struktura lipidů
Struktura a funkce lipidů
Vlastnosti lipidů
Neutrální lipidy (tuky) patří charakterem k esterům, jsou dobře rozpustné v organických rozpouštědlech jako je methanol, aceton, chloroform nebo benzen. Ve vodě jsou prakticky nerozpustné nebo jen velice špatně rozpustné. Špatná rozpustnost ve vodě je daná tím, že ve své molekule obsahují jen velice málo atomů schopných vytvářet polarizované vazby (O, N, S nebo P).
Z pohledu trávení lze tuky rozdělit na dvě základní skupiny. Na skupinu hydrolyzovatelných tuků, tzn. takových, které lze hydrolyticky rozložit na jednodušší složky a na skupinu nehydrolyzovatelných tuků, které v těle rozkladu nepodléhají.
V těle slouží tuky jako nejkoncentrovanější forma zásobní energie. Mohou sloužit jako přímý zdroj energie pro svalovou práci ihned po vstřebání do krve, většinou jsou ale ukládány jako zásoba energie ve formě triacylglycerolů do tukové tkáně. Tuková tkáň má díky vysokému podílu tuků vynikající tepelně izolační vlastnosti. Tuky jsou obsaženy ve vysokém podílu v nervové tkáni, zde plní funkci elektrického izolátoru, který umožňuje cílené šíření depolarizačních vln bez výraznější ztráty způsobené rozptylem signálu do okolní tkáně. Samotné lipidy vytváří v kombinaci s dalšími složkami zvláštní částice (chylomikrony), které jsou rozhodující strukturou pro transport vstřebaných tuků do dalších tkání. Vznik těchto částic umožňují tzv. lipoproteiny, jedná se o složené molekuly, ve kterých dochází k navázání tuků na zvláštní transportní bílkoviny. Lipoproteiny jsou také významnou složkou buněčných a mitochondriálních membrán a právě jejich špatná rozpustnost ve vodě umožňuje vznik membránových potenciálů.
Některé specifické lipidy (steroidy, eikosanoidy a některé metabolity fosfolipidů) mají signální funkci. Jiné lipidy vytvářejí v buněčné membráně jakási vazebná místa, na která se ukotvují bílkoviny plnící rozličné úkoly spojené s funkci buněčných membrán. Lipidy mohou také vystupovat jako koenzymy a ovlivňovat tak různé reakce v buňce (vitamín K, ubichinon).
Jednoduché a složené lipidy
Z chemického hlediska lze tuky rozdělit na 3 skupiny. Na jednoduché lipidy, na složené lipidy a na odvozené lipidy a jejich prekurzory.
Jednoduché lipidy jsou estery mastných kyselin a vhodného alkoholu. Nejčastějším alkoholem je glycerol a tuto skupinu lipidů označujeme jako glycerolipidy (běžnějším a rozšířenějším označením je acylglyceroly). Pokud se zejména v potravinářské chemii mluví o tucích, myslí se tím právě skupina glycerolipidů. Mezi tuky se řadí i oleje. Pokud se mastná kyselina naváže na nějaký vyšší jednosytný alkohol, mluví se o voscích.
Pokud obsahuje molekula vedle mastných kyselin a alkoholu i nějakou další funkční skupinu, mluví se o složených lipidech. Pokud je touto funkční skupinou zbytek kyseliny fosforečné, mluví se o fosfolipidech. Biologicky významné jsou glycerolfosfolipidy (alkoholem je glycerol) a sfingofosfolipidy (alkoholem je sfingosin). Někdy obsahují složené lipidy i složku se sirnou funkční skupinou (sulfolipidy) a nebo s aminoskupinou (aminolipidy). Do skupiny složených lipidů jsou také zařazovány již zmíněné biologicky velice významné strukturní a transportní lipoproteiny.
Mezi odvozené lipidy a jejich prekurzory patří zejména mastné kyseliny, steroidy, alkoholy (hlavně glycerol, cholesterol, cetylalkohol případně dolichol) , mastné aldehydy (vznikají redukcí mastných kyselin, většinou se v přírodních tucích vyskytují volně, jen část je vázána), ketolátky, některé vitamíny a hormony. Všechny tyto zmíněné látky hrají významnou roli v metabolismu lipidů a při jejich biologické funkci.
V populárně odborné literatuře se často používá pojem neutrální tuky v souvislosti s metabolismem tuků přijímaných potravou. Jedná se především o acylglyceroly, cholesterol, estery cholesterolu a obecně i další tuky, které nenesou žádný náboj a chovají se tedy elektroneutrálně.
Mastné kyseliny
V přírodních tucích a olejích se mastné kyseliny vyskytují jako estery. V plazmě se vyskytují i jako neesterifikované (volné) mastné kyseliny a jedná se výhradně o transportní formu mastných kyselin. Mastné kyseliny jsou zpravidla nevětvené řetězce obsahující sudý počet atomů uhlíku, protože jsou v těle syntetizovány ze dvouuhlíkatých jednotek (acetylkoenzym A). Řetězec může být nasycený, neobsahuje tedy žádnou dvojnou vazbu a tyto mastné kyseliny jsou ve vyšším množství obsaženy v tucích plnící funkci zásoby energie. Pokud řetězec obsahuje nějakou dvojnou vazbu (nebo více dvojných vazeb), jedná se o nenasycené mastné kyseliny a jejich zvýšený obsah je především v buněčných membránách. Nasycené mastné kyseliny jsou tedy především zdrojem energie, nenasycené mastné kyseliny plní spíše funkci strukturní a uplatňují se především při tvorbě buněčných membrán.
Triacylglyceroly
Triacylglyceroly jsou estery alkoholu glycerolu a mastných kyselin. Glycerol je trojsytný alkohol a může tedy tvořit monoacyl-, diacyl- a triacylglyceroly. Přírodní tuky jsou vždy směsí různých triacylglycerolů, přičemž až na specifické vyjímky jsou navázané mastné kyseliny se sudým počtem atomů uhlíku v řetězci. Tento poznatek je logický, protože uhlíkaté řetězce mastných kyselin vznikají z aktivované kyseliny octové (acetyl-CoA), což je dvouuhlíkatý zbytek. Určitou odbornou výzvou bylo objasnění skutečnosti, proč se v živočišných tucích nejvíce vyskytují mastné kyseliny se 16 a 18 atomy uhlíku v řetězci.
Na následující tabuli je vyznačeno nejčastější zastoupení mastných kyselin na jednotlivých uhlících glycerolu v živočišných tucích. V rostlinných olejích je situace rozdílná, v pozici 1 bývá navázána nejčastěji kyselina palmitová, někdy kyselina olejová, v pozici 2 nejčastěji kyselina olejová, ale také kyseliny linolová ev. linolenová a v pozici 3 nejčastěji některá z PUFA (linolová, linolenová, arachidonová). Složení rostlinných olejů (co se týče obsahu jednotlivých MK) je variabilní podle druhu rostliny a také její části. Jsou například poměrně velké rozdíly v obsahu jednotlivých MK mezi zelenými částmi rostliny, květními lístky, jádrem semen a třeba i oplodím semene. Dokonce některé rostliny reagují výsledným složením oleje podle toho, zda rostou na přímém slunci nebo ve stínu.
Historicky se acylglyceroly dělily na tuky a oleje. Toto dělení se odvozovalo od bodu tání acylglycerolů. Pokud byly při běžné teplotě tuhé, mluvilo se o tucích, pokud byly tekuté, označovaly se jako oleje. Z chemického hlediska je to více méně stejné, oba názvy jsou však vžité, a proto se běžně používají doposud.
Teoreticky mohou nastat 4 různé varianty ve složení triacylglycerolu podle toho, jaké typy mastných kyselin jsou na glycerol navázány. Toto rozdělení vychází ze zastoupení nasycených (saturated, S) a nenasycených (unsaturated, U) mastných kyselin. Jsou možné varianty SSS, SSU, SUU a UUU. Následující přehled ukazuje, jak rozdílné může být složení tuků v přirozených zdrojích. Číselné údaje jsou vyjádřeny v % (v kokosovém oleji je ze 100 molekul triacylglycerolů 82 v kombinaci SSS a 18 v kombinaci SSU). Tato čísla ale nic neříkají o tom, které konkrétní nasycené nebo nenasycené mastné kyseliny jsou v molekule navázány. Údaje o zastoupení konkrétních mastných kyselin v tom kterém tuku nebo oleji naleznete v souvisejících článcích.
Živočichové vstřebávají tuky z potravy v nezměněné podobě (tedy jako triacylglyceroly) jen v nepatrném množství. Triacylglyceroly se proto nejprve hydrolyticky štěpí. částečně již v žaludku působením žaludeční lipázy, hlavně však pankreatickou lipázou. Vzniká směs volných mastných kyselin a sn-2-monoacylglycerolů. Takto se vstřebávají do buněk střevního epithelu.
Fosfolipidy
Jedná se o poměrně početnou skupinu látek, které lze odvozovat od kyseliny fosfatidové. Patří tedy mezi fosfoacylglyceroly, jedinou vyjímkou jsou sfingomyeliny, které ve své molekule neobsahují glycerol a místo něho je navázán aminoalkohol sfingenin. Mezi fosfolipidy patří fosfatidová kyselina a fosfatidylglycerol, fosfatidylcholin, fosfatidylethanolamin, fosfatidylinositol, fosfatidylserin, lysofosfolipidy, plasmalogeny a již zmíněné sfingomyeliny. Většina fosfolipidů má v poloze sn-1 glycerolu navázaný zbytek nasycené mastné kyseliny, v poloze sn-2 zbytek nenasycené mastné kyseliny.
Všechny fosfoacylglyceroly jsou vlastně derivátem kyseliny fosfatidové, ve které je kyselina fosforečná esterifikována s vhodným alkoholem. Kyselina fosfatidová (1,2-diacyl-sn-glycerol-3- fosforečná kyselina) je důležitým mezistupněm syntézy triacylglycerolů a fosfoglycerolů. Fosfolipidy nejsou nutnou součástí potravy, protože si je tělo dokáže vyrobit ze základních stavebních jednotek. Jejich význam pro život je však zcela nezastupitelný. Jsou součástí buněčné membrány a membrán buněčných organel a také různých lipoproteinů. Jejich funkce spočívá v emulgaci a tím i stabilizaci lipoproteinové molekuly. Obsah fosfolipidů v plasmě ovlivňuje rozpustnost lipoproteinů v LDL částicích. V těle vznikají působením několika fosfolipáz, které připojují jednotlivé složky na glycerol. Současně tytéž enzymy zajišťují i rozklad fosfolipidů.
Glykolipidy
Glykolipidy jsou obsaženy ve všech tkáních a plní rozmanité funkce. Velmi hojně jsou zastoupeny v mozku a v nervové tkáni. Strukturně jsou lokalizovány většinou na vnější straně plazmatické membrány, tedy směrem do mezibuněčného prostoru. Zde často vytváří složité struktury spolu s povrchovými sacharidy.
Glycerolglykolipidy mají relativně jednoduchou strukturu. Základ tvoří 1,2-diacylglycerol, který má v pozici sn-3 navázaný nějaký jednoduchý cukr nebo oligosacharid. Velká rozmanitost těchto glycerolglykolipidů se nachází u bakterií, v menším množství se vyskytují i u savců.
Glykosfingolipidy obsahují ve své molekule ceramid a jeden nebo dva cukry. Galaktosylceramid je hlavním glykosfingolipidem mozku a nervů, v ostatních tkáních je zastoupen v mnohem menším množství. Obsahuje kyselinu cerebronovou.
Galaktosylceramid může být přeměněn na sulfogalaktosylceramid (označuje se i jako sulfatid), který má na C-3 galaktózy navázanou kyselinu sírovou. Je ve značném množství obsažen v myelinu. Sulfatidy jsou obecně estery neutrálních glykosfingolipidů s kyselinou sírovou, často se ale pod označením sulfatid míní právě sulfogalaktosylceramid.
Glukosylceramid je dalším z jednoduchých glykosfingolipidů. Je obsažen v extraneurálních tkáních, v mozku se nachází v menším množství.
Gangliosidy jsou odvozené od glukosylceramidu, ve své molekule mají navíc navázanou kyselinu sialovou. Patří tedy mezi složité glykolipidy. Sialová kyselina je společný název pro kyseliny N-acetyl- a N-glykolylneuraminové. Gangliosidy se skládají z části ceramidové, z neutrálního oligosacharidu obsahujícího většinou 2 až 4 cukerné zbytky (glukóza, galaktóza a N-acetylgalaktosamin) a z jedné nebo několika sialových kyselin. Gangliosidy mohou mít v molekule navázanou 1 až 5 molekul kyseliny sialové, podle tohoto počtu se pak označují jako di-, tri-, tetra- nebo pentasialogangliosidy.
Hlavní sialovou kyselinou lidských tkáních je kyselina N-acetylneuraminová. Gangliosidy jsou hojně obsaženy v šedé kůře mozkové a v nervové tkáni. Jsou obsaženy i v jiných tkáních, většinou na povrchu buněk, kde plní funkci receptorů. Ty části buněčných membrán, které obsahují kyselinu neuraminovou, hrají důležitou roli při zachytávání virových částic a při jejich pronikání dovnitř buněk. Virové částice obsahují enzym neuramidázu, která katalyzuje hydrolytické odštěpení neuraminové kyseliny a tím dokážou vyřadit virové receptory z funkce.
Steroidy
Všechny steroidy mají podobné cyklické jádro podobající se fenanthrenu (kruhy A, B a C), ke kterému je připojený cyklopentanový kruh (D). Nejznámějším je cholesterol, od kterého je odvozena celá řada dalších významných steroidů, jako jsou žlučové kyseliny, nadledvinkové hormony, pohlavní hormony, vitamín D, srdeční glykosidy, sitosteroly a některé alkaloidy.
V molekule steroidů jsou vázány dva methyly, a to typicky v pozicích 10 a 13. Proto jsou často tyto uhlíky označeny číselně jako 18 a 19. U většiny steroidů je na C-17 navázaný nějaký postranní řetězec. Pokud má sloučenina navázanou jednu nebo více hydroxylových skupin (a současně žádnou jinou), označuje se jako sterol (její označení končí -ol).
Související články
Mastné kyseliny - základní informace
Struktura a funkce mastných kyselin - biochemie
Biosyntéza cholesterolu - biochemie
Odkazy
Při zpracovávání textů a grafické stránky článků byly využity podklady z odborné literatury a internetu. Převzaté obrázky byly graficky upraveny pro potřeby tohoto webu. Kreslené obrázky podléhají autorským právům. Seznam použité literatury naleznete zde.