Ewa Pruszyńska-Oszmałek
5.1. Charakterystyka i znaczenie lipidów
5.1.1. Tłuszcze
Lipidy to nierozpuszczalne w wodzie związki chemiczne, które w większości są estrami wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholu. Ze względu na budowę chemiczną można podzielić je na:
● lipidy proste:
○ lipidy właściwe (triacyloglicerole; triglicerydy, TG) – estry wyższych kwasów tłuszczowych i glicerolu,
○ woski – estry wyższych kwasów tłuszczowych i długołańcuchowych alkoholi monohydroksylowych;
● lipidy złożone – oprócz alkoholu i kwasów tłuszczowych w swojej budowie mają dodatkowe grupy chemiczne:
○ fosfolipidy – zawierają resztę kwasu fosforowego; w zależności od alkoholu, który wchodzi w ich skład, wyróżnia się:
■ glicerofosfolipidy – alkoholem jest glicerol,
■ sfingofosfolipidy – alkoholem jest sfingozyna,
○ glikolipidy (glikosfingolipidy) – zawierają resztę cukrową (najczęściej galaktozę),
○ sulfolipidy, aminolipidy, lipoproteiny i inne.
Do lipidów zalicza się także sterole, w tym cholesterol, witaminy rozpuszczalne w tłuszczach, hormony steroidowe oraz wolne kwasy tłuszczowe. Związki te określa się mianem pochodnych lipidów.
Lipidy amfipatyczne (kwasy tłuszczowe, cholesterol, fosfolipidy) posiadają w swojej budowie chemicznej zarówno grupę hydrofilową, jak i fragmenty hydrofobowe. Obecność hydrofilowych grup chemicznych determinuje funkcje tych lipidów, natomiast nadal pozostają one nierozpuszczalne w wodzie.
Właściwości fizyko-chemiczne lipidów w dużym stopniu zależą od budowy kwasów tłuszczowych, które znajdują się w ich składzie. Liczba atomów węgla oraz obecność i liczba wiązań podwójnych w łańcuchu kwasu decyduje o temperaturze topnienia tłuszczu. Ta rośnie wraz z długością łańcucha węglowego, czyli im mniej atomów węgla w cząsteczce kwasu, tym w niższej temperaturze kwas się topi. Z kolei kwasy tłuszczowe zawierające wiązania podwójne mają niższą temperaturę topnienia w porównaniu z ich nasyconymi odpowiednikami o takiej samej liczbie atomów C w cząsteczce. Temperatura topnienia spada także wraz ze wzrostem stopnia nienasycenia kwasu. Triglicerydy, które zawierają długołańcuchowe, nasycone kwasy tłuszczowe, występują w organizmie w postaci stałej. TG zbudowane z kwasów tłuszczowych nienasyconych mają charakter płynny do 0°C.
5.1.2. Kwasy tłuszczowe
Kwasy tłuszczowe są to mniej lub bardziej wydłużone łańcuchy atomów C, na jednym końcu posiadające grupę –CH3, na drugim –COOH (przy jej udziale kwasy łączą się za pomocą wiązania estrowego z alkoholem). Kolejność atomów węgla oznacza się cyframi, przy czym C1 to węgiel grupy karboksylowej. Równolegle funkcjonuje inny system polegający na przydzielaniu atomom węgla greckich liter. Węgiel α to węgiel związany z grupą –COOH, kolejny (C2) to węgiel β, węgiel grupy metylowej –CH3, bez względu na to, ile atomów C ma kwas tłuszczowy, określony został węglem ω (omega) lub n.
Występujące w organizmie człowieka kwasy tłuszczowe najczęściej mają parzystą liczbę atomów węgla (do 24). W zależności od długości łańcucha węglowego kwasy można podzielić na krótkołańcuchowe (do 10 atomów C) oraz długołańcuchowe (powyżej 10 atomów C); niektórzy autorzy wyróżniają jeszcze średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe, zawierające 8–12 atomów węgla.
Biorąc pod uwagę budowę chemiczną cząsteczki kwasu tłuszczowego (tj. obecność wiązań podwójnych w łańcuchu węglowym), kwasy tłuszczowe dzieli się na:
● kwasy tłuszczowe nasycone (saturated fatty acids, SFA) – atomy węgla połączone są pojedynczym wiązaniem chemicznym, najczęściej występujące kwasy to kwas palmitynowy C16 i stearynowy C18 (tab. 5.1, s. 94);
● kwasy tłuszczowe nienasycone – cząsteczki kwasu zawierają wiązania podwójne (tab. 5.2, s. 95).
W zależności od liczby podwójnych wiązań w łańcuchu węglowym kwasy tłuszczowe nienasycone dzieli się na:
● jednonienasycone kwasy tłuszczowe, monoenowe (monounsaturated fatty acids, MUFA) – najczęściej występujący kwas tej grupy to kwas oleinowy C18:1, n-9;
● wielonienasycone kwasy tłuszczowe, polienowe (polyunsaturated fatty acids, PUFA) – m.in. kwas linolowy C18:2, n-6; kwas linolenowy C18:3, n-3 oraz kwas arachidonowy C20:4, n-6.
Uwaga. Oznaczenie C18:2, n-6 lub alternatywnie ω-6 oznacza, że w 18-węglowym kwasie tłuszczowym występują dwa wiązania podwójne, przy czym pierwsze z nich znajduje się między szóstym i siódmym atomem węgla, licząc od grupy metylowej.
W związku z tym, że wiązania podwójne w naturalnie występujących kwasach tłuszczowych najczęściej przedzielone są jedną grupą –CH2 (czyli dwoma wiązaniami pojedynczymi), wyróżnić można cztery rodziny kwasów: ω-3 (n-3), ω-6 (n-6), ω-7 (n-7) i ω-9 (n-9).
Stanowią oddzielną grupę, która obejmuje:
● prostanoidy: prostaglandyny (PG), prostacykliny (PGI), tromboksany (TX);
● leukotrieny (LK);
● lipoksyny (LX).
Są to związki biologicznie czynne, pełniące ważne regulacyjne funkcje w organizmie, a ich wspólną funkcją jest wpływ na pracę układu sercowo-naczyniowego.
Prostaglandyny powstają z długołańcuchowych, wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (C20). Działają jako miejscowe hormony regulujące czynność praktycznie każdego narządu i tkanki, m.in. rozszerzają naczynia wieńcowe oraz pogłębiają skurcz mięśnia sercowego.
Tromboksany powstają z kwasu arachidonowego, a ich funkcja polega na udziale w procesie krzepnięcia (odpowiedzialne są m.in. za agregację i adhezję trombocytów oraz lokalny skurcz naczyń krwionośnych).
Leukotrieny z kolei wywołują skurcz oskrzeli oraz działają jak silne czynniki prozapalne.
Niektóre kwasy tłuszczowe zawierające podwójne wiązania zalicza się do grupy niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT), przez co rozumie się, że są one konieczne do prawidłowego wzrostu, rozwoju i funkcjonowania organizmu, a ze względu na to, iż nie potrafimy syntetyzować de novo tych związków, muszą być dostarczane z pożywieniem. Ich brak pociąga za sobą poważne konsekwencje w postaci choroby lub nawet śmierci organizmu. Do NNKT zalicza się cis izomery kwasu linolowego (n-6) i kwasu α-linolenowego (n-3) oraz związki należące do ich rodzin. Wielonienasycone kwasy tłuszczowe, pełniące istotne funkcje w organizmie to:
● kwasy tłuszczowe n-3 (ω-3):
○ kwas α-linolenowy (α-linolenic acid, ALA, C18:3, n-3) – macierzysty dla rodziny n-3,
○ kwas dokozaheksaenowy (docosahexaenoic acid, DHA, C22:6, n-3),
○ kwas dokozapentaenowy (docosapentaenoic acid, DPA, C22:5, n-3),
○ kwas eikozapentaenowy (eicosapentaenoic acid, EPA, C20:5, n-3);
● kwasy