1 Lipidy ã Biochemický ústav LF MU (J.D.), 2013 2 Rozdělení lipidů •Jednoduché •triacylglyceroly •vosky •ceramidy •nepolární •nerozpustné ve vodě •rozpustné v lipofilních rozpouštědlech • •Složené •glycerofosfolipidy •sfingofosfolipidy •sfingoglykolipidy •polárně-nepolární mají charakter tenzidu orientují se na fázovém rozhraní viz LCH II Příloha 4 3 Lipofilní rozpouštědla jsou značně toxická trichlorethen Cl2C=CHCl (hepatotoxický) tetrachlorethen Cl2C=CCl2 (hepatotoxický) chloroform CHCl3 (hepatotoxický) tetrachlormethan CCl4 (N extrémně hepatotoxický) benzen C6H6 (N karcinogen!) toluen C6H5-CH3 (poškozuje plíce, vzniká závislost) nitrobenzen C6H5-NO2 (N methemoglobinémie) sirouhlík CS2 (N neurotoxický) ZC011 4 Tuky jsou mastné, odvozené od mastných kyselin. Tři chemické znaky pro „mastný“ •1. Nepolární •= hydrofobní •= nerozpustný ve vodě •= nemísitelný s vodou •= lipofilní •= rozpustný v nepolárních • rozpouštědlech 1. •2. Lehčí jak voda •= hustota < 1 g/ml •= plave na vodě •= tvoří horní fázi •= tvoří „oka“ na hladině 3. Obsahující dlouhé řetězce s C-H vazbami 5 oil on water voda (ρ = 1 g/ml) mastná látka (tuky, uhlovodíky) (ρ < 1 g/ml) 6 Obecné vlastnosti mastných kyselin •alifatické, monokarboxylové •sudý počet C •biosyntéza z acetyl-CoA (2C) – viz dále •nasycené, nenasycené - konfigurace cis •volné MK, hlavně vyšší, jsou nepolární, ve vodě nerozpustné •velmi slabé kyseliny (pKA ~ 10) 7 Rozdělení mastných kyselin •nasycené (SAFA) saturated fatty acids •mononenasycené (MUFA) monounsaturated fatty acids •polynenasycené (PUFA) polyunsaturated fatty acids 8 SAFA C Kyselina Výskyt Komentář 4 6 8 10 máselná kapronová kaprylová kaprinová mléčný tuk mléčný tuk mléčný tuk mléčný tuk lehce stravitelné, absorbce do portální krve metabolické palivo pro kolonocyty a játra, lat. butyrum, i, n. máslo lat. capra, ae, f. koza 12 14 16 laurová myristová palmitová kokosový tuk kokosový tuk živočišné tuky aterogenní, zvyšují cholesterol v krvi, kokosový tuk je základem pro výrobu zmrzliny, nanuků, mražených krémů apod. 18 stearová živočišné tuky kakaový tuk z hlediska aterogeneze působí neutrálně, snad i mírně příznivě 9 Biochemický význam SAFA •zdroj energie, pro většinu tkání vyjma CNS •při nadměrném příjmu podporují obezitu, vývoj aterosklerózy (zejména C12, C14, C16), zvyšují celkový a LDL-cholesterol •doporučuje se omezovat příjem SAFA •výskyt: triacylglyceroly sádla, másla, tučného masa, ztužených pokrmových tuků, kokosového tuku •výjimka: kakaový tuk (převažuje C18) netřeba omezovat, stearová působí neutrálně, navíc kakao obsahuje antioxidanty 10 MUFA převažují v řepkovém a olivovém oleji •16:1(9) palmitoolejová •18:1(9) olejová 11 Biochemický význam MUFA •zdroj energie, hlavně olejová kyselina •příznivý vliv na krevní lipidy, snižují LDL-cholesterol, lipoproteiny bohaté na MUFA jsou odolnější vůči lipoperoxidaci •fenolové sloučeniny obsažené v panenském olivovém oleji (extra virgin) zvyšují antioxidační kapacitu LDL •středomořská dieta - komplexní fenomén, nízký výskyt kardiovaskulárních a nádorových chorob •doporučuje se dostatečný příjem MUFA •výskyt: triacylglyceroly v olivovém a řepkovém oleji 12 Pyramida středomořské stravy červené maso ryby, drůbež, vejce, sladkosti chléb, těstoviny, zelenina, luštěniny, ovoce, ořechy, olivy, olivový olej, sýr feta, jogurty, lehké víno denně několikrát za měsíc několikrát týdně 13 PUFA •18:2 (9,12) linolová ω-6 esenciální •18:3 (9,12,15) a-linolenová ω-3 esenciální •20:4 (5,8,11,14) arachidonová ω-6 •20:5 (5,8,11,14,17) ikosapentaenová (EPA) ω-3 •22:6 (4,7,10,13,16,19) dokosahexaenová (DHA) ω-3 ω = poslední uhlík v MK, rozdíl vyjadřuje polohu dvojné vazby od posledního (methylového) uhlíku ω ω-3 14 Jazyková analýza: all-cis-oktadeka-9,12,15-trienová kyselina (α-linolenová) Složka názvu Komentář all-cis stereodeskriptor, konfigurace na všech dvojných vazbách je cis oktadeka počet C atomů v molekule (18), z řečtiny δεκαοχτώ tri násobící předpona, počet dvojných vazeb (3) en infix, označuje přítomnost dvojné vazby ová kyselina přípona, označuje typ sloučeniny (karboxylová kyselina) 15 Esenciální MK: linolová(LA) a α-linolenová (ALA) •nemohou vznikat v organismu, •chybí enzymy na příslušné desaturace (desaturasy) •desaturace u člověka probíhá pouze od C1 do C9 •desaturace typu ω-6 a ω-3 probíhají pouze v rostlinách •esenciální MK musí být přijímány v potravě •optimální poměr LA : ALA = 1: 1, ne vyšší než 5 : 1 16 Biochemický význam PUFA •součásti fosfolipidů buněčných membrán a plazmatických lipoproteinů •substráty pro syntézu ikosanoidů, nikoliv jako zdroj energie •fyziologické účinky jsou u ω-6 a ω-3 různé •nadměrný příjem může škodit, protože jsou citlivé na lipoperoxidaci •převaha účinků ikosanoidů odvozených od linolové kys. má nepříznivé zdravotní účinky (zvýšená krevní srážlivost aj.) •výskyt: rostlinné oleje, hlavně slunečnicový a sójový (ω-6), rybí tuk, ořechy, lněné semínko (ω-3) 17 Fyziologické účinky ω-6 a ω-3 PUFA jsou antagonistické. Jsou dány protichůdnými účinky ikosanoidů od nich odvozených ω-6 PUFA ω-3 PUFA snižují cholesterol v krvi snižují TAG v krvi zvyšují krevní srážlivost snižují krevní srážlivost účinek prozánětlivý účinek protizánětlivý nezbytné pro vývoj mozku a oční sítnice u dětí ω-6 PUFA : ω-3 PUFA = 1 : 1 18 Průměrný obsah MK ve vybraných tucích (%) Tuk SAFA MUFA ω-3 PUFA ω-6 PUFA Řepkový olej 10 60 10 20 Slunečnicový olej 10 25 1 64 Sojový olej 16 24 7 53 Olivový olej 15 75 1 9 Kokosový tuk 90 7 0 3 Vepřové sádlo 43 48 1 8 Máslo* 67 28 0 2 Drůbeží tuk 42 37 1 20 Lněný olej 10 12 60 18 Rybí tuk 28 52 15 5 Kakaové máslo 60 38 0 2 * Zbytek do 100 % tvoří cca 3 % trans-MK. 19 Tuky jsou triestery glycerolu nasycený triacylglycerol (TAG) 20 Disperzní mezimolekulární interakce mezi extendovanými řetězci nasycených MK v TAG jsou rozsáhlé důsledkem je vyšší teplota tání a tuhá konzistence tristearoylglycerol 21 Disperzní mezimolekulární interakce mezi nenasycenými TAG jsou omezené důsledkem je nižší teplota tání a kapalná konzistence (oleje) trilinoloylglycerol 22 Chemické přeměny tuků •hydrogenace (in vitro) •re-esterifikace (in vitro) •hydrolýza (in vitro, in vivo) •lipoperoxidace (in vitro, in vivo) •žluknutí (in vitro) ztužování 23 Ztužování olejů •Stará metoda •katal. hydrogenace •radikálová reakce •nespecifická •olej + H2(g) + kat.(Ni) •vznikají trans-MK •Nová metoda •re-esterifikace •bazicky katalyzovaná •výměna acylů •pevný tuk + olej •trans-MK se netvoří • 24 Re-esterifikace TAG (bazicky katalyzovaná výměna acylů) 25 Hydrolýza triacylglycerolů vždy vyžaduje katalyzátor •kyselá ® glycerol + 3 MK •alkalická ® glycerol + 3 soli MK •enzymová: katalyzují lipasy, viz Biochemické přeměny 26 Kyselou hydrolýzou TAG vznikají volné MK 27 Alkalickou hydrolýzou TAG vznikají mýdla Mýdlo (sodná sůl vyšší mastné kyseliny) je aniontový tenzid jazykový paradox 28 Chemické složení pevného mýdla Aqua, Sodium Tallowate, Sodium Lardate, Sodium Cocoate, Perfume, Glycerine, Almond Extract, Sodium Chloride, Titanium Dioxide, EDTA, CI 15510 viz Semináře, str. 21 tallow = fat obtained from beef cattle and sheep lard = fat from a pig coconut fat = fat obtained from the flesh of coconut fruit 29 Lipoperoxidace in vivo •reakce PUFA (více dvojných vazeb) s volnými radikály (•OH, •OR, •OOR) •řetězová reakce, nespecifická, neenzymová •produkty jsou vyšší aldehydy, plynné alkany (ethan), malondialdehyd O=CH-CH2-CH=O •MDA poškozuje bílkoviny a další biomolekuly 30 Jak lze omezit lipoperoxidaci v lidském těle? 31 Žluknutí tuků •soubor reakcí, které vedou ke zhoršení organoleptických vlastností tuku •hydrolytické, oxidační, kombinované •urychluje: kyslík, teplo, světlo, stopy kovů, mikroorganismy, plísně (plísňové sýry a trvanlivé salámy mohou obsahovat značné množství volných MK) • Prevence: tuky uchovávat v chladu a temnu, v uzavřených nádobách, při kupování pečlivě prozkoumat expirační dobu 32 Tuky ve výživě podle různých hledisek Čisté (100%) oleje, sádlo, ztužené tuky Emulgované s vodou máslo, margariny, light margariny Zjevné (viz výše) Skryté uzeniny, sýry, zmrzlina, cukrovinky apod. Aterogenní SAFA, zejména C12, C14, C16 tučné vepřové maso, uzeniny, kokosový tuk Anti-aterogenní MUFA, ω-3 PUFA olivový, řepkový olej, ořechy, tučné mořské ryby Vhodné na smažení odolné vůči oxidaci (SAFA, MUFA) a současně bez cholesterolu Nevhodné na smažení obsahující: vyšší podíl PUFA, cholesterol, vodu 33 Doporučený poměr živin Živina Procento příjmu energie/den Škroboviny Tuky Bílkoviny 55 – 60 % £ 30 % 10 – 15 % SAFA » 5 % MUFA » 20 % * PUFA » 5 % * tedy cca 70 % z celkových tuků 34 Výživová doporučení týkající se lipidů •2/3 rostlinné tuky, 1/3 živočišné •omezovat tuky se SAFA (často obsahují cholesterol) •zvýšit spotřebu olivového, řepkového oleje, ryb, ořechů •slunečnicový a sojový olej s opatrností (po lžičkách!) •zvýšit spotřebu emulgovaných tuků (místo másla) •vyhýbat se trans-MK •vyhýbat se přepáleným tukům a smaženým pokrmům • 35 Obsah tuku v mase je v rozmezí tří řádů Druh masa Obsah tuku (%) Trvanlivé salámy 40-60 Uzenina, klobásy 20-50 Vepřové tučné 40 Husa, kachna 20-40 Vepřové libové 20 Tučné ryby (sleď, makrela, losos, tuňák) 10-20 Sardinky 7-9 Králík 7 Kuřecí, krůtí 5-6 Hovězí libové 3 Kapr 3 Srnčí 1 Treska (filé) 0,6 Kuřecí prsa 0,5 Candát 0,4 Krůtí prsa 0,3 Pangasius 0,2 36 Některé tuky jsou emulze typu v/o Produkt Obsah tuku Obsah vody Másloa Margarinyb 80 % 30-80 % 20 % 20-70 % a Emulgátory: mléčné proteiny (kasein) a fosfolipidy b Emulgátory: monoacylglyceroly, diacylglyceroly 37 trans-Mastné kyseliny mají nepříznivý vliv na hladinu cholesterolu •Přirozený výskyt •podkožní tuk přežvýkavců, lůj (3-7 %) •mléčný tuk přežvýkavců, máslo (3 %) •Syntetický původ •pokrmové tuky ztužované hydrogenací •výrobky z takových tuků: sušenky, trvanlivé pečivo apod. • Podle současné legislativy nejsou výrobci povinni uvádět na obalu obsah trans-MK. 38 Doprovodné látky lipidů •lipofilní vitaminy (retinol, tokoferoly, kalcioly, fylochinon) •terpeny, antioxidanty apod. •cholesterol, fytosteroly apod. Přísné beztukové diety mohou vést k deficitu lipofilních vitaminů, antioxidantů a esenciálních mastných kyselin. 39 Lipofilní vitaminy a antioxidanty Sloučenina Základ struktury Hlavní zdroje v potravě Retinol Karotenoidy Fylochinon Tokoferol Kalciol isopren (karoten) isopren naftochinon chroman cholesterol máslo, žloutek, játra, zelenina barevná zelenina, ovoce, žloutek, losos zelenina, játra, vzniká ve střevě ořechy, semena, rostlinné oleje rybí tuk, máslo, vzniká v kůži (UV) 40 Karotenoidy 41 tokoferol kalciol fylochinon 42 Tuk v lidském těle Biochemické přeměny lipidů 43 Tukové zásoby v těle Charakteristika Muži Ženy Celková tělesná voda 60 – 67 % 50 – 55 % Celkový tělesný tuk 10 – 20 % 20 – 30 % Hlavní distribuce tuku oblast pasu, břicho (androidní typ, jablko) boky, hýždě, stehna (gynoidní typ, hruška) 80 – 90 % tuku je lokalizováno v podkožních depositech 10 – 20 % je viscerální (omentální, mesenterický) 44 Trávení lipidů v tenkém střevě pankreatická lipasa 2-acylglycerol je neiontový tenzid volná MK disociuje a tvoří aniontový tenzid pH pankreatické šťávy 7,5-8,8 45 Přirozené tenzidy při trávení tuků Tenzid Typ Původ Žlučové kyseliny 2-Acylglycerol Anionty MK Fosfolipidy aniontový neiontový aniontový amfoterní z cholesterolu v játrech hydrolýza TAG ve střevu hydrolýza TAG ve střevu potrava Vytvářejí tzv. směsnou micelu, která vstupuje do enterocytu 46 Lipasy v lidském těle Lipasa Jaké lipidy štěpí Kde v těle Pankreatická exogenní TAG tenké střevo Hormon-sensitivní endogenní TAG tuková tkáň Lipoproteinová TAG chylomikronů/VLDL kapiláry periferních tkání Jaterní TAG v HDL jaterní sinusoidy 47 triacylglyceroly (tuková tkáň) mastné kyseliny acetyl-CoA ketolátky lipolýza b-oxidace ketogeneze v játrech při nadbytku acetyl-CoA CO2 + H2O + energie citrátový cyklus + dýchací řetězec utilizace ketolátek v extrahepatálních tkáních Katabolická dráha lipidů: zisk energie 48 Ketolátky 49 glukosa z potravy glukosa z potravy acetyl-CoA pyruvát dihydroxyaceton-P mastné kyseliny tuky z potravy glycerol-3-P + acyl-CoA fosfatidát glycerofosfolipidy (buněčné membrány) triacylglyceroly glykolýza oxidační dekarboxylace syntéza MK glykolýza hydrogenace aktivace Anabolická dráha: biosyntéza lipidů (zásoba energie) 50 Speciální dráha: desaturace a elongace MK Þ Þ ikosanoidy (C20) 51 Složené lipidy Sfingoglykolipidy Sfingofosfolipidy Glycerofosfolipidy viz LCH II Příloha 4 52 Glycerofosfolipid Sfingofosfolipid Polární hlava dva nepolární řetezce Složené lipidy mají charakter tenzidu 53 Fosfatidová kyselina 1,2-diacylglycerol-3-fosforečná kyselina 54 Rozlišujte •Fosfatidát = anion kyseliny fosfatidové (odštěpení 2H+) • • •Fosfatidyl = acyl kyseliny fosfatidové (odstranění skupiny -OH) ! virtuální zbytek reálná sloučenina 55 Glycerofosfolipidy mají jednu polární hlavu a dva nepolární řetězce X je polární složka: cholin ethanolamin serin inositol X 56 Polární složky fosfolipidů – Metabolický původ serin ethanolamin cholin dekarboxylace methylace (SAM) inositol zdroj: potrava (fytáty) Exogenní zdroj: bílkoviny v potravě Endogenní zdroj: glycin + HO-CH2-FH4 Svojí hydroxylovou skupinou vytváří ester s kyselinou fosfatidovou 57 Fosfatidylcholin je amfoterní tenzid piktogram 58 Dipalmitoylfosfatidylcholin je hlavní složkou plicního surfaktantu vdech výdech atelektáza • snižuje povrchové napětí na povrchu alveolů • zabraňuje kolabování plicních alveolů při výdechu • usnadňuje otevření alveolů během aspirace • nedostatek surfaktantu Þ dechová tíseň (atelektáza) (angl. surface-active substance) 59 Fosfolipidy tvoří dvojvrstvu v buněčných membránách Buněčná membrána je převážně nepolární útvar. Nepolární látky přecházejí snadno (O2, CO2, některé léky a toxiny). Polární (glukosa) a iontové látky (Na+, Ca2+) vyžadují přenašeče. 60 Fosfolipidy tvoří vnější monovrstvu v lipoproteinech krevní plazmy Třída Hustota (g/cm3) Proteiny (%) TAG (%) CM 0,90 2 84 VLDL 0,95 9 54 LDL 1,05 21 11 HDL 1,20 50 4 imagesCA5KLOT0 CM – chylomikrony VLDL – very low density lipoproteins LDL – low density lipoproteins HDL – high density lipoproteins 61 Fosfatidylinositol (PI) Tvoří až 20 % fosfolipidů v membránách 62 PIP2 je prekurzorem druhého posla fosfatidylinositol-4,5-bisfosfát (PIP2) Druzí poslové inositoltrisfosfát (IP3) a diacylglycerol (DAG) vznikají působením fosfolipasy C na PIP2 63 Kardiolipin je v mitochondriální membráně 1,3-bisfosfatidylglycerol 64 Plasmalogen (plasmenylcholin) Tvoří cca 10 % fosfolipidů v mozku a svalech 65 Lysofosfolipidy - meziprodukty metabolismu fosfolipidů 2-deacylfosfolipidy lyso = deacyl de = bez 66 Glykolipidy Sfingofosfolipidy polární hlava Ceramid N-acylsfingosin Sfingolipidy 67 Sfingosin má 18 uhlíků 16 pochází z palmitové kyseliny, 2 ze serinu serin (3C) (dekarboxylace) palmitoyl-CoA (16C) 68 Ceramidy jsou amidy, základ struktury sfingolipidů 69 Sfingomyeliny ve velkém množství v mozku a v nervové tkáni MK - lignocerová 24:0 a nervonová 24:1(15) 70 Glykolipidy •Neutrální •cerebrosidy (monoglykosylceramidy) •oligoglykosylceramidy •obsahují galaktosu (Gal) nebo glukosu (Glc) •Kyselé •sulfoglykosfingolipidy (estery kyseliny sírové) •gangliosidy (obsahují sialovou kyselinu) 71 Cerebrosidy jsou monoglykosylceramidy galaktosylceramid 72 Sulfatované glykolipidy C3 hydroxyl galaktosy je esterifikován kys. sírovou 73 Opakování: Estery kyseliny sírové 74 K sulfataci je třeba kofaktor PAPS •3’-fosfoadenosin-5’-fosfosulfát •smíšený anhydrid sulfátu a fosfátu •makroergní sloučenina = velmi reaktivní •sulfatace = esterifikace OH skupin aktivním sulfátem (PAPS) •sulfát je katabolit cysteinu • 75 Gangliosidy (sialoglykosfingolipidy) Na oligosacharid je navázána sialová kyselina