Kwasy t uszczowe i triacyloglicerole

Transkrypt

1 48 Bioczàsteczki Kwasy t uszczowe i triacyloglicerole A. Kwasy karboksylowe H Kwasy t uszczowe wyst pujàce w przyrodzie sà kwasami karboksylowymi o prostych aƒcuchach w glowodorowych, zawierajàcych 4 24 atomów w gla. Wyst pujà we wszystkich organizmach jako sk adnik triacylogliceroli i lipidów b on komórkowych. W zwiàzkach tych sà one zestryfikowane alkoholami (glicerol, sfingozyna lub cholesterol). W niewielkich iloêciach kwasy t uszczowe spotyka si równie w postaci niezestryfikowanej, np. we krwi. Takie kwasy okreêla si jako wolne kwasy t uszczowe. oniewa wolne kwasy t uszczowe majà w aêciwoêci silnie amfipatyczne (p. str. 28), wyst pujà one przewa nie w po àczeniu z bia kami. W tabeli wymieniono alifatyczne kwasy karboksylowe, wyst pujàce w organizmach roêlin i zwierzàt. W roêlinach wy szych i u zwierzàt wyst pujà przewa nie kwasy t uszczowe proste o d u szych aƒcuchach, zawierajàce 16 i 18 atomów w gla, czyli np. kwas palmitynowy i stearynowy. Liczba atomów w gla naturalnych kwasów t uszczowych o d ugich aƒcuchach jest zawsze parzysta. Wynika to z faktu, e sà one syntetyzowane z elementów zawierajàcych 2 (p. str. 168). Niektóre kwasy t uszczowe majà 1 wiàzanie podwójne lub kilka izolowanych wiàzaƒ podwójnych; nazywamy je kwasami nienasyconymi. z sto wyst pujàcymi nienasyconymi kwasami t uszczowymi sà kwas oleinowy i kwas linolowy. SpoÊród obu mo liwych izomerów cis- lub trans- (p. str. 8) w naturalnych lipidach wyst pujà przewa nie formy cis-. Rozga zione kwasy t uszczowe wyst pujà tylko w bakteriach. Do dok adnego opisania budowy kwasów t uszczowych stosuje si specjalnà nomenklatur skrótów, sk adajàcych si z kilku cyfr, np. 18:2; 9,12 dla kwasu linolowego. ierwsza liczba odpowiada liczbie atomów, a druga liczba podaje liczb wiàzaƒ podwójnych. ozycje podwójnych wiàzaƒ znajdujà si za Êrednikiem. Jak zwykle liczenie atomów w gla rozpoczyna si od najwy szego stopnia utlenienia, tzn. grupa karboksylowa odpowiada -1. Rozpowszechnione jest równie stosowanie liter alfabetu greckiego (α = -2, β = -3, ω = ostatni, ω-3 = trzeci od ty u). Kwas linolowy oraz kwas linolenowy przez wyd u anie mogà byç przekszta cane w kwas arachidonowy, dlatego te mogà one zast powaç kwas arachidonowy w pokarmie. B. Budowa triacylogliceroli H Triacyloglicerole sà estrami alkoholu trójwodorotlenowego glicerolu i 3 kwasów t uszczowych. JeÊli 1 kwas t uszczowy jest zestryfikowany glicerolem, mówimy o monoacyloglicerolu (reszta kwasu t uszczowego = reszta acylowa). Formalnie przez estryfikacj kolejnymi kwasami t uszczowymi powstaje, poprzez diacyloglicerol, triacyloglicerol, t uszcz w aêciwy (stara nazwa: trójgliceryd ). oniewa triacyloglicerole nie majà adunku, nazywane sà tak e t uszczami oboj tnymi. Atomy w gla glicerolu w triacyloglicerolach nie sà z regu y równowa ne. Z tego powodu rozró nia si je, stosujàc zapis sn (z ang. stereo specific numbering). Trzy reszty acylowe czàsteczki triacyloglicerolu mogà si ró niç d ugoêcià swych aƒcuchów oraz liczbà podwójnych wiàzaƒ, czego konsekwencjà jest du a liczba mo liwych kombinacji pojedynczych czàsteczek triacylogliceroli. Wyekstrahowane z materia u biologicznego t uszcze stanowià zawsze mieszanin bardzo podobnych zwiàzków, które ró nià si resztami kwasu t uszczowego. rzy Êrodkowym atomie (sn--2) triacyloglicerolu mo e powstaç chiralne centrum, jeêli oba zewn trzne kwasy t uszczowe sà ró ne. rzedstawione tu monoacyloglicerole i diacyloglicerole sà równie zwiàzkami chiralnymi. T uszcze spo ywcze szczególnie cz sto zawierajà kwas palmitynowy, stearynowy, oleinowy i linolowy. Nienasycone kwasy t uszczowe przewa nie znajdujà si przy Êrodkowym atomie glicerolu. D ugoêç reszt kwasów t uszczowych i liczba podwójnych wiàzaƒ majà wp yw na temperatur topnienia t uszczów. Jest ona tym ni sza, im krótsze sà reszty kwasów t uszczowych oraz im wi cej zawierajà one podwójnych wiàzaƒ. Niezb dne nienasycone kwasy t uszczowe sà kwasami t uszczowymi, które muszà byç dostarczane w pokarmie. Nale à do nich wielonienasycone kwasy t uszczowe, a mianowicie z 20 kwas arachidonowy (20:4; 5, 8, 11, 14) oraz oba kwasy 18 kwas linolowy (18:2; 9, 12) i linolenowy (18:3; 9, 12, 15). rganizm zwierz cy wymaga kwasu arachidonowego do syntezy eikozanoidów (p. str. 390). oniewa organizm taki jest wprawdzie zdolny do wyd u ania kwasów t uszczowych o jednostki 2, jednak nie mo e wprowadzaç podwójnych wiàzaƒ w tylne fragmenty kwasów t uszczowych (za -9); kwas arachidonowy musi zatem byç przyjmowany w pokarmie.

2 Lipidy 49 A. Kwasy karboksylowe Nazwa Liczba atomów w gla Liczba wiàzaƒ podwójnych ozycja wiàzaƒ podwójnych Kwas mrówkowy Kwas octowy Kwas propionowy 1 : 0 2 : 0 3 : 0 Nie wyst pujà w lipidach Kwas mas owy 4 : 0 Kwas walerianowy 5 : 0 Kwas kapronowy 6 : 0 H H 2 H 2 H 2 H 2 H 3 Kwas kaprylowy Kwas kaprynowy 8 : 0 10 : 0 Kwas kapronowy Kwas laurynowy 12 : 0 Kwas mirystynowy 14 : 0 Kwas palmitynowy 16 : 0 Kwas stearynowy 18 : 0 Kwas oleinowy 18 : 1; 9 Kwas linolowy 18 : 2; 9,12 Kwas linolenowy 18 : 3; 9,12,15 Kwas arachidowy 20 : 0 Kwas arachidonowy 20 : 4; 5,8,11,14 Kwas behenowy 22 : 0 Kwas erukowy 22 : 1; 13 Kwas lignocerynowy 24 : 0 Kwas nerwonowy 24 : 1; 15 Egzogenne (niezb dne) kwasy t uszczowe B. Budowa triacylogliceroli Wiàzanie estrowe entrum chiralne yfra sn H H 2 H H H H 2 R' H 2 H H H H 2 R' R'' H 2 H H H 2 R' R'' R''' H 2 H H Glicerol Monoacyloglicerol Diacyloglicerol Triacyloglicerol = t uszcz Kwas t uszczowy Glicerol 1 Model tristearyloglicerolu Van der Waalsa 2 3 brót wokó wiàzania

3 50 Bioczàsteczki Fosfolipidy i glikolipidy A. Budowa fosfolipidów i glikolipidów H T uszcze (triacyloglicerole) (1) sà estrami glicerolu i3kwasów t uszczowych (p. str. 48). Wyst pujà one wewnàtrzkomórkowo przewa nie jako kropelki t uszczu. We krwi transportowane sà w hydrofobowym wn trzu lipoprotein (p. str. 278). Fosfolipidy (2) sà podstawowymi sk adnikami b on biologicznych (p. str ). Ich wspólnà cechà jest reszta fosforanowa, zestryfikowana grupà hydroksylowà przy -3 glicerolu. Ze wzgl du na wyst powanie tej reszty fosfolipidy w ph oboj tnym majà co najmniej 1 adunek ujemny. Fosfatydany (aniony kwasów fosfatydowych), najprostsze fosfolipidy, sà estrami kwasu fosforowego i diacyloglicerolu. Stanowià one wa ne produkty poêrednie w procesie biosyntezy triacylogliceroli i fosfolipidów (p. str. 170). Fosfatydany mogà byç równie uwalniane z fosfolipidów przez fosfolipazy. Z fosfatydanów (reszta = fosfatydyl ) mo na wyprowadziç inne fosfolipidy. Ich reszta fosforanowa mo e byç zestryfikowana grupà hydroksylowà aminoalkoholu (cholina, etanolamina lub seryna) lub pochodnà cykloheksanu, mio-inozytolem. Jako przyk ad tego rodzaju po àczenia przedstawiono fosfatydylocholin (lecytyn ). JeÊli 2 reszty fosfatydylowe zwiàzane sà z glicerolem, powstaje kardiolipina (niepokazane), fosfolipid charakterystyczny dla b ony wewn trznej mitochondriów. Silnie amfipatyczne lizofosfolipidy powstajà z fosfolipidów przez enzymatyczne odszczepienie 1 reszty acylowej. Hemolityczne dzia anie jadu pszczelego i jadów w y polega cz Êciowo na tej reakcji. Fosfatydylocholina (lecytyna) jest fosfolipidem najcz Êciej wyst pujàcym w b onach komórkowych. Fosfatydyloetanolamina (kefalina) zamiast reszty choliny ma reszt etanolaminy, a fosfatydyloseryna reszt seryny. W fosfatydyloinozytolu fosfatydan zestryfikowany jest cyklicznym polialkoholem, mio-inozytolem. Dwukrotnie fosforylowana pochodna tego fosfolipidu, fosfatydylo-inozytolo- -4,5-bisfosforan, jest szczególnym sk adnikiem b on, który przez enzymatyczny rozpad mo e przejêç w postaç 2 drugich przekaêników diacyloglicerolu (DAG) i inozytolo-1,4,5-trifosforanu (I 3, p. str. 386). prócz ujemnego adunku przy grupie fosforanowej, niektóre fosfolipidy mogà mieç inne adunki. Fosfatydylocholina i fosfatydyloetanolamina majà adunek dodatni przy N aminoalkoholu. Dlatego te te 2 fosfatydy wykazujà brak wypadkowego adunku elektrycznego sà oboj tne. Natomiast fosfatydyloseryna z 1 adunkiem dodatnim i 1 ujemnym pochodzàcym od reszty seryny oraz fosfatydyloinozytol (bez dodatkowego adunku dodatniego) ze wzgl du na reszt fosforanowà sà w sumie na adowane ujemnie. Sfingolipidy (3), wyst pujàce w du ych iloêciach wb onie komórek nerwowych w mózgu i w tkance nerwowej, ró nià si pod wzgl dem budowy od dotychczas omawianych lipidów b on biologicznych. W sfingolipidach sfingozyna, nienasycony alkilowy aminoalkohol, przejmuje zadanie glicerolu. JeÊli sfingozyna po àczona jest z kwasem t uszczowym wiàzaniem amidowym, zwiàzek taki nazywa si ceramidem (3). Jest on prekursorem sfingolipidów. Sfingomielina, najwa niejsza spoêród sfingolipidów, zawiera sfingozyn po àczonà z kwasem t uszczowym, reszt fosforanowà i zwiàzanà z nià cholin. Glikolipidy (3) wyst pujà we wszystkich tkankach na zewn trznej stronie b ony komórkowej. W ich sk ad wchodzà sfingozyna, kwas t uszczowy i bardzo du a reszta oligosacharydowa, brak jest zatem reszty fosforanowej wyst pujàcej w fosfolipidach. Galaktozyloceramid i glukozyloceramid (tzw. cerebrozydy) sà prostymi reprezentantami tej grupy. erebrozydy zawierajàce cukier zestryfikowany kwasem siarkowym nazywane sà sulfatydami. Gangliozydy sà najbardziej z o onymi glikolipidami. Stanowià du à rodzin lipidów wchodzàcych w sk ad b on o nieznanej jeszcze w du ym stopniu funkcji. harakterystycznym sk adnikiem wielu gangliozydów jest kwas N-acetyloneuraminowy (kwas sialowy, p. str. 38).

4 Lipidy 51 A. Budowa fosfolipidów i glikolipidów Glicerol H 2 H H 2 (H 2 ) 2 H 3 N H 3 H 3 1. T uszcze T uszcz Fosfatyd (fosfatydylocholina, lecytyna) 1 2 Fosfatydan 1 2 Fosfatyd Glicerol Glicerol 2 Aminoalkohol lub alkohol cykliczny H H 2 holina H 2 Etanoloamina H 3 N H 3 H 3 H H 2 H 2 NH 3 Seryna H H 2 H NH 3 H H H H H H H H H H H H Mio-inozytol 2. Fosfolipidy 1 Sfingofosfolipid Aminoalkohol lub alkohol cykliczny Glicerol Lizofosfolipid Aminoalkohol lub alkohol cykliczny H H NH H 2 H 3 (H 2 ) 2 N H 3 holina Sfingomielina H H H H 3 S 3 eramid Sulfatyd ukier ukier Glc Gal GalNAc Gal erebrozyd (galaktozylo- lub glukozyloceramid) Gangliozyd G M1 NeuAc 3. Sfingolipidy

5 52 Bioczàsteczki Izoprenoidy A. Aktywny kwas octowy jako podstawowy prekursor lipidów H oniewa lipidy znajdujàce si w organizmach ro- Êlinnych i zwierz cych wyst pujà w wielu ró nych postaciach, pozostajà w Êcis ym zwiàzku biogenetycznym: wszystkie lipidy powstajà z acetylo-oa, aktywnego octanu (p. str. 12, 110). 1. d acetylo-oa wiedzie g ówny szlak do aktywnych kwasów t uszczowych (acylo-oa, szczegó y str. 168). Z nich budowane sà nast pnie triacyloglicerole, fosfolipidy i glikolipidy oraz tworzone sà wyspecjalizowane pochodne kwasów t uszczowych. W organizmach zwierz cych i roêlinnych szlak ten jest dominujàcy pod wzgl dem iloêciowym. 2. Drugi szlak prowadzi od acetylo-oa do izopentenylopirofosforanu, aktywnego izoprenu, stanowiàcego podstawowy sk adnik izoprenoidów. Jego biosynteza omówiona jest przy biosyntezie izoprenoidu o nazwie cholesterol (p. str. 172). B. Izoprenoidy H Izoprenoidy wywodzà si ze wspólnego sk adnika, izoprenu (2-metylo-1,3-butadienu), zwiàzku z metylowym rozga zieniem zawierajàcym 5 atomów. Aktywny izopren izopentenylopirofosforan wykorzystywany jest przez organizmy roêlinne i zwierz ce do biosyntezy liniowych i cyklicznych oligo- i polimerów. rzy wymienionych tu izoprenoidach, stanowiàcych tylko niewielki wybór z tej grupy, podawana jest zawsze liczba jednostek izoprenowych (I). d aktywnego izoprenu szlak metaboliczny wiedzie poprzez dimeryzacj do aktywnego geraniolu () i dalej do aktywnego farnezolu (I = 3). Tu biosynteza izoprenoidów si rozga zia. Dalsze wyd u- anie farnezolu prowadzi do aƒcuchów o rosnàcej liczbie jednostek izoprenowych: do fitolu (I = 4), dolicholu (I = 14 24) i w koƒcu do kauczuku (I = ). Natomiast wiàzanie g owa-g owa farnezolu prowadzi do skwalenu (I = 6), który przez cyklizacj mo e zostaç przekszta cony w cholesterol (I = 6), a nast pnie w inne steroidy. ZdolnoÊç do tworzenia okreêlonych izoprenoidów jest przewa nie ograniczona do niewielu rodzajów roêlin lub zwierzàt. I tak kauczuk wytwarzany jest tylko przez kilka roêlin, m.in. drzewo gumowe (Hevea brasiliensis). Kilka izoprenoidów, których organizm zwierz cy potrzebuje do przemiany materii, lecz nie potrafi ich samodzielnie wytwarzaç, to witaminy: witaminy A, D, E i K. Ze wzgl du na swe strukturalne i funkcjonalne pokrewieƒstwo z hormonami steroidowymi czynna postaç witaminy D obecnie jest przewa nie zaliczana do hormonów (p. str. 56, 330). Metabolizm izoprenu u roêlin jest bardzo ró norodny. otrafià one wytwarzaç z izoprenu wiele rodzajów substancji aromatycznych i olejków eterycznych. Jako przyk ady mo na wymieniç mentol (), kamfor () i olejek citronelowy (). Te zwiàzki 10 nale à do monoterpenów. Analogicznie nazywane sà zwiàzki o 3 jednostkach izoprenowych (I = 3) jako seskwiterpeny, a steroidy (I = 6) jako triterpeny. Izoprenoidy o funkcji hormonalnej i sygnalizacyjnej stanowià wa nà grup. Nale à do nich hormony steroidowe (I = 6) i retinan (anion kwasu retinowego; I = 3) u zwierzàt kr gowych oraz hormony juwenilne (I = 3) u stawonogów. Równie kilka hormonów roêlinnych zalicza si do izoprenoidów, np. cytokinina, kwas abscysynowy i brassinosteroidy. aƒcuchy izoprenowe wykorzystywane sà niekiedy jako kotwice lipidowe w celu przytwierdzania czàsteczek w b onie (p. str. 214). hlorofil jako kotwic lipidowà ma reszt fitylowà (I = 4). Koenzymami z kotwicami izoprenoidowymi ró nej d ugoêci sà ubichinon (koenzym Q; I = 6 10), plastochinon (I = 9) i menachinon (witamina K 2 ; I = 4 6). Równie bia ka mogà byç zakotwiczane w b onach w wyniku izoprenylacji (p. str. 214). W pewnych przypadkach reszta izoprenoidowa wykorzystywana jest jako element do chemicznej modyfikacji czàsteczek. Jako przyk ad mo na podaç N 6 -izopentenylo-am, wyst pujàcy jako zmodyfikowany element w trna.

6 Lipidy 53 A. Aktywny kwas octowy jako podstawowy prekursor lipidów Aktywny kwas octowy Aktywny kwas t uszczowy 1 H 3 S Acetylo-oA A 2 Izopren Aktywny izopren Acylo-oA S A Izopentenylopirofosforan Triacyloglicerole Fosfolipidy Glikolipidy Izoprenoidy B. Izoprenoidy Metabolity izoprenylowane odstawowy budulec wszystkich izoprenoidów Biosynteza tylko w roêlinach i mikroorganizmach Izopentenylo-AM I = 1 Aktywny izopren I = 1 Kamfora H3 H3 itronelol Geraniol Izoprenoidy aƒcuchowe H 3 Mentol Hormon juwenilny I = 3 Farnezol I = 3 Skwalen I = 6 holesterol I = 6 H2H Fitol I = 4 Dolichol I = Kauczuk I = H3 H3 H3 H 2 H Menachinon I = 4 6 lastochinon I = 9 Ubichinon I = 6 10 n = 6 10 H H3 H3 H3 H 3 H H3 Kwas retinowy Karotenoid (witamina A) Tokoferol (Witamina E) I = 4 Filochinon (Witamina K 1 ) I = 4 H H2H Hormony steroidowe Kwasy êó ciowe Glikozydy steroidowe I = 6 ykliczne izoprenoidy H