Capitolul IV LIPIDE Lipidele sunt o clas heterogen de substane organice caracterizate prin anumite proprieti fizice comune: insolubilitate n ap, solubilitate n solveni organici (cloroform, tetraclorur de carbon, eter etilic, benzen, etc.). n organism ndeplinesc funcii specifice. Funciile biologice ale lipidelor: Lipidele reprezint cea mai condensat form de stocare a energiei: 1 g lipide elibereaz 9,3Kcal (fa de glucide 4 kcal/g i proteine 4,1 Kcal/g). n plus, ele sunt depozitate sub form anhidr. Nivelul lipidelor de rezerv difer de la individ la individ. Sunt componente structurale ale tuturor tipurilor de membrane biologice; Au rol n transportul vitaminelor liposolubile (A,D,E,K).

Sunt precursori ai unor substane biologic active: prostaglandine, vitamine, steroizi.

ndeplinesc funcii de izolare: - sfingomielinele asigur izolarea electric a neuronului; - lipidele de rezerv asigur izolarea termic a organismului;-

lipidele din lojele perirenale asigur izolarea mecanic a rinichilor.

IV.1. CLASIFICAREA LIPIDELOR Lipidele au fost clasificate dup mai multe criterii. O clasificare mparte lipidele n: - lipide saponificabile, care conin n molecul resturi de acizi grai i prin hidroliz pun n libertate sruri ale acestora, numite spunuri; - lipide nesaponificabile, care nu conin acizi grai. Clasificarea cea mai utilizat n momentul actual mparte lipidele tot n dou mari clase, divizate la rndul lor n mai multe subclase.

monoacilgliceroli ACILGLICEROLI SIMPLE STERIDE LIPIDE FOSFOGLICERIDE (glicerofosfolipide) COMPLEXE acizi fosfatidici fosfatidilcoline fosfatidilserine fosfatidiletanolamina fosfatidilinozitol cardiolipine plasmalogeni lizofosfatide diacilgliceroli triacilgliceroli

sfingomieline SFINGOLIPIDE glicolipide cerebrozide gangliozide

IV.2. ACIZI GRAI n constituia multor clase de lipide intr o serie de acizi carboxilici, cunoscui sub numele de acizi grai. Acetia nu sunt considerai lipide dar, avnd n vedere rolul lor n structura chimic a acestei clase, vor fi studiai separat. Acizii grai au cteva caracteristici comune: - sunt acizi monocarboxilici

- au

caten

liniar

(excepie

face

ac.

tuberculostearic izolat din bacilul Koch) - au numr par de atomi de carbon - sunt saturai sau nesaturai. IV.2.1. ACIZI GRAI SATURAI Numerotarea catenei acizilor grai se face n dou4 CH3 3 2 CH2 CH2 1 COOH sau CH3 CH2 CH2 COOH

moduri: Acizi grai saturai Denumi Denumire re chimic comun Ac nAc butanoic butiric Ac Ac caprilic Ac hexanoic Ac octanoic Form ula C8 4

Rspndire

H - n unt, lapte - urme n grsimi animale grsimi animale i vegetale.

O2

C6H12 - In grsimi vegetale i

capronic Ac decanoic O2 ic O2

Ac.dodecano C8H16 -

Ac caprinic Ac lauric Ac.tetradecanoic Ac miristic Ac. hexadecanoi c Ac palmitic Ac octadecanoic Ac stearic Ac arahidic Ac behenic Ac Ac eicosanoic Ac decosanoic

C10H20 - component principal a O2 O2 C14H28 O2 C16H32 O2 grsimilor vegetale, de n C12H24 depozitele grsimi

animale; n grsimea din lapte; n ulei de pete. -1-5% vegetale, n aproape animale n special toate i n grsimile

grsimea din lapte, ulei de pete, ulei de palmier. component a tuturor grsimilor animale (20-30%) i vegetale: ulei de palmier (35-45%), ulei de cocos, etc. - component principal a multor grsimi animale, n vegetale. - n seminele grase ale plantelor. -n semine, grsimi animale crescute patologic n

C18H36 O2 C20H40 O2 C22H44 O2 C24H48 O2

tetracosanoic Ac lignoceri c Ac hexacosanoi c Ac cerotic C26H52 O2

cerebrozide (boala Gaucher). -n sfingomieline,

cerebrozide (boala Gaucher) grsimi vegetale, bacterii, ceara insectelor. -liber i legat n ceara de albine i grsimea din ln.

IV.2.2. ACIZI GRAI NESATURAI Acizii grai ntlnii n lipide au caracteristici comune: - pot fi mono- sau polinesaturai;-

prezint ntotdeauna configuraie cis (n lipidele naturale).

- n cazul acizilor polinesaturai, legturile duble nu sunt niciodat conjugate. Poziia dublei legturi se poate exprima n dou moduri:

- numerotnd atomii de carbon ncepnd da la gruparea carboxil n acest caz simbolul legturii duble este ; - numerotnd atomii de carbon ncepnd de la gruparea metil simbolul dublei legturi n acest caz este . n biologie i medicin este mai utilizat aceast exprimare. Ex.H 3C 1 10 7 9 8 1 COOH

Acid palmitoleic: C16:1 C16: 1 Reprezentani: Acizi grai mononesaturai. Ac c Ac c7

9

C16H30 -la animale n grsimea de depozit i din lapte, n uleiul vegetal i din C18H34 O2 pete, grsimea uman. - n toate grsimile

palmitolei 9hexadecanoi O2

Ac oleic

9- C20H38 naturale, este cel mai rspndit ac. gras octadecanoic O2 nesaturat (ex:1/3 din C22H42 Ac-cis

Ac gadoleic Ac nervonic Ac Ac erucic 9eicosenoic Ac cis 13docosenoic Ac 15tetracosanoi c Acizi polinesaturai:

O2 O2

ac. grai din lapte.). - ulei vegetal (de rapi). - cerebrozide

C24H46 - untura de pete.

Acizi grai polinesaturai

Ac linoleic 6

Ac.cis-cis9,12

C18H32 O2

n

uleiuri de floarea gru, grsimi

-

vegetale: ulei de smburi strugure, soarelui, n

2 octadecanoic

C20H32 Ac c Ac4,8,12 5,8,11,14

Ac arahidoni c Ac clupanod onic Ac linolenic 3

-

O2 C22H34 O2

porumb, nuci,soia animale, -n ulei de pete

eicosatetraenoi 15,19

decosapenden oic Ac. c9,12,15

C18H30 O2 - n pete: somon, sardin, crustacee, migdale, ton; tofu, nuci,

octadecatrinoi

uleiuri de cereale Studiile au relevat importana deosebit a unei alimentaii bogate n acizi grai 3 pentru buna funcionare a organismului, n special a sistemului cardiovascular. Este esenial i raportul acizi grai 3: acizi grai 6.

IV.2.3. ACIZI GRAI ESENIALI Mamiferele pot sintetiza acizi grai saturai i mononesaturai, dar sunt incapabile s sintetizeze acid linoleic i acid linolenic. Acizii grai necesari n alimentaia mamiferelor se numesc acizi grai eseniali. Cel mai abundent acid gras esenial la mamifere este acidul linoleic care reprezeint 10-20% din totalul de acizi grai din compoziia triacilglicerolilor i fosfogliceridelor. Acidul linoleic i linolenic pot fi obinui din plante unde se afl n cantiti foarte mari. Acidul linoleic este un precursor necesar pentru biosinteza acidului araahidonic care nu se gsete n plante, astfel c, n lipsa acidului linoleic i acidul arahidonic devine acid gras esenial. IV.2.4. Proprietile acizilor grai 1. Proprieti fizice: Solubilitatea: Acidul butiric este solubil n ap; solubilitatea scade cu creterea numrului atomilor de carbon din caten: ncepnd cu C10 sunt insolubili n ap.

Sunt solubili n solveni organici nepolari: benzen, cloroform. Puncte de topire: punctele de topire cresc cu creterea numrului de atomi de carbon din molecul i scad cnd numrul dublelor legturi din molecul crete. La 200C acizii grai cu n < 10 sunt lichizi iar cei cu n > 10 sunt solizi. 2. Proprieti chimice: A.Reacii de adiie la dubla legtur: - adiie de hidrogen: acizii grai nesaturai reacioneazCH CH Ni, Pt, Pd

uor cu H2 n condiii catalitice. Reacia este aplicat industrial, pentru transformarea uleiurilor vegetale n grsimi solide (margarine). - adiie de iod: reacia este utilizat pentru determinarea indicelui (cifrei) de iod (g iod adiionate de 100 g grsime), indice care d informaii despre gradul de nesaturare al grsimii. - adiie de ap reacia are loc in vivo n cursul catabolismului acizilor grai (procesul de -oxidare).

+ H2

CH2 CH2

B.Reacii de oxidare: - acizii grai nesaturai reacioneaz cu oxigenul din aer formnd peroxizi, substane cu caracter puternic oxidant i din acest motiv foarte nocivi pentru organism. - acidul arahidonic sufer o oxidare enzimatic intracelular (enzima: ciclooxigenaz) conducnd la prostaglandine, mediatori foarte activi i care sunt degradai rapid.C.

Formare de sruri spunuri. Spunurile de Na i K sunt solubile n ap: disociaz n Na* i R-COO -. Anionul are o parte hidrofob (radicalul R) i o parte hidrofil (-COO -), astfel spunurile au proprieti tensioactive (modific tensiunea superficial a apei).

D.Acizii grai particip la reacii de esterificare, reacii foarte importante din punct de vedere CoA. biologic formare de lipide (cu glicerol i colesterol) i tioesteri cu

IV. 3. LIPIDE SIMPLE IV.3.1. TRIACILGLICEROLI Triacilglicerolii rezult formal prin esterificareaCH2 R2 CO O CH CH2 O CO R3 O CO R1

glicerolului cu acizi grai saturai i nesaturai. n general, cele trei resturi de acid gras sunt diferite, R1 R2 R3 (triacilgliceroli micti). Dac cele trei resturi sunt identice, R1 = R2 = R3 triacilglicerolul se numete omogen (de ex. trioleina care se gsete n uleiul de msline (80%)). Triacilglicerolii sunt prezeni n esutul adipos (grsimi de rezerv) i n uleiurile vegetale. Acizii grai din structura lipidelor simple umane conin n marea majoritate 16-24 atomi de carbon.Compoziia n acizi grai ai unor grsimi animale i vegetale:

Acizi grai/ 100g grsime

saturai Mono ai Grsimi animale: Untur Unt Grsimi 40,8 54,0 43,8 19,8

Poliai 9,6 2,6

Omega- Omega6

Nesatur nesatur 3

vegetale Ulei de cocos 85,2 Ulei de 45,3 palmier Ulei germeni de 18,8 de

6,6 41,6 15,9

1,7 8,3 60,7 8 53

gru Ulei de soia 14,5 Ulei de 14,0 msline Ulei de 12,7

23,2 69,7 24,7 20,2 64,3

56,5 11,2 57,8 63,0 21-28

5

50 7,5

porumb Ulei de floarea 11,9 soarelui Ulei de rapi 5,3 Uleiuri de

62 6-10 21-23

pete Ulei de somon 19,8 Ulei din ficat 22,6 de cod

29,03 46,71

40,32 22,54

33 18,63

Hidroliza trigliceridelor: - lipaza, enzim din sucul pancreatic hidrolizeaz trigliceridele alimentare n monogliceride i 2 molecule de acid gras. - n esutul adipos hidroliza este total intervine lipaza hormono-dependent i apoi o monoglicerid-lipaz. IV.3.2. STEROIZI Steroizii fac parte din clasa lipidelor i au multiple funciuni: intr n structura membranelor celulare, a membranelor organitelor celulare, au rol de vitamin (D) sau provitamin, de hormoni sau detergeni biologici (acizii biliari). Steroizii vegetali i sintetici se folosesc ca medicamente.

In structura steroizilor intr nucleul steranic: 4 cicluri saturate alcatuiesc perhidrociclopentanofenatrenul (steran). Ciclurile se noteaz cu literele A, B, C, D, iar numerotarea21 19 20 22 23 26

atomilor se face de la stnga spre dreapta n cicluri, urmatC de numerotarea substituenilor.18

D

11 9 6

12

13 14

17

16 15

24

25 27

A

B

2 3

1 4

10 5

8 7

Colesterolul este cel mai rspndit zoosterol. Are o dubl legtur ntre C-5 i C-6 i de aceea prezint izomeri cis-trans, datorit condensrilor ciclurilor A,B. In poziia 3 are un hidroxil. Este o substan incolor, insolubil n ap, solubil n solveni nepolari. HO

Este prezent n toate celulele animale. Intr n structura membranei celulare i mitocondriilor. Organele cele mai bogate n colesterol sunt creeierul i suprarenalele. Concentraia din plasm este de 150-250mg% . In plasm se gsete liber i parial esterificat cu acizi grai (50-60%). Esterii se numesc colesteride. In organismul uman cantitatea total de colesterol este de 130-150g. Bila conine colesterol (2,5% din substana uscat) calculii biliari conin n cea mai mare parte colesterol. Vitamine D Sterolii care conin n ciclul B dou legturi duble conjugate (5 i 7) se comport ca i provitamine D. Vitaminele D au rolul de a stimula depunerea fosfatului de calciu n oase. Lipsa vitaminei D provoac rahitismul. Rahitismul se combate prin expunerea bolnavilor la soare sau la lumin ultraviolet sau prin introducerea n alimentaie a vitaminei D. Vitamina D natural se gsete n untura de pete. Exist dou tipuri de vitamine D: D2 i D3, ultima fiind identic cu vitamina D natural din untura de pete.

Vitamina D2 sau ergocalciferolul se formeaz din21 20 24 28 22 23 25 27 26

CH2

HO ergosterol

HO ergocalciferol (vitamina D2)

ergosterol (un fitosterol coninut n drojdia de bere) prin iradiere cu lumin ultraviolet. Vitamina D3 sau colecalciferolul se formeaz din precursorul ei, 7-dehidrocolesterolul, prin expunere la lumin. 7-Dehidrocolesterolul (provitamina D3) a fost izolat din piele, explicndu-se astfel efectul curativ al expuneii la soare al bolnavilor de rahitism. Acizii biliari se gsesc n fierea secretat de ficat sub form de amide cu glicocolul sau taurina. Acizii biliari au rolul de a solubiliza substanele insolubile n ap (grsimi, vitamine, medicamente, etc.) fcnd astfel posibil trecerea lor prin peretele intestinal.

Hormoni steroizia.

Hormoni sexuali:

Hormonul sexual masculin este testosterona din testicule. Produsul su de metabolizare, androsterona se gsete n urin, alturi de ali hormoni cu activitate mai slab. Hormonii sexuali feminini sunt produi de ovare. Ei sunt de dou feluri: estrogeni produi de foliculi (cel mai important estradiolul) i progestageni produi de corpul galben. b. Hormoni corticosteroizi. Hormonii corticosteroizi ndeplinesc mai multe funcii vitale n organism; ei intervin n metabolismul hidrailor de carbon, metabolismul (cu srurilor aciune minerale (inclusiv depunerea calciului), etc. Dintre ei amintim: cortizonul i hidrocortizonul dect cortizonul. antiinflamatoare), dehidrocortizonul (prednisonul) cu aciune mai puternic

IV.4. LIPIDE COMPLEXE IV.4.1. ACIZI FOSFATIDICI Acizii fosfatidici apar n timpul degradrii lipidelor complexe. Sunt prezeni n cantiti mari n plante. Acizii fosfatidici rezult formal prin esterificareaCH2 R2 CO O CH CH2 O CO O O P OH OH R1

diacilglicerolilor cu acid fosforic: Cei doi acizi grai au caten lung ( 14), iar acidul gras din poziia 2 este de obicei nesaturat. La pH-ul fiziologic (7,35-7,45) cele dou funciuni acide sunt ionizate (cele dou grupri OH libere ale restului fosforic). IV.4.2. GLICEROFOSFOLIPIDE Rezult prin esterificarea acizilor fosfatidici cu anumii alcooli:-

serin fosfatidilserine;

-

etanolaminCH2 O CO O O P Ofosfatidilserine

R1

fosfatidiletanolamin

R2

CO O CH CH2

O CH2

CH NH3+

COOH

-CO2 CH2 R2 CO O CH CH2 O O CO O P Ofosfatidiletanolamine (cefaline) + 3CH3 CH2 R2 CO O CH CH2 O O CO O P Ofosfatidilcoline (lecitine) O CH2 CH2 N(CH3)3+

R1

O CH2

CH2 NH3+

R1

(cefaline)-

colin fosfatidilcolin (lecitine) inozitol fosfatidilinozitol.

Fosfatidilinozitoli Inozitolul este un hexaalcool ciclic care prezint 9 izomeri.CH2 R2 CO O CH CH2 O O CO O P OOH O HO OH R1 OH OH

n lipide, cel mai frecvent ntlnit este mioinozitolul.

Proprietile glicerofosfolipidelor Glicerofosfolipidele prezint dou poriuni:-

o parte hidrofob (care nu iubete apa) lanul hidrocarbonat al acizilor grai; o parte hidrofil (care iubete apa) esterul fosforic.

-

De fosfolipidele reprezentate

obicei sunt schematic

printr-un cerc partea hidrofil i dou cozi resturile de acizi grai hidrofobi. Plasate n ap, moleculele de fosfolipide au tendina de a forma o ptur monomolecular n care numai poriunile hidrofile vin n contact cu apa.

Dac fosfolipidele sunt forate s se amestece cu apa ele formeaz un strat dublu-molecular: acizii grai hidrofobi se plaseaz fa n fa (au afinitate mai mare unii fa de alii dect fa de ap) iar capetele hidrofile rmn n contact cu apa.

Membranele celulare sunt formate dintr-un strat dublu

de fosfolipide (alturi de proteine i polizaharide). Agitate n ap, fosfolipidele pot forma sfere microscopice, goale numite lipozomi. Lipozomii se pot prepara artificial i au nceput s fie folosii pentru transportul unor medicamente ctre celule. Se preconizeaz c, asociai cu proteine specifice se vor putea obine adevrate proiectile teleghidate care s transporte coninutul numai spre anumite celule din organism, spre exemplu se sper realizarea unor lipozomi care s conin anumite toxine care vor fi livrate special celulelor canceroase.

Lipozomii sunt utilizai de asemenea pentru fabricarea vaccinurilor sintetice. Industria cosmetic folosete de asemenea lipozomii n cantiti mari (creme). Fosfolipidele pot forma straturi monomoleculare care nvelesc picturi de lipide. Aceste structuri, numite micele permit lipidelor s formeze suspensii n ap. Partea hidrofob a fosfolipidelor se orienteaz ctre grsime, n timp ce partea hidrofil este dispus spre exterior, spre ap. Astfel, sistemul format pare solubil n ap. Ex. LDL, lipoproteine care transport colesterolul au structur de micele Tot din clasa glicerofosfolipidelor fac parte

cardiolipinele, plasmalogenii i lizofosfatidele: Cardiolipine: au structur de difosfatidilglicerol. Acizii grai din cardiolipine sunt aproape ntotdeauna acidul oleic i linoleic. Cardiolipinele au fost izolate din mitocondriile cardiace. Au rol important n reacia Wasserman. Plasmalogenii: structura lor este apropiat de cea a lecitinelor i cefalinelor, doar c la C1 conin o grupare eter rezultat din reacia cu un alcool nesaturat. Reprezint cca.

10% din totalul fosfolipidelor creierului, nervilor i muchilor. Lizofosfatide: rezult din lecitine i cefaline prin ndeprtarea din moleculele acestora a acidului gras nesaturat din poziia 2 (prin urmare conin numai acizi grai saturai). Au aciune hemolitic puternic; sunt prezente, de ex., n veninul de arpe.

IV.4.3. SFINGOLIPIDE Aceast clas de compui deriv de la sfingozin, un alcool cu 18 atomi de carbon n molecul.CH3 (CH2)12 CH CH CHOH H 2N locul de legare a acidului gras CH CH2OH

n unele sfingolipide sfingozina este nlocuit cu 4,5dihidrosfingozina sau 4-hidroxi-sfingozina.

1. Acilsfingozine sau ceramideCH3 CH3 (CH2)12 (CH2)22 CH CH CHOH CO HN CH CH2OH

Cele mai simple sfingolipide sunt ceramidele sau acilsfingozinele: 2. Sfingomieline Sfingomielinele se formeaz din ceramide prin esterificare la C3 cu fosforilcolin sau fosforilcolamin. Sfingomielinele din substana cenuie din creier conine n principal acid stearic, iar cele din substana alb conin acizi grai mononesaturai, cu caten lung i mai rar acizi grai saturai. Deficiena enzimei sfingomielinaz antreneaz depunerea exagerat a sfingomielinelor n ficat, splin i ganglioni limfatici. n scleroza n plci se produce o scdere a coninutului de sfingomieline din esutul nervos, cu precdere din creier. 3. Glicosfingolipide

A.

Cerebrozide sau galactozilceramide se formeaz dinCH3 (CH2)12 CH CH HN CHOH CH CH2 CH2OH O O CH3 (CH2)22 CO

sfingozin, acid gras i -D-galactoz.B.

Cerebroglucide sau glucozilceramide se formeaz din sfingozin, acid gras i -D-glucoz

C.Gangliozide sau oligozilceramide deriv formal din sfingozin, acid gras i un lan de oze sau derivai ai acestora (NANA). Gangliozidele reprezint cca. 60% din totalul lipidelor din substana cenuie a creierului; sunt abundente n ganglioni. Funciile glicosfingolipidelor: Gangliozidele sunt concentrate ndeosebi n terminaiile nervoase- rol n transmisia impulsului nervos prin sinapse;

Unele glicosfingolipide de pe suprafaa celular sunt legate de specificitatea de grup sanguin, de specificitatea de organ i de esut; Implicate n imunitatea tisular i n zonele de recunoatere celul-celul, fundamentale pentru dezvoltarea i structura esuturilor (celulele canceroase au de exemplu glicosfingolipide caracteristice, diferite de cele ale celulelor normale).