LIPIDI Definicija lipida

Transcript

1 LIPIDI Definicija lipida Lipidi su materije biološkog porekla koje ulaze u sastav organizama biljaka i životinja, i u osnovi se karakterišu time: što su slabo rastvorni ili nerastvorni u vodi, a rastvorni su u različitim organskim rastvaračima (etar, hloroform, metanol i sl); što u njihov sastav ulaze i više kiseline alifatskog i alicikličnog reda, ili pak odgovarajući alkoholi, pa i ugljovodonici; i što predstavljaju biološki veoma značajna jedinjenja sa raznim funkcijama, u tkivima ćelija ili, pak, u tečnostima koje one sadrže 1

2 Uloga lipida snovna uloga lipida je da predstavljaju konstitutivne komponente biomembrana, da učestvuju u predaji nervnih impulsa i stvaranju kontakata meñu ćelijama, da obrazuju energetsku rezervu i termoizolacioni sloj i da štite organizam od mehaničkih povreda LIPIDI Neutralni lipidi (Prosti) Složeni lipidi (Membranski) Fosfolipidi Steroli Glikolipidi Triacilgliceroli Glicerofosfolipidi Sfingolipidi Sfingolipidi Podela lipida 2

3 Podela Kako se u lipide ubrajaju jedinjenja koja se karakterišu rastvorljivošću u organskim rastvaračima, u lipide se ubrajaju i terpeni i terpenoidi, vitamini rastvorni u mastima (A,D,E,K) Podela lipida se vrši i na osnovu sposobnosti da podležu hidrolizi u baznoj sredini (saponifikacija): osapunjivi (mogu se saponifikovati) masti i ulja, voskovi, fosfolipidi, sfingolipidi, lipoproteini, neosapunjivi (ne mogu se saponifikovati) steroidi, terpeni, prostaglandini Prosti lipidi C 2 C C 2 C 2 --C-R 1 C--C-R 2 C 2 --C-R 3 glicerin (glicerol) triglicerid (triacilglicerol) predstavljaju osnovu masti u triacilglicerole spadaju i cerini (osnova voskova) 3

4 Pojava i uloga masti Trigliceridi masnih kiselina u životinjskom svetu se nalaze u tkivima ćelija organizama Kod biljaka se najčešće nalaze u semenu, a to je posebno karakteristično za biljke čije seme služi i za industrijsko dobijanje biljnih ulja, kao što su suncokret, pamuk, soja, lan i dr U semenu drugih biljaka sadržaj biljnih masti je znatno manji, ali ne postoji ni jedna biljka u čijem semenu se ne nalazi bar nekoliko procenata masti Masti ima i u plodovima nekih biljaka (palma, maslina) kao i u kori drveća (breza) Pojava i uloga masti Kod životinja i riba, mast je koncentrisana u potkožnim masnim tkivima ili pak u tkivima koja okružuju unutrašnje organe, naročito organe koji se odlikuju posebnom ulogom u životnim procesima (srce, bubrezi, želudac i dr) Najveće količine prisutnih masti imaju ulogu rezervnih materija koje se koriste pri lošoj ishrani ili u slučaju oboljenja Masti, osim što imaju veliku energetsku vrednost, štite organizam od hladnoće zbog svoje loše toplotne provodljivosti U mastima se nalaze i materije koje nisu masti, a imaju važnu fiziološku ulogu (vitamini D, A, E, K) 4

5 Neutralne masti i ulja definicija - glicerinski estri masnih kiselina Podela na čvrste masti i tečna ulja Podela na proste trigliceride i mešovite C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C tristearin simetrični oleodistearin asimetrični oleodistearin oleo-palmitostearin Masne kiseline koje ulaze u sastav masti Masne kiseline koje učestvuju u izgradnji masti su, sa retkim izuzecima, jednobazne kiseline Dvobazne kiseline su, u malim količinama, nañene u drugim vrstama lipida, kao što su voskovi Daleko najveći broj masnih kiselina ima ravan ugljovodonični niz, dok se masne kiseline sa razgranatim nizom sreću u malim količinama (kod masti bakterija i u voskovima) Većina masnih kiselina koje ulaze u sastav masti sadrži parni broj ugljenikovih atoma Masne kiseline koje se sreću u mastima mogu da budu zasićene i nezasićene d nezasićenih, u mastima nailazimo na one koje sadrže dvostruke veze kao i one koje sadrže trostruke veze 5

6 6

7 Strukturna formula oleinske kiseline (cis-konfiguracija) Strukturna formula linolne kiseline (cis-cis-oblik) 7

8 Strukturna formula linolenske kiseline (cis-cis-cis-oblik) Esencijalne masne kiseline Linolna, linolenska i arahidonska kiselina predstavljaju esencijalne masne kiseline γ-linolenska kiselina (dvostruke veze u položajima 6,9,12) je izomer α-linolenske kiseline (9,12,15) Linolna i α-linolenska kiselina su nezamenljive jer se ne mogu sintetisati u organizmu Iz linolne kiseline se u organizmu dobija γ- linolenska, a iz nje arahidonska, koja je prekursor u sintezi prostaglandina 8

9 Esencijalne masne kiseline ve esencijalne masne kiseline se obeležavaju i kao omega masne kiseline prema udaljenosti dvostruke veze od ω C atoma (poslednji C atom u nizu) Tako su linolna, γ-linolenska i arahidonska kiselina ω- 6, a α-linolenska ω-3, masne kiseline leinska kiselina prema ovoj nomenklaturi spada u ω-9 masne kiseline Iz α-linolenske kiseline se u organizmu mogu sintetisati druge ω-3 masne kiseline: eikozapentaenska (20:5) i dokozaheksaenska kiselina (22:6) Esencijalne masne kiseline Neravnoteža ili nedostatak ω-3 masnih kiselina u odnosu na količinu ω-6 (pretpostavlja se da je ispravan odnos ovih kiselina 1 : 2) je uzrok mnogih bolesti kao što su: depresija i poremećaj ponašanja (uključujući nasilje), dijabetes, artritis i rak Unos dovoljnih količina ω-3 masnih kiselina smanjuje opasnost od pojave kardiovaskularnih bolesti (ishrana bogata ribom iz severnih mora) 9

10 Struktura molekula triglicerida grupe i ostaci masnih kiselina u ravni (nasuprot) Šematski prikaz pretpostavljenog prostornog rasporeda molekula glicerida Kristalni oblici glicerida a) b) c) Različite mogućnosti asocijacije glicerida sa različitim ostacima masnih kiselina u kristalima a) i b) asocijacija zasićenih glicerida c) asocijacija zasićeno-nezasićenih glicerida u obliku dvojnih slojeva do asocijacije dolazi zahvaljujući van der Valsovim silama izmeñu ugljnizova 10

11 emijska svojstva glicerida reakcije koje se odvijaju samo na estarskim vezama glicerida; reakcije koje se odvijaju samo na ugljovodoničnim ostacima masnih kiselina glicerida; i reakcije koje se istovremeno odvijaju na estarskim vezama i na ugljovodoničnim ostacima masnih kiselina glicerida Reakcije glicerida masnih kiselina na estarskoj vezi idroliza glicerida masnih kiselina Alkoholiza triglicerida masnih kiselina Transesterifikacija triglicerida masnih kiselina Termička razgradnja glicerida masnih kiselina 11

12 idroliza glicerida masnih kiselina Gliceridi masnih kiselina mogu se hidrolizovati na četiri različita načina: hidrolizom u prisustvu - -jona (alkalna hidroliza); hidrolizom u prisustvu + -jona (kiselinska hidroliza); enzimskom hidrolizom; i hidrolizom u neutralnoj sredini, u prisustvu katalitičkih količina Ca, Mg ili Zn Alkalna hidroliza CR CR + 3K 3RCK + postupna CR Kiselinska hidroliza CR CR RC + postupna CR Enzimska na niskim temperaturama, može biti selektivna Neutralna na povišenim temperaturama i pritisku, u prisustvu katalizatora 12

13 Alkoholiza triglicerida masnih kiselina CR CR CR + C 3 CR + CR RCC 3 CR CR + C 3 CR + RCC 3 CR + C 3 + RCC 3 katalizatori benzensulfonska i toluensulfonska kiselina Transesterifikacija triglicerida masnih kiselina CR CR CR CR 1 + R 1 CR 2 CR + CR RCR2 CR CR CR CR 1 CR 2 + CR 2 CR + CR 3 CR CR 1 CR CR 3 u prisustvu katalizatora (sulfatna, baze, metali) 13

14 Termička razgradnja glicerida masnih kiselina zagrevanjem istopljene masti na o C CR CR 2 RC + RC=C= CR RC + RC--CR Transformacije masti na ostacima kiselina Izomerizacija ostataka nezasićenih masnih kiselina Katalitičko hidrogenovanje glicerida nezasićenih masnih kiselina (ulja) ksidacija masti molekulskim kiseonikom 14

15 Izomerizacija ostataka nezasićenih masnih kiselina Promena prostornog rasporeda (cis u trans) Pomeranje dvostruke veze Pojava granjanja Elaidiranje nezasićenih masnih kiselina oleinska , katalizator (N 2, N 2, Se, Ni, S 2 ) elaidinska kiselina 15

16 rotacija oko C-C veze R' R'' [ N 2 ] : R' : cis-oblik R'' kompleks cis-oblika sa azot(iv)-oksidom R' : N R'' [ 2 ] kompleks trans-oblika sa azot(iv)-oksidom R' : + N 2 R'' trans-oblik upotrebom specijalnih katalizatora ili osvetljavanjem sistema reakcija može ići i u suprotnom smeru! Migracija dvostruke veze nezasićenih masnih kiselina δ γ - ili γ β R-C=C-C 2 -C 2 -C R-C 2 -C=C-C 2 -C β α R-C 2 -C 2 -C=C-C migracija u pravcu C kod linolne i linolenske, dobijaju se konjugovane dvostruke veze 16

17 Katalitičko hidrogenovanje glicerida nezasićenih masnih kiselina (ulja) Katalitičkim hidrogenovanjem tečnih ulja mogu da se dobiju čvrste masti, pa je moguće da se postigne i to da ovako dobijene čvrste masti imaju i tačno odreñenu temperaturu topljenja "biljna mast" i za pripremu margarina idrogenovanje može da se izvodi dejstvom molekulskog vodonika u prisustvu katalizatora na atmosferskom pritisku ili pak na nešto povišenom, reñe na pritiscima od 3-5 bara, a ponekad i na bara Temperature na kojima se izvodi hidrogenovanje kreću se u granicama od o C Selektivno hidrogenovanje više nezasićene kiseline se hidrogenuju pre manje nezasićenih kiselina uticaj katalizatora (katalizatori na bazi Pd selektivniji od katalizatora na bazi Ni) difuzija vodonika na površini katalizatora (intezivnija difuzija manja selektivnost) osim hidrogenovanja dolazi i do stvaranja izomernih nezasićenih masnih kiselina 17

18 ksidacija masti molekulskim kiseonikom Proizvode koji nastaju možemo podeliti u tri grupe: proizvodi razgradnje ostataka nezasićenih masnih kiselina; proizvodi oksidacije ostataka masnih kiselina koje sadrže isti broj C-atoma, kao i polazni ostaci masnih kiselina, ali se od polaznih ostataka razlikuju po sadržaju kiseoničnih funkcija U ovu grupu spadaju i proizvodi kod kojih je došlo do izomerizacije ostataka masnih kiselina proizvodi kod kojih je došlo ne samo do oksidacionih već i do polimerizacionih i kondenzacionih promena na ostacima masnih kiselina, a u ovim proizvodima mogu da se nañu i nove kiseonične funkcionalne grupe Proizvodi oksidacije se mogu podeliti i na termički stabilne i nestabilne Inicijacija In + R In + R Propagacija Terminacija R + 2 R R + R R + R 2 R R-R 2 R R-R R + R R-R 18

19 ksidacija oleinske kiseline C 3 (C 2 ) 6 -C 2 -C=C-C 2 -(C 2 ) 6 C + 2 C 3 (C 2 ) 6 -C-C=C-C 2 -(C 2 ) 6 C C 3 (C 2 ) 6 -C 2 -C=C-C-(C 2 ) 6 C ili C 3 (C 2 ) 6 -C-C=C-C 2 -(C 2 ) 6 C + 2 C 3 (C 2 ) 6 -C-C=C-C 2 -(C 2 ) 6 C C 3 (C 2 ) 6 -C 2 -C=C-C-(C 2 ) 6 C + 2 C 3 (C 2 ) 6 -C 2 -C=C-C-(C 2 ) 6 C 19

20 Zasićene masne kiseline R-C 2 -C + R-C-C + Ȯ-- 2 R-C-C + 2 R-C-C Stabilizacija peroksidnog radikala druga maskiselina -C=C-C- + -C 2 -C 2 - -C=C-C- + -C 2 -C- stabilni hidroperoksid 20

21 ksidacija linolne kiseline brže od oleinske C 3 (C 2 ) 4 C=CC 2 C=C(C 2 ) 7 C C 3 (C 2 ) 4 C=CCC=C(C 2 ) 7 C bisalilni radikal Monomolekulsko razlaganje hidroperoksida -C- -C- + alkoksidni hidroksilni -C- + -C 2 -C 2 - -C- + -C 2 -C- samoubrzanje reak + -C C- 21

22 idroperoksidi mogu i da se razlože i po bimolekulskom tipu R-- R R-- --R Inhibitori autoksidacije (antioksidansi) su tokoferoli (vitamin E), 2- i 3-terc-butil-4-oksianizol (BA), nordihidroguaretna kiselina (NDK), estri viših masnih alkohola i galne kiseline Voskovi izgrañeni od jednovalentnih viših masnih alkohola i jednobaznih viših masnih kiselina voskovi se dele na biljne (karnauba), životinjske (pčelinji, lanolin, spermacet) i mineralne voskove (montan) d zasićenih masnih kiselina u voskovima se pojavljuju palmitinska i cerotinska kiselina (smeša kiselina C 24, C 26 i C 28 ) Sem toga pojavljuju se i druge zasićene masne kiseline sa parnim brojem C-atoma do C 36 22

23 Voskovi d viših masnih alkohola najčešće se sreću cetil (C 16 ) i ceril (C 26 ) alkohol, mada se mogu naći i alkoholi C 8 -C 30 Nezasićeni alkoholi i sekundarni alkoholi tipa RC()C 3 se retko sreću Javljaju se i razgranati, zasićeni, primarni alkoholi Aliciklični alkoholi se takoñe sreću pri čemu je od sterola najpoznatiji holesterol, a javljaju se i stigmasterol, ergosterol, lanosterol i dr Složeni (membranski) lipidi Sadrže u svom sastavu i atome P, N, a ponekad i S snovna podela je na fosfolipide, sterole i glikolipide Fosfolipidi se dele na glicerofosfolipide i sfingolipide 23

24 Glicerofosfolipidi nepolarni repovi C C 2 C C 2 C P X pšta formula glicerofosfolipida polarna glava 24

25 Fosfatidne kiseline -C-R -C-R 1 -P() 2 α-izomer -C-R -P() 2 -C-R 1 β-izomer masne kiseline: oleinska, linolna, palmitinska, stearinska i linolenska sreću se u zelenim delovima biljaka, najčešće u obliku soli (Ca, Na) Lecitini i kefalini -C-R 1 -C-R -P--C 2 -C 2 -N 2 -C-R 1 -C-R + -P--C 2 -C 2 -N 3 etanolamin hidratizovani oblik kefalin dipol-jonski oblik 25

26 Lecitini i kefalini -C-R 1 -C-R -P--C 2 -C 2 -N(C 3 ) 3 -C-R 1 -C-R + -P--C 2 -C 2 -N(C 3 ) 3 holin hidratizovani oblik lecitin dipol-jonski oblik U izgradnji glicerofosfolipida učestvuje veći broj različitih masnih kiselina, kako zasićenih tako i nezasićenih: kod glicerofosfolipida biljnog porekla miristinska, palmitinska, stearinska, zasićene masne kiseline C 20 -C 26, palmitoleinska, oleinska, linolna, linolenska, nezasićene masne kiseline C 20 -C 26 kod glicerofosfolipida životinjskog porekla arahidonska 26

27 Fosfatidilserin -C-R 1 + -C-R N 3 -P--C 2 -C C Struktura glicerofosfolipida koji sadrže serin u masi mozga, u organima rogate stoke, u semenu nekih uljarica Acetalfosfatidi viši masni aldehidi u enolnom obliku: palmitaldehid i stearaldehid Na + 3 N-C 2 -C 2 --P _ plazmalogen + _ Na N-C 2 -C 2 --P _ acetalfosfatid (dobijen sintetski) Struktura plazmalogena i njihov prelaz u acetalfosfatide 27

28 Inozit-fosfatidi -C-R 1 -C-R P Najjednostavniji inozit-fosfatid Sfingolipidi 5 4 C N 3 2 sfingozin 1 dihidrosfingozin + 3 N homolozi: C 16, C 17, C 19 i C 20 28

29 snovni molekul iz kog se izvode sfingolipidi ceramid R-C-N najčešće C 24 C-C=C-(C 2 ) 12 -C 3 C 2 -N-C C 2 --X Sfingolipidi (opšta formula) u tkivu mozga i nerava 29

30 N + -P--C 2 -C 2 -N(C 3 ) 3 sfingolipid (sfingomielin) 30

31 Cerebrozidi R-C-N galaktocerebrozid C 2 izolovani iz mozga nejonska komponenta membrana C 2 C 2 N-C-C 3 C 3 -C _ N C C gangliozid C 3 -(C 2 ) 16 -C-N C 2 C 2 glukoza galaktoza N-acetilgalaktozamin sialinska kiselina osnovne komponente ćelijskih površinskih membrana, u mozgu (6%) 31

32 Bioregulatori lipidnog porekla U bioregulatore lipidnog porekla spadaju prostaglandini, prostaciklini, tromboksani i leukotrieni, biološki veoma aktivne supstance poznate pod zajedničkim nazivom eikosanoidi sadrže u svojoj strukturi 20 C atoma, osnovni prekursor arahidonska kiselina (20:4) Masti kao rezervne materije Kao rezervne, masti se pojavljuju u dva oblika i to: rezervne materije jetre, i rezervne materije tkiva 32

33 Lipidno-proteinske strukture Retko u slobodnom obliku u ćelijama, osim kao rezervne materije bično sa proteinskim ili ugljenohidratnim komponentama molekula Dva osnovna tipa lipidno-proteinske strukture: biološke membrane i plazma lipoproteini Biološke membrane a) b) c) a) Lipidi sa jednim ostakom pri maksimalnom pakovanju grade sferne micele b) Ukoliko je broj molekula u miceli veći od optimalnog u sredini micele će se naći voda c) Takve micele se mogu smanjiti smanjem praznine u sredini micele, ali i takva elipsoidna micela sadrži u sredini vodu 33

34 Cilindrični van der Valsov omotač sila kod fosfolipida stvara micelu oblika diska (lipidni dvojni sloj) 34

35 Proteini koji ulaze u sastav membrana se dele na osnovu načina vezivanja za membranu: Integralni proteini su čvrsto vezani za membrane hidrofobnim silama i mogu se odvojiti samo dejstvom agenasa koji narušavaju strukturu membrane Za tu svrhu se koriste organski rastvarači, deterdženti i dr Neki integralni proteini vezuju lipide toliko čvrsto da se od njih mogu odvojiti samo denaturacijom Periferijski proteini se odvajaju od membrana pod relativno blagim uslovima koji ne narušavaju strukturu membrane, kao što je dejstvom koncentrovanog rastvora soli (npr 1 M NaCl) ili promenom p Periferijski proteini ne vezuju lipide i za površinu membrane se vezuju elektrostatičkim i vodoničnim vezama 35

36 Sve biološke membrane sadrže integralne proteine Integralni proteini se ili nalaze na jednoj strani membrane ili su postavljeni tako da prolaze kroz membranu (transmembranski proteini) Biološke membrane su asimetrične tako da su integralni proteini locirani u jednoj od površina membrane (spoljašnjoj ili unutrašnjoj) ili su kao u slučaju transmembranskih proteina orijentisani u jednom smeru Šematski prikaz plazmatične membrane 36

37 Šematski prikaz plazmatične membrane Difuzija Pasivni transport Difuzija kroz kanal Aktivni transport 37

38 Plazma lipoproteini acilglicerol + estar holesterola micela belančevine + fosfolipidi 38

39 Uloga frakcija plazma lipoproteina u transportu materija u organizmu je sledeća: hilomikron učestvuje u transportu masti apsorbovane u tankom crevu do jetre i adopoznih tkiva (egzogeni triacilglicerol), lipoprotein veoma male gustine učestvuje u transportu masti koja se sintetiše u jetri (endogeni triacilglicerol), lipoprotein male gustine učestvuje u transportu holesterola, uglavnom kao acil estar koji se sintetiše u jetri, i lipoprotein velike gustine učestvuje u transportu holesterola iz perifernih tkiva do jetre za kataboličke procese Terpeni Terpeni i terpenoidi predstavljaju najbrojniju grupu sekundarnih metabolita biljaka, koji se delimično javljaju i u tkivima životinja Terpenoidi su kiseonični derivati terpena Poseduju značajnu fiziološku aktivnost, nosioci su lekovitosti droga kao i nosioci mirisa 1887 godine Wallach ustanovio tzv "izoprensko pravilo" 3 C 2 C C 2 C C 2-metil-1,3-butadien (izopren) glava izoprenska jedinica terpena Strukturna formula izoprena rep 39

40 Terpeni C 3 C 2 C C 2 2 C C C 2 glava rep rep 3 C C 3 glava Strukturna formula citronelola 2 izoprenske jedinice sastojak ružinog ulja Terpeni glava glava rep rep Karakteristično povezivanje glava-rep kod terpena 40

41 Redosled povezivanja glava-rep kod kaučuka tj Redosled povezivanja rep-rep" kod skvalena ( rep-rep" kombinacija dva "glava-rep" trimera izoprena) Ružička pravilo o biosintezi terpena 2 C 3 CSCoA C 3 SCoA 2 C C 2 C C 2 mevalonska kiselina C 3 CC 2 CSCoA acetoacetil koenzim A masne kiseline C 3 C 3 DMAPP izomeraza P P 2 C C 3 P P IPP C 3 C 3 3 C P P GPP Nastajanje geranil-pirofosfata iz acetilkoenzima A 41

42 Steroidi Steroidi su organska jedinjenja biljnog ili životinjskog porekla, koja se zbog rastvorljivosti u tzv lipidnim rastvaračima (etar, benzen, hloroform, ugljentetrahlorid, i sl) ubrajaju po nekim klasifikacijama u grupu lipida Karakteristično je da sadrže tetraciklično jezgro ciklopentanoperhidrofenantrena Sam naziv steroidi (grč stereoς čvrst, stear loj) označava i poreklo i bližu karakteristiku -čvrstinu Steroidi A B 6 12 C D triterpeni, 6 izoprj -nemaju 3 metil grupe Tetraciklično jezgro ciklopentanoperhidrofenantrena ( estran ) Na C 10 i C 13 obično su vezane po jedna angularna ( iz ugla ) metil grupa, na C 3, C 11 i C 17 mogu se nalaziti funkcionalne grupe (- ili =), a na atomu C 17 je veoma često bočni niz 42

43 Steroidi Jezgro steroida je u suštini planarno, a način meñusobnog povezivanja (kondenzacije prstenova A/B/C/D) može dovesti do niza stereoizomernih jedinjenja: Prstenovi A/B, A/C i C/D mogu biti u cis ili trans položajima; Supstituenti na C3, C5, C8, C10, C13 i C17 cikličnog sistema mogu biti usmereni u prostoru ispod (α - supstituenti) ili iznad (β -supstituenti) ravni papira, pri čemu se α -supstituenti označavaju isprekidanom linijom ( ), a β -supstituenti punom linijom ( ) Supstituenti kod kojih konfiguracija u odnosu na jezgro nije odreñena niti poznata, se označavaju sa ξ (ksi), a ova veza se obeležava tačkastom linijom () Stereohemija steroida R R a) b) Sterodi 5α-serije a) konfiguraciona formula b) konformaciona formula 43

44 Stereohemija steroida R R a) b) Sterodi 5β-serije a) konfiguraciona formula b) konformaciona formula Steroidi imaju dvostruki značaj: sva jedinjenja ove grupe su biološki aktivna; i imaju različite, vitalne funkcije u živim organizmima * A * C * * B 21 * * * D * holesterol (holesterin) 2 8 =256 stereo-izomernih oblika teorijski u ljudskom organizmu ga ima g; veći deo holesterola krvne plazme (oko 75 %) u esterifikovanom obliku 44