co nauczysz się robić: zilustrować różne rodzaje lipidów i powiązać ich strukturę z ich rolą w systemach biologicznych

tłuszcze i oleje są prawdopodobnie typem lipidów, który najlepiej znasz w swoim codziennym życiu. Słowo tłuszcz zazwyczaj wywołuje negatywny obraz w naszych umysłach. W dietach zaleca się trzymanie się z dala od tłustych potraw. Jednak nasze ciała wymagają trochę tłuszczu, aby przetrwać. Istnieją również inne lipidy niezbędne do życia człowieka, w tym fosfolipidy, steroidy i woski.

podczas gdy nadmiar jakiejkolwiek substancji może być problemem, wszystkie te lipidy odgrywają istotną rolę w żywych istotach.

w tym wyniku omówimy lipidy i ich rolę w naszym organizmie.

Rysunek 1. Hydrofobowe lipidy w futrach ssaków wodnych, takich jak ta Wydra rzeczna, chronią je przed żywiołami. (kredyt: Ken Bosma)

lipidy obejmują zróżnicowaną grupę związków, które w dużej mierze mają charakter niepolarny. Dzieje się tak, ponieważ są to węglowodory, które zawierają głównie niepolarne wiązania węgiel–węgiel lub węgiel–wodór. Cząsteczki niepolarne są hydrofobowe („wodne”) lub nierozpuszczalne w wodzie. Lipidy pełnią w komórce wiele różnych funkcji. Komórki magazynują energię do długotrwałego stosowania w postaci tłuszczów. Lipidy zapewniają również izolację od środowiska dla roślin i zwierząt (ryc. 1). Na przykład pomagają utrzymać ptaki wodne i ssaki suche podczas tworzenia warstwy ochronnej na futrze lub piórach ze względu na ich hydrofobowy charakter hydrofobowy. Lipidy są również budulcem wielu hormonów i są ważnym składnikiem wszystkich błon komórkowych. Lipidy obejmują tłuszcze, oleje, woski, fosfolipidy i sterydy.

tłuszcze i oleje

cząsteczka tłuszczu, taka jak trójgliceryd, składa się z dwóch głównych składników—glicerolu i kwasów tłuszczowych. Glicerol jest związkiem organicznym z trzema atomami węgla, pięcioma atomami wodoru i trzema grupami hydroksylowymi (–OH). Kwasy tłuszczowe mają długi łańcuch węglowodorów, do którego przyłączona jest kwaśna Grupa karboksylowa, stąd nazwa ” kwas tłuszczowy.”Liczba węgli w kwasie tłuszczowym może wynosić od 4 do 36; najczęściej są to te zawierające 12-18 węgli. W cząsteczce tłuszczu kwas tłuszczowy jest przyłączony do każdego z trzech atomów tlenu w grupach –OH cząsteczki glicerolu wiązaniem kowalencyjnym (fig.2).

Rysunek 2. Lipidy obejmują tłuszcze, takie jak trójglicerydy, które składają się z kwasów tłuszczowych i glicerolu, fosfolipidów i steroidów.

podczas tworzenia wiązania kowalencyjnego uwalniane są trzy cząsteczki wody. Trzy kwasy tłuszczowe w tłuszczu mogą być podobne lub odmienne. Tłuszcze te nazywane są również trójglicerydami, ponieważ mają trzy kwasy tłuszczowe. Niektóre kwasy tłuszczowe mają nazwy zwyczajowe, które określają ich pochodzenie. Na przykład kwas palmitynowy, nasycony kwas tłuszczowy, pochodzi z palmy. Kwas arachidowy pochodzi od Arachis hypogaea, naukowej nazwy orzeszków ziemnych.

kwasy tłuszczowe mogą być nasycone lub nienasycone. W łańcuchu kwasów tłuszczowych, jeśli istnieją tylko pojedyncze wiązania między sąsiednimi węglami w łańcuchu węglowodorowym, kwas tłuszczowy jest nasycony. Nasycone kwasy tłuszczowe są nasycone Wodorem; innymi słowy, liczba atomów wodoru przyłączonych do szkieletu węglowego jest zmaksymalizowana.

gdy łańcuch węglowodorowy zawiera wiązanie podwójne, kwas tłuszczowy jest nienasyconym kwasem tłuszczowym.

Większość nienasyconych tłuszczów jest płynna w temperaturze pokojowej i nazywa się je olejami. Jeśli w cząsteczce jest jedno podwójne wiązanie, jest on znany jako tłuszcz jednonienasycony (np. oliwa z oliwek), a jeśli jest więcej niż jedno podwójne wiązanie, jest znany jako tłuszcz wielonienasycony (np. olej rzepakowy).

tłuszcze nasycone mają tendencję do ciasnego pakowania i są stałe w temperaturze pokojowej. Przykładami tłuszczów nasyconych są tłuszcze zwierzęce z kwasem stearynowym i palmitynowym zawartym w mięsie oraz tłuszcz z kwasem masłowym zawartym w maśle. Ssaki przechowują tłuszcze w wyspecjalizowanych komórkach zwanych adipocytami, gdzie globulki tłuszczu zajmują większość komórki. W roślinach tłuszcz lub olej jest przechowywany w nasionach i jest wykorzystywany jako źródło energii podczas rozwoju embrionalnego.

nienasycone tłuszcze lub oleje są zwykle pochodzenia roślinnego i zawierają nienasycone kwasy tłuszczowe. Podwójne wiązanie powoduje zgięcie lub „załamanie”, które zapobiega szczelnemu pakowaniu kwasów tłuszczowych, utrzymując je w temperaturze pokojowej. Oliwa z oliwek, olej kukurydziany, olej rzepakowy i olej z wątroby dorsza to przykłady nienasyconych tłuszczów. Tłuszcze nienasycone pomagają poprawić poziom cholesterolu we krwi, podczas gdy tłuszcze nasycone przyczyniają się do tworzenia płytki nazębnej w tętnicach, co zwiększa ryzyko zawału serca.

margaryna, niektóre rodzaje masła orzechowego i skracanie są przykładami sztucznie uwodornionych tłuszczów trans. Ostatnie badania wykazały, że wzrost tłuszczów trans w diecie człowieka może prowadzić do wzrostu poziomu lipoprotein o niskiej gęstości (LDL) lub „złego” cholesterolu, co z kolei może prowadzić do odkładania się płytki nazębnej w tętnicach, powodując choroby serca. Wiele restauracji typu fast food niedawno wyeliminowało stosowanie tłuszczów trans, A Amerykańskie etykiety żywności są teraz wymagane, aby wymienić ich zawartość tłuszczów trans.W przemyśle spożywczym oleje są sztucznie uwodorniane, aby stały się półstałe, co prowadzi do mniejszego psucia się i dłuższego okresu przydatności do spożycia. Mówiąc najprościej, Gaz wodorowy jest przepuszczany przez oleje, aby je zestalić. Podczas tego procesu uwodorniania, wiązania podwójne konformacji cis w łańcuchu węglowodorowym mogą być przekształcane w wiązania podwójne w konformacji trans. Tworzy to Trans-tłuszcz z cis-tłuszczu. Orientacja wiązań podwójnych wpływa na właściwości chemiczne tłuszczu (ryc. 3).

Rysunek 3. Podczas procesu uwodorniania zmienia się orientacja wokół wiązań podwójnych, tworząc tłuszcz trans z tłuszczu cis. Zmienia to właściwości chemiczne cząsteczki.

niezbędne kwasy tłuszczowe to kwasy tłuszczowe, które są wymagane, ale nie syntetyzowane przez organizm ludzki. W związku z tym muszą być uzupełnione poprzez dietę. Kwasy tłuszczowe Omega – 3 należą do tej kategorii i są jednym z tylko dwóch znanych niezbędnych kwasów tłuszczowych dla ludzi (drugi to kwasy tłuszczowe omega-6). Są rodzajem wielonienasyconych tłuszczów i nazywane są kwasami tłuszczowymi omega-3, ponieważ trzeci węgiel z końca kwasu tłuszczowego uczestniczy w podwójnym wiązaniu.

łosoś, pstrąg i tuńczyk są dobrym źródłem kwasów tłuszczowych omega-3. Kwasy tłuszczowe Omega-3 są ważne w funkcjonowaniu mózgu oraz prawidłowym wzroście i rozwoju. Mogą również zapobiegać chorobom serca i zmniejszać ryzyko zachorowania na raka.

podobnie jak węglowodany, tłuszcze zyskały złą sławę. To prawda, że spożywanie nadmiaru smażonych potraw i innych „tłustych” potraw prowadzi do przyrostu masy ciała. Jednak tłuszcze mają ważne funkcje. Tłuszcze służą jako długoterminowe magazynowanie energii. Zapewniają również izolację ciała. Dlatego” zdrowe ” nienasycone tłuszcze w umiarkowanych ilościach powinny być spożywane regularnie.

fosfolipidy

fosfolipidy są głównym składnikiem błony plazmatycznej. Podobnie jak tłuszcze, składają się z łańcuchów kwasów tłuszczowych przyłączonych do glicerolu lub podobnego szkieletu. Zamiast dołączonych trzech kwasów tłuszczowych istnieją jednak dwa kwasy tłuszczowe, a trzeci węgiel szkieletu glicerolu wiąże się z grupą fosforanową. Grupa fosforanowa jest modyfikowana przez dodanie alkoholu.

fosfolipid ma zarówno regiony hydrofobowe, jak i hydrofilowe. Łańcuchy kwasów tłuszczowych są hydrofobowe i wykluczają się z wody, podczas gdy fosforan jest hydrofilowy i współdziała z wodą.

komórki otoczone są błoną, która ma dwuwarstwę fosfolipidów. Kwasy tłuszczowe fosfolipidów stoją wewnątrz, z dala od wody, podczas gdy grupa fosforanowa może stawić czoła środowisku zewnętrznemu lub wnętrzu komórki, które są zarówno wodne.

Rysunek 4. a) fosfolipid jest cząsteczką z dwoma kwasami tłuszczowymi i zmodyfikowaną grupą fosforanową przyłączoną do szkieletu glicerolu. Fosforan może być modyfikowany przez dodanie naładowanych lub polarnych grup chemicznych. Dwie grupy chemiczne, które mogą modyfikować fosforan, cholina i seryna, przedstawiono tutaj. Zarówno cholina, jak i seryna przyłączają się do grupy fosforanowej w pozycji oznaczonej R. (b) dwuwarstwowa fosfolipidowa jest głównym składnikiem wszystkich błon komórkowych. Hydrofilowe grupy głowowe fosfolipidów napotykają roztwór wodny. Ogony hydrofobowe są oddzielone od siebie w środku dwuwarstwy.

steroidy i woski

w przeciwieństwie do omówionych wcześniej fosfolipidów i tłuszczów, steroidy mają strukturę pierścieniową. Chociaż nie przypominają innych lipidów, są z nimi zgrupowane, ponieważ są również hydrofobowe. Wszystkie sterydy mają cztery, połączone pierścienie węglowe, a kilka z nich, podobnie jak cholesterol, ma krótki ogon.

Cholesterol to steryd. Cholesterol jest syntetyzowany głównie w wątrobie i jest prekursorem wielu hormonów steroidowych, takich jak testosteron i estradiol. Jest także prekursorem witamin E I K. Cholesterol jest prekursorem soli żółciowych, które pomagają w rozkładaniu tłuszczów i ich późniejszym wchłanianiu przez komórki. Chociaż o cholesterolu często mówi się w kategoriach negatywnych, jest on niezbędny do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Jest kluczowym składnikiem błon plazmatycznych komórek zwierzęcych.

woski składają się z łańcucha węglowodorowego z grupą alkoholową (–OH) i kwasem tłuszczowym. Przykładami wosków zwierzęcych są wosk pszczeli i lanolina. Rośliny mają również woski, takie jak powłoka na liściach, która zapobiega ich wysychaniu.

Rysunek 5. Steroidy, takie jak cholesterol i kortyzol, składają się z czterech połączonych pierścieni węglowodorowych

Sprawdź swoje zrozumienie

Odpowiedz na poniższe pytania, aby zobaczyć, jak dobrze rozumiesz tematy omówione w poprzedniej sekcji. Ten krótki quiz nie liczy się do twojej oceny w klasie i możesz go powtórzyć nieograniczoną liczbę razy.

Użyj tego quizu, aby sprawdzić swoje zrozumienie i zdecydować, czy (1) przestudiować poprzednią sekcję dalej, Czy (2) przejść do następnej sekcji.