11. fejezet - Lipidek és biomembránok

Tartalom

11.1. Zsírsavak és neutrális zsírok
11.2. Membránalkotó lipidek
11.2.1. Glicerofoszfolipidek és szfingolipidek
11.2.2. Glikolipidek
11.2.3. Koleszterin
11.2.4. Éterlipidek
11.3. Egyéb lipidek: jelátviteli molekulák, kofaktor, pigmentek
11.3.1. Jelátviteli lipidek
11.3.2. Lipofil vitaminok és származékaik
11.3.3. Kofaktorok, pigmentek egyéb lipidek
11.4. A lipidek vizsgálati módszerei
11.5. Biomembránok
11.5.1. A biomembránok általános tulajdonságai
11.5.2. Membránfehérjék és szerepük

(szerző: Nyitray László)

A lipidek képviselik a biomolekulák kémiailag legváltozatosabb csoportját. Közös jellemzőjük, hogy mindegyikük teljesen vagy döntően hidrofób/lipofil vegyület. Egy fontos alcsoportjuk van, amely egy molekulán belül hidrofób és hidrofil tulajdonsággal is rendelkezik, vagyis amfipatikus (vagy amfifil; az amphis görögül mindkettő). Ezek a típusú molekulák kiemelten fontosak a biokémikus számára, hiszen a közéjük tartozó foszfolipidek a biomembránok fő alkotóelemei. A lipidek nem polimerek, nem makromolekulák, de több típusuk összetett molekula, melyek építőkövei, a biopolimerek kialakulásánál általános kondenzációs reakcióval kapcsolódnak össze. Biológiai szerepük a tartalék tápanyagoktól, a biomembránok felépítésén át enzim kofaktorokig, vitaminokig és jelátvivő molekulákig terjed, tehát igen sokrétű. Típusaikat a 11.1. táblázat mutatja be, egy-két példát is megemlítve.

11.1. táblázat: A lipidek típusai

11.1. táblázat: A lipidek típusai

11.1. Zsírsavak és neutrális zsírok

Az energiaraktározó biomolekulák közé tartoznak a zsírsavak és a neutrális zsírok. Az utóbbiakban egy glicerinhez három zsírsav molekula kapcsolódik észterkötéssel.

A zsírsavak 4-34 szénatomból álló alifás, nem elágazó, telített vagy telítetlen karbonsavak (a kettős kötés általában cisz-pozícióban van). A fontosabb zsírsavakat a 11.2. táblázat foglalja össze. A szokásos nevezéktan szerint a karboxilcsoport szénatomja az 1-es, a láncvégző szénatom a legnagyobb számot kapja, a telítetlen kötések jele Δ (delta) és felsőindexben van a telítetlen kötés előtti szénatom száma. Például az olajsav szisztematikus elnevezése: cisz-Δ9-oktadekanoát vagy számokkal leírva 18:1(Δ9). Ettől a nevezéktantól eltérően a többszörösen telítetlen zsírsavaknál (PUFA: polyunsaturated fatty acids) a számozás megfordul, a láncvégi metilcsoportnál kezdődik, amit görög abc utolsó betűjével, ω-val jelölnek.

Fizikai tulajdonságaik– s ez elsősorban a membránalkotó zsírsavak esetében fontos, – erősen függnek a lánchossztól és a telitettség (szaturáció) mértékétől. A 18 szénatomszámú telített sztearinsav olvadáspontja 69,6ºC, az ugyanolyan szénszámú, de egyszeresen telítetlen olajsavé viszont 13,4ºC. A telítetlenség és a rövidebb lánchossz növeli a zsírsavak oldékonyságát és a membránok fluiditását.

Érdekességként kiemeljük a többszörösen telítetlen zsírsavak (PUFA) jelentőségét az emberi táplálkozásban. Az ún. omega-3 (az ω-pozíciótól számított első kettőskötés a láncvégi metiltől számított 3. szénatom után van) és az omega-6 PUFA esszenciális zsírsavak, mivel a humán genomból hiányoznak a szintézisükhöz szükséges egyes fehérjék génjei, ezért ezeket a zsírsavakat készen, a táplálékkal kell felvennünk. Az omega-3 PUFA linolénsavból (ALA, 18:3(Δ9,12,15) (lásd 11.2. táblázat) szintetizálódik két másik omega-3 PUFA, az eiokozapenténsav (EPA; szisztematikus rövidítéssel: 20:5(Δ5,8,11,14,17)) és a dokozahexaénsav (DHA; 22:6(Δ4,7,10,13,16,19)). A6-PUFA-k közé tartozik a linolsav (18:2(Δ9,12)) és az arachidonsav (20:4(Δ5,8,11,14)).

Számos vizsgálat azt mutatja, hogy az omega-6 és az omega-3 PUFA-k aránya az elfogyasztott ételekben kihat az egészségi állapotra. Minél jobban eltolódik ez az arány az omega-6 zsírok felé, annál magasabb a kardiovaszkuláris betegségek kialakulásának veszélye. Az optimális arány 1:1 és 4:1 között van, viszont az tradicionális európai és amerikai étkezésnél ez az arány 10:1 és 30:1 között van. A „mediterrán konyha” ételei (olivaolaj, halolaj) viszont több EPA-t és DHA-t tartalmaznak, ami kedvező élettani hatású.

11.2. táblázat: Néhány fontosabb zsírsav

11.2. táblázat: Néhány fontosabb zsírsav

A trigliceridek (neutrális zsírok) a glicerin mindhárom alkoholos hidroxilján észteresített származékai, az állatok és sok növény (olajos magvak) legnagyobb mennyiségben rendelkezésre álló energiaraktározó vegyületei. A legtöbb triglicerid kevert, azaz háromféle zsírsavat tartalmaz (lásd 11.1. ábra).

Mi a zsírok (és olajok) előnye a poliszacharid energiaraktározó vegyületekkel szemben? Egyrészt, mivel redukáltabbak, több energiát lehet kinyerni belőlük a sejtlégzés során (a zsír energiatartalma: 37 kJ/g, a szénhidráté: 17 kJ/g). Másrészt hidrofóbok révén nincs hidrátburkuk, következésképpen a tárolásuk kevesebb vizet igényel (1 g glikogén 2 g vizet vesz fel). Ezért az emlősök sokkal többet tudnak tárolni zsírból, mint szénhidrátból (egy nem túlsúlyos ember 15-20 kg zsírt hordoz, amely több hónapra elegendő energiát tárol, míg a máj és izom szénhidrátraktáraiban csak egy napra elegendő tartalék van).

Említsünk meg a trigliceridek kapcsán is egy fontos táplálkozásbiológiai tényt. A zsírokat és olajokat egyes esetekben az avasodás megakadályozása, más esetekben az olvadási pont emelése érdekében (a margarin ezért szilárd, holott növényi olajokat tartalmaz) részlegesen hidrogénezik, mielőtt kikerülnek az üzletek polcaira. Néhány telítetlen kötés redukálása mellett a kellemetlen mellékreakció, a cisz-kettőskötések transz-telítetlen kötéssé alakulása, ugyanis ezek a módosított zsírok szintén kardiovaszkuláris betegségek kialakulásához vezethetnek. Negatív hatásukat többek között azzal fejtik ki, hogy növelik a vérben a „rossz” koleszterinszállító lipoprotein, az LDL (low density lipoprotein) mennyiségét a „jó” koleszterinszállító HDL (high density lipoprotein) rovására. A „fast food” elkészítéséhez használt hidrogénezett olajok is a fenti oknál fogva szerepelnek a kerülendő élelmiszerek listáján.

11.1. ábra: Zsírsavak és egy kevert triglicerid szerkezeti képlete és térszerkezete

11.1. ábra: Zsírsavak és egy kevert triglicerid szerkezeti képlete és térszerkezete