Lipidy Biochemick stav LF MU J D 2013

Lipidy Biochemický ústav LF MU (J. D. ), 2013 1

Rozdělení lipidů Jednoduché Složené • triacylglyceroly • glycerofosfolipidy • vosky • sfingofosfolipidy • ceramidy • glykosfingolipidy • nepolární • polárně-nepolární • nerozpustné ve vodě • rozpustné v lipofilních rozpouštědlech mají charakter tenzidu orientují se na fázovém rozhraní 2

Lipofilní rozpouštědla jsou značně toxická trichlorethen Cl 2 C=CHCl (hepatotoxický) tetrachlorethen Cl 2 C=CCl 2 (hepatotoxický) chloroform CHCl 3 (hepatotoxický) tetrachlormethan CCl 4 ( extrémně hepatotoxický) benzen C 6 H 6 ( karcinogen!) toluen C 6 H 5 -CH 3 (poškozuje plíce, vzniká závislost) nitrobenzen C 6 H 5 -NO 2 ( methemoglobinémie) sirouhlík CS 2 ( neurotoxický) 3

Mastné kyseliny (MK) základní složky lipidů Fatty acids (FA) 4

Tři synonyma pro slovo „mastný“ 1. Nepolární 2. Lehčí jak voda = hydrofobní = hustota < 1 g/ml = nerozpustný ve vodě = nemísitelný s vodou = lipofilní = rozpustný v nepolárních = plave na vodě = tvoří horní fázi = tvoří „oka“ na hladině rozpouštědlech 3. Obsahují dlouhé a/nebo rozvětvené řetězce a/nebo kruhy s C-H vazbami 5

mastná látka (tuky, uhlovodíky) voda (ρ = 1 g/ml) 6

Obecné vlastnosti mastných kyselin • alifatické, monokarboxylové • sudý počet C, biosyntéza z acetyl-Co. A (2 C) • nasycené, nenasycené - konfigurace cis • volné MK, hlavně vyšší, jsou nepolární, ve vodě nerozpustné • velmi slabé kyseliny (p. KA ~ 10) 7

Rozdělení mastných kyselin • nasycené (SAFA) saturated fatty acids • mononenasycené (MUFA) monounsaturated fatty acids • polynenasycené (PUFA) polyunsaturated fatty acids 8

Tři skupiny SAFA C Kyselina Výskyt Komentář 4 6 8 10 máselná kapronová kaprylová kaprinová mléčný tuk lehce stravitelné, přímo se vstřebávají, metabolické palivo pro kolonocyty a játra, lat. butyrum, i, n. máslo lat. capra, ae, f. koza 12 laurová 14 myristová 16 palmitová 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 C 12, C 14, C 16), 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 C 18) netřeba omezovat, stearová působí neutrálně, navíc kakao obsahuje antioxidanty 10

Mastné kyseliny mají největší obsah energie Průměrné ox. č. C = -1, 8 C je nejvíce redukovaný Průměrné ox. č. C = 0, 0 Obsah energie v živinách Tuky Sacharidy Bílkoviny Průměrné ox. č. C = 0, 0 38 k. J/g 17 k. J/g 11

MUFA převažují v řepkovém a olivovém oleji • 16: 1(9) palmitoolejová • 18: 1(9) olejová • zkrácený zápis: 12

Olejová kyselina (cis-oktadec-9 -enová) 13

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 14

Pyramida středomořské stravy několikrát za měsíc červené maso několikrát týdně ryby, drůbež, vejce, sladkosti denně chléb, těstoviny, zelenina, luštěniny, ovoce, ořechy, olivový olej, sýr feta, jogurty, lehké víno 15

PUFA • 18: 2 (9, 12) linolová (LA) n-6 esenciální • 18: 3 (9, 12, 15) -linolenová (ALA) n-3 esenciální • 20: 4 (5, 8, 11, 14) arachidonová n-6 • 20: 5 (5, 8, 11, 14, 17) ikosapentaenová (EPA) n-3 • 22: 6 (4, 7, 10, 13, 16, 19) dokosahexaenová (DHA) n-3 16

Symbolika n-9, n-6, n-3 • n = počet uhlíků v MK • rozdíl vyjadřuje polohu dvojné vazby od posledního (methylového) uhlíku 17

LA, linolová kyselina 18: 2 (9, 12) n = 18 18 -12 = 6 typ = n-6 18

Esenciální MK jsou linolová (LA) a α-linolenová (ALA) • nemohou vznikat v organismu, protože chybí enzymy na příslušné desaturace • desaturace u člověka probíhá pouze od C 1 do C 9 • desaturace typu n-6 a n-3 probíhají pouze v rostlinách • esenciální MK musí být přijímány v potravě (6 -8 g denně) • doporučený poměr je LA : ALA = 5 : 1 ne vyšší ! 19

Orientační zastoupení esenciálních PUFA v olejích (%) Olej LA ALA LA : ALA Olivový* 10 1 10 : 1 Řepkový 23 7 3: 1 Slunečnicový 64 1 64 : 1 Sójový 55 7 8: 1 * Ve středomoří pochází ALA hlavně z ryb, tím se poměr LA : ALA blíží optimální hodnotě. Doporučený poměr LA : ALA = 5 : 1 20

Fyziologické účinky n-6 a n-3 PUFA nejsou stejné. Jsou dány protichůdnými účinky ikosanoidů od nich odvozených n-6 n-3 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 21

Biochemický význam PUFA • substráty pro syntézu ikosanoidů, nikoliv jako zdroj energie • součásti fosfolipidů buněčných membrán a plazmatických lipoproteinů • fyziologické účinky jsou u n-6 a n-3 různé • nadměrný příjem může škodit, protože jsou citlivé na lipoperoxidaci • převaha účinků ikosanoidů odvozených od linolové kys. (LA) má nepříznivé zdravotní účinky (zvýšená krevní srážlivost aj. ) • výskyt: rostlinné oleje, hlavně slunečnicový a sójový (n-6, LA), rybí tuk, ořechy, lněné semínko (n-3, ALA) 22

Glycerol (propan-1, 2, 3 -triol) • trojsytný alkohol • alkoholová složka lipidů • takto prezentovaný vzorec se označuje 1 2 3 jako sn-glycerol sn – stereospecific numbering 23

Tuky jsou triestery glycerolu nasycený triacylglycerol (TAG) 24

Disperzní mezimolekulární interakce mezi extendovanými řetězci nasycených MK v TAG jsou rozsáhlé tristearoylglycerol důsledkem je vyšší teplota tání a tuhá konzistence 25

Trioleoylglycerol (tvar molekuly není protáhlý) 26

Disperzní mezimolekulární interakce mezi nenasycenými TAG jsou omezené trilinoloylglycerol důsledkem je nižší teplota tání a kapalná konzistence (oleje) 27

Chemické přeměny tuků • hydrogenace (in vitro) • re-esterifikace (in vitro) ztužování • hydrolýza (in vitro, in vivo) • lipoperoxidace (in vitro, in vivo) • žluknutí (in vitro) 28

Ztužování olejů Stará metoda Nová metoda • katal. hydrogenace • re-esterifikace • radikálová reakce • bazicky katalyzovaná • nespecifická • výměna acylů • olej + H 2(g) + kat. (Ni) • pevný tuk + olej • vznikají trans-FA (TFA) 29

Re-esterifikace TAG (bazicky katalyzovaná výměna acylů) 30

Hydrolýza triacylglycerolů může probíhat trojím způsobem • kyselá glycerol + 3 MK • alkalická glycerol + 3 soli MK • enzymová: katalyzují lipasy, různé typy, viz dále 31

Kyselou hydrolýzou TAG vznikají volné MK 32

Alkalickou hydrolýzou TAG vznikají mýdla POZOR jazykový paradox Mýdlo (sodná sůl vyšší mastné kyseliny) je aniontový tenzid 33

Lipoperoxidace in vivo • reakce PUFA (více dvojných vazeb) s volnými radikály ( • OH, • OR, • OOR) • řetězová reakce, neenzymová • produkty jsou vyšší aldehydy, plynné alkany (ethan), malondialdehyd O=CH-CH 2 -CH=O • MDA poškozuje bílkoviny a další biomolekuly 34

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 35

Tuky ve výživě 36

Tuky ve výživě podle různých hledisek Čisté (100%) Emulgované s vodou oleje, sádlo, ztužené tuky máslo, margariny, light margariny Zjevné Skryté (viz výše) uzeniny, sýry, zmrzlina, cukrovinky apod. Aterogenní Anti-aterogenní SAFA, zejména C 12, C 14, C 16 tučné vepřové maso, uzeniny, kokosový tuk MUFA, PUFA olivový, řepkový olej, ořechy, tučné mořské ryby Vhodné na smažení Nevhodné na smažení odolné vůči oxidaci (SAFA, MUFA) a současně bez cholesterolu obsahující vyšší podíl PUFA, obsahující cholesterol, obsahující vodu 37

Průměrný obsah MK ve vybraných tucích (%) Tuk Sádlo Másloa Kokosový tukb Margariny Řepkový olej Olivový olej Slunečnicový olej a Zbytek SAFA 50 60 90 20 -30 10 15 10 MUFA 45 35 9 20 -50 60 75 25 PUFA 5 2 1 20 -50 30 10 65 do 100 % tvoří cca 3 % trans-MK. b Vynikající surovina na výrobu mýdla. Jako potravinový tuk nevhodný. Pro dobré fyzikální vlastnosti se dává do zmrzlin, nanuků, mražených krémů apod. 38

Doporučený poměr živin Živina Škroboviny Tuky Bílkoviny Procento příjmu energie/den 55 – 60 % 30 % 10 – 15 % * tedy cca 70 % z celkových tuků SAFA 5 % MUFA 20 % * PUFA 5 % 39

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 40

Některé tuky jsou emulze typu v/o Produkt Másloa Margarinyb a Obsah tuku Obsah vody 80 % 20 % 30 -80 % 20 -70 % Emulgátory: mléčné proteiny (kasein) a fosfolipidy b Emulgátory: monoacylglyceroly, diacylglyceroly 41

Tuky na smažení musí být odolné proti lipoperoxidaci Vhodné Nevhodné • ztužené 100% tuky • slunečnicový olej • oleje s vyšší oxidační stabilitou (olivový, palmový, fritovací) • sójový olej • máslo* • sádlo* * Obsahují cholesterol, oxidační produkty cholesterolu vznikající při smažení jsou považovány za vysoce škodlivé 42

trans-Mastné kyseliny (TFA) mají nepříznivý vliv na hladinu cholesterolu Přirozený výskyt Syntetický původ • podkožní tuk přežvýkavců, • pokrmové tuky ztužované lůj (3 -7 %) hydrogenací • mléčný tuk přežvýkavců, • výrobky z takových tuků: máslo (3 %) sušenky, trvanlivé pečivo apod. Podle současné legislativy nejsou výrobci povinni uvádět na obalu obsah trans-MK. Složení mastných kyselin uvádějí pouze na výrobcích, kde je jejich složení příznivé. Je to jediné vodítko pro spotřebitele, aby si vybral vhodný výrobek. 43

Srovnejte: Tvar molekul MK 44

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. 45

Lipofilní vitaminy a antioxidanty Sloučenina Základ struktury Hlavní zdroje v potravě Retinol isopren (karoten) máslo, žloutek, játra, zelenina Karotenoidy isopren barevná zelenina a ovoce Fylochinon naftochinon zelenina, játra, vzniká ve střevě Tokoferol chroman ořechy, semena, rostlinné oleje Kalciol cholesterol rybí tuk, máslo, vzniká v kůži (UV) 46

Karotenoidy: lykopen není prekurzor retinolu, nemá β-jononový kruh 47

tokoferol fylochinon kalciol 48

Biochemické přeměny lipidů 49

Enzymovou hydrolýzou v tenkém střevě vznikají dva typy přirozených tenzidů pankreatická lipasa 2 -acylglycerol je neiontový tenzid volná MK disociuje a tvoří aniontový tenzid p. H pankreatické šťávy 7, 5 -8, 8 50

Přirozené tenzidy při vstřebávání tuků Tenzid Typ Původ Žlučové kyseliny aniontový z cholesterolu v játrech 2 -Acylglycerol neiontový hydrolýza TAG ve střevu Anionty MK aniontový hydrolýza TAG ve střevu Fosfolipidy amfoterní potrava Vytvářejí tzv. směsnou micelu, která vstupuje do enterocytu 51

Ketolátky 52

Složené lipidy Glycerofosfolipidy Sfingoglykolipidy 53

Složené lipidy mají charakter tenzidu Polární hlava dva nepolární řetezce Glycerofosfolipid Sfingofosfolipid 54

Glycerofosfolipidy • základní struktura - fosfatidová kyselina • fosfolipidy jsou hlavní lipidovou součástí biologických membrán • meziprodukty lipidového metabolismu • speciální funkce – vznik druhých poslů 55

Fosfatidová kyselina 1, 2 -diacylglycerol-3 -fosforečná kyselina 56

Rozlišujte • Fosfatidát = anion kyseliny fosfatidové (odštěpení H+) ! • Fosfatidyl = acyl kyseliny fosfatidové (odstranění skupiny –OH) 57

Glycerofosfolipidy 58

Fosfatidylcholin je amfoterní tenzid piktogram 59

Dipalmitoylfosfatidylcholin je hlavní složkou plicního surfaktantu (angl. surface-active substance) výdech atelektáza vdech • snižuje povrchové napětí na povrchu alveolů • zabraňuje kolabování plicních alveolů při výdechu • usnadňuje otevření alveolů během aspirace • nedostatek surfaktantu dechová tíseň (atelektáza) 60

Fosfolipidy tvoří dvojvrstvu v buněčných membránách Buněčná membrána je převážně nepolární útvar. Nepolární látky přecházejí snadno (O 2, CO 2, některé léky a toxiny). Polární a iontové látky vyžadují přenašeče. 61