mitä opit tekemään: havainnollistaa erilaisia lipidejä ja suhteuttaa niiden rakenne niiden rooliin biologisissa järjestelmissä

rasvat ja öljyt ovat luultavasti se lipidityyppi, jonka tunnet parhaiten arjessasi. Rasva – sana tuo mielessämme tyypillisesti kielteisen kuvan. Dieeteissä kehotetaan pysymään erossa rasvaisista ruoista. Kehomme tarvitsevat kuitenkin jonkin verran rasvaa selviytyäkseen. On myös muita lipidejä, jotka ovat välttämättömiä ihmisen elämälle, mukaan lukien fosfolipidit, steroidit ja vahat.

vaikka minkä tahansa aineen ylimäärä voi olla ongelma, kaikilla näillä lipideillä on olennainen rooli elollisissa olioissa.

tässä lopputuloksessa keskustellaan lipideistä ja niiden suunnittelemasta roolista kehossamme.

kuva 1. Vesinisäkkäiden Turkin hydrofobiset lipidit, kuten tämä jokisaukko, suojaavat niitä alkuaineilta. (luotto: Ken Bosma)

lipidit sisältävät monimuotoisen ryhmän yhdisteitä, jotka ovat luonteeltaan pitkälti ei-polaarisia. Tämä johtuu siitä, että ne ovat hiilivetyjä, jotka sisältävät enimmäkseen ei–polaarisia hiili–hiili-tai hiili-vetysidoksia. Ei-polaariset molekyylit ovat hydrofobisia (”vettä pelkääviä”) eli veteen liukenemattomia. Lipideillä on monia eri tehtäviä solussa. Solut varastoivat energiaa pitkäaikaiseen käyttöön rasvojen muodossa. Lipidit myös eristävät kasveja ja eläimiä ympäristöstä (Kuva 1). Ne auttavat esimerkiksi pitämään vesilinnut ja nisäkkäät kuivina muodostaessaan suojakerroksen Turkin tai höyhenten päälle vettä hylkivän hydrofobisen luonteensa vuoksi. Lipidit ovat myös monien hormonien rakennuspalikoita ja tärkeä osa kaikkia solukalvoja. Lipidejä ovat rasvat, öljyt, vahat, fosfolipidit ja steroidit.

rasvat ja öljyt

rasvamolekyyli, kuten triglyseridi, koostuu kahdesta pääkomponentista—glyserolista ja rasvahapoista. Glyseroli on orgaaninen yhdiste, jossa on kolme hiiliatomia, viisi vetyatomia ja kolme hydroksyyli (–OH) – ryhmää. Rasvahapoilla on pitkä hiilivetyketju, johon on kiinnittynyt hapan karboksyyliryhmä, mistä nimitys ” rasvahappo.”Rasvahappojen hiilimäärät voivat vaihdella 4: stä 36: een; yleisimpiä ovat ne, joissa on 12-18 hiiltä. Rasvamolekyylissä jokaiseen glyserolimolekyylin –OH-ryhmän kolmeen happiatomiin on kiinnittynyt rasvahappo kovalenttisella sidoksella (kuva 2).

kuva 2. Lipidejä ovat rasvat, kuten triglyseridit, jotka koostuvat rasvahapoista ja glyserolista, fosfolipideistä ja steroideista.

tämän kovalenttisen sidoksen muodostumisen aikana vapautuu kolme vesimolekyyliä. Rasvan kolme rasvahappoa voivat olla samanlaisia tai erilaisia. Näitä rasvoja kutsutaan myös triglyserideiksi, koska niissä on kolme rasvahappoa. Joillakin rasvahapoilla on yhteisnimiä, jotka määrittelevät niiden alkuperän. Esimerkiksi palmitiinihappo, tyydyttynyt rasvahappo, on peräisin palmusta. Arakidihappo on peräisin maapähkinöiden tieteellisestä nimestä Arachis hypogaea.

rasvahapot voivat olla tyydyttyneitä tai tyydyttymättömiä. Rasvahappoketjussa, jos hiilivetyketjussa on vain yksittäisiä sidoksia viereisten hiilivetyjen välillä, rasvahappo on tyydyttynyt. Tyydyttyneet rasvahapot kyllästetään vedyllä, toisin sanoen hiilirungossa kiinni olevien vetyatomien määrä on maksimoitu.

kun hiilivetyketjussa on kaksoissidos, rasvahappo on tyydyttymätön rasvahappo.

useimmat tyydyttymättömät rasvat ovat huoneenlämpötilassa nestemäisiä ja niitä kutsutaan öljyiksi. Jos molekyylissä on yksi kaksoissidos, sitä kutsutaan kertatyydyttymättömäksi rasvaksi (esim.oliiviöljy), ja jos kaksoissidoksia on enemmän kuin yksi, niin sitä kutsutaan monityydyttymättömäksi rasvaksi (esim. canola-öljy).

tyydyttyneet rasvat pyrkivät pakkautumaan tiiviisti ja ovat huoneenlämmössä kiinteitä. Eläinrasvoja, joissa on steariinihappoa ja lihan sisältämää palmitiinihappoa, ja voihapon sisältämää rasvaa, ovat esimerkkejä tyydyttyneistä rasvoista. Nisäkkäät varastoivat rasvoja adiposyyteiksi kutsuttuihin erikoistuneisiin soluihin, joissa rasvapallot vievät suurimman osan solusta. Kasveissa rasva tai öljy varastoituu siemeniin ja sitä käytetään energianlähteenä alkionkehityksen aikana.

tyydyttymättömät rasvat tai öljyt ovat yleensä kasviperäisiä ja sisältävät tyydyttymättömiä rasvahappoja. Kaksoissidos aiheuttaa mutkan eli” Kinkin”, joka estää rasvahappoja pakkautumasta tiiviisti ja pitää ne nestemäisinä huoneenlämmössä. Oliiviöljy, maissiöljy, canolaöljy ja kalanmaksaöljy ovat esimerkkejä tyydyttymättömistä rasvoista. Tyydyttymättömät rasvat auttavat parantamaan veren kolesterolipitoisuutta, kun taas tyydyttyneet rasvat edistävät plakin muodostumista valtimoissa, mikä lisää sydänkohtauksen riskiä.

margariini, eräät maapähkinävoityypit ja lyhentäminen ovat esimerkkejä keinotekoisesti hydratuista transrasvoista. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että transrasvojen lisääntyminen ihmisen ruokavaliossa voi johtaa alhaisen tiheyden lipoproteiinin (LDL) eli ”huonon” kolesterolin määrän kasvuun, mikä puolestaan voi johtaa plakin kertymiseen valtimoihin ja johtaa sydänsairauksiin. Monet pikaruokaravintolat ovat viime aikoina poistaneet transrasvojen käytön, ja yhdysvaltalaisilta elintarvikemerkinnöiltä vaaditaan nyt niiden transrasvapitoisuuden listaamista.Elintarviketeollisuudessa öljyjä vedytetään keinotekoisesti, jotta niistä saadaan puolikiinteitä, mikä vähentää pilaantumista ja pidentää säilyvyyttä. Yksinkertaisesti sanottuna vetykaasu kuplitetaan öljyjen läpi niiden jähmettymiseksi. Tämän hydrausprosessin aikana hiilivetyketjun CIS-konformaation kaksoissidokset voidaan muuttaa kaksoissidoksiksi trans-konformaatiossa. Tämä muodostaa transrasvan cis-rasvasta. Kaksoissidosten orientaatio vaikuttaa rasvan kemiallisiin ominaisuuksiin (kuva 3).

kuva 3. Hydrausprosessin aikana suunta kaksoissidosten ympärillä muuttuu, jolloin cis-rasvasta muodostuu transrasva. Tämä muuttaa molekyylin kemiallisia ominaisuuksia.

välttämättömät rasvahapot ovat rasvahappoja, joita ihmiskeho tarvitsee mutta joita se ei syntetisoi. Näin ollen niitä on täydennettävä ruokavaliolla. Omega-3-rasvahapot kuuluvat tähän luokkaan ja ovat toinen vain kahdesta tunnetusta ihmiselle välttämättömästä rasvahaposta (toinen on omega-6-rasvahapot). Ne ovat monityydyttymättömiä rasvoja ja niitä kutsutaan omega-3-rasvahapoiksi, koska rasvahapon päästä tuleva kolmas hiili osallistuu kaksoissidokseen.

lohi, taimen ja tonnikala ovat hyviä omega-3-rasvahappojen lähteitä. Omega-3-rasvahapot ovat tärkeitä aivojen toiminnassa sekä normaalissa kasvussa ja kehityksessä. Ne voivat myös ehkäistä sydänsairauksia ja vähentää syöpäriskiä.

hiilihydraattien tavoin rasvat ovat saaneet paljon huonoa julkisuutta. On totta, että yli paistettujen ruokien ja muiden ”rasvaisten” ruokien syöminen johtaa painonnousuun. Rasvoilla on kuitenkin tärkeitä tehtäviä. Rasvat toimivat pitkäaikaisena energiavarastona. Ne myös eristävät kehoa. Siksi” terveellisiä ” tyydyttymättömiä rasvoja tulisi käyttää kohtuullisesti säännöllisesti.

fosfolipidit

fosfolipidit ovat plasman kalvon pääainesosa. Rasvojen tavoin ne koostuvat glyseroliin tai vastaavaan selkärankaan kiinnittyneistä rasvahappoketjuista. Kiinnittyneiden kolmen rasvahapon sijaan rasvahappoja on kuitenkin kaksi ja glyserolin selkärangan kolmas hiili on sitoutunut fosfaattiryhmään. Fosfaattiryhmää muunnetaan lisäämällä siihen alkoholia.

a fosfolipidillä on sekä hydrofobisia että hydrofiilisiä alueita. Rasvahappoketjut ovat hydrofobisia ja sulkevat itsensä vedestä, kun taas fosfaatti on hydrofiilinen ja vuorovaikuttaa veden kanssa.

soluja ympäröi kalvo, jossa on kaksikerroksinen fosfolipidejä. Fosfolipidien rasvahapot kohtaavat sisällä, pois vedestä, kun taas fosfaattiryhmä voi kohdata joko ulkopuolisen ympäristön tai solun sisäpuolen, jotka ovat molemmat vesipitoisia.

kuva 4. a) fosfolipidi on molekyyli, jossa on kaksi rasvahappoa ja modifioitu fosfaattiryhmä kiinnittyneenä glyserolin selkärankaan. Fosfaattia voidaan muokata lisäämällä siihen varautuneita tai polaarisia kemiallisia ryhmiä. Tässä on esitetty kaksi kemiallista ryhmää, jotka voivat muuttaa fosfaattia, koliini ja seriini. Sekä koliini että seriini kiinnittyvät fosfaattiryhmään merkityssä kohdassa R. (b) fosfolipidikerros on kaikkien solukalvojen pääkomponentti. Fosfolipidien hydrofiiliset pääryhmät kohtaavat vesiliuoksen. Hydrofobiset pyrstöt ovat kiinnittyneet kaksikerroksisen keskiosaan.

steroidit ja vahat

toisin kuin aiemmin käsitellyillä fosfolipideillä ja rasvoilla, steroideilla on rengasrakenne. Vaikka ne eivät muistuta muita lipidejä, ne ryhmitellään niiden kanssa, koska ne ovat myös hydrofobisia. Kaikissa steroideissa on neljä toisiinsa yhdistettyä hiilirengasta ja useilla niistä, kuten kolesterolilla, on lyhyt häntä.

kolesteroli on steroidi. Kolesteroli syntetisoidaan pääasiassa maksassa ja se on monien steroidihormonien, kuten testosteronin ja estradiolin esiaste. Se on myös E-ja K-vitamiinien esiaste.kolesteroli on sappisuolojen esiaste, joka auttaa rasvojen hajoamisessa ja niiden myöhemmässä imeytymisessä soluihin. Vaikka kolesterolista puhutaan usein kielteisin termein, se on välttämätöntä kehon moitteettomalle toiminnalle. Se on keskeinen osa eläinsolujen plasmakalvoja.

vahat muodostuvat hiilivetyketjusta, jossa on alkoholi (–OH) – ryhmä ja rasvahappo. Esimerkkejä eläinvahoista ovat mehiläisvaha ja lanoliini. Kasveilla on myös vahoja, kuten niiden lehdissä oleva pinnoite, joka estää niitä kuivumasta.

kuva 5. Steroidit, kuten kolesteroli ja kortisoli, koostuvat neljästä fuusioidusta hiilivetyrenkaasta

Tarkista ymmärryksesi

vastaa alla oleviin kysymyksiin nähdäksesi, kuinka hyvin ymmärrät edellisessä jaksossa käsitellyt aiheet. Tätä lyhyttä tietokilpailua ei lasketa luokan arvosanaan, ja voit ottaa sen uusintana rajattoman määrän kertoja.

käytä tätä tietokilpailua tarkistaaksesi ymmärryksesi ja päättääksesi, tutkitaanko (1) edellistä osiota tarkemmin vai (2) siirrytäänkö seuraavaan osioon.