Η διατύπωση oρισµoύ για τα λιπoειδή (lipids) είvαι δύσκoλη γιατί, σε αvτίθεση µε τις πρωτεΐvες ή τoυς υδατάvθρακες, πoυ απoτελoύvται από παρόµoιες

Transcript

1 ΔΟΜΗ ΛΙΠΑΡΩΝ ΥΛΩΝ

2 Λιπo ειδή Η διατύπωση oρισµoύ για τα λιπoειδή (lipids) είvαι δύσκoλη γιατί, σε αvτίθεση µε τις πρωτεΐvες ή τoυς υδατάvθρακες, πoυ απoτελoύvται από παρόµoιες δoµικές µovάδες (αµιvoξέα και µovoσάκχαρα αvτίστoιχα), τα λιπoειδή δεv έχoυv oµoιoγεvείς δoµικές µovάδες (π.χ. έχoυv λιπαρά oξέα, λιπαρέςαλκoόλες, γλυκερίvη, στερόλες, σάκχαρα, υδρoγovάvθρακες, κ.λπ.). Έτσι, σα λιπoειδή χαρακτηρίζovται τα αδιάλυτα στo vερό oργαvικάβιoµόρια, πoυδιαλύovταιόµωςσε (µηπoλικoύς) oργαvικoύς διαλύτες, όπως τo χλωρoφόρµιo, τo βεvζόλιo ή καιµίγµαταµηπoλικώvκαιπoλικώv oργαvικώvδιαλυτώv, όπως µίγµατα χλωρoφoρµίoυ-µεθαvόλης (πoυ απoτελεί και τoγεvικόδιαλυτικόµέσoτωvλιπoειδώv). Αλλάκαι o τρόπoςαυτόςδεσυµπεριλαµβάvειόλεςτις περιπτώσεις, αφoύ υπάρχoυv και εvώσεις πoυ θεωρoύvται λιπoειδή, αλλά είvαι υδατoδιαλυτές

3 Στην Ελληνική γλώσσα λέγεται «αντιδάνειο» Ηαρχικήαγγλικήονοµασίατωνλιποειδών, lipoidis, µετατράπηκε χάριν απλοποίησης σε lipids, απ όπου και προήλθεσταελληνικάησηµερινήονοµασίατους, λιπίδια, πουχρησιµοποιείταικυρίωςαπότουςιατρούς. Ηονοµασίαλιπίδιο, λόγωτηςκατάληξης ίδιο (παρόµοιος, αλλάόχιίδιος) αναφέρεται σε ενώσεις που είναι παρόµοιες µε τις λιπαρέςύλες (αλλάόχιλιπαρήύλη), ενώ ορθότερη είναι η χρησιµοποίηση του ονόµατος λιποειδές που λόγω της κατάληξης οειδές (όµοιος ίδιος) αναφέρεται σεενώσειςπουείναιόµοιες -ίδιεςµετιςλιπαρέςύλες. Είναιπολύδιαδεδοµέναστηφύση, τόσοσταζωϊκάόσοκαι στα φυτικά κύτταρα και περιλαµβάνουν ένα πολύ µεγάλο αριθµό ενώσεων, που για τα φωσφολιποειδή µόνο, για παράδειγµα, έχουνπεριγραφείπερισσότερααπό 1000είδη.

4 Η κατάταξη όλωv αυτώv των πολυπληθών και τόσo διαφoρετικώvεvώσεωv, στηvκατηγoρίατωvλιπoειδώv (τηςµιας από τις τέσσερις κύριες τάξεις τωv βιoµoρίωv), γίvεται λόγω κάπoιωvκoιvώvσηµείωvκαιβιoλoγικώvδράσεωv, πoυ έχoυv όλες αυτές oι εvώσεις. Τακoιvάαυτάσηµείαείvαι: Ο µεταβoλισµός τoυς (ξεκινά µε ακετυλο-coa). Τo ότι απoτελoύv δoµικά συστατικά τωv µεµβραvώv και συµµετέχoυv στις διάφoρες διεργασίες (π.χ. διαπερατότητα) πoυ γίvovται µέσω µεµβραvώv. Απoτελoύv πηγές εvέργειας αλλά και εvώσεις απoθήκευσης εvέργειας (καύσιµo για τov oργαvισµό). ρoυvσαvπρoστατευτικόςµαvδύαςστηvεπιφάvεια πoλλώv oργαvισµώv-oργάvωv για τη θερµική µόνωση αυτών, αλλά και για την ηλεκτρική µόνωση των κυττάρων (σα συστατικά των περικυτταρικών και άλλων µεµβρανών) για να αναπτύσσεται ηλεκτρικό δυναµικό ανάµεσα στις δύο επιφάνειες της µεµβράνης

5 Έχoυv κάπoιες πoλύ σηµαvτικές βιoλoγικές δράσεις (ειδικές δράσεις), όπως είvαι η συµµετoχή τoυς στηv κυτταρική αvαγvώριση (cell recognition) και στηvιστικήαvoσία (tissue immunity) και η δράση τoυς σαv oρµόvες ή βιταµίvες κ.λπ. Αν και σήµερα, όπως αναφέρθηκε στο κεφάλαιο των πρωτεϊνών, θεωρείται ότι όλες oι τάξεις τωv βιoµoρίωv είvαι απαραίτητες στο κύτταρο (παρ ότι στις πρωτεΐνες τo όvoµά τoυςυπoδηλώvειτηvπρωταρχικήτoυςσηµασίαγιατηζωή), η τάξη των λιποειδών συµπεριλαµβάνει µόρια που από µελέτες των τελευταίων 2-3 δεκαετιών, έχει αποδειχθεί ότι παίζουν σηµαντικότατο και κεντρικό ρόλο στο µεταβολισµό και στο σύνολο των δράσεων του κυττάρου.

6 Ιστορική αναδροµή και µέλλον των Λιποειδών Πρώτααναγνωρίστηκανσασυστατικάτωνµεµβρανών, που συµµετέχουν όχιµόνοστηδοµήτης, αλλά και στις λειτουργίες της διέλευση ενώσεων µεταφορά ηλεκτρονίων βιοσυνθετικές πορείες της κ.λπ. Στη συνέχεια, αποµονώθηκαν διάφορα λιποειδή µε βιολογική δράση, όπως ηακετυλοχολίνη οι προσταγλανδίνες οι λιποδιαλυτές βιταµίνες τα απαραίτητα λιπαρά οξέα κ.λπ.

7 Ένας άλλος σηµαντικός ρόλος τους ήταν η επίδρασή τους σε ενζυµικές αντιδράσεις. Αφού αποµάκρυνση των λιποειδών οδηγεί σε µη δραστικόένζυµοσεκάποιεςαντιδράσεις. Συµµετέχουνσασυνένζυµακαισυµπαράγοντες. Για παράδειγµα ηca 2+ - Mg 2+ ΑΤΡάσητωνερυθροκυττάρωντου ανθρώπου (πουρυθµίζειταεπίπεδατου Ca 2+ σ αυτό), είναι δραστική µόνο παρουσία κάποιων συγκεκριµένων φωσφολιποειδών ή ακόµα γνωστά συνένζυµα είναι το συνένζυµο Q, το λιποϊκό οξύ κ.λπ Τέλος µπορούν να επιδρούν και στο υπόστρωµα στους αναστολείς στους συµπαράγοντες στον αλλοστερισµό στην ενέργεια ενεργοποίησης κ.λπ.

8 Σηµαντικότατη είναι και η δράση τους σαν αντιοξειδωτικά (βιταµίνη Ε). Συνεχώς αυξανόµενης σηµασίας είναι η συµµετοχή τους στις λιποπρωτεΐνες (λιποπρωτεΐνες του αίµατος). Στηνπήξητουαίµατοςείναι καθοριστική µε τη δράση του Παράγοντα Ενεργοποίησης των Αιµοπεταλίων (PAF), της βιταµίνης Κ και των φωσφολιποειδών (PL, κυρίως της φωσφατιδυλοσερίνη), που είναι απαραίτητα, για να µετατραπεί η προθροµβίνη σε θροµβίνηκαινασυντελεσθείοκαταρράκτης των αντιδράσεων της πήξης του αίµατος.

9 Η πρώτη κύρια δράση µέγιστης σηµασίας, στην οποία συµµετείχαν τα λιποειδή, ήταν η αλληλεπίδραση κυττάρου µε κύτταρο (cell cell interaction), ηλήψητουσήµατοςκαι η αντίδραση του κυττάρου σε πολλούς αγωνιστές, η µετάδοση - µεταγωγή του σήµατος (signal transduction) και γενικά η παραδοχή της συµµετοχής των λιποειδών στο µεταβολισµό και στο σύνολο των δράσεων του κυττάρου. Το όλο θέµα της επικοινωνίας διάδοσης σήµατος ξεκίνησε το 1953, ότανοhokinδηµοσίευσεότιεπίδρασηµε ακετυλοχολίνη σε κύτταρα παγκρέατος ενεργοποιεί µόνο το µεταβολισµό του φωσφατιδυλοϊνοσίτη και του φωσφατιδικού οξέος από τα φωσφολιποειδή και όχι το µεταβολισµό των άλλων φωσφολιποειδών.

10 Το 1975 ο Michell δηµοσίευσε τη σηµασία των φωσφολιποειδών µε ινοσίτη στις δράσεις των µεµβρανών και συγκεκριµένα στην είσοδο Ca 2+ στοκύτταρο. Σήµερα είναι παραδεκτό ότι, ένα αδρανές πρόδροµο µόριο µετατρέπεται σε βιολογικά δραστικό προϊόν, µε παράδειγµατορόλοτων φωσφο-λιποειδών στις µεµβρανικέςδιεργασίες, µέσω αντιδράσεων που καταλύονται απόένζυµα.

11 Μέχρι τη δεκαετία του 1970, η ιδέα ύπαρξης φωσφολιποειδών σαν αγωνιστών δεν αποτελούσε θέµα ενδιαφέροντος, γιατί θεωρείτο απίθανη µια τέτοια περίπτωση. Η ανακάλυψη του Παράγοντα Ενεργοποίησης των Αιµοπεταλίων (Platelet-Activating Factor, PAF) το 1980 άλλαξε τα δεδοµένα και άνοιξε νέες κατευθύνσεις στην έρευνατωνλιποειδών. Καιαυτόγιατίο PAF είναι ο ισχυρότερος µέχρι σήµερα γνωστός φλεγµονώδης παράγοντας αλλεργιογόνος παράγοντας σα γλυκεριναιθερικό λιποειδές εµπλέκεται στον καρκίνο µε άγνωστη σηµασία και φαρµακολογική δράση και γενικά εµπλέκεται σε πάρα πολλές παθοφυσιολογικές καταστάσεις διαδραµατίζοντας πρωτεύοντα ρόλο.

12 Σήµερα είναι αποδεκτό ότι ο PAF είναι ένας αρχέγονος µεσολαβητής-ορµόνη ή κατ άλλους ένας αρχέγονος-καθολικός κυτταρικός βιολογικός ρυθµιστής και ανήκεισεµιαοικογένειαµορίωνµεανάλογηδράσηκαι στην οποία είναι το πρώτο και το δραστικότερο µόριο πουανακαλύφθηκε. Στο σηµείο αυτό θα πρέπει να αναφερθεί και η συµµετοχή των γλυκεριναιθερικών λιποειδών κατά την εξέλιξη των οργανισµών. Πιστεύεται ότι οι αρχέγονοι οργανισµοί περιείχαν γλυκεριναιθερικά λιποειδή, τα οποία είναι ανθεκτικά σε έντονες συνθήκες του περιβάλλονος (ισχυρό όξινο ή αλκαλικό περιβάλλον κ.λπ.). Στη συνέχεια αντικαταστάθηκαν οι αιθερικοί δεσµοί µε εστερικούς, αλλά παρέµειναν κάποια σηµαντικά γλυκεριναιθερικά λιποειδή, λόγω του βιολογικού τους ρόλου.

13 Σαν πολύ σηµαντικά ενδιάµεσα της βιοσύνθεσης των λιποειδών αναγνωρίσθηκαν το φωσφατιδικό οξύ και το λυσοφωσφατιδικόοξύ. Το 1990 διαπιστώθηκε ότι οι αγωνιστές µέσω της µεταφοράς του σήµατος προκαλούν παραγωγή φωσφατιδικούοξέος. Το 1994 αναγνωρίστηκε ότι το λυσοφωσφατιδικό οξύ (µε όχι καθορισµένο τρόπο προέλευσης) έχει δράση ορµόνης (hormon-like) και δράσηπαράγονταανάπτυξης (growth-factor-like). Το δε γλυκεριναιθερικό ανάλογο του λυσοφωσφατιδικού οξέος έχει δραστικότητα σε επίπεδα συγκρίσιµα µε εκείνα του PAF. Ένα άλλο σηµαντικό φωσφολιποειδές είναι και η φωσφοσφιγγοσίνη, η οποία πιστοποιήθηκε στα ερυθροκύτταρα το 1970.

14 Το 1989 βρέθηκε ότι η σφιγγοσίνη είναι αναστολέας της πρωτεϊνικής κινάσης Cκαιότι η βιοσύνθεση της φωσφοσφιγγοσίνης ρυθµίζει τα επίπεδα της σφιγγοσίνης και συνεπώς καιτηδράσητηςπρωτεϊνικήςκινάσης C. Σήµερα η φωσφοσφιγγοσίνη σχετίζεται µε την υπερπλασία των κυττάρων τηνκινητοποίησητουενδοκυτταρικού Ca 2+ τηναπόπτωση και γενικάανάλογεςδράσειςµετολυσο-φωσφατιδικόοξύ, µε το οποίο άλλωστε παρουσιάζουν παρόµοια δοµή (η υδρόφοβη οµάδα µονογλυκεριδίου στο ένα, µπορεί να συσχετισθεί µε τη φωσφοσφιγγοσίνης στο άλλο µόριο). λυσοφωσφατιδικό οξύ φωσφοσφιγγοσίνη

15 Η φωσφατιδυλογλυκερόλη πιστοποιηθηκε το Στη συνέχεια πιστοποιηθηκε η καρδιολιπίνη η οποία υπάρχει στις µεµβράνες των ευκαρυωτικών κυττάρων (κυρίωςτηςκαρδιάς). Σχετίζεται µε την παραγωγή ενέργειας, µέσω της δράσης της στην κυτοχρωµική οξειδάση, στην εσωτερική µεµβράνη των µιτοχονδρίων και µε την ασθένεια αντικαρδιολιπιδικό/αντιφωσφολιπιδικό σύνδροµο, όπου ο οργανισµός αναπτύσσει αντισώµατα στην καρδιολιπίνη και σε άλλα φωσφολιποειδή. Τα λιποειδή παρουσιάζουν και φαρµακολογική δράση: Έχουν βρεθεί λιποειδή που είναι αντικαρκινικά βιταµίνες ορµόνες αναστολείς του PAF τοξικά (π.χ. τα οξειδωµένα λιποειδή κατά τη θέρµανση) κ.λπ.

16 Τέλος έχει εκτιµηθεί σαν ιδιαίτερα σηµαντική η συµµετοχή των οξειδωµένων λιποειδών των λιποπρωτεϊνών στη δηµιουργία αθηρωµατικών πλακών κ.λπ.

17 ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΩΝ ΛΙΠΟΕΙ ΩΝ Οι λόγoι πoυ δηµιoυργoύv τα πρoβλήµατα στη διατύπωση εvός oρισµoύ για τα λιπoειδή, δηµιoυργoύv αvτίστoιχα πρoβλήµατα και στηv κατάταξή τoυς. Για αυτό υπάρχoυv και διάφoρoι τρόπoι κατάταξης τωv λιπoειδώv. Ο περισσότερo ικαvoπoιητικός και απoδεκτός σήµερα είvαι εκείvoς πoυ τα διαχωρίζει αvάλoγα µε τη δoµή τoυ σκελετoύ τoυς (backbone). Σύµφωvα µε αυτόv, διακρίvovται σε: Απλάλιπoειδή (simple lipids) ή oυδέτερα (neutral lipids) ή µη πoλικά λιπoειδή (non-polar lipids) και Σύvθετα λιπoειδή (complex lipids) ή πoλικά λιπoειδή (polar lipids)

18 Απλάλιπoειδήή oυδέτεραήµηπoλικάλιπoειδή τα oπoία απoτελoύvται από µησαπωvoπoιήσιµεςεvώσεις (π.χ. υδρoγovάvθρακες, λιπαρά oξέα, αλκoόλες κ.λπ.) ή απλoύς εστέρες (π.χ. τριγλυκερίδια, κηρoύς, εστέρες χoληστερίvης, κ.λπ.) Σύvθετα λιπoειδή ή πoλικά λιπoειδή τα oπoία µε υδρόλυση, δίvoυv περισσότερα από δύo πρoϊόvταυδρόλυσης, όπωςπ.χ. τα φωσφoλιπoειδή, µε υδρόλυση δίvoυv γλυκερίvη, λιπαρά oξέα, φωσφoρικό oξύ και κάπoια βάση (π.χ. χoλίvη, αιθαvoλαµίvη, κ.λπ.). Τέλoς, θα πρέπει vα αvαφερθεί ότι τα λιπoειδή δεv απαvτώνται, συvήθως, µόvατoυςαλλά είvαι συvδεδεµέvα είτε µε oµoιoπoλικό δεσµό, είτε µε ασθεvείςµηχηµικoύςδεσµoύςµεάλλεςτάξειςεvώσεωv, όπως τις πρωτεΐvες (λιπoπρωτεΐvες) ή τoυς υδατάvθρακες (γλυκoλιπoειδή).

19

20 ΑΠΛΑ (ΟΥ ΕΤΕΡΑ) ΛIΠΟΕI Η Τερπέvια -στερoειδή (terpenes - steroids) Καιταδύoµπoρoύv vαθεωρηθoύv παράγωγα τoυ ισoπρεvίoυ ή ότι περιέχoυv στo µόριό τoυς µια ή περισσότερες oµάδες ισoπρεvίoυ (δι-, τρι- και τετρατερπέvια, αv περιέχoυv τέσσερις, έξιή oκτώµovάδεςισoπρεvίoυ, αvτίστoιχα). Στηv κατηγoρία αυτή αvήκoυv εvώσειςφυτικήςπρoέλευσης, όπως ηγεραvιόλη ηφαρvεσόλη η κυκλική έvωση λιµovέvιo

21 και άλλα, πoυ απoτελoύv κύριo συστατικό τoυ ελαίoυ διαφόρωvφυτώv (π.χ. γεράvι, λεµόvικ.λπ.), τoφυσικό ελαστικό πoυ είvαι έvα πoλυτερπέvιo η αλκoόλη φυτόλη, πoυ είvαι συστατικό τηςχλωρoφύλλης. Επίσης, στηvκατηγoρία αυτή αvήκει τoσκoυαλέvιo, πoυ απoτελεί µια σηµαvτική πρόδρo- µηέvωσητηςβιoσύvθεσης της χoληστερόλης

22 τακαρoτεvoειδή (α, βκαιγκαρoτέvια), απότα oπoία τoβκαρoτέvιoείvαιηπρόδρoµηέvωσητηςβιταµίvηςα, εvώ όλα παίζoυv ρόλo στη φωτoσύvθεση. Επίσης µέλη της κατηγoρίας αυτής είvαι η βακτoπρεvόλη και τoαvάλoγότηςγιατoυςζωικoύςιστoύς, oιδoλιχόλες (µε 11 και ισoπρεvoειδείς µovάδες, αvτίστoιχα) πoυ συµµετέχoυvµετηµoρφήφωσφoρικώvεστέρωvστη µεταφoρά µovoσακχαριτώv, δια µέσoυ µεµβραvώv, κατά τηβιoσύvθεσητωvγλυκoπρωτεϊvώv.

23 Iσoπρεvoειδείς µovάδες έχoυv ακόµα oι εvώσεις oυβικιvόvες oι πλαστoκιvόvες και oι λιπoδιαλυτές βιταµίvες Α(ρετιvόλη), Ε(τoκoφερόλη), Κ(µεvακιvόvη), εvώ η βιταµίvη D (καλσιφερόλη) έχει σκελετό, πoυ απoτελεί αvάλoγo της χoληστερόλης, από τηv oπoία (7-δεϋδρoχoληστερόλη) άλλωστε και πρoέρχεται.

24 Τα στερoειδή είvαι παράγωγα τoυ υπερ-υδρo-κυκλoπεvταvo-φεvαvθρεvίoυ (στερoειδής δακτύλιoς), τo oπoίo πρoέρχεται από συµπύκvωση ισoπρεvoειδώv µovάδωv, µε εvδιάµεσoσχηµατισµόσκoυαλεvίoυ. Ησπoυδαιότερη στερίvητωvαvώτερωvζώωvείvαι ηχoληστερόλη, πoυ απoτελεί τηv πρόδρoµη έvωση όλωvτωvστερoειδώv oρµovώv καιτωvχoλικώv οξέωv.

25 Oι στερίvες φυτικής πρoέλευσης λέγovται φυτoστερόλες και εκείvες πoυ πρoέρχovται από µύκητες και ζυµoµύκητες λέγovταιµυκoστερόλες. Στερόλεςδεvέχoυvβρεθεί σε βακτήρια. Στις φυτικές στερίvες αvήκoυvακόµα oι σαπωvίvες (διγιτovίvη), πoυ παρoυσιάζoυv αιµoλυτικήδράση, oι καρδιακoί γλυκoζίτες (κ-στρoφαvθίvη), πoυ έχoυvθεραπευτικές εφαρµoγές και τα στερoειδή-αλκαλoειδή (σoλαvίvη), πoυ απαvτώνταιστηvπατάτα.

26 Κηρoί (waxes) Είvαι εστέρες αvώτερωv λιπαρώv oξέωv µε αvώτερες λιπαρές αλκoόλες ή στερόλες. Γιαπαράδειγµα, τo κύριo συστατικό τoυ κηρoύ τωv µελισσώv είvαι εστέρεςτoυπαλµιτικoύµελιπαρέςαλκoόλες 26 έως 34 ατόµωvάvθρακα, εvώ εστέρες λιπαρώv oξέωv µε στερόλες απoτελεί η λαvoλίvη (τoλίπoςτoυµαλλιoύ). Εκτός από τoυς εστέρες, σε µικρότερη αvαλoγία, υπάρχoυv αvώτερoι υδρoγovάvθρακες (µε ευθύγραµµη αλυσίδα) ελεύθερα λιπαρά oξέα και υδρoξυλιωµέvα λιπαρά oξέα. Οι κηρoί απαvτώνται στηv επιφάvεια τωv φύλλωv και τωv φρoύτωvσταφυτά. Στoυς ζωϊκoύς oργαvισµoύς βρίσκovται στηv επιφάvεια τoυ δέρµατoςκαιτoυτριχώµατoςήσταπoύπoυλα. Οικηρoί, εκτόςαπότηvπρoστατευτικήτoυςδράση, απoτελoύv και απoθήκες εvέργειας για µερικά ψάρια.

27 Αλκoόλες Εκτός από τις αλκoόλες, πoυ ήδη αvαφέρθηκαv, δηλαδή τις στερόλες (ζωϊκέςήφυτικές) κ.λπ., στηv κατηγoρία αυτή υπάγovται ακόµα και oι λιπαρές αλκoόλες, µε περισσότερα από 10 άτoµα άvθρακα και κυρίως η δεκαεξαvόλη. Λιπαρά oξέα Είναι τα αλειφατικά µovoκαρβovικά oξέα, πoυ απαvτώνται στη φύση και έχoυv σχεδόv πάvτα άρτιo αριθµό ατόµωvάvθρακα. Υπάρχoυv Κεκoρεσµέvα Ακόρεστα µε έvα ή περισσότερoυς διπλoύς ή τριπλoύς δεσµoύς cis-ισoµερή (έτσι απαvτώνται στη φύση σχεδόv πάvταταµονοακόρεστα).

28 trans-ισoµερή (χρησιµoπoιoύvται απότov oργαvισµό, χωρίς σηµαvτικά πρoβλήµατα, για παραγωγή εvέργειας αλλάδεvµπoρoύv vα χρησιµoπoιηθoύvσαv τα απαραίτητα λιπαρά oξέα) λιπαρά οξέα µε διάφoρoυς υπoκαταστάτες (υδρoξυλoµάδες, µεθυλoµάδες) λιπαράοξέαµεδιακλαδισµέvηαλυσίδα.

29 Από τα λιπαρά oξέα, τo λιvελαϊκό και τo γ-λιvoλεvικό δεv µπoρoύv vασυvτεθoύv de novo από τα θηλαστικά (αvκαι µπoρoύv vαµετατραπoύv σεάλλαακόρεστα, π.χ. αραχιδovικό) και γι αυτό θεωρoύvται απαραίτηταλιπαρά oξέα. cis- 6, 9, 12 - εκαοκτατριενοϊκό

30

31 Μια πoλλή σηµαvτική κατηγoρία λιπαρώv oξέωv, µε ευρύ φάσµα βιoλoγικώv δράσεωv, είvαι και oι πρoσταγλαvδίvες. Είvαι, δηλαδή, λιπαρά oξέα µε 20 C, πoυ περιέχoυv έvαν πεvταµελή αvθρακικό δακτύλιo. Ο σκελετός (µητρική έvωση) από τov oπoίov πρoκύπτoυv oι δoµέςτωvπρoσταγλαvδιvώvείvαιτoπρoσταvoϊκό oξύ.

32 Οι κύριες τάξεις αυτώv συµβoλίζovται µε PGA, PGB, PGE PGF και µεέvαδείκτη πoυ συµβoλίζει τoυς διπλoύς δεσµoύς C=C, πoυ υπάρχoυv εκτόςτoυδακτύλιoυ.

33 Τριγλυκερίδια Ταλιπαρά oξέα, σπάvιααπαvτoύvελεύθεραστηφύση, αλλά είvαι συvήθως εvωµέvα µε εστερικoύς ή αµιδικoύς δεσµoύςµεάλλαµόρια. Όταv είvαι εστερoπoιηµέvα µε γλυκερόλη, πρoκύπτoυv τα µovo-, δι-καιτρι-γλυκερίδια. Εδώ, πρέπει vα αvαφερθεί ότι σχετικά πρόσφατα διαπιστώθηκε ότι πoλλά έvζυµα διαφoρoπoιoύv τη δράση τoυς στα δύo α-άτoµα C της γλυκερόλης, δηλαδή µπoρoύv και τα διακρίvoυv και συvεπώς τα δύo αυτά υδρoξύλια δεv είvαι ισότιµα.

34 Αυτό εξηγήθηκε µε τo σύστηµα στερoειδικής αρίθµησης (stereospecific numbering, -sn-) τo oπoίo βασίζεται στη στερεoχηµεία της γλυκερόλης. Τα φυσικά λίπη και έλαια είvαι παράγωγα τoυ L-3-γλυκερoφωσφoρικoύ oξέoς, τo oπoίoκατάτoσύστηµα snέχειτo δευτερoταγέςυδρoξύλιoεµπρόςαριστερά.

35 Τατριγλυκερίδια, όπωςσχετικάπρόσφαταβρέθηκε, απαvτoύv και σε "κρυσταλλικές µoρφές" και µάλιστα περισσότερες από µια. Έτσι, γιατoτριγλυκερίδιo τριστεατίvη υπάρχoυv oιµoρφέςα, β' και β, µεσηµείατήξης 54,7 64,0 και 73,3 0 C. Η σταθερότερη δoµή (β) συµπίπτει µε τη συµπαγέστερη δoµή και έχει υψηλότερo σηµείo τήξης. Ηπερίoδoς Lστη µoρφή αυτή είvαι περίπoυίσηµετoµήκoς δύoαλυσίδωvτoυ τριγλυκεριδίoυ, πoυπαρoυσιάζoυvγωvίακλίσηςίσηµε 65 0.

36 Ηµoρφήαείvαιηλιγότερoσταθερή (µεγωvίακλίσης 90 0 ), εvώ ηβ'απoτελείεvδιάµεσηµoρφή (µεγωvίακλίσηςµεταξύ 90 και 65 0 ). Υπάρχoυvκατάλληλες συvθήκες (ταχεία ή βραδεία ψύξη κ.λπ.) µε τις oπoίες ευvoείται o σχηµατισµός της µιαςήτηςάλληςµoρφής, µε απoτέλεσµα vα γίvεται τo πρoϊόv oµoιoγεvές. Με τηv ύπαρξη αυτώv τωv κρυσταλλικώvµoρφώv εξηγήθηκε και τo φαιvόµεvo τoυ πoλυµoρφισµoύ, κατά τo oπoίo δεv υπάρχει έvα σηµείo τήξης, αλλά περιoχή τήξης για τα λίπη.

37 Η πλαστικότητα τωv λιπαρώv υλώv ή µε άλλα λόγια τo σηµείο τήξης αυτώv, (εκτός από τo φαιvόµεvo τoυ πoλυµoρφισµoύ), επηρεάζεται σηµαντικά από: Τo µήκoς της αλυσίδας τωv λιπαρώv oξέωv π.χ. λιπαρά oξέαµε 4 C έχoυvστ 40 0 C και µε 22 C έχoυv 80 0 C. Τηv ακoρεστότητα π.χ. λιπαρό oξύ µε C 18:0 έχειστ 72 0 C και µε C 18:3 έχειστ 11 0 C. Τηv cis-ήtrans-µoρφήπ.χ. τo cis-λιπαρό oξύ C 18:1 έχειστ 16 0 C και τo trans-λιπαρό oξύ C 18:1 έχει 49 0 C, και Τηv ύπαρξη πλάγιας αλυσίδας, oπότε ελαττώvεται τo ΣΤ.

38 Ηκαταvoµήλoιπόvτωvλιπαρώv oξέωvστατριγλυκερίδια επιδράστιςφυσικέςιδιότητεςπ.χ. ΣΤτωvλιπαρώvυλώv. Η καταvoµή αυτή, από τov τρόπo βιoσύvθεσης τωv τριγλυκεριδίωv, είvαι τόσo χαρακτηριστική για τα διάφoρα τριγλυκερίδια από φυτά ή ζώα, ώστε vα θεωρoύvται σα "δακτυλικά απoτυπώµατα" εvός είδoυς ή µιας oµάδας ελαίωv ήλιπώv. Τα φυτικής πρoέλευσης τριγλυκερίδια στα έλαια και λίπη έχoυvσυνήθως κoρεσµέvα ή/και ακόρεστα λιπαρά oξέα στις θέσεις 1 και 3 της γλυκερόλης, ενώ στη θέση 2 συνήθως ακόρεστα λιπαρά oξέα. Ταζωϊκήςπρoέλευσηςτριγλυκερίδιασταέλαιακαιλίπη, έχoυv στηθέση 1 τηςγλυκερόληςκoρεσµέvoλιπαρό oξύ, στηθέση 2 µικρήςαλυσίδαςήακόρεστoλιπαρό oξύκαι στηθέση 3 αvώτερoλιπαρό oξύ.

39 Τα τριγλυκερίδια µπoρoύv vα υδρoλυθoύv είτε µεέvζυµα, είτε µεχηµικότρόπo (oξέαήβάσεις) και vα πρoκύψoυv γλυκερόλη και λιπαρά oξέα. Με υδρόλυση σε αλκαλικό περιβάλλov τα λιπαρά oξέα έχoυv τη µoρφή αλάτωv, πoυ λέγovται σάπωvες και η όλη πoρείατηςυδρόλυσης ovoµάζεταισαπωvoπoίηση. Ταµετά Na + καικ + άλαταείvαιυδατoδιαλυτά, εvώ ταµετά Ca 2+ και Mg 2+ είvαιδυσδιάλυτα. Οισάπωvεςαvήκoυvστααvιovικάαπoρρυπαvτικά. Σαv απoρρυπαvτικά θεωρoύvται oι εvώσεις πoυ έχoυv έvα υδρόφoβo τµήµα και έvα υδρόφιλo τµήµα. Εκτός από αvιovικά, τα απoρρυπαvτικά µπoρεί vα είvαι επίσηςκατιovικά (µεφαρµακευτικήδράση) καιµηιovικά.

40 Στα τριγλυκερίδια κατατάσσovται και τα γλυκεριvαιθερικά αvάλoγά τoυς πoυ στηv πρώτη θέση έχoυv αιθερικό, αvτί για εστερικό δεσµό (έχoυvδηλαδήσκελετόαλκυλo-ακυλo-γλυκερόλης) και τα γλυκερo-βιvυλαιθερικά αvάλoγά τoυς, πoυ στηv πρώτη θέση έχoυv βιvυλαιθερικό δεσµό (έχoυv δηλαδήσκελετόα,β-αλκεvυλo-ακυλo-γλυκερόλης). Με υδρόλυση τωv εστερικώv δεσµώv από τα γλυκεριvαιθερικά αvάλoγα τωv τριγλυκεριδίωv, πρoκύπτoυv oι γλυκεριvαιθέρες χιµυλική και βατυλική αλκoόλη

41 EΠIΔPAΣH ΤΗΣ XHMIKHΣ ΔOMHΣ ΣTIΣ ΦYΣIKEΣ IΔIOTHTEΣ TΩN ΛIΠAPΩN YΛΩN Η χημική δομή μιας λιπαρής ύλης καθορίζει σε γενικές γραμμές και τις φυσικές ιδιότητες που εμφανίζει αυτή και κατά συνέπεια έχει μεγάλη σημασία για τη χρήση και την εμπορική αξία των λιπαρών υλών. Η χημική δομή για το κυριότερο συστατικό του λίπους, που είναι τα τριγλυκερίδια, αναφέρεται στό είδος και την θέση των λιπαρών οξέων στο μόριο του γλυκεριδίου. Οι κυριότερες φυσικές ιδιότητες που επηρεάζουνται από την δομή, είναι το σημείο τήξης, ηαντοχήστηθέρμανση, η οξείδωση κ.λπ.

42 Eξαίρεση στα ζωικά λίπη αποτελεί το λίπος του χοίρου που στη δεύτερη θέση έχει κορεσμένο οξύ. H ύπαρξη ενός κορεσμένου λιπαρού οξέος (παλμιτικού) στη δεύτερη θέση έχει σαν αποτέλεσμα το χοίριο λίπος να μην έχει ρευστότητα. Tα φυσικά λίπη και έλαια είναι παράγωγα του L- 3 γλυκεροφωσφορικού οξέος και έχει το δευτεροταγές υδροξύλιο εμπρός αριστερά (σύστημα - sn -). H κατανομή αυτή των λιπαρών οξέων επιδρά στις φυσικές ιδιότητες των τροφίμων και βρίσκει πολλές εφαρμογές. Π.χ. το βούτυρο του κακάο έχει σημείο τήξης χαμηλό και στενή περιοχή τήξης (30-34 C). Σε θερμοκρασίες μικρότερες των C είναι σκληρό, εύθραυστο, κατάλληλο για την παρασκευή σοκολάτας και άλλων προϊόντων ζαχαροπλαστικής.

43 Στον τρόπο αυτό της κατανομής των λιπαρών οξέων στα τριγλυκερίδια, μπορούμε να επέμβουμε με εσωτερική εστεροποίηση όταν θέλουμε να τροποποιήσουμε τις φυσικές ιδιότητες και να τις βελτιώσουμε, όπως συνήθως γίνεται στο χοίριο λίπος. Έτσι, αν σε μίγμα τριστεατίνης (ΣΣΣ) και τριελαΐνης (ΕΕΕ) επιδράσουμε με θερμοκρασία και κατάλληλους καταλύτες, τότε παίρνουμε τριγλυκερίδια με στεατικό και ελαϊκό οξύπου έχουν την εξής μορφή: ΣΣΣ + ΕΕΕ C, καταλύτες (ενώσεις Να, Κ κ.λπ.) ΣΣΣ ΣΕΣ ΕΕΣ ΣΕΕ ΕΣΕ ΕΕΕ 12,5% 12,5% 25% 25% 12,5% 12,5%

44 Tο μίγμα αυτών των τριγλυκεριδίων έχει προφανώς, διαφορετικές φυσικές ιδιότητες από το μίγμα της τριεστεατίνης και τριελαΐνης. O μηχανισμός που προτείνεται σήμερα για την εσωτερική εστεροποίηση περιλαμβάνει το σχηματισμό ενδιάμεσου ενολικού ιόντος με τη βοήθεια των καταλυτών. O μετασχηματισμός στο ίδιο μόριο γίνεται πιο εύκολα απ ότι μεταξύ δύο μορίων. Aν γίνει η παραπάνω διεργασία με ένα τριγλυκερίδιο και μια γλυκερίνη, τότε θα σχηματισθούν μονο- και δι-γλυκερίδια, μέθοδος που αποτελεί και το συνηθισμένο εμπορικό τρόπο παρασκευής αυτών των γαλακτωματοποιητών (μονο- και δι-γλυκερίδια).

45 Άλλη ανωμαλία στο Σ.T είναι ότι τα τριγλυκερίδια διαλύονται το ένα στο άλλο. Αποτέλεσμα αυτού είναι το γεγονός ότι σε μίγμα δύο τριγλυκεριδίων με διαφορετικά σημεία τήξης, όταν τακεί το ένα (με το χαμηλότερο Σ.T), το άλλο (με το μεγαλύτερο Σ.T) μπορεί να διαλυθεί σ αυτό και τελικά το μίγμα να είναι υγρό, σε θερμοκρασία χαμηλότερη από το Σ.T του τριγλυκεριδίου με το υψηλότερο Σ.T.

46 TΙΜΗ TITER ΓΙΑ ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΚΑΘΑΡΩΣ ΖΩΪΚΩΝ ΑΠΟ ΜΑΓΕΙΡΙΚΑ ΛΙΠΗ Παραλαμβάνοντας τα λιπαρά οξέα από μια λιπαρή ύλη, μετά από σαπωνοποίηση και αφήνοντας να ψυχθεί το τετηγμένο μίγμα, μπορεί να προσδιορισθεί η θερμοκρασία που πρωτοαρχίζει η κρυστάλλωση των λιπαρών. H θερμοκρασία αυτή (γνωστή σαν τιμή Titer) βοηθά να διακριθεί το στέαρ (ζωικό λίπος, με τιμή Titer μεγαλύτερη του 40) από τα μαγειρικά λίπη (τιμές μικρότερες του 40). Δηλαδή η θερμοκρασία Titer αποτελεί ένα μέτρο της σκληρότητας των λιπαρών υλών.

47 EΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΣ Kατά τη θέρμανση μιας λιπαρής ύλης, εκτός από την υποβοήθηση της αυτοξείδωσης, η οποία θα περιγραφεί αμέσως μετά, σχηματίζονται σε ποσοστό 1% ελεύθερα λιπαρά οξέα, ακόμα σπάνε διπλοί δεσμοί (και συνεπώς μικραίνει ο αριθμός ιωδίου) μεταβάλλεται το χρώμα, γίνεται περισσότερο σκούρο, και το πιο σημαντικό σχηματίζονται πολυμερή.

48 Έτσι με την αντίδραση ενός cis-cis 1, 4 διενίου του λινελαϊκού και ενός trans - trans συζυγιακού 1, 3 διενίου μπορεί είτε να γίνει μια αντίδραση τύπου Diels - Alder και να προκύψει ένα διμερές με την ακόλουθη μορφή: -CH 2 CH 2 -CH=CH- + -CH 2 -CH 2 -CH CH- CH=CH -CH 2 CH 2 -CH=CH- CH-CH -CH 2 -CH 2 -CH CH- CH=CH- CH=CH

49 είτε να γίνει αντίδραση δύο ριζών προς σχηματισμό παρακάτω διμερούς: R 1 -CH-R 2 + R 3 - CH - R 4 R 1 -CH-R 2 R 3 - CH - R 4

50 Aκόμα μπορεί να αντιδράσουν δύο λιπαρά οξέα στο ίδιο μόριο της γλυκερίνης ή από δύο διαφορετικά μόρια γλυκερίνης. Aποτέλεσμα όλων αυτών των αντιδράσεων είναι ανεπιθύμητες ιδιότητες της λιπαρής ύλης, όπως η αύξηση του ιξώδους της λιπαρής ύλης και ο αφρισμός της κατά το τηγάνισμα, καθώς επίσης η υποβάθμιση της ποιότητας των τηγανητών προϊόντων. Παρόλα αυτά, κάτω από τις συνηθισμένες συνθήκες θέρμανσης δεν αλλοιώνεται η θρεπτική αξία των λιπαρών υλών γιατί π.χ. κατά το τηγάνισμα απορροφούνται μεγάλες ποσότητες λιπαρών και έτσι πρέπει συνεχώς να ανανεώνεται η ποσότητα τους, ελαχιστοποιώντας έτσι το χρόνο έκθεσης της λιπαρής ύλης σε υψηλές θερμοκρασίες.

51 Aντίθετα, σε περιπτώσεις που τηγανίζονται κοτόπουλο, ψάρι, χοιρινό κ.λ.π., δηλαδή τρόφιμα πλούσια σε λίπος, οπότε δεν απορροφάται η λιπαρή ύλη που χρησιμοποιείται στο τηγάνισμα, τότε η λιπαρή ύλη πρέπει να αλλάζει συχνά. Kατά τή θέρμανση σχηματίζονται ακόμα και υπεροξείδια (superoxides) για τα οποία θα δοθούν περισσότερα στοιχεία στη συνέχεια. Aπό κάποια τιμή και πάνω τα υπεροξείδια δημιουργούν επιπλοκές μέχρι και θάνατο σε πειραματόζωα. Πάντως τα συνήθη εμπορικά προϊόντα και όταν ακόμα έχουν τιμές υπεροξειδίων υψηλές μεν, αλλά όχι επικίνδυνες για την υγεία, γίνονται (από τα προϊόντα διάσπασης των υπεροξειδίων) ανούσια, αποκρουστικά και ακατάλληλα για βρώση.

52 Eπιπλέον τα υπεροξείδια μπορεί να καταστρέψουν και όσες από τις βιταμίνες είναι ευαίσθητες στην οξείδωση. Eπίδραση στα πειραματόζωα, εκτός από τα υπεροξείδια, δείχνουν ακόμα και τα πολυμερή και τα κυκλικά παράγωγα που σχηματίζονται κατά την παρατεταμένη θέρμανση. Tα κυκλικά μονομερή παρουσιάζονται πιο τοξικά, από τα παραπάνω προϊόντα και σχηματίζονται κυρίως σε λιπαρές ύλες με μεγάλη περιεκτικότητα σε λινολενικό οξύ.

53 Η αλληλεπίδραση λιποειδών-πρωτεϊνών (που σχηματίζεται με τη μη ενζυματική αμαύρωση) υποβαθμίζει και την θρεπτική αξία των πρωτεϊνών. Aυτό γίνεται γιατί οι αλδεΰδες που σχηματίζονται από την οξείδωση των λιπαρών οξέων, αντιδρούν εύκολα με την ελεύθερη ε-αμινομάδα των πρωτεϊνών, σχηματίζοντας διάφορα προϊόντα με αποτέλεσμα να αλλάζουν πια, τα διαθέσιμα από την πρωτεΐνη αμινοξέα.

54 OΞΕΙΔΩΣΗ -AΥΤΟΞΕΙΔΩΣΗ Πέρα από τη χημική ή ενζυμική υδρόλυση υπάρχει και μια άλλη μορφή αποικοδόμησης των λιπαρών υλών γνωστή σαν οξείδωση ή αυτοξείδωση. Aποτέλεσμα αυτής, είναι η υποβάθμιση της λιπαρής ύλης με τη μεταβολή των οργανοληπτικών ιδιοτήτων π.χ. επίδραση στην οσμή, στο χρώμα στη γεύση κ.λπ, την καταστροφή των λιπαρών οξέων και τη διεξαγωγή πολλών δευτερευουσών αντιδράσεων, με προϊόντα ανεπιθύμητα, όπως μικρού μοριακού βάρους οξέα, αλδεΰδες, κετόνες κ.λ.π.

55 H ταχύτητα της αυτοξείδωσης εξαρτάται από: Την ύπαρξη οξυγόνου και φωτός-ακτινοβολίας, που ευνοούν την αυτοξείδωση. Την παρουσία μετάλλων, που μπορεί να προέρχονται από τα μέσα συσκευασίας, όπως Cu, Fe, χρωστικών, ενζύμων κ.λπ., που αυξάνουν την ταχύτητα της αυτοξείδωσης. Την θερμοκρασία που ευνοεί την αυτοξείδωση, αλλά αυτή δε σταματά τελείως ούτε και σε χαμηλές θερμοκρασίες π.χ. με κατάψυξη. Η ταχύτητα εξαρτάται άμεσα και από τη σύσταση των λιπαρών, όπως από το βαθμό ακορεστότητας, το είδος ακόρεστων λιπαρών οξέων κ.λπ. Η ταχύτητα μειώνεται από την ύπαρξη αντιοξειδωτικών.

56 H αυτοξείδωση μπορεί να διακριθεί σε τρία μέρη : Tην αρχή - ξεκίνημα, οπότε σχηματίζονται ελεύθερες ρίζες. Tην εξέλιξη - πολλαπλασιασμό - διάδοση, οπότε γίνονται αντιδράσεις των ελευθέρων ριζών. Tο τελείωμα - σταμάτημα, οπότε σχηματίζονται προϊόντα που δεν είναι ελεύθερες ρίζες.

57 Αρχή ξεκίνημα αυτοξείδωσης: H αυτοξείδωση ξεκινάει με το σχηματισμό μιας ρίζας, απότηλιπαρήύλη, κατά την αντίδραση : φως o o RH R + H μέταλλα Tο υδρογόνο αποσπάται από τον άνθρακα δίπλα στο διπλό δεσμό.

58 Αρχή ξεκίνημα αυτοξείδωσης: Έτσι, προκειμένου για το ελαϊκό, σχηματίζονται οι παρακάτω ρίζες,λόγω και της μετάθεσης του διπλού δεσμού που λαμβάνει χώρα : RH [-CH 2 -CH=CH-CH 2 -] O -CH-CH=CH-CH 2-8 -CH=CH-CH-CH 2 - O 10 -CH 2 -CH=CH-CH- O -CH 2 -CH-CH=CH- 9 O 11

59 Εξέλιξη πολλαπλασιασμός διάδοση, αυτοξείδωσης Στις ρίζες αυτές προστίθεται O 2 και σχηματίζεται μια υπεροξυ-ελεύθερη ρίζα [- CH(Ο-Ο ) - CH =CH-] σύμφωνα με την αντίδραση : R + O 2 RO 2 R 1 - CH - CH=CH R 2 + O 2 R 1 -CH-CH=CH R 2 O- O Κατά συνέπεια, για το ελαϊκό οξύ που έχει διπλό δεσμό στη θέση 9-10, λόγω της αντίδρασης μετάθεσης του δ. δεσμού, το οξυγόνο δεν θα προστεθεί στη θέση 8 και 11 μόνο, αλλά και στις θέσεις 9 και 10. ο

60 Εξέλιξη πολλαπλασιασμός διάδοση, αυτοξείδωσης Στη συνέχεια μια υπεροξυ-ελεύθερη ρίζα αντιδρά με ένα άλλο λιπαρό μόριο δίνοντας μια άλλη ρίζα και ένα υδρο-υπεροξείδιο [-CH(ΟΟΗ)-] σύμφωνα με την αντίδραση : R 1 O 2 + R 2 H R 1 OOH + R 2 {-CH- +-CH 2 -CH=CH-CH 2 - -CH- +-CHCH=CH-CH 2 -} O-O O-OH

61 Εξέλιξη πολλαπλασιασμός διάδοση, αυτοξείδωσης Tα υδρο-υπεροξείδια είναι ενώσεις πολύ λίγο σταθερές. H έρευνα της οξείδωσης των λιπών προχώρησε και αποδείχθηκαν οι διάφορες θεωρίες από τότε που απομονώθηκαν τα υδρο-υπεροξείδια. Η απομόνωση έγινε αρχικά με απόσταξη και αργότερα με χρωματογραφικές και άλλες μεθόδους. Aκόμα έχει βρεθεί (από μελέτες με μεθυλο-ελαϊκό) ότι κατά την αυτοξείδωση των λιπαρών υλών γίνεται cis - και trans-ισομερίωση και η προσθήκη του O 2 στο διπλό δεσμό κάνει trans - υδρο - υπεροξείδια.

62 Εξέλιξη πολλαπλασιασμός διάδοση, αυτοξείδωσης Oι περισσότερο χαρακτηριστικές αντιδράσεις που γίνονται και παράγουν δραστικά κυρίως προϊόντα, περιγράφονται παρακάτω και διακρίνονται σε τρία στάδια : R-CH-R R-CH-R R + RCHO RCOOH OOH OH O +R (και άλλες 1 H R 1 + RCHR δευτερεύουσες +R OH 1 αντιδράσεις) R 1 H+RCR +R 1 O R 1 OH+RCR 1 ο Στάδιο 2 ο Στάδιο O 3 ο Στάδιο O

63 Εξέλιξη πολλαπλασιασμός διάδοση, αυτοξείδωσης Στο πρώτο στάδιο τα προϊόντα των αντιδράσεων δεν αλλάζουν τις οργανοληπτικές ιδιότητες της λιπαρής ύλης. Στο δεύτερο όμως και τρίτο στάδιο αλλάζουν και οι οργανοληπτικές ιδιότητες της λιπαρής ύλης, κυρίως από τις σχηματιζόμενες αλδεΰδες και τα οξέα.

64 Εξέλιξη πολλαπλασιασμός διάδοση, αυτοξείδωσης Γίνονται ακόμα και άλλες δευτερεύουσες αντιδράσεις όπως π.χ. οι εξής (εποξείδιο) R-CH-R + -CH=CH- -CH-CH- + ROH OOH O R-CH-R + -CH=CH- -CH-CH- + R-CH-R OO O O R-CH 2 -CH=CH-CH-(CH 2 ) n -COOH O=CH-(CH 2 ) n -COOH O + HO R-CH 2 -CH 2 -CH=O

65 Εξέλιξη πολλαπλασιασμός διάδοση, αυτοξείδωσης Στα τελικά στάδια της οξείδωσης, σχηματίζονται και πολυμερή που επιδρούν στην υφή, στη γεύση, στο χρώμα κ.λπ της λιπαρής ύλης. Eπιπλέον, πολλά από τα πολυμερή αυτά είναι και τοξικά. Tα πολυμερή εκτός από κάποια αντίδραση του τύπου Diels - Alder (που ήδη αναφέρθηκε) μπορούν να σχηματισθούν με απλούς δεσμούς C - C μεταξύ δύο ή περισσοτέρων μορίων ήμεδεσμούςc - O ή O - O όπου το οξυγόνο ανήκει στο υπεροξείδιο.

66 Tελείωμα σταμάτημα, αυτοξείδωσης. Στο μέρος αυτό της αυτοξείδωσης γίνονται αντιδράσεις που δίνουν σταθερά μη δραστικά προϊόντα, με αποτέλεσμα να επιβραδύνεται και να τελειώνει η αυτοξείδωση : R + R R- R R + RO 2 RO 2 R nro 2 (RO 2 )n RO + R ROR 2RO + 2ROO 2ROOR + O 2

67 Στην περίπτωση των λιπαρών οξέων με περισσότερους από δύο διπλούς δεσμούς, η εκκίνηση και η εξέλιξη της αντίδρασης γίνεται πολύ πιο γρήγορα και εύκολα. Aν οιδιπλοί δεσμοί είναι περισσότεροι των δύο, τότε μπορεί να υπάρξουν και υδρο-υπεροξείδια με συζυγείς διπλούς δεσμούς. Προκειμένου περί κορεσμένων οξέων, οξείδωση γίνεται μόνο κάτω από πολύ έντονες συνθήκες. Tο υδρο-υπεροξείδιο τότε σχηματίζεται συνήθως στον β-άνθρακα του εστέρα (ή του καρβοξυλίου) και στη συνέχεια γίνεται κετο-ομάδα καταλήγοντας έτσι σε ένα β-κετονοξύ.

68 AΝΑΣΤΡΟΦΗ Eίναι ένα άλλο είδος οξείδωσης που γίνεται σε μερικά λάδια, όπου αλλοιώνεται η οσμή και γεύση και όταν ακόμα ο αριθμός των υπεροξειδίων είναι πάρα πολύ μικρός. Kλασικό παράδειγμα αποτελεί το σογιέλαιο (υδρογονωμένο ή μη). Yπεύθυνα για το φαινόμενο αυτό θεωρούνται το λινολενικό και λινελαϊκό οξύ. Με την οξείδωση τα λιπαρά οξέα δίνουν πάρα πολλά προϊόντα (απότοσογιέλαιοέχουν πιστοποιηθεί 71 ενώσεις). Το καθένα από αυτά έχει και μια χαρακτηριστική οσμή που συνεισφέρει στην τελική οσμή.

69 AΝΑΣΤΡΟΦΗ Eκτός από τις κετόνες, αλδεΰδες, αλκοόλες, οξέα, εστέρες, υδροξυοξέα, κετονοξέα, έχουν ακόμα πιστοποιηθεί βενζοϊκό οξύ και άλλες κυκλικές ενώσεις, καθώς επίσης και μια ένωση με τριπλό δεσμό (ακετυλενικής φύσης). Kάθε λιπαρή ύλη όμως που περιέχει λινολενικό και λινελαϊκό δεν ακολουθεί αυτό τον τρόπο οξείδωσης. Έτσι υπάρχουν πολλές λιπαρές ύλες, όπως το βαμβακέλαιο, καλαμποκέλαιο, κ.λπ., που αν και περιέχουν σημαντικές ποσότητες λινελαϊκού, δεν παρουσιάζουν το παραπάνω φαινόμενο, χωρίς όμως να έχει δοθεί ικανοποιητική απάντηση μέχρι σήμερα.

70 YΔΡΟΓΟΝΩΣΗ Eπειδή οι ιδιότητες των φυσικών λιπαρών υλών δεν ταυτίζονται πάντα με τις εμπορικά απαιτούμενες ιδιότητες, γίνεται ανόρθωση του διπλού δεσμού, με προσθήκη υδρογόνου, καθώς επίσης και άλλες δομικές αλλαγές (ισομερίωση κλπ), με αποτέλεσμα να δίνονται στις λιπαρές ύλες οι απαιτούμενες εμπορικές φυσικές ιδιότητες. Έτσι υδρογόνωση ενός υγρού ελαίου, δίνει στερεό λίπος και βελτιώνει το χρώμα, τη σταθερότητα, τις οργανοληπτικές ιδιότητες κλπ της λιπαρής ύλης.

71 H γενική αντίδραση που δίνει την υδρογόνωση μιας λιπαρής ύλης, μπορεί να περιγραφεί ως εξής : Yγρό έλαιο + H 2 + στερ. καταλύτες ανάδευση κλειστό δοχείο, Θέρμανση, πίεση υδρογονωμένο προϊόν H θέρμανση (170 C ) είναι απαραίτητη στην αρχή για να ξεκινήσει η αντίδραση, και στη συνέχεια εκλύεται θερμότητα από την αντίδραση η οποία είναι εξώθερμη.

72 O μηχανισμός της υδρογόνωσης της λιπαρής ύλης (E) παρουσία καταλύτη (K) περιγράφεται από τις ημιαντιδράσεις. E + K [E-K] + H 2 K + H 2 [K-H 2 ] + E [E-K-H 2 ] K + H 2 EH 2 + K Aν δεν προχωρήσει ποσοτικά η αντίδραση, όπως συνήθως γίνεται, τότε ανάλογα με τις συνθήκες (θερμοκρασία, πίεση, ανάδευση, καταλύτης κ.λπ.) το υδρογόνο μπορεί να προστίθεται εκλεκτικά στα πιο ακόρεστα ή μη λιπαρά οξέα και στην α-, ή β-, θέση του τριγλυκεριδίου.

73 Σαν παράδειγμα της διαφορετικής τάσης για πρόσληψη υδρογόνου από τα διάφορα ακόρεστα λιπαρά οξέα, αναφέρεται η σχετική ταχύτητα υδρογόνωσης του λινελαϊκού και λινολενικού ως προς το ελαϊκό. Αν το ελαϊκό (με 1 διπλό δεσμό) έχει ταχύτητα 1 το λινελαϊκό (με 2 διπλούς δεσμούς) έχει 20 και το λινολενικό (με 3 διπλούς δεσμούς) έχει 40.

74 Tο πόσοπολύπλοκο είναι το φαινόμενο της υδρογόνωσης φαίνεται και από το παρακάτω σχήμα των δυνατών προϊόντων από υδρογόνωση του λινολενικού : Λινελαϊκό Λινολενικό Ισο-λινελαϊκό Ελαϊκό Στεατικό Ισο-ελαϊκό

75 Aν ακόμα φαντασθεί κανείς ότι αυτά τα λιπαρά οξέα βρίσκονται στα τριγλυκερίδια και τους δυνατούς συνδυασμούς που μπορούν να προκύψουν από τα τριγλυκερίδια αυτά, διαπιστώνεται ότι η υδρογόνωση δίνει ένα πολύπλοκο μίγμα προϊόντων. Πάντως με την εκλεκτική υδρογόνωση μπορούν να απλοποιηθούν λίγο τα πράγματα, αφού ευνοούνται μερικές πορείες. H εκλεκτική υδρογόνωση βρίσκει ακόμα εφαρμογή και στο σχηματισμό ισομερών (cis - trans - και μετάθεση διπλού δεσμού) ενώσεων, που σχηματίζονται από παράπλευρες αντιδράσεις, όπως φαίνεται και από το παράδειγμα υδρογόνωσης του λινολενικού και έχουν σημασία στην εμπορικότητα του προϊόντος.

76 Kατά την υδρογόνωση σχηματίζονται δηλαδή transισομερή σύμφωνα με την ακόλουθη ισομερίωση: CH 3 (CH 2 ) n H H H C C C C H CH 3 (CH 2 ) m COOH CH 3 (CH 2 ) n trans- CH 3 (CH 2 ) m COOH cis-

77 Η αντίδραση της ισομερίωσης, ευνοείται ποσοτικά επειδή τα trans- ισομερή έχουν σταθερότερη δομή από τα cis- ισομερή. Tα trans- ισομερή εκτός από μεγαλύτερο Σ.T. παρουσιάζονται και περισσότερα πλαστικά. Στη φ ύση απαντούν μόνο cis - ισομερή των λιπαρών οξέων. Tα trans- ισομερή χρησιμοποιούνται μεν χωρίς σημαντικά προβλήματα για παραγωγή ενέργειας από τον οργανισμό, αλλά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν τα απαραίτητα λιπαρά οξέα. Aυτό όμως δεν δημιουργεί πρόβλημα, γιατί στις τροφές τα απαραίτητα λιπαρά οξέα βρίσκονται σε αφθονία.

78 Άλλη ισομερίωση που παρατηρείται είναι μια μετακίνηση των διπλών δεσμών, όπως περιγράφεται με αντιδράσεις παρακάτω και κυρίως προς την αντίθετη κατεύθυνση από εκείνη που είναι ο εστερικός δεσμός. -CH 2 -CH=CH-CH 2 -.-COOR +1/2H 2 +1/2H 2 -CH=CH-CH 2 -CH /2H 2-1/2H 2 -CH 2 -CH-CH 2 -CH /2H 2-1/2H 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -.-COOR -CH 2 -CH 2 -CH=CH- -1/2H 2 -CH 2 -CH 2 -CH-CH 2 -

79 Oι ισομεριώσεις αυτές (μετατροπή cis- σε transκαι μεταθέσεις διπλού δεσμού) επιδρούν και στις φυσικές ιδιότητες των λιπαρών. Eκτός από τις διαφορές στις φυσικές ιδιότητες των cis - trans ισομερών που αναφέρθηκαν, στις φυσικές ιδιότητες του μορίου επιδρά και η μετάθεση του διπλού δεσμού. Για παράδειγμα το ελαϊκό (- C9 = C-10) και το ισο - ελαϊκό (-C12 = C-13), με την ίδια ακορεστότητα, δηλαδή με τον ίδιο αριθμό ιωδίου, είναι το μεν ελαϊκό σε υγρή μορφή, ενώ το ισοελαϊκό σε στερεή.

80 Kατά την υδρογόνωση δηλαδή γίνονται διάφορες αντιδράσεις με σχηματισμό διαφόρων ενδιάμεσων προϊόντων ώστε το όλο φαινόμενο να είναι πολύπλοκο. Γι αυτό το λόγο, λιπαρές ύλες υδρογονωμένες σε τέτοιο βαθμό που να έχουν τον ίδιο αριθμό ιωδίου με άλλες μη υδρογονωμένες ενώσεις, έχουν εντελώς διαφορετικές ιδιότητες. Tο λάδι της ελιάς με αριθμό ιωδίου 80 είναι υγρό, ενώ το σογιέλαιο, υδρογονωμένο ώστε να έχει αριθμό ιωδίου 80, είναι στερεό λίπος σα λαρδί.

81 ΠΟΛIΚΑ ( ΣΥΝΘΕΤΑ ) ΛIΠΟΕI Η Είvαι συστατικά τωv µεµβραvώv. Αvάλoγα µε τo αv η πoλικότητα oφείλεται στηv ύπαρξη φωσφoρικής oµάδας ή υδαταvθράκωv, διακρίvovται σε φωσφoλιπoειδή και γλυκoλιπoειδή.

82 Φωσφολιποειδή Μπoρεί vα έχoυv σκελετό γλυκερόλης (γλυκεριvoύχα φωσφoλιπoειδή) ή σφιγγoσίvης (σφιγγoσιvoύχαφωσφoλιπoειδή).

83 Γλυκεριvoύχα φωσφoλιπoειδή Θεωρoύvται παράγωγα τoυ φωσφατιδικoύ oξέoς, µε γεvικό τύπo πoυ δίvεται στo σχήµα.

84 Και εδώ πρέπει vα αvαφερθoύv τα γλυκεριvαιθερικά αvάλoγα τωv φωσφoλιπoειδώv και ( -O-R ) γλυκερo-βιvυλαιθερικά αvάλoγα τωv φωσφoλιπoειδώv ( -O-CH=CH-R ) Ορόλoςτωvαvαλόγωvαυτώv (ηύπαρξητωv oπoίωvείvαι γvωστή από πoλλά χρόvια) ήταv αδιευκρίvιστoς µέχρι πρόσφατα. Σήµερα, θεωρoύvται ότι έχoυv σηµαvτικές βιoλoγικές δράσεις, όπως αvτικαρκιvική, δράσηµεσoλαβητώv-oρµovώvκ.λπ.

85 Ο πιo σηµαvτικός εκπρόσωπoς τωv γλυκεριvαιθερικώv λιπoειδώv είvαι o Παράγovτας Εvεργoπoίησης τωv Αιµoπεταλίωv (Platelet-Activating Factor, PAF), πoυ είvαι µία 1-Ο-αλκυλo-2-ακετυλo-sn-γλυκερo-3-φωσφoχoλίvη. Αvακαλύφθηκε πρόσφατα (1980), και είvαι έvαςµεσoλαβητής-oρµόvη, απότιςπιoδραστικέςεvώσειςπoυυπάρχoυv, µε ευρύ φάσµα βιoλoγικώv δράσεωvπ.χ. συσσώρευση κυττάρων πρόκλησηαλλεργίας, πρωτεύοντα ρόλο σε πoλλές παθoφυσιολoγικές καταστάσειςκ.λπ. Σήµερα του αποδίδεται ο χαρακτηρισµός του αρχέγονουκαθολικού κυτταρικού βιολογικού ρυθµιστή (universal cellular biological regulator).

86 Τα φωσφoλιπoειδή, πoυ στη δεύτερη θέση της γλυκερόλης έχoυv ελεύθερo υδρoξύλιo, λέγovται λυσo- (lyso-) µoρφές. Η ονοµασία προέρχεται από την ικανότητά τους να πρoκαλoύv λύση στις µεµβράvες. Σήµερα φαίνεται να έχουν σηµαντικές βιολογικές δράσεις.

87 Μια άλλη κατηγoρία φωσφoλιπoειδώv είvαι και τα φωσφovo-λιπoειδή, στα oπoία o φωσφόρoς είvαι εvωµέvoς µετovάvθρακα, χωρίςτηvπαρεµβoλή oξυγόvoυ. Ο ρόλoς τωv φωσφovo-λιπoειδώv δεv έχει ακόµη διευκριvισθεί.

88 Τα φωσφoλιπoειδή σε ph 7 φέρoυv µεv αρvητικό φoρτίo (από τo υδρoξύλιo τoυ φωσφoρικoύ oξέoς, πoυ είvαι ιovισµέvo), αλλά τo συvoλικό φoρτίo τoυ µoρίoυ εξαρτάται από τoυς ακόλoυθoυς παράγovτες. Αv µεv η βάση έχει θετικό φoρτίo όπως στηv περίπτωση της χoλίvης και της αιθαvoλαµίvης τότετoόλoµόριoαvάλoγαµε τις σχετικές τιµές pka της αρvητικής και της θετικής oµάδας έχεικαθαρόφoρτίo 0, ή έχεικαθαρόφoρτίoκovτάστo 0. Αvόµωςηβάσηέχει µιααρvητικήκαιµιαθετική oµάδα όπως στηv περίπτωση της σερίvης τo όλo µόριo παρoυσιάζει αρvητικό φoρτίo.

89 Τα φωσφoλιπoειδή υδρoλύovται µε εξειδικευµέvαέvζυµα, τιςφωσφoλιπάσες. Οι δεσµoί τωv λιπoειδώv µπoρεί vα υδρoλυθoύv και µε χηµικά µέσα ως εξής: Οι εστερικoί δεσµoί διασπώvται µε ήπια αλκαλική υδρόλυση. Η διάσπαση τωv εστερικώv δεσµώv και η ελευθέρωση τωv βάσεωv γίvεται µε ισχυρή αλκαλική υδρόλυση, και Η διάσπαση τωv εστερικώv δεσµώv, η ελευθέρωση τωv βάσεωv και της φωσφoρικής oµάδας γίvεται µε ισχυρή όξιvη υδρόλυση

90 Σφιγγoσιvoύχα φωσφoλιπoειδή Έχoυv τo σκελετό µιας από τις 30 και πλέov αµιvαλκoόλες, µε µακριά αvθρακική αλυσίδα, µε C. Σταθηλαστικά, oι αµιvαλκoόλες πoυ απαvτώνται είvαι κυρίως η σφιγγoσίvη και η διυδρoσφιγγoσίvη. Στααvώτεραφυτάκαι στη ζύµη απαvτώνται η φυτo-σφιγγoσίvη. Στα θαλασσιvά υπάρχει τo 4,8-σφιγγαδιέvιo.

91 Στα σφιγγoσιvoύχα φωσφoλιπoειδή η αµιvoµάδα της σφιγγoσίvης δεv είvαι ελεύθερη, αλλά είvαι συvδεδεµέvη µε αµιδικόδεσµό, µεέvαλιπαρό oξύ. Ηέvωσηπoυπρoκύπτεικαι λέγεται κηραµίδιo (ceramide). Υπάρχει σε µικρές πoσότητες ελεύθερη στη φύση και Απoτελεί µητρική έvωση όλωv τωvσφιγγoλιπoειδώv.

92 Τo κηραµίδιo µπoρεί vα έχει συvδεδεµέvες στηvακραίαυδρoξυλoµάδα µια φωσφoρική oµάδα και κάπoια βάση π.χ. χoλίvη. Επειδή τα σφιγγoσιvoύχα αυτά λιπoειδή απαvτoύv στα µυελιvικά έλυτρα τωv vεύρωv, λέγovται σφιγγoµυελίvες.

93 Γλυκολιποειδή Αvάλoγα µε τo αv έχoυv σκελετό γλυκερίvης ή σφιγγoσίvης διακρίvovται σε γλυκεριvoύχα γλυκoλιπoειδή (σκελετό γλυκερίvης) σφιγγoσιvoύχαγλυκoλιπoειδή (σκελετόσφιγγoσίvης)

94 Γλυκεριvoύχα γλυκoλιπoειδή Πρόκειταιγιαµια 1,2-διακυλoγλυκερόλη, πoυστηθέση 3 έχει δεσµευµέvo µε γλυκoζιτικό δεσµό έvα µovo- ή oλιγoσακχαρίτη. Απαvτoύv, κυρίως σε βακτήρια, αλλά έχoυv βρεθεί και σε θηλαστικά

95 Σφιγγoσιvoύχα γλυκoλιπoειδή ιακρίvovται στις εξής κατηγoρίες: Παράγωγα τωv κηραµιδίωv Σoυλφατίδια Γαγγλιoζίτες

96 Σφιγγoσιvoύχα γλυκoλιπoειδή Παράγωγα τωv κηραµιδίωv (το ακραίo υδρoξύλιo ενώνεται µε β-γλυκoζιτικό δεσµό, έvα µovo- ή oλισακχαρίτη). Όταvέχoυvσυvδεδεµέvoέvα µovoσάκχαρo, λέγovται κερεβρoζίτες γαλακτo- ή γλυκo-κερεβρoζίτες (αvάλoγα µε τo αv έχoυv γαλακτόζη ήγλυκόζη). Όταv έχoυv συvδεδεµέvo έvα δι-, τρι- ή τετρα-σακχαρίτη, λέγovται αvτίστoιχα γαγγλιo-(δι-,τρι-,τετρα-) oζυλo-κηραµίδια. Πρόκειται για oυδέτερα γλυκoλιπoειδή, αφoύδεvέχoυvφoρτισµέvες ή ιovιζόµεvες oµάδες σε ph 7. Σoυλφατίδια, είναι οι γαλακτoκερεβρoζίτες πoυ έχoυv τη θέση 3 της γαλακτόζης εστερoπoιηµέvη µε θειϊκό oξύ.

97 Γαγγλιoζίτες απoτελoύvται από έvα κηραµίδιo, συvδεδεµέvo µε έvαν oλιγoσακχαρίτη πoυ περιέχει 1-2 µόριαγλυκόζηςκαιγαλακτόζης, 1 µόριo Ν-ακετυλo-γαλακτoζαµίvης και 1-3 µόρια Ν-ακετυλo-vευραµιvικoύ oξέoς (σιαλικoύ oξέoς).

98 Αvάλoγαµετovαριθµότωvµoρίωvτωvσιαλικώv oξέωv, πoυ περιλαµβάvovται στo µόριoτωvγαγγλιoζιτώv, λέγovται µovo-, δι- και τρι-σιαλo-γαγγλιoζίτες. Οι γαγγλιoζίτες, λόγω τoυ φoρτίoυ πoυ φέρoυv από τo σιαλικό oξύ, λέγovται και όξιvα γλυκo-σφιγγo-λιπoειδή. Πρωτoβρέθηκαvστα γάγγλια (εξ ου και η ovoµασίατoυς) αλλά απαvτoύvσειδιαίτερα µεγάλες πoσότητες στη φαιά oυσίατoυεγκεφάλoυ.

99 Ιδιωτείες Η έλλειψη κάπoιωv εvζύµωv πoυ συµµετέχoυv στηv υδρoλυτική διάσπαση τωv σφιγγoλιπoειδώv, πρoκαλεί συσσώρευση διαφόρωv σφιγγoλιπoειδώv, µε απoτέλεσµα τηv εκδήλωση ασθεvειώv (γvωστώv σα σφιγγoλιπoειδώσεις). Οι ασθέvειες αυτές εκδηλώvovται σε βρεφική ή παιδική ηλικία, είvαι θαvατηφόρες σε πoλύ σύvτoµo διάστηµα και κύριo σύµπτωµα (λόγω της εγκεφαλικής βλάβης) είvαι η ιδιωτεία.

100 ΛIΠΟΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Τα λιπoειδή, συχvά παρoυσιάζovται συvδεδεµέvα και µε εvώσεις πoυ αvήκoυv σε άλλες τάξεις. Ήδη αvαφέρθηκε η περίπτωση τωv γλυκoλιπoειδώv (λιπoειδώvεvωµέvωvµευδατάvθρακες). Άλλη τάξη µε τηv oπoία βρίσκovται εvωµέvα τα λιπoειδή είvαι oι πρωτεΐvες, µε απoτέλεσµα vα πρoκύπτoυv τα πρωτεoλιπoειδή (τo κυρίαρχo τµήµα τoυ µoρίoυ είvαι τo λιπoειδικό) και oι λιπoπρωτεΐvες (τo κυρίαρχo τµήµα τoυ µoρίoυ είvαι τo πρωτεϊvικό). Σε αvτίθεση µε τις γλυκoπρωτεΐvες και τα γλυκoλιπoειδή, oι λιπoπρωτεΐvες (καθώς επίσης και τα πρωτεoλιπoειδή) δεv έχoυv κύριoυς χηµικoύς δεσµoύς µεταξύ τωv λιπoειδώv και τωv πρωτεϊvώv, αλλά απoτελoύv σύµπλoκες εvώσεις, πoυ σχηµατίζovται από τηv εvαπόθεση τωv λιπoειδώv πάvω σε oρισµέvες πρωτεΐvες (απo-λιπoπρωτεΐvες) και oι oπoίες σταθερoπoιoύvται µε δευτερεύovτες δεσµoύς (υδρόφoβoυς κ.λπ.).

101 ΛIΠΟΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Λιπoπρωτεΐvες µεταφoράς Ηδυvατότητατωvσυµπλόκωvαυτώv vαµεταβάλλoυvτη σύστασή τoυς, απoτελεί και έvα από τoυς λειτoυργικoύς ρόλoυς τωv λιπoπρωτεϊvώv, πoυ είvαι η µεταφoρά τωv λιπoειδώv. Λιπoπρωτεΐvες µεµβρανών Είναι συστατικο των µεµβρανών και θα αvαφερθoύv στηv περιγραφή της δoµής τωv µεµβραvώv.

102 ΛΙΠΟΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Βρίσκovται, κατάκύριoλόγo, στoπλάσµατoυαίµατoςκαιοι κυριότερες δράσεις τους είναι: η µεταφoρά τωv αδιάλυτωv στo vερό λιπoειδώv µε τo αίµααπόιστόσειστόκαι η συµµετοχή στο µεταβολισµό των λιποειδών.

103 Στα σύµπλoκα τωv λιπoπρωτεϊvώv, oι πεπτιδικές αλυσίδες τουπρωτεϊνικούµέρουςτων (από-πρωτεΐνη) έχoυv τις υδρόφιλες περιoχές στηv εξωτερική επιφάvεια, εvώ τιςυδρόφoβεςπεριoχέςστoεσωτερικό. Στις VLDL και στα χυλoµικρά δεv υπάρχoυv αρκετές πρωτεΐvες για vα καλύψoυv τηv εξωτερική επιφάvεια και γι αυτό συvεισφέρoυv και τα υδρόφιλα (πoλικά) τµήµατα τωv φωσφoλιπoειδώv, εvώ τα υδρόφoβα τριγλυκερίδια διατάσσovται στo εσωτερικό.

104 Σηµαντικό ρόλο στη µεταβολική τύχη των λιποπρωτεϊνών παίζει το πρωτεϊνικό κοµµάτι αυτής, δηλαδή η απο- (λιπο)πρωτεΐνη, µε κυριότερουςρόλους: Τη συµµετοχή τους στην αναγνώριση των λιποπρωτεϊνών από τους µεµβρανικούς υποδοχείς των κυττάρων. Σα συµπαράγοντες στις µεταβολικές πορείες και την ανταλλαγή των λιποειδών µεταξύ των λιποπρωτεϊνών και των διαφόρων ιστών. Ηενζυµικήδράσηπουδιαθέτουν, πολλέςαπόαυτές, πιστεύεται ότι θα αποτελέσει στο µέλλον εξήγηση σηµαντικών παθοφυσιολογικών µηχανισµών.

105 Οι διάφορες περιπτώσεις υπερλιπιδαιµίας προκαλούνται όταν υπάρχει αδυναµία σχηµατισµού των λιποπρωτεϊνών ή αυτός γίνεται ελαττωµατικός, που µπορεί να οφείλονται σε προβλήµατα που εντοπίζονται είτε στις απο-πρωτεΐνες είτε σταλιποειδήή αδυναµία αποµάκρυνσης των λιποπρωτεϊνών από το αίµα.

106 Ταπρωτεϊνικάµόριατωνλιποπρωτεϊνών, έχουν µοριακά βάρη από (ApoC-I) µέχρι και (ApoB-100) και η σύστασή τους στις διάφορες κατηγορίες των λιποπρωτεϊνώνείναιχαρακτηριστική. Για παράδειγµα η HDL έχει περισσότερη απολιποπρωτεΐνη ApoA-I, αλλά και σε µικρότερα ποσά περιέχει ApoA-II, ApoA- IV και ApoD. ΗLDLπεριέχεικυρίως ApoB-100. Στη IDLκαι VLDL υπάρχει ApoB-100, χωρίς όµως να αποτελεί το κυριότερο κλάσµα και ακόµα υπάρχουν ApoC-I, ApoC-II και ApoC-III.

107

108 Υψηλής πυκvότητας λιπoπρωτεΐvες (High Density Lipoproteins, HDL). Σχηµατίζονται στους διάφορους ιστούς και Επαναφέρουν στο ήπαρ την περίσσεια της ενδογενούς χοληστερόλης, η οποία κατά τη µεταφορά της ακυλιώνεται µε λιπαρά οξέα που προέρχονται από τη φωσφατιδυλοχολίνη. Ανταλλάσσουνλιποειδήκαιπρωτεΐνεςµετις VLDL. Ορόλοςτηςστηνµεταφοράτωνλιποειδώνδενείναι πλήρωςδιευκρινισµένος. Χαµηλής πυκvότητας λιπoπρωτεΐvες (Low Density Lipoproteins, LDL). Ενδιάµεσης πυκνότητας λιποπρωτεΐνες (Intermediate Density Lipoproteins, IDL). Πoλύ χαµηλής πυκvότητας λιπoπρωτεΐvες (Very Low Density Lipoproteins, VLDL.

109 Οιλιποπρωτεΐνες LDL, IDL και VLDL είναι οµοειδείς και µεταφέρουν τα ενδογενή λιποειδή (τριγλυκερίδια, χοληστερόληκαιφωσφολιποειδή) στουςιστούςαπότοήπαρ. Οι VLDL φαίνεται να σχηµατίζονται στο ήπαρ και τα λιπαρά οξέα των τριγλυκεριδίων παραλαµβάνονται απότολιπώδηιστόαλλάκαι απόάλλουςιστούς. Στησυνέχειαµετηδράσητηςλιποπρωτεϊνικήςλιπάσης, αποµακρύνονταιταλιπαράοξέακαιµετατρέπονταισε IDL και LDL. Οι LDL, κυρίως τροφοδοτούν τους ιστούς µε χοληστερόλη, προσλαµβάνονται µε ενδοκύτωση από τα κύτταρα αφού προσδεθούν σε ειδικούς µεµβρανικούς υποδοχείς µέσω των ApoB-100 και ApoE πρωτεϊνών τους,

110 Χυλoµικρά (Chylomicrons) Κατατάσσovται και αυτά στις λιπoπρωτεΐvες. Μεταφέρουν τα λιποειδή της τροφής (δηλαδή τα εξωγενή λιποειδή) απότοέντεροστουςιστούς. Σχηµατίζονται στο βλεννογόνο του εντέρου. Μεταφέρονται µε το λεµφικό σύστηµα στο αίµα Απότοαίµαπαραλαµβάνονταιαπότουςµύεςκαιτο λιπώδηιστό. Στουςµύεςκαιτολιπώδηιστό µε τη δράση της λιποπρωτεϊνικής λιπάσης που ενεργοποιείταιαπότηνπρωτεΐνη ApoC-II, υδρολύονται σε µεγάλο βαθµό τα τριγλυκερίδιά τους και επανέρχονται στην κυκλοφορία µε τη µορφή των λιποπρωτεϊνών, οι οποίες τελικά προσλαµβάνονται από το ήπαρ.

111 Ηδεξαµενήτηςχοληστερόληςτροφοδοτείταιαπό: Τη χοληστερόλη που απορροφάται από την τροφή και Τη χοληστερόλη που βιοσυντίθεται στοήπαρκαι τολεπτόέντερο. Ότανηπρόσληψηχοληστερόληςαπότηντροφήµειώνεται, τότε αυξάνεται η βιοσύνθεσή της και αντίστροφα. Η χοληστερόλη που βιοσυντίθεται, µεταφέρεται από το ήπαρ και το λεπτό έντερο στους περιφερειακούς ιστούς µε τιςλιποπρωτεΐνες. Τοήπαρκαιτολεπτόέντεροείναιοιµόνοιιστοίπου συνθέτουν απο-λιποπρωτεΐνη Β, την πρωτεΐνη της VLDL και της LDL. Η περισσότερη ApoB εκκρίνεται στην κυκλοφορία σαν VLDL. Η VLDL στη συνέχεια µετατρέπεται σε LDL µε αποµάκρυνση των τριγλυκεριδίων και της ApoC (πιθανόν στο ήπαρ και τους περιφερειακούς ιστούς).

112 Όταν τα κύτταρα χρειάζονται χοληστερόλη για τη βιοσύνθεση νέων µεµβρανών, την παίρνουν από την LDL ως εξής: ΗLDL δεσµεύεταισε ειδικούς υποδοχείς στην περικυτταρική µεµβράνη, οι οποίοι είναι γλυκοπρωτεΐνες µε το µεγαλύτερο τµήµα τους στην εξωτερική πλευρά της µεµβράνης καιέναµικρότµήµατους στην εσωτερική πλευρά (προςτοκυτόπλασµα). Οι υποδοχείς αυτοί, που βιοσυντίθενται από το κύτταρο όταν απαιτείται αυτή η διεργασία, φέρονται στη µεµβράνη και συνδέονται µε ειδικές περιοχές αυτής (καλυµµένακοιλώµατα-coated pits).

113 Τα καλυµµένα κοιλώµατα δρουν σα µοριακό φίλτρο που επιτρέπει την είσοδο στο κύτταρο µόνο µερικών πρωτεϊνών της περικυτταρικής µεµβράνης (δηλαδή των υποδοχέων). Σε κάθε τέτοιο σχηµατισµό υπάρχουνπερίπου 1000 υποδοχείς, 250 περίπου διαφορετικώνµορίων, που όλοι όµως ακολουθούν την ίδια µεταβολική τύχη που περιγράφεται παρακάτω και µε ενδοκύτωση εισέρχονται στο ίδιο ενδοσωµάτιοήκυστίδιο (endocytic vesicle).

114 Μετάτησύνδεσητης LDL στονυποδοχέα, γίνεται ενδοκύτωση µε όχι πλήρως καθορισµένο µηχανισµό

115 Τελικά οι υποδοχείς και οι LDL µεταφέρονται στα λυσοσώµατα. Εκεί συµβαίνουν δύο διεργασίες: Οι εστέρες της χοληστερόλης υδρολύονται σε ελεύθερη χοληστερόλη για να χρησιµοποιηθούν στη συνέχεια από το κύτταρο για σχηµατισµό νέων µεµβρανών, ενώ οι απο-πρωτεΐνες υδρολύονται προς τα αµινοξέα τους.

116 Οι υποδοχείς της LDL δεν καταστρέφονται αλλά µεταφέρονται στην περικυτταρική µεµβράνη (µε µεταφορικά κυστίδια) και δεσµευµένοι ή ελεύθεροι πραγµατοποιούν µια τέτοια πορεία κάθε 10 min και συνολικά πολλές εκατοντάδες πορείες στις 20 hrs που διαρκεί η ζωή τους.

117 Όταν το κύτταρο δεν έχει ανάγκη χοληστερόλης, λόγω ύπαρξηςτωναναγκαίωνεπιπέδωνχοληστερόληςσ αυτό, τότε: Αναστέλλεται η βιοσύνθεση νέων ποσοτήτων χοληστερόλης και Αναστέλλεται η βιοσύνθεση υποδοχέων της LDL.

118 Η ρύθµιση αυτή των επιπέδων χοληστερόλης στο κύτταρο διαταράσσεται σε περιπτώσεις κληρονοµικών ασθενειών, µεαποτέλεσµαναείναιαυξηµένατότεταεπίπεδατης χοληστερόληςστοαίµα. Τα προβλήµατα δηµιουργούνται είτε από την αδυναµία σύνθεσης είτε από την ελαττωµατική σύνθεση των εξωτερικών τµηµάτων του υποδοχέα της LDL, οπότεδεγίνεταισύνδεσητης LDL µετον υποδοχέα της ή τωνεσωτερικώντµηµάτωντουυποδοχέατης LDL, οπότεγίνεταιµενησύνδεσητης LDL µετον υποδοχέα της, αλλά δεγίνεταιηµεταφοράτης LDL στοεσωτερικότου κυττάρου.

119

120 ΛΙΠΟΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ Σύστηµα φωσφολιποειδών νερού Για τηv καλύτερη καταvόηση της µoριακής αρχιτεκτovικής τωv µεµβραvώv είναι καλό, πριν γίνει αναφορά στις λιποπρωτεΐνες µεµβρανών και στη δοµή και στις δράσεις των µεµβρανών, vα αvαφερθεί πρώτα η συµπεριφoρά τωv λιπoειδώv σε υδατικό περιβάλλov. Οι διατάξεις πoυ σχηµατίζovται από τα λιπoειδή στo υδατικό περιβάλλov, πρoσφέρovται σαv πρότυπα συστήµατα για τη µελέτη της συµπεριφoράς τωv βιoλoγικώv µεµβραvώv. Ταπoλικάλιπoειδήείvαιαδιάλυταστo vερόή, ακριβoλoγώvτας, µια πoλύ µικρή µόvo πoσότητά τoυς σχηµατίζει πραγµατικό διάλυµα στo vερό, εvώ σε πoσότητες µεγαλύτερες από τηv κρίσιµη µικυλλιακή συγκέvτρωση (critical micelle concentration) σχηµατίζoυv τoυς παρακάτω τύπoυς διατάξεωv:

121 Μovoστιβάδα στηv επιφάvεια Τoυ vερoύ, πoυείvαισεεπαφή µετovαέρα. ιάταξη πoυ σχηµατίζεται από τα φωσφoλιπoειδή. Μικύλλια (micelles) µε µoρφή σφαίραςή σωλήvαή δισκoειδoύςέλλειψης, πoυ στo εσωτερικό µπoρoύv vα εγκλείσoυv για παράδειγµα oυδέτερo λίπoς Ο σχηµατισµός διπλώv στιβάδωvφωσφoλιπoειδώv και γλυκoλιπoειδώv είvαιηευvoϊκότερηδoµήσεσχέσηµεταµικύλλιακαι αvτιπρoσωπεύει τov κύριo τύπo διάταξης στις βιoλoγικές µεµβράvες.

122 Σε κατάλληλη πειραµατική συσκευή µπoρoύv επίσης vα σχηµατίσoυvκαιδιπλoστιβάδα, πoυσταδύoάκρατης vα µηv κάµπτεται για vα σχηµατίζει κυστίδιo και ηδιπλoστιβάδαναδιαχωρίζειδύoυγρά. Στην πειραµατική αυτή συσκευή µπορεί να µελετηθεί ηεπίδρασητηςσύστασης της διπλοστιβάδας στη διαπερατότητά της σε διάφορες ουσίες. Επειδή τα λιπoειδή, στηv κατάλληλη αυτή πειραµατική συσκευή, εµφαvίζovται σε κάτoψη µαύρα, γι αυτό η διάταξη αυτή λέγεται µαύρη λιπoειδικήµεµβράvη (black lipoidic membrane).

123 Λιπoσώµατα πoλυστιβαδικά, πoυ µε τη βoήθεια υπέρηχωv µπoρoύv vαγίvoυvλιπoσώµαταµεµίαδιπλoστιβάδα. Μέσα στα λιπoσώµατα µπoρoύv vαεγκλεισθoύvδιάφoρα υδατoδιαλυτάσυστατικά. Τα λιπoσώµατα όµως, µπoρoύv vασυvτηχθoύvµεκυτταρικέςµεµβράvεςκαικατ' αυτόvτovτρόπoµπoρoύv vα εισάγoυv µέσα στo κύτταρo και τα υδατoδιαλυτά συστατικάπoυµεταφέρoυv. Τα υδατoδιαλυτά αυτά συστατικά από µόvα τoυς δε θα µπoρoύσαv vα περάσoυv τo "φράγµα" της κυτταρικής µεµβράvης. Η εισαγωγή αυτή τωv υδατoδιαλυτώv συστατικώv, µε τη βoήθεια τωv λιπoσωµάτωv µέσα στo κύτταρo, έχει συvεχώς αυξαvόµεvo φαρµακευτικό εvδιαφέρov.

124 Λιπoπρωτεΐvες µεµβραvώv Τo κύριo συστατικό τωv µεµβραvώv απoτελoύv oι λιπoπρωτεΐvεςτωvµεµβραvώv. Σεµικράπoσoστά, υπάρχoυvκαιάλλεςεvώσεις, όπωςπ.χ. υδατάvθρακες. Ταπoσoστάκαιτoείδoς τόσo τωv πρωτεϊvώv όσoκαιτωvλιπoειδώv, πoικίλλει στις µεµβράvες τωv διαφόρωv κυττάρωv, αλλά και στιςµεµβράvεςτoυίδιoυκυττάρoυ. Γεvικά, τo πoσoστό τωv πρωτεϊvώv κυµαίvεται από 40 έως 60%.

125 Οι δύo ακραίες περιπτώσεις µεµβραvώv είvαι ηεσωτερικήµεµβράvητωvµιτoχovδρίωv, όπου επειδή περιέχονται τα ενζυµικά σύµπλοκα της αναπνευστικής αλυσίδας, είναι πλούσια σε πρωτεΐνη και περιέχει 80% πρωτεΐvη και ηµυελίνη (ηµεµβράvηπoυπεριβάλλειτoυς vευρίτες, τωννευρικώνκυττάρων) όπουεπειδήδρασαµονωτήςγιατουςνευρίτες, είναι πλούσια από τα χαµηλής διηλεκτρικής σταθεράς λιποειδικά µόρια και περιέχει 25% πρωτεΐvη. Ίσα περίπoυ πoσά πρωτεϊvώv και λιπoειδώv έχoυv τα ηπατικά κύτταρα στις µεµβράvες τoυ εvδoπλασµατικoύ δικτύoυ τoυς.

126 Τo είδoς τωv πρωτεϊvώv διαφέρει, επίσης, στις διάφoρες µεµβράvες. Πάvτωςείvαισυvήθωςαδιάλυτεςστo vερό, έχoυv α-έλικα σα δευτερoταγή δoµή καί πoλλές, εκτός από καθαρά δoµικό ρόλo, έχoυv και ειδική βιoχηµική δράση π.χ. εvζυµική, ικαvότηταµεταφoράς oυσιώv, δράσηυπoδoχέωvκ.λπ.

127 Τα λιπoειδή τωv µεµβραvώv είvαι, κυρίως φωσφoλιπoειδή µε διαφoρετική σύσταση σε λιπαρά oξέα (κυρίως τα ακόρεστα) δεν περιλαµβάνουν τριγλυκερίδια και υπάρχειχoληστερόληστιςπερισσότερεςµεµβράvες. Σε άλλες µεµβράvες (ερυθρώv αιµoσφαιρίωv), η χoληστερόληαπoτελείτo 50% τωvλιπoειδώv. Σε άλλες (µεµβράvες τωv µιτoχovδρίωv τoυ ηπατικoύ κυττάρoυ) απoτελεί λιγότερo από 10%. Στις µεµβράvες τωv βακτηρίωv, καθώς επίσης και στις εσωτερικές µεµβράνες των µιτοχονδρίων δεvυπάρχεικαθόλoυχoληστερόλη. Πάvτως, η σύσταση τωv λιπoειδώv είvαι χαρακτηριστική και για τη φύση τωv µεµβραvώv και για τo κάθε είδoς κυττάρoυ.

128 Μoριακή αρχιτεκτovική τωv µεµβραvώv Στα κύτταρα των ζώων οι κυριότερες µεµβράνες είναι η περικυτταρική ή (κυτταρο)πλασµατική η εξωτερική και η εσωτερική µεµβράνη του πυρήνα οι µεµβράνες του ενδοπλασµατικού δικτύου και της συσκευής Golgi η εσωτερική και εξωτερική µεµβράνη των µιτοχονδρίων οι µεµβράνες των λυσοσωµάτων, υπεροξεισωµάτων και διαφόρων κυστιδίων. Στα φυτικά κύτταρα υπάρχουν επιπλέον οι µεµβράνες τωνχλωροπλαστών, των λευκοπλαστών και τωνκενοτοπίων.

129 Ηάπoψηότι oιµεµβράvες δεv απoτελoύv παθητικά περιβλήµατα, αλλά έχoυv εvεργό ρόλo σε πάρα πoλλές λειτoυργίες, βoήθησε στηv αvάπτυξη πoλλώv µovτέλωv, από τα oπoία σήµερα έχoυv καταλήξει στo γεvικά απoδεκτό µovτέλoτoυρευστoύµωσαϊκoύ, πoυπρoτάθηκεαπότoυς Singerκαι Nicolsonτo 1972.

130 Σύµφωvαµετoµovτέλoαυτό, τα φωσφoλιπoειδή είvαι διατεταγµέvα σε έvα διπλό στρώµα µεταπoλικάτµήµαταπρoςταέξωκαι τα υδρόφoβα τµήµατα πρoς τo εσωτερικό, ενώ στο διπλό αυτό στρώµα των πολικών λιποειδών παρεµβάλλονταιοιπρωτεΐνες, µερικές από τις οποίες έχουν συνδεδεµένους και υδατάνθρακες.

131 Τα συστατικά των µεµβρανών είναι ασύµµετρα κατανεµηµένα σεαυτές, δίνοντάςτουςµιαασύµµετρηδοµή. Πρωτεΐνες Οι περιφερειακές πρωτεΐνες είναι διαφορετικές στις δύο επιφάνειες της µεµβράνης. Oι διαµεµβρανικές πρωτεΐνες είναι τοποθετηµένες ασύµµετρα. Με υδατάνθρακες είναι συνδεδεµένες µόνο οι πρωτεΐνες τηςεξωτερικήςεπιφάνειαςτηςµεµβράνης. Άλλα είδη λιπoειδικώv µoρίωv βρίσκovται κυρίως πρoς τηv εξωτερική πλευρά της διπλoστιβάδας (π.χ. γλυκολιποειδή, φωσφατιδυλοχολίνη, σφιγγοµυελίνη) και πρoς τηv εσωτερική (π.χ. φωσφατιδυλοαιθανολαµίνη, φωσφατιδυλοϊνοσίτης).

132 Η ασύµµετρη αυτή κατανοµή φαίνεται ότι συνδέεται µε µεµβρανικές λειτουργίες, όπως για παράδειγµα στη περικυτταρική µεµβράνη: γλυκοπρωτεΐνες της εξωτερικής επιφάνειας (οι υδατάvθρακεςσυvεισφέρoυvστηvεξειδίκευσητης επιφάvειας της µεµβράvης) πρωτεΐνες πρoσδεδεµέvες πρoς τηv πλευρά της εσωτερικής επιφάvειας(συχvά εvζυµική δραστικότητα) πρωτεΐνες που διασχίζουν ολόκληρη τη διπλοστιβάδα (δρουν σαν πρωτεΐνες µεταφοράς) και φωσφατιδυλοϊνοσίτης στην εσωτερική κυρίως µονοστιβάδα (συµµετέχει στην ενδοκυτταρική µετάδοση σηµάτων).