Lipid

Lipidy (z gréc. slova lipos – tuk) alebo tuky (v najširšom zmysle) sú látky rastlinného alebo živočíšneho pôvodu, málo rozpustné alebo nerozpustné vo vode. Lipidy sú estery vyšších karboxylových kyselín (nasýtených alebo nenasýtených) a alkoholov, respektíve ich derivátov. Patria do skupiny nepolárnych molekúl biogénneho pôvodu.

Figure 1: Štruktúra lipidu. Mnoho lipidov obsahuje polárnu časť (P) a nepolárnu časť (U). Obrázok naľavo je zväčšenina pravého obrázku.

O iných významoch výrazu tuky pozri tuk.

Štruktúra

Z biochemického hľadiska sú lipidy estery (prípadne zložené amidy) vyšších karboxylových kyselín (mastných kyselín) a alkoholov.

Karboxylové kyseliny

Nepolárnou zložkou lipidov sú vyššie monokarboxylové kyseliny. Môžu to byť

1. alifatické nasýtené karboxylové kyseliny (zdrojom sú živočíšne tuky)
   • s lineárnym reťazcom (CH3-(CH2)n-COO−)
   • s rozvetveným reťazcom (napríklad kyselina izovalérová (CH3)2CH-CH2-COO−)
2. alifatické nenasýtené karboxylové kyseliny
   • s jednou dvojitou väzbou (kys. palmitoolejová)
   • s dvomi dvojitými väzbami (kys. linolová)
3. aromatické karboxylové kyseliny (kys. hydrokarpová)
4. hydroxykarboxylové kyseliny (kys. ricínoolejová)

Najčastejšie sú to alifatické kyseliny s lineárnym reťazcom s párnym počtom atómov uhlíka – so 14 až 24 atómami. To je spôsobené tým, že sa v organizme syntetizujú pridávaním dvojuhlíkatých acetylových jednotiek, ktoré sa prenášajú v podobe acetylkoenzýmu A.

Alifatické nenasýtené kyseliny v lipidoch mávajú 1 až 4 dvojité väzby, všetky v cis-konfigurácii. Dvojité väzby nie sú konjugované.

Telo je schopné si neesenciálne mastné kyseliny syntetizovať, ale esenciálne mastné kyseliny (nenasýtené mastné kyseliny) musí prijímať v potrave. Preto sa niekedy esenciálne mastné kyseliny označujú ako vitamíny F.

Pôsobením tepla, svetla, vzduchu, prípadne mikroorganizmov sa tuky rozkladajú, vznikajú aldehydy, ketóny a kyseliny s menším počtom uhlíkov v reťazci molekúl.

Alkoholy

Hlavný článok, pozri Alkohol.

Alkoholy najčastejšie prítomné v lipidoch sú:

• glycerol (C₃)
• cetylalkohol (C₁₆)
• cerylalkohol (C₂₆)
• melissylalkohol (C₃₀)
• sfingozín (C₁₈)

Glycerol. Najjednoduchšie lipidy (tuky) sú estery vyšších mastných kyselín s glycerolom (1,2,3–propántriol), nazývajú sa preto aj acylglyceroly. Keďže ide o trojsýtny alkohol, môže viazať tri acyly (teda zvyšky karboxylových kyselín), takže vzniká mono-, di- alebo triacylglycerol. V prípade zložitejších lipidov to môže byť fosforylovaný glycerol (fosfoglycerol, glycerolfosfát).

Sfingozín je nenasýtený aminoalkohol odvodený od oktadekánu. Na amino skupinu v polohe 2 môže byť amidovou väzbou naviazaný zvyšok vyššej mastnej kyseliny (vzniknutý amid sa nazýva ceramid). Na hydroxy skupinu v polohe 1 sa môžu viazať polárne skupiny, čím vznikajú dôležité súčasti lipidových dvojvrstiev – sfingolipidy.

Fyzikálne vlastnosti

Čisté lipidy sú bezfarebné látky bez chuti a zápachu. Ich vlastnosti ovplyvňujú vyššie mastné kyseliny. Lipidy s nasýtenými mastnými kyselinami majú väčšiu teplotu topenia a väčšiu stabilitu. Vyplýva to hlavne z neprítomnosti dvojitých väzieb v molekulách mastných kyselín a teda v nižšej reaktivite daných molekúl. Naopak, pri lipidoch obsahujúcich v molekulách nenasýtené vyššie mastné kyseliny sa zvyšuje reaktivita molekuly v mieste dvojitej väzby a tým sa znižuje stabilita a teplota topenia. Vplyv má aj poloha dvojitej väzby, t. j. čím je poloha dvojitej väzby bližšie ku karboxylovej skupine, tým majú lipidy nižšiu teplotu topenia a sú menej stabilné.

Hydrofobicita

Lipidy sú hydrofóbne (odpudzujú vodu) a sú vo vode nerozpustné. Príčinou je prítomnosť veľkých nepolárnych alifatických reťazcov vyšších mastných kyselín. Sú preto dobre rozpustné v nepolárnych organických rozpúšťadlách ako chloroform, éter, benzén, acetón a pod.

Zložitejšie lipidy môžu byť amfifilné molekuly. Nepolárne acylové zvyšky sú hydrofóbne, ale ďalšia zložka viazaná estericky na glycerol (napr. aminoalkohol cholín) je hydrofilná a teda vzniká časť hydrofóbna a časť hydrofilná.

Micelácia

Pri suspenzii vo vodnom prostredí vytvárajú lipidy koloidy, micely alebo lipidické dvojvrstvy.

Funkcia

Sú dôležitou súčasťou buniek, nachádzajú sa najmä v bunkových membránach a nervových tkanivách. Lipoproteíny sú dôležitou stavebnou zložkou bunky, pomocou nich sa uskutočňuje transport prakticky všetkých lipidov v organizme.

Štruktúrna funkcia

• sú zložkou biologických membrán
• ochrana niektorých orgánov (obalením tukom) pred mechanickým poškodením
• nevyhnutné pre prenos nervových vzruchov (nervové tkanivo obsahuje 40% lipidov)
• vytvára podkožný tuk ktorý plní funkciu tepelnej izolácie

Metabolická funkcia

• sú rozpúšťadlom biologicky významných nepolárnych látok – vitamínov (A, D, E, K), hormónov, liečiv a farbív
• sú zásobnou látkou – pri oxidácii karboxylových kyselín uvoľnených z triacylglycerolu sa tvorí ATP – adenozíntrifosfát

Jednoduché lipidy

Schéma jednoduchého lipidu: 1-acylglycerol.

Sú estery vyšších karboxylových kyselín, ktoré okrem kyseliny a alkoholu neobsahujú ďalšiu zložku.

Podľa prítomnosti alkoholovej zložky sa jednoduché estery delia na:

• acylglyceroly - zlúčeniny glycerolu a mastnej kyseliny
  • tuky - zlúčeniny glycerolu a nasýtených mastných kyselín
  • oleje - zlúčeniny glycerolu a nenasýtených mastných kyselín
• vosky(ceridy) - zlúčeniny vyššieho jednosýtneho alkoholu a mastnej kyseliny

Príjímajú sa v potrave v podobe acylglycerolov. Vo svojej molekule môžu obsahovať sterol, ktorý s vyššou karboxylovou kyselinou tvorí acylcholesterol. Jednoduché lipidy obsahujú esterickú väzbu -O-CO-, ktorá sa nachádza v esteroch a vzniká reakciou alkoholu s karboxylovou kyselinou. Ak sa na esterifikácii zúčastňuje len jeden typ karboxylovej kyseliny, vznikajú jednoduché acylglyceroly. Zmiešané acylglyceroly vznikajú reakciou rôznych karboxylových kyselín.

Reakcie jednoduchých lipidov

Oxidácia lipidov

• oxidačná reakcia na dvojitých väzbách nenasýtených karboxylových kyselín spôsobí štiepenie uhľovodíkového reťazca za vzniku aldehydov, ketónov a nižších karboxylových kyselín, čo sa prejaví žltnutím tukov (staré maslo) a následným zápachom
• žltnutie tukov je negatívnou vlastnosťou lipidov a je spôsobené účinkom baktérii a kyslíka v teplom a vlhkom prostredí

Adícia lipidov

• adíciou vodíka (katalytická hydrogenácia karboxylových kyselín v lipidoch) na dvojité väzby sa pripravujú z olejov tuhé tuky
• hydrogenáciou sa nenasýtené karboxylové kyseliny menia na nasýtené karboxylové kyseliny
• v priemyselnej výrobe sa reakcia, ktorou pripravíme stužený tuk volá stužovanie tukov a táto reakcia prebieha pod tlakom a za pôsobenia katalyzátora niklu alebo platiny

Hydrolýza lipidov

Hydrolýzou acylglycerolov sa štiepi esterová väzba, pričom sa uvoľnujú molekuly karboxylových kyselín a glycerol:

• kyslá hydrolýza – pôsobením silných minerálnych kyselín
• alkalická hydrolýza – pôsobením hydroxidov;
• enzymatická hydrolýza – pomocou enzýmov zvaných lipázy

Pri alkalickej hydrolýze tukov vznikajú sodné alebo draselné soli mastných kyselín, ktoré sa nazývajú mydlá. Preto sa táto reakcia nazýva aj zmydelňovanie (saponifikácia), napríklad:

palmitylglycerol + hydroxid sodný → palmitát sodný (sodné mydlo) + glycerol + voda

Zložené lipidy

Sú také lipidy, ktoré obsahujú vo svojej molekule okrem nepolárnej zložky (mastná kyselina) a polárnej zložky (alkohol) aj ďalšie deriváty viazané na alkohol. Ďalším derivátom môže byť sacharid (glykolipidy) alebo iné polárne látky – cholín, etanolamín, serín a pod.

Zložené lipidy majú amfifilné molekuly a sú dôležitou zložkou bunkových membrán, ktoré zabezpečujú heterogénnosť prostredia v bunke.

Z biochemického hľadiska rozoznávame napríklad:

• fosfolipidy – obsahujú esterovo viazanú kyselinu fosforečnú
• glykolipidy – obsahujú sacharidovú zložku, napr. glukózu alebo galaktózu

Metabolizmus lipidov

Sú najdôležitejšou energetickou rezervou organizmu a podieľajú sa až 50% na získavaní energie v biologických oxidáciách. Denne sa metabolizuje 100g lipidov, z ktorých sa uvoľňuje 3760 kJ (900 kcal). Asi polovica tukov organizmu je uložená v podkožnom tkanive, ďalej sa nachádzajú okolo obličiek, v brušnej dutine (omentum), v oblasti pohlavných orgánov a vo svaloch.

Lipidy sa neustále obmieňajú, uvoľňujú zo zásob, transportujú krvou a metabolizujú, alebo sa opäť ukladajú do iných tukových tkanív. Ľudský organizmus uskladňuje lipidy vo veľkom množstve, na rozdiel od malých zásob glykogénu. Uvoľňujú najväčšie množstvo energie, ale aj napriek tomu sú po sacharidoch druhým bezprostredným zdrojom energie pre človeka.

Lipidy ľudského organizmu sa rozdeľujú na triacylglyceroly (neutrálne tuky), fosfolipidy a cholesterol. Triacylglyceroly slúžia predovšetkým ako energetická zásoba, fosfolipidy a cholesterol sa zúčastňujú na výstavbe bunkových membrán, hormónov a iných funkčných molekúl. Organizmus človeka je schopný syntetizovať väčšinu vyšších karboxylových kyselín, okrem tých, ktoré majú v molekulách prítomnosť dvojitých väzieb. Sú to esenciálne vyššie karboxylové kyseliny, ktoré sa využívajú pri syntéze dôležitej skupiny lipidov prostaglandínov. Z vyšších karboxylových kyselín sa v potrave človeka vyskytujú najčastejšie kyselina stearová C₁₈, kyselina palmitová C ₁₆ a nenasýtená kyselina olejová s C₁₈.

Fosfolipidy sú prirodzenou súčasťou potravy človeka a skladajú sa rovnako ako neutrálne tuky z vyšších karboxylových kyselín, glycerolu, kyseliny fosforečnej a z ďalšej zložky, ktorá je v jednotlivých fosfolipidoch odlišná.

Izoprenoidné lipidy

Izoprenoidné lipidy Terpény a steroidy

• Terpény - prevažne látky rastlinného pôvodu, ktoré sú dôležité pre rastliny napr. ako lákače opeľovačov, lebo sú farebné a voňavé.

• Steroidy (steroly) - typické molekulové štruktúry živočíchov a človeka, niektoré sa však nachádzajú aj v hubách (ergosterol) a v rastlinách (stigmasterol). K steroidom patrí veľa fyziologicky účinných látok: cholesterol, kalciferoly (vitamín D), steroidné hormóny, žlčové kyseliny, jedovaté sekréty a iné.

Iné projekty

Commons

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Lipid

Chemický portál