworzą, to znaczy według obecności wiązań pojedynczych lub podwójnych między atomami węgla ich łańcuchów węglowodorowych.
Tak więc istnieją nasycone i nienasycone kwasy tłuszczowe.
- Nasycone kwasy tłuszczowe mają tylko pojedyncze wiązania węgiel-węgiel, a wszystkie ich atomy węgla są „nasycone” lub przyłączone do cząsteczek wodoru..
- Nienasycone kwasy tłuszczowe mają jedno lub więcej podwójnych wiązań węgiel-węgiel i nie wszystkie z nich są przyłączone do atomu wodoru.
Nienasycone kwasy tłuszczowe dzieli się również ze względu na liczbę nienasyconych (wiązań podwójnych) na jednonienasycone, z jednym wiązaniem podwójnym i wielonienasycone, zawierające więcej.
Zwykle mają od 4 do 26 atomów węgla połączonych pojedynczymi wiązaniami. Jego temperatura topnienia jest wprost proporcjonalna do długości łańcucha, to znaczy do jego masy cząsteczkowej.
Kwasy tłuszczowe zawierające od 4 do 8 atomów węgla są ciekłe w temperaturze 25 ° C i są tymi, które tworzą oleje jadalne, podczas gdy te zawierające więcej niż 10 atomów węgla są w stanie stałym.
Do najpowszechniejszych należy kwas laurynowy, który występuje w dużej ilości w olejach z ziaren palmowych i kokosowych; kwas palmitynowy, znajdujący się w palmie, kakao i smalcu oraz kwas stearynowy, występujący w kakao i olejach uwodornionych.
Są to kwasy tłuszczowe o znacznie większej stabilności niż nienasycone kwasy tłuszczowe, zwłaszcza przeciw utlenianiu, przynajmniej w warunkach fizjologicznych.
Ponieważ pojedyncze wiązania węgiel-węgiel mogą się swobodnie obracać, nasycone kwasy tłuszczowe są bardzo elastycznymi cząsteczkami, chociaż zawada przestrzenna sprawia, że w pełni rozciągnięta struktura jest najbardziej stabilna energetycznie..
Te kwasy tłuszczowe są wysoce reaktywne i podatne na nasycenie i utlenianie. Występują powszechnie w roślinach i organizmach morskich. Te z tylko jednym podwójnym wiązaniem są znane jako jednonienasycone lub monoenowe, podczas gdy te z więcej niż dwoma są znane jako polienowe lub wielonienasycone..
Obecność podwójnych wiązań jest powszechna między atomami węgla między pozycjami 9 i 10, ale nie oznacza to, że nie znaleziono jednonienasyconych kwasów tłuszczowych z nienasyceniem w innej pozycji.
W przeciwieństwie do kwasów nasyconych, nienasycone kwasy tłuszczowe są wymienione nie z końcowej grupy karboksylowej, ale według pozycji pierwszego podwójnego wiązania C - C. W ten sposób dzielą się na dwie grupy, kwasy omega-6 lub ω6. I omega-3. lub ω3.
Kwasy omega-6 mają pierwsze wiązanie podwójne przy liczbie atomów węgla 6, a kwasy omega-3 przy liczbie atomów węgla 3. Nazwę ω określa wiązanie podwójne najbliższe końcowej grupie metylowej.
Wiązania podwójne można również znaleźć w dwóch konfiguracjach geometrycznych znanych jako „cis ” Y „trans”.
Większość naturalnych nienasyconych kwasów tłuszczowych ma konfigurację „Cis„A podwójne wiązania kwasów tłuszczowych obecne w komercyjnych (uwodornionych) tłuszczach znajdują się w „trans”.
W wielonienasyconych kwasach tłuszczowych dwa wiązania podwójne są zwykle oddzielone od siebie co najmniej jedną grupą metylową, to znaczy jednym atomem węgla związanym z dwoma atomami wodoru..
Kwasy tłuszczowe pełnią wiele funkcji w organizmach żywych i, jak wspomniano powyżej, jedną z ich podstawowych funkcji jest jako niezbędny składnik lipidów, które są głównymi składnikami błon biologicznych i są jedną z trzech najliczniej występujących biomolekuł w organizmach. białko i węglowodany.
Są również doskonałymi substratami energetycznymi, dzięki czemu duże ilości energii pozyskiwane są w postaci ATP i innych metabolitów pośrednich..
Biorąc pod uwagę, że na przykład zwierzęta nie są w stanie magazynować węglowodanów, kwasy tłuszczowe stanowią główne źródło magazynowania energii, które pochodzi z utleniania cukrów spożywanych w nadmiarze..
Krótkołańcuchowe nasycone kwasy tłuszczowe w okrężnicy uczestniczą w stymulowaniu wchłaniania wody oraz jonów sodu, chlorków i wodorowęglanów; Ponadto pełnią funkcje w produkcji śluzu, w proliferacji kolonocytów (komórek okrężnicy) itp..
Nienasycone kwasy tłuszczowe są szczególnie bogate w jadalne oleje roślinne, które są ważne w diecie każdego człowieka.
Inne uczestniczą jako ligandy niektórych białek o aktywności enzymatycznej, więc są ważne ze względu na ich wpływ na metabolizm energetyczny komórek, w których się znajdują..
Degradacja kwasów tłuszczowych nazywana jest β-oksydacją i zachodzi w mitochondriach komórek eukariotycznych. Z drugiej strony biosynteza zachodzi w cytozolu komórek zwierzęcych oraz w chloroplastach (organellach fotosyntetycznych) komórek roślinnych..
Jest to proces zależny od acetylo-CoA, malonylo-CoA i NADPH, występuje we wszystkich organizmach żywych oraz u zwierząt „wyższych”, takich jak ssaki. Na przykład jest bardzo ważny w wątrobie i tkankach tłuszczowych, a także w gruczołach sutkowych..
NADPH używany na tej drodze jest głównie produktem zależnych od NADP reakcji utleniania szlaku pentozofosforanowego, podczas gdy acetylo-CoA może pochodzić z różnych źródeł, na przykład z oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu, z cyklu Krebsa i β-oksydacji kwasów tłuszczowych.
Szlak biosyntezy, podobnie jak β-oksydacja, jest silnie regulowany we wszystkich komórkach przez efektory allosteryczne i kowalencyjne modyfikacje enzymów, które uczestniczą w regulacji..
Szlak rozpoczyna się od utworzenia metabolicznego związku pośredniego znanego jako malonylo-CoA z cząsteczki acetylo-CoA i jest katalizowany przez wielofunkcyjny enzym zwany karboksylazą acetylo-CoA..
Ta reakcja jest reakcją addycji zależnej od biotyny cząsteczki karboksylowej (-COOH, karboksylacja) i przebiega w dwóch etapach:
U zwierząt łańcuchy węglowodanowe kwasów tłuszczowych powstają dalej poprzez sekwencyjne reakcje kondensacji katalizowane przez multimeryczny i wielofunkcyjny enzym znany jako syntaza kwasów tłuszczowych..
Enzym ten katalizuje kondensację jednostki acetylo-CoA i wielu cząsteczek malonylo-CoA, które są wytwarzane w reakcji karboksylazy acetylo-CoA, procesu, podczas którego jedna cząsteczka CO2 jest uwalniana z każdego dodanego malonylo-CoA.
Rosnące kwasy tłuszczowe są estryfikowane do białka zwanego „acylowym białkiem nośnikowym” lub ACP, które tworzy tioestry z grupami acylowymi. Na E coli białko to jest polipeptydem o masie 10 kDa, ale u zwierząt jest częścią kompleksu syntazy kwasów tłuszczowych.
Zerwanie tych wiązań tioestrowych uwalnia duże ilości energii, co umożliwia, mówiąc termodynamicznie, występowanie etapów kondensacji na szlaku biosyntezy..
U bakterii aktywność syntazy kwasów tłuszczowych w rzeczywistości odpowiada sześciu niezależnym enzymom, które wykorzystują acetylo-coA i malonylo-coA do tworzenia kwasów tłuszczowych, z którymi wiąże się sześć różnych aktywności enzymatycznych.
Z kolei u ssaków syntaza kwasów tłuszczowych jest wielofunkcyjnym homodimerycznym kompleksem enzymatycznym o masie cząsteczkowej około 500 kDa, który ma sześć różnych aktywności katalitycznych iz którym wiąże się acylowe białko nośnikowe..
Grupy tiolowe w resztach cysteiny odpowiedzialne za wiązanie półproduktów metabolicznych z enzymem ACP muszą zostać obciążone, przed rozpoczęciem syntezy, niezbędnymi grupami acylowymi..
W tym celu grupa acetylowa acetylo-coA jest przenoszona do grupy tiolowej (-SH) jednej z reszt cysteiny podjednostki ACP syntazy kwasów tłuszczowych. Ta reakcja jest katalizowana przez podjednostkę ACP-acylotransferazy..
Grupa acetylowa jest następnie przenoszona z ACP do innej reszty cysteiny w miejscu katalitycznym innej podjednostki enzymu kompleksu znanego jako β-ketoacylo-ACP-syntaza. W ten sposób kompleks enzymatyczny zostaje „pobudzony” do rozpoczęcia syntezy..
Malonylo-CoA, który jest wytwarzany przez karboksylazę acetylo-CoA, jest przenoszony do grupy tiolowej w ACP i podczas tej reakcji część CoA jest tracona. Reakcja jest katalizowana przez podjednostkę malonylo-ACP-transferazy kompleksu syntazy kwasów tłuszczowych, która następnie wytwarza malonylo-ACP.
Podczas tego procesu grupa malonylowa jest połączona z syntazą ACP i β-ketoacylo-ACP odpowiednio przez wiązanie estrowe i inne wiązanie sulfhydrylowe..
Enzym β-ketoacylo-ACP-syntaza katalizuje przeniesienie grupy acetylowej, która została do niego przyłączona w etapie „primingu”, na 2-węgiel grupy malonylowej, która w poprzednim etapie została przeniesiona do ACP.
Podczas tej reakcji z malonylu uwalnia się cząsteczka CO2, co odpowiada CO2 dostarczanemu przez wodorowęglan w reakcji karboksylacji karboksylazy acetylo-CoA. Następnie wytwarzany jest acetyloacetylo-ACP.
Podjednostka β-ketoacylo-ACP-reduktazy katalizuje zależną od NADPH redukcję acetoacetylo-ACP, tworząc w ten sposób D-β-hydroksybutyrylo-ACP.
Na tym etapie powstaje trans-α, β-acylo-ACP lub ∆2-nienasycony-acylo-ACP (kratonylo-ACP), produkt odwodnienia D-β-hydroksybutyrylo-ACP przez działanie enoilo- podjednostka ACP-hydrataza.
Później kratonylo-ACP jest redukowany do butyrylo-ACP w reakcji zależnej od NADPH katalizowanej przez podjednostkę enoilo-ACP-reduktazy. Ta reakcja kończy pierwszy z siedmiu cykli potrzebnych do produkcji palmitoilo-ACP, który jest prekursorem prawie wszystkich kwasów tłuszczowych..
Grupa butyrylowa jest przenoszona z ACP do grupy tiolowej reszty cysteiny w syntazie β-ketoacylo-ACP, z którą ACP jest w stanie zaakceptować inną grupę malonylową z malonylo-CoA.
W ten sposób zachodząca reakcja to kondensacja malonylo-ACP z buturylo-β-ketoacylo-ACP-syntazą, co prowadzi do powstania β-ketoheksanoilo-ACP + CO2.
Palmitoilo-ACP powstający w kolejnych etapach (po dodaniu kolejnych 5 jednostek malonylowych) może dzięki aktywności enzymu tioesterazy uwolnić się w postaci wolnego kwasu palmitynowego, może zostać przeniesiony do CoA lub włączony do kwasu fosfatydowego dla fosfolipidu i szlak syntezy triacyloglicerydów.
Syntaza kwasów tłuszczowych większości organizmów zatrzymuje się w syntezie palmitoilo-ACP, ponieważ miejsce katalityczne podjednostki β-ketoacylo-ACP-syntazy ma konfigurację, w której mogą być umieszczone tylko kwasy tłuszczowe o tej długości.
Są one stosunkowo powszechne w organizmach morskich i są również syntetyzowane przez kompleks syntazy kwasów tłuszczowych. Jednak reakcja „zalewania” zachodzi z dłuższą cząsteczką, propionylo-ACP, zawierającą trzy atomy węgla..
Kwas palmitynowy, jak omówiono, służy jako prekursor wielu nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych o dłuższych łańcuchach. Proces „elongacji” kwasów tłuszczowych zachodzi w mitochondriach, natomiast wprowadzenie nienasyceń następuje głównie w siateczce endoplazmatycznej.
Wiele organizmów przekształca nasycone kwasy tłuszczowe w nienasycone w celu przystosowania się do niskich temperatur otoczenia, ponieważ pozwala im to utrzymać temperaturę topnienia lipidów poniżej temperatury pokojowej..
Wiele właściwości kwasów tłuszczowych zależy od długości ich łańcucha oraz obecności i liczby nienasyceń:
- Nienasycone kwasy tłuszczowe mają niższą temperaturę topnienia niż nasycone kwasy tłuszczowe o tej samej długości.
- Długość kwasów tłuszczowych (liczba atomów węgla) jest odwrotnie proporcjonalna do płynności lub elastyczności cząsteczki, to znaczy „krótsze” cząsteczki są bardziej płynne i odwrotnie..
Ogólnie rzecz biorąc, płynne substancje tłuszczowe składają się z krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych z obecnością nienasyconych.
Rośliny mają obfite ilości nienasyconych kwasów tłuszczowych, a także zwierzęta żyjące w bardzo niskich temperaturach, ponieważ te, jako składniki lipidów obecnych w błonach komórkowych, zapewniają im większą płynność w tych warunkach..
W warunkach fizjologicznych obecność podwójnego wiązania w łańcuchu węglowodorowym kwasu tłuszczowego powoduje krzywiznę o około 30 °, co powoduje, że te cząsteczki zajmują większą przestrzeń i zmniejszają siłę ich oddziaływań van der Waalsa..
Obecność podwójnych wiązań w kwasach tłuszczowych związanych z cząsteczkami lipidów ma bezpośredni wpływ na stopień „upakowania”, jakie mogą one mieć w błonach, do których należą, a tym samym ma również wpływ na białka błonowe.
Rozpuszczalność kwasów tłuszczowych maleje wraz ze wzrostem długości ich łańcucha, więc są one odwrotnie proporcjonalne. W mieszaninach wodnych i lipidowych kwasy tłuszczowe łączą się w struktury zwane micelami..
Micela to struktura, w której „zamknięte” są alifatyczne łańcuchy kwasów tłuszczowych, „wypychając” w ten sposób wszystkie cząsteczki wody i na której powierzchni znajdują się grupy karboksylowe..
Nazewnictwo kwasów tłuszczowych może być nieco złożone, zwłaszcza jeśli odniesie się do nazw zwyczajowych, które otrzymują, które często są związane z pewnymi właściwościami fizykochemicznymi, miejscem ich występowania lub innymi cechami.
Wielu autorów uważa, że skoro te cząsteczki są jonizowane przy fizjologicznym pH dzięki końcowej grupie karboksylowej, należy nazywać je „karboksylanami” przy użyciu terminacji ”ato ”.
Zgodnie z systemem IUPAC, wyliczenie atomów węgla w kwasie tłuszczowym jest wykonane na podstawie grupy karboksylowej na polarnym końcu cząsteczki, a pierwsze dwa atomy węgla przyłączone do tej grupy nazywane są odpowiednio α i β. Końcowy metyl łańcucha zawiera atom węgla ω.
Na ogół w nomenklaturze systematycznej podaje się im nazwę „macierzystego” węglowodoru (węglowodór o tej samej liczbie atomów węgla) i jej końcówkę „lub" dla „Oico”, jeśli jest to nienasycony kwas tłuszczowy, dodaje się końcówkę „Enoic”.
Rozważmy na przykład przypadek kwasu tłuszczowego C18 (C18):
- Ponieważ węglowodór o tej samej liczbie atomów węgla jest znany jako oktadekan, nasycony kwas nazywa się „kwas oktadekanowy„No cóż”oktadekanian„A jego nazwa zwyczajowa to kwas stearynowy.
- Jeśli masz podwójne wiązanie między parą atomów węgla w swojej strukturze, nazywa się to „kwas oktadecenowy"
- Jeśli ma dwa wiązania podwójne c - c, to nazywa się „Kwas oktadekadienowy” a jeśli masz trzykwas oktadekatrienowy".
Jeśli chcesz podsumować nomenklaturę, to 18: 0 jest używane dla 18-węglowego kwasu tłuszczowego i bez podwójnych wiązań (nasyconych) i, w zależności od stopnia nienasycenia, zamiast zera dla cząsteczki zapisuje się 18: 1 z nienasyceniem, 18: 2 na jeden z dwoma nienasyceniami i tak dalej.
Jeśli chcesz określić między atomami węgla, które są wiązaniami podwójnymi w nienasyconych kwasach tłuszczowych, użyj symbolu ∆ z indeksem górnym, który wskazuje miejsce nienasycenia i przedrostek „Cis"Lub „trans”, w zależności od konfiguracji tego.
Jeszcze bez komentarzy