Lipidek, lipoidok BCS
Lipidek, lipoidok • Lipid: sokfajta különböző vegyület-vízben nem, apoláros oldószerekben oldódnak • Lipid: zsírok, glicerinnek zsírsavakkal alkotott észterei
Csoportosítás • Elszappanosítható (lúgos hidrolízissel történő bontás) zsírok, viaszok foszfogliceridek, foszfolipidek koleszterolipidek lipoproteinek
Csoportosítás • Nem elszappanosítható terpének karotinoidok prosztaglandinok szteroidok
I. Zsírsavak • • •
Minden olyan karbonsav, ami a lipidekben előfordul. Emlősök és az emberi szervezet lipidjeiben kizárólag páros, 12-24 C atomszámú monokarbonsavak fordulnak elő. Telített vagy telítetlen, telítetlenek csak cisz-konformációban fordulnak elő.
Tulajdonságok • Sztearinsav
• Olajsav
Olvadáspont: telített vagy telítetlen, szénlánc hosszával (diszperziós effektus) a zsírsavak olvadáspontja nő. Oldékonyság: a cisz-konformációjú kettős kötések miatt a telítetlen zsírsavak oldékonysága nagyobb apoláris oldószerekben, mint a megfelelő C atomszámú telített zsírsavaké.
Tulajdonságok A kettőskötések oxidációval szemben érzékenyek (pl.O2 ,H2O2). Erélyesebb oxidáció láncszakadást okozhat, karbonsav és aldehid válik szabaddá. (avasodás: telítetlen zsírsavak ilyen átalakukása) A szervezetben a természetes antioxidánsok (E-vitamin) védik a telítetlen zsírsavakat. Zsírsavak a szervezetben szabad állapotban kis mennyiségben vannak jelen, nagy mennyiségben a neutrális zsírokban, foszfo- és glikolipidekben találhatóak. (észterkötésben, savamidkötésben vagy éterkötésben) A linolsav és linolénsav esszenciális,az emberi szervezet nem tudja szintetizálni. Zsírsavak gyenge savak (pKa: 5 körül). Zsírsavak sói a szappanok. Na+ és K+ sók vízben jól oldódnak. Mg2+ és Ca2+ sók oldékonysága vízben kicsi.
Tulajdonságok • •
•
Az alkáliszappanok vizes oldata kolloid oldat, micellák jönnek létre. A szappanmolekulák amfipatikus molekulák, az emulgeált részecske teljes felületét beburkolják és negatív töltésűvé teszik, hidrofób csoportjuk oldódik a zsírszerű anyag cseppjének belsejében: emulgeátorok. Így stabilizálják a zsírszerű anyagok emulzióit. Az erősen emulgeáló hatású, amfipatikus vegyületek: detergensek (anionos ha negatív töltésű a poláros rész, kationos ha pozitív.)
II. Zsírsavszármazékok • 1.Neutrális zsírok (Zsírok és olajok) •
Trigliceridek vagy triacilglicerolok (TG). A glicerin zsírsavakkal alkotott észterei. Lehetnek egyszerűek (3 azonos zsírsavgyök) és vegyesek.
L-konfiguráció: szekunder alkoholos csoport balra tekint. (Ha R1 és R3 különböző: C2 királis, ha R1 és R3 azonos C2 prokirális centrum.) Trigliceridek vízben nem oldódnak, detergensekkel emulgeálhatók. Lúgos hidrolízisük során a zsírsavak sói : szappanok keletkeznek (szaponifikálás).
2. Foszfatidsav származékok •
•
A foszfatidsavakban az L-glicerin-3-foszforsavat 1. és 2. pozícióban zsírsavak észteresítik, a glicerin 3. C atomján lévő primer alkoholos csoportot foszforsav észteresíti. (pH 7.4-en a foszforsav OH csoportja teljesen disszociált, X lehet: H, Na,K,stb.) A foszfatidsav alapvegyülete az L-glicerin-3foszforsav, ami D-glicerin-1-foszforsavnak is leírható, ezért vezették be a sztereospecifikus számozást (sn).
Foszfatidsav származékok •
•
A glicerofoszfatidokban (röviden foszfatidokban) a foszfatidsavat alkoholos OH csoportot tartalmazó vegyületek észteresítik. pl. kolin, etanolamin, inozit, szerin, glicerin, foszfatidil-glicerin. A foszfatidok a sejtmembrán építőkövei, amfipatikus jellegű vegyületek (poláros fej és apoláros láb). ‘Lipid Bilayer’
Foszfatidsav származékok A kolinfoszfatidok (lecitinek) a sejtmembrán 40-50%-át teszik ki. Az etanolaminfoszfatidok (kefalinok) kb. 2025%-át. A foszfatidil-inozitok 5-10%-át, ebből mintegy 20% foszforilált formában fordul elő a plazmamembránban.
III. Szterinek (szterolok) • Koleszterin (koleszterol): alapváza a szteránváz (C17 váz).
A gyűrűrendszerben a ciklohexánok szék konformációjúak, a B/C és a C/D gyűrűk közti kapcsolódás transz konfigurációjú. A szterinek H-addícióval telíthetők, melyekben az A és B gyűrű is ciklohexán. Ezekben a származékokban az A és B gyűrű kapcsolódása vagy cisz vagy transz lehet. Előbbieket 5 β, utóbbiakat 5 α vegyületeknek nevezzük (5. C atom H-jének térállása alapján). Az öttagú gyűrű mindig jobbra és fent helyezkedik el, a 3OH, a 17. alkil és a 10. és 13. metilcsoportok törvényszerűen β térállásúak.
Koleszterin •
• •
•
A szteránvázas vegyületek a szteroidok. A szterinek pedig olyan szteroidok, amelyek a 17 C atom alkilláncában különböznek egymástól. A koleszterinben található C27 váz a kolesztán váz, így a koleszterin szisztematikai neve: 5 (6)-kolesztén-3-β-ol. A koleszterin a sejtek plazmamembránjában fordul elő nagy mennyiségben, akár 50-60 %-át is kiteheti a foszfolipideknek. A koleszterin a fluid membránokat merevíti, a túl viszkózus membránok befagyását gátolja. A plazmamembránon kívül a szérum lipoproteinek (LDL, HDL, VLDL) tartalmaznak koleszterint. Ezek a lipoproteinek nem kovalens kötéssel összekapcsolt lipidek és fehérjék (apolipoproteinek) változó arányú keverékének komplexei. (magi rész, burok) A különböző sűrűségű komplexekben a fehérje:lipid arány más és más, a fehérjetartalom növelése a sűrűséget növeli, a nagyobb lipid arány csökkenti.
Koleszterin • • • •
A koleszterin vízben gyakorlatilag oldhatatlan, így a vérben valamennyi koleszterin (és egyéb lipid is) lipoprotein formájában kering. A koleszterin aránya az LDL-ben a legnagyobb. A szérum koleszterin szintje szabályozott, normálisan: 3.8-5.2 mmol/l (120-200 mg %), aminek kb. kétharmada a koleszterin zsírsavakkal alkotott észtere (mag). A koleszterint a legtöbb szerv szintetizálja (elsősorban a máj), másrészt a táplálékkal kerül a szervezetbe. A koleszterin előanyaga az epesavaknak, szteroidhormonoknak és a D-vitaminnak. A koleszterinkoncentráció meghatározása a vérszérumban: Liebermann-Burchard reakció. (tömény kénsav+ecetsavanhidrid keverékével végzett vízelvonás következtében a 3. C atomnál kettős kötés alakul ki, így a keletkező termék kékeszöld színű a konjugált kettős kötések miatt)
Terpének és származékaik • •
• •
•
5 C atomos, izoprén egységekből felépülő apoláros vegyületek. Az izoprénből levezethető a prenil-gyök, amiben a kettős kötés középen helyezkedik el, és az 1. és 4. C atomok egy-egy szabad vegyértékkel rendelkeznek. A terpénekben a prenil-gyökök egymás után kapcsolódnak, a láncvégi C atomokhoz OH csoport vagy egyéb szerves molekulák kapcsolódnak. A terpénekben lévő kettős kötések transz alkatúak. Két prenil-gyök összekapcsolódásával monoterpének jönnek létre. Ciklusos monoterpén a limonén, mentol, kámfor (illóolajok). Három izoprén-egységből felépülő terpének: szeszkviterpének (pl. farnezol, nerolidol) Négy izoprén-egység: diterpének. Diterpén származék a klorofillban található fitol.
Terpének és származékaik •
Hat izoprén egység: triterpének. Pl. szkvalén, a koleszterin bioszintézis közti terméke. • Nyolc izoprén egység: tetraterpének. Pl. karotinoidok • Nyolcnál több izoprén egység: politerpének. (kaucsuk: több ezer izoprén egységből felépülő politerpén) Ha alkoholos csoportot tartalmaznak: poliprenolok (pl. dolikolok). Az izoprén nem fordul elő a szövetekben, csak a prenil-pirofoszfátok. (aktivált prenil-gyök) Ezeket szokás biológiai izoprénnek nevezni. A koleszterinen kívül terpénszármazékok a zsíroldékony vitaminok (A, D, K, E) és bizonyos zsíroldékony koenzimek (koenzim Q)!
Epesavak • •
• •
Az epesavak a májban koleszterinből képződnek. Szintézisük jelenti a koleszterin lebontásának és eltávolításának fő útját. Az epesavak kolánvázas vegyületek (C24 szteroidok). Bennük a szteránvázhoz 17β helyzetben 5 C atomos oldallánc kapcsolódik (kolánsav). A kolánváz lehet 5α vagy 5β. Az epesavakban kizárólag az 5β-kolán fordul elő. Emberben a kólsav és kenodeoxikólsav a legnagyobb mennyiségben képződő epesavak. Az epében található deoxikólsav és litokólsav a bél baktériumflórájának termékei. Az epesavak nagy része konjugált formában fordul elő az epében, taurinnal vagy glicinnel alkot savamid kötéssel vegyületet: taurokólsav és glikokólsav.
Epesavak •
•
•
Az epe és a bélnedv alkalikus pH-ján a glikokólsav nagyrészt, a taurokólsav teljes mértékben anionos formában van jelen (epesavas sók). Az epesavas sók természetes detergensek, poláros és apoláros részeik vannak. Vizes oldatban micellákat képeznek, ill. kettős rétegeket képeznek. Epesavas sók jelenlétében a lipidekből egyszerű rázással emulzió képződik, amit a diszpergált részecskék felületének negatív töltése stabilizál.
Szteroid hormonok (szteroidok) •
Endokrin mirigyek megfelelő enzimekkel a koleszterint szteroid hormonokká alakítják. A szteroid hormonok intracelluláris receptorral rendelkeznek, amelyek a hormon bekötésekor a sejtmagba bejutva transzkripciós faktorként viselkednek!
• Kortikoszteroidok (mellékvesekéreg hormonjai) • •
Pregnán származékai (szteránvázhoz 10. és 13. helyzetben βmetil, a 17. C atomhoz β-etil csoport kapcsolódik) -glukokortikoidok: kortizol (hidrokortizon: 11,17,21-trihidroxi-4pregnén-3,20 dion) képződik a legnagyobb mennysiégben. Stressz hormon (fokozza a glukoneogenezist, segíti a glükóz felhasználást) és jelentős gyulladáscsökkentő hatása is van.
Szteroid hormonok (szteroidok) •
•
•
•
-mineralokortikoidok: aldoszteron: 11,21dihidroxi-3,20-dioxo-4-pregnén-18-al (legaktívabb mineralokortikoid). Az aldoszteron főleg 18,11-ciklofélacetálja formájában fordul elő. A kortikoszteron (11,21-dihidroxi-4-pregnén-3,20-dion) maga glukokortikoid hatású, belőle képződik az aldoszteron. A glukokortikoidoknak van mineralokortikoid hatása és fordítva, az aktivitás mértékében különböznek egymástól. A kortikoidok bioszintézisében fontos közti termék a pregnenolon és a progeszteron is.
Szteroid hormonok (szteroidok) • Női nemi hormonok (ösztrogének és progesztinek) • •
•
Az ösztrogének alapváza a 18 C atomos ösztránváz. (a szteránvázhoz csak a 13. helyen kapcsolódik egy metilcsoport) Tüszőhormonok: ösztradiol és a gyengébben ösztrogén hatású ösztron. Szerepük a másodlagos nemi jellegek kialakítása és a menstruációs ciklus irányítása. Terhesség alatt a placenta termeli. Másik női nemi hormon: progeszteron (4-pregnén-3,20-dion, a 21 C atomos pregnán származéka). A sárgatest, ill. terhesség alatt a placenta termeli, szabályozza az uterus nyálkahártya ciklusos változását, előkészíti az implantációt, a terhesség fenntartásához nélkülözhetetlen.
Szteroid hormonok (szteroidok) • Hím nemi hormon és az androgének •
•
Tesztoszteron (17β-hidroxi-4-androsztén-3-on):alapváza a 19 C atomos androsztánváz.A hím nemiszervek és a hímre jellemző testalakt és másodlagos nemi jelleg kialakulását irányítja. Ha embrionális korban a tesztoszteron vmilyen okból nem fejti ki hatását női nemi szervek fejlődnek ki. A járulékos hím nemi mirigyekben (pl. prostata, vesicula seminalis) és egyes bőrképletekben (pl. szőrtüsző) van egy enzim (tesztoszteron5α-reduktáz) amely a tesztoszteronban lévő kettős kötés hidrogénaddícióját katalizálja, a termék neve: 5α-dihidrotesztoszteron<- receptorához kötődve bejut a sejtmagba, ahol gyorsítja az RNS szintézist, a vérképzés szabályozásában van szerepe.
Szteroid hormonok (szteroidok) •
• • •
•
A mellékvesekéreg is termel androgén hatású szteroidokat, ezekből aztán egyes szövetekben tesztoszteron képződhet: ilyen pl. a dehidro-epiandroszteron, ami a férfi és női vérplazmában közel azonos koncentrációban van jelen. A tesztoszteron anyagcsereterméke az androszteron, 5α-dihidrotesztoszteron képződhet belőle. Tesztoszteron: anabolikus szteroid, fokozza a fehérjeszintézist. Vannak olyan származékai melyek szintén anabolikusak, de a férfias szőrnövekedést, hangmélyülést, stb. nem váltják ki. Ezek vagy nem szubsztrátjai az 5α-reduktáznak, vagy kevésbé hatékony származékká alakulnak át. Antiandrogén hatású származékokat is kifejlesztettek.
Zsíroldékony vitaminok •
• •
Izoprén egységekből épülnek fel. Szervezetünk jelentős raktárakkal rendelkezik belőlük,ezért megvonásuk hónapokig nem okoz tüneteket. A-vitamin (retinol): 20 C atomos, számos transz alkatú konjugált kettős kötéssel. Karotinoidok az A-vitamin előanyagai (pl.β-karotin). Az A-vitamin aldehidje: (transz)-retinal, valamennyi kettős kötés transz alkatú. A transz-retinal izomerje a 11-cisz-retinal, az opszin nevű fehérje prosztetikus csoportja (rodopszin v.látóbíbor). A látási ciklus során a 11-cisz-retinal fotoizomerizációval transz-retinal-lá alakul át, ami az opszinról leválik (a látóbíbor elszíntelenedik), majd az opszinhoz ismét 11-cisz-retinal kapcsolódik. Az A-vitamin hiány tünete a szürkületi csökkentlátás (farkasvakság).
Zsíroldékony vitaminok •
•
D3-vitamin (kolekalciferol): normálisan 7-dehidrokoleszterinből képződik a bőrben fotoizomerizációval UV fény hatására. Halmájolajok is gazdagok ebben a vitaminban. A D2-vitamin (ergokalciferol) mesterséges D-vitamin hatású vegyület, amit az élesztőből nyert ergoszterinből állítanak elő UV besugárzással.Nem szteránvázas vegyületek! A D-vitaminok hormonelőanyagnak tekinthetők, mivel a májban a 25. C atomon, majd a vesében az 1. C atomon hidroxilálódnak. A képződő 1α,25-kole- ill. ergokalciferol (kalcitriolok) egyrészt a bélhámban hatnak, ahol fokozzák a Ca2+ felszívódást, és a csontban elősegítik a Ca2+ lerakódását. D-vitamin hiány: angolkór.
Zsíroldékony vitaminok •
E-vitamin: a természetes Evitamin több rokon vegyület keveréke (tokoferolok és tokotrienolok). A leghatékonyabb az αtokoferol (kromán gyűrűrendszert tartalmaz). Antioxidáns hatású.Védi a biológiai membránokat, telítetlen zsírsavakat, Avitamint, stb. az oxidációtól. Növényi olajok gazdagok tokoferolokban.
Tokoferol
Zsíroldékony vitaminok • •
• •
K-vitamin: a természetes K-vitaminok a 2-metil-1,4-naftokinon 3alkil származékai. K1-vitamin (fillokinon) növényi eredetű, a K2-vitamin (menakinon) állatokban fordul elő. Szintetikus K-vitamin a menadinon. A K-vitamin hiány a véralvadás zavarához vezet. A protrombin aktív formájának kialakulásához K-vitamin szükséges. K-vitamin antagonista hatású vegyületek (pl. dikumarol származékok) akkor hasznosak, ha a vér alvadási képességét kívánjuk csökkenteni.
