Macromoleculele biologice (partea a III-a): lipidele

publicat de Florin Mitrea
60 vizualizări
Vidra

Lipidele sunt, de asemenea, surse de energie care alimentează procesele celulare. La fel ca glucidele (carbohidrații), lipidele sunt compuse din carbon, hidrogen și oxigen, dar acești atomi sunt aranjați diferit. Majoritatea lipidelor sunt nepolare și hidrofobe. Tipurile majore de lipide sunt grăsimile și uleiurile, cerurile, fosfolipidele și steroizii.

O grăsime tipică constă din trei acizi grași legați de o moleculă de glicerol, formând trigliceride sau triacilgliceroli. Acizii grași pot fi saturați sau nesaturați, în funcție de prezența sau absența legăturilor duble în lanțul de hidrocarburi; un acid gras saturat are numărul maxim de atomi de hidrogen legați de carbon și, astfel, prezintă numai legături simple.

În general, grăsimile care sunt lichide la temperatura camerei (de exemplu, uleiul de floarea-soarelui) tind să fie mai nesaturate decât grăsimile care sunt solide la temperatura camerei. În industria alimentară, uleiurile sunt hidrogenate artificial pentru a le face mai adecvate din punct de vedere chimic pentru utilizarea în alimentele procesate. În timpul acestui proces de hidrogenare, legăturile duble din conformația cis a lanțului de hidrocarburi pot fi convertite în legături duble în conformația trans; din păcate, s-a dovedit că grăsimile trans contribuie la apariția bolilor de inimă.

Fosfolipidele sunt un tip special de lipide asociate cu membranele celulare și au, de obicei, o coloană vertebrală de glicerol (sau sfingozină), la care sunt atașate două lanțuri de acizi grași și o grupare care conține fosfat. Ca urmare, fosfolipidele sunt considerate amfipatice, deoarece au atât componente hidrofobe, cât și hidrofile.

Deși structurile moleculare ale steroizilor diferă de cele ale trigliceridelor și fosfolipidelor, steroizii sunt clasificați ca lipide pe baza proprietăților lor hidrofobe. Colesterolul este un tip de steroid din membrana plasmatică a celulelor animale. Colesterolul este, de asemenea, precursorul hormonilor steroizi, așa cum este testosteronul.

Grăsimile și uleiurile

Lipidele includ un grup divers de compuși care sunt în mare parte de natură nepolară. Acest lucru se datorează faptului că sunt hidrocarburi care includ în mare parte legături nepolare carbon-carbon sau carbon-hidrogen. Moleculele nepolare sunt hidrofobe („se tem de apă”) sau insolubile în apă. 

Lipidele îndeplinesc multe funcții diferite într-o celulă. Celulele stochează energie pentru utilizare pe termen lung sub formă de grăsimi. Lipidele asigură, de asemenea, izolarea față de mediu pentru plante și animale. De exemplu, natura lor hidrofobă poate ajuta la menținerea uscată a păsărilor și mamiferelor acvatice prin formarea unui strat protector peste blană sau pene. Lipidele sunt, de asemenea, elementele de bază ale multor hormoni și un constituent important al tuturor membranelor celulare. Lipidele includ grăsimi, ceruri, fosfolipide și steroizi.

O moleculă de grăsime constă din două componente principale – glicerol și acizi grași. Glicerolul este un compus organic (alcool) cu trei atomi de carbon, cinci atomi de hidrogen și trei grupări hidroxil (OH). Acizii grași au un lanț lung de carbon și hidrogen de care este atașată o grupare carboxil, de unde și numele de „acid gras”. Numărul de atomi de carbon din acidul gras poate varia de la 4 la 36; cei mai întâlniți sunt cei care conțin 12–18 atomi de carbon. Într-o moleculă de grăsime, acizii grași sunt atașați la fiecare dintre cei trei atomi de carbon ai moleculei de glicerol printr-o legătură de tip ester prin intermediul unui atom de oxigen (Figura 1).

Structura unui triacilglicerol

Figura 1 – Triacilglicerolul se formează prin unirea a trei acizi grași la o moleculă de glicerol printr-o reacție de deshidratare. În urma acestui proces sunt eliberate trei molecule de apă.

În timpul formării acestei legături esterice, sunt eliberate trei molecule de apă. Cei trei acizi grași din triacilglicerol pot fi similari sau diferiți. Datorită structurii lor chimice, grăsimile mai sunt numite și triacilgliceride sau trigliceride. Unii acizi grași au denumiri comune care specifică originea lor. De exemplu, acidul palmitic, un acid gras saturat, este derivat din palmier. Acidul arahidic este derivat din Arachis hypogea, denumirea științifică pentru arahide (alune de pământ).

Acizii grași pot fi saturați sau nesaturați. Într-un lanț de acizi grași, dacă există doar legături simple între atomii învecinați din lanțul de carbon, se spune că acidul gras este saturat. Acizii grași saturați sunt saturați cu hidrogen; cu alte cuvinte, numărul de atomi de hidrogen atașați la scheletul de carbon este maxim. Acidul stearic este un exemplu de acid gras saturat (Figura 2).

Structura acidului stearic

Figura 2 – Acidul stearic este un acid gras saturat des întâlnit.

Atunci când lanțul de carbon conține o legătură dublă, se spune că acidul gras este nesaturat. Acidul oleic este un exemplu de acid gras nesaturat (Figura 3).

Structura acidului oleic

Figura 3 – Acidul oleic este un acid grad nesaturat des întâlnit.

Majoritatea grăsimilor nesaturate sunt lichide la temperatura camerei și se numesc uleiuri. Dacă există o legătură dublă în moleculă, atunci grăsimea este mononesaturată (de exemplu, ulei de măsline), iar dacă există mai mult de o legătură dublă, atunci grăsimea este polinesaturată (de exemplu, ulei de canola).

Atunci când un acid gras nu are legături duble în moleculă, este cunoscut sub denumirea de acid gras saturat, deoarece nu mai poate fi adăugat hidrogen la atomii de carbon ai lanțului. O grăsime poate conține acizi grași similari sau diferiți atașați la glicerol. Acizii grași cu catenă lungă și dreaptă și cu legături simple tind să se împacheteze strâns și sunt solizi la temperatura camerei. Grăsimile animale cu acid stearic și acid palmitic (frecvent în carne) și grăsimea cu acid butiric (obișnuit în unt) sunt exemple de grăsimi saturate. 

Mamiferele stochează grăsimi în celule specializate numite adipocite, unde picăturile de grăsime ocupă cea mai mare parte din volumul celulei. În plante, grăsimea (uleiul) este stocată în multe semințe și este folosită ca sursă de energie în timpul dezvoltării răsadurilor. Grăsimile sau uleiurile nesaturate sunt de obicei de origine vegetală și conțin acizi grași nesaturați în conformație cis

Termenii cis și trans arată conformație moleculei în jurul legăturii duble. Dacă atomii de hidrogen sunt prezenți în același plan, grăsimea este cis; dacă atomii de hidrogen sunt pe două planuri diferite,  grăsimea este trans. Legătura dublă cis determină o îndoire care împiedică acizii grași să se împacheteze strâns, menținându-i în stare lichidă la temperatura camerei (Figura 4). Uleiul de măsline, uleiul de porumb, uleiul de canola și uleiul de ficat de cod sunt exemple de grăsimi nesaturate. Grăsimile nesaturate ajută la scăderea nivelului de colesterol din sânge, în timp ce grăsimile saturate pot contribui la formarea plăcii în artere.

Acizi grași saturați și nesaturați

Figura 4 – Acizii grași saturati au lanțuri de hidrocarburi legate numai prin legături simple. Acizii grași nesaturați au una sau mai multe duble legături. Fiecare legătură dublă poate fi într-o configurație cis sau trans. În configurația cis, ambii atomi de hidrogen sunt pe aceeași parte a lanțului de hidrocarburi. În configurația trans, atomii de hidrogen sunt pe părți opuse. O legătură dublă cis provoacă o îndoire a lanțului.

Grăsimi trans

În industria alimentară, uleiurile sunt hidrogenate artificial pentru a le face semisolide și de o consistență de dorit pentru multe produse alimentare procesate. Cu alte cuvinte, prin uleiuri este barbotat hidrogen gazos pentru a le solidifica. În timpul acestui proces de hidrogenare, legăturile duble ale conformației cis din lanțul de hidrocarburi pot fi convertite în legături duble în conformația trans.

Margarina și unele tipuri de unt de arahide sunt exemple de grăsimi trans hidrogenate artificial. Studii recente au arătat că o dietă bogată în grăsimi trans poate duce la o creștere a nivelurilor de lipoproteine cu densitate joasă (LDL) sau colesterol „rău”, care, la rândul său, poate duce la depunerea plăcii în artere și la boli de inimă. Multe restaurante fast-food au interzis recent utilizarea grăsimilor trans, iar conținutul de grăsimi trans este necesar să fie precizat pe etichetele alimentelor.

Acizii grași omega

Acizii grași esențiali sunt acizi grași necesari, dar care nu sunt sintetizați de corpul uman. În consecință, aceștia trebuie introduși în corp prin dietă. Acizii grași omega-3 (cum este cel prezentat în figura 5) se încadrează în această categorie, alături de acizii grași omega-6. Aceștia sunt acizi grași polinesaturați și se numesc omega-3 deoarece al treilea atom de carbon de la capătul lanțului de carbon este conectat cu carbonul vecin printr-o legătură dublă.

Acidul alfa-linolenic

Figura 5 – Acidul alfa-linolenic este un exemplu de acid gras omega-3. El prezintă trei legături duble cis și, ca urmare, are o formă curbată.

Cel mai îndepărtat atom de carbon față de grupa carboxil este numerotat drept carbonul omega (ω), iar dacă legătura dublă este între al treilea și al patrulea carbon de la acel capăt, acidul gras este cunoscut ca un acid gras omega-3. Importanți din punct de vedere nutrițional, deoarece organismul nu îi produce, acizii grași omega-3 includ acidul alfa-linolenic (ALA), acidul eicosapentaenoic (EPA) și acidul docosahexaenoic (DHA), toți fiind polinesaturați. 

Somonul, păstrăvul și tonul sunt surse bune de acizi grași omega-3. Cercetările indică faptul că acizii grași omega-3 reduc riscul de moarte subită din cauza atacurilor de cord, reduc trigliceridele din sânge, scad tensiunea arterială și previn tromboza prin inhibarea coagulării sângelui. De asemenea, reduc inflamația și pot ajuta la reducerea riscului unor cancere la animale.

La fel ca glucidele (carbohidrații), grăsimile au primit multă publicitate proastă. Este adevărat că un consum în exces de prăjeli și alte alimente „grase” duce la creșterea în greutate. Cu toate acestea, grăsimile au funcții importante. Multe vitamine sunt solubile în grăsimi, iar grăsimile servesc ca formă de stocare pe termen lung a acizilor grași – o sursă de energie. De asemenea, asigură izolarea corpului. Prin urmare, grăsimile „sănătoase” în cantități moderate ar trebui consumate în mod regulat.

Cerurile

Cerurile acoperă penele unor păsări acvatice și suprafața frunzelor unor plante. Datorită naturii hidrofobe a cerurilor, acestea împiedică aderarea apei la suprafață. Cerurile sunt formate din lanțuri lungi de acizi grași esterificate cu alcooli cu lanț lung.

Fosfolipidele

Fosfolipidele sunt constituenții majori ai membranei plasmatice, stratul exterior al tuturor celulelor vii. Ca și grăsimile, acestea sunt compuse din lanțuri de acizi grași atașate de o coloană vertebrală de glicerol sau sfingozină. În loc de trei acizi grași atașați ca în cazul trigliceridelor, molecula lor este compusă din doi acizi grași care formează diacilglicerol, iar la al treilea carbon al scheletului glicerol este atașată o grupare fosfat modificată (Figura 6). 

O grupare fosfat singură atașată la un diacilglicerol nu transformă automat molecula respectivă în fosfolipidă, ci în fosfatidat (diacilglicerol 3-fosfat), precursorul fosfolipidelor. Gruparea fosfat este modificată de un alcool. Fosfatidilcolina și fosfatidilserina sunt două fosfolipide importante care se găsesc în membranele plasmatice.

Structura unei fosfolipide

Figura 6 – O fosfolipidă este o moleculă cu doi acizi grași și o grupare fosfat modificată atașată la un schelet de glicerol. Fosfatul poate fi modificat prin adăugarea de grupări chimice încărcate sau polare.

O fosfolipidă este o moleculă amfipatică, adică are o parte hidrofobă și una hidrofilă. Lanțurile de acizi grași sunt hidrofobe și nu pot interacționa cu apa, în timp ce gruparea care conține fosfat este hidrofilă și interacționează cu apa (Figura 7).

Figura 7 – Dublul strat fosfolipidic este componenta majoră a tuturor membranelor celulare. Capul hidrofil al fosfolipidelor este îndreptat către mediul apos. Cozile hidrofobe sunt sechestrate în mijlocul stratului dublu.

Capul este partea hidrofilă, iar coada conține acizi grași hidrofobi. Într-o membrană, un strat dublu de fosfolipide formează matricea structurii, cozile de acizi grași ale fosfolipidelor fiind orientate spre interior, departe de apă, în timp ce gruparea fosfat este orientată spre exterior, spre partea apoasă.

Fosfolipidele sunt responsabile pentru natura dinamică a membranei plasmatice. Dacă o picătură de fosfolipide este pusă în apă, aceasta formează spontan o structură cunoscută sub numele de micelă, unde capetele de fosfat hidrofil sunt orientate spre exterior, iar acizii grași sunt orientați spre interiorul acestei structuri.

Steroizii

Spre deosebire de fosfolipidele și grăsimile discutate mai devreme, steroizii au o structură inelară fuzionată. Deși nu seamănă cu celelalte lipide, steroizii fac parte din aceeași grupă cu acestea deoarece sunt hidrofobe și insolubile în apă. Toți steroizii au patru inele de carbon legate între ele și câteva dintre ele, precum colesterolul, prezintă o coadă scurtă (Figura 8). Mulți steroizi au și grupa funcțională –OH, care îi plasează în categoria alcoolilor (steroli).

Exemple de steroizi

Figura 8 – Steroizii precum colesterolul și cortizolul sunt alcătuiți din patru inele de hidrocarburi condensate.

Colesterolul este cel mai cunoscut steroid. Colesterolul este sintetizat în principal în ficat și este precursorul multor hormoni steroizi, cum ar fi testosteronul și estradiolul, care sunt secretați de gonade și glandele endocrine. De asemenea, este precursorul vitaminei D. Colesterolul este și precursorul sărurilor biliare, care ajută la emulsionarea grăsimilor și la absorbția ulterioară a acestora de către celule. 

Deși colesterolul este adesea văzut în termeni negativi de către profani, acesta este necesar pentru buna funcționare a organismului. Este o componentă a membranei plasmatice a celulelor animale și se găsește în stratul dublu fosfolipidic. Fiind structura de la exteriorul celulelor animale, membrana plasmatică este responsabilă pentru transportul materialelor și recunoașterea celulară și este implicată în comunicarea dintre celule.

Sursa (text și ilustrații): Openstax.org

Din aceeași categorie

© 2022-2024  Florin Mitrea – WordPress Theme Designed and Developed by PenciDesign

Acest site folosește cookies pentru a îmbunătăți experiența de navigare. Acceptă Detalii