Lipidy

1. Obecná charakteristika lipidů

Lipidy jsou organické látky nepolárního (hydrofobního) charakteru, které se nerozpouští ve vodě, ale dobře se mísí s nepolárními rozpouštědly. Tyto látky mohou být rostlinného, živočišného či mikrobiálního původu. Vyskytují se v buněčných membránách i nervových tkáních.

"Do dvou zkumavek nalijeme po 2 ml rostlinného oleje. Pomocí pipety přilijeme do jedné zkumavky 2 ml benzínu, do druhé stejný objem vody. Obě zkumavky protřepeme a pozorujeme, zda dochází k mísení oleje s rozpouštědlem, či nikoliv."



Díky nepolárnímu charakteru lipidů se na rozpouštění mastných skvrn často používají právě oleje či benzínové čistící prostředky.

Zmýditelné lipidy (viz dále) vznikají reakcí vyšších karboxylových (mastných) kyselin (řetězce s 14-24 atomy uhlíku C v molekule) s alkoholem (např. glycerolem) - jedná se tedy o jejich estery. Nejčastěji se na vzniku zmýditelných lipidů podílí následující karboxylové kyseliny:

Kyselina palmitováCH3(CH2)14COOH

Kyselina stearová CH3(CH2)16COOH

Kyselina olejováCH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

Kyselina linolováCH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

Člověk musí přijímat některé významné acylglyceroly (viz dále) tvořené zbytkem nenasycené karboxylové kyseliny v potravě, neboť lidský organismus si je nedokáže sám syntetizovat. Tyto látky označujeme pojmem esenciální. Mezi esenciální karboxylové kyseliny patří také tzv. omega-3 a omega-6 nenasycené mastné kyseliny. Omega-3 mají dvojnou vazbu na třetím atomu uhlíku (počítaje od koncového, tj. opačné straně než je karboxyl -COOH), omega-6 na šestém. Tyto kyseliny se vyskytují v rybách, ořeších, rostlinných olejích a mají pozitivní vliv na zdraví člověka.

(nahoru)

2. Rozdělení lipidů

Někteří autoři odborných publikací dělí lipidy na zmýditelné a nezmýditelné (isoprenoidy). Nicméně většinou jsou jako lipidy chápány vyloženě jen ty zmýditelné.

1. Zmýditelné lipidy
...1.1 Jednoduché lipidy
......1.1.1 Acylglyceroly (tuky a oleje)
......1.1.2 Vosky
...1.2 Složené lipidy
2. Nezmýditelné lipidy (isoprenoidy)
...2.1 Terpeny
...2.2 Steroidy

(nahoru)

3. Zmýditelné lipidy

(nahoru)

3.1 Jednoduché lipidy

Jednoduché lipidy jsou složené výhradně ze zbytku alkoholu a kyseliny. Rozdělují se dále na acylglyceroly a vosky. Toto rozdělení je podmíněno přítomnou alkoholovou složkou.

(nahoru)

3.1.1 Acylglyceroly

Acylglyceroly (dříve glyceridy) obsahují ve své chemické struktuře zbytek alkoholu glycerolu. Podle počtu esterifikovaných hydroxylových skupin glycerolu rozdělujeme tyto sloučeniny na mono-, di- a triacylglyceroly. Pokud se esterifikace účastní pouze 1 typ karboxylové kyseliny, jedná se o acylglyceroly jednoduché. V opačném případě pak hovoříme o acylglycerolech smíšených.

Acylglyceroly obsahující převážně nasycené zbytky karboxylových kyselin, bývají za běžných podmínek tuhé a nazývají se tuky. Větší procento výskytu nenasycených zbytků těchto kyselin je předpokladem pro kapalné skupenství těchto acylglycerolů, které se poté nazývají oleje. Tyto lipidy mají funkci zásobní, jsou bohatým zdrojem energie a chrání organismus před chladem. Alkalickou hydrolýzou (reakcí s vodným roztokem hydroxidů) acylglycerolů vznikají mýdla. Sodná mýdla jsou většinou tuhá, draselná mazlavá. Kyselou hydrolýzou (reakcí s roztokem kyseliny) acylglycerolů vzniká původní karboxylová kyselina a glycerol.

"Do větší porcelánové misky odvážíme 5 g sádla, 1 g hydroxidu sodného a přilijeme do ní 30 ml vody. Misku umístíme na keramickou síťku ležící na trojnožce a začneme za stálého míchání zahřívat. Po pěti minutách varu přidáme do misky další 1 g hydroxidu sodného. Průběžně odebíráme vzorek ze zkumavky a zjišťujeme, zda se drobí, či maže. Pokud se drobí, přidáme do misky 3 g chloridu sodného a ukončíme zahřívání. Horní vrstvu směsi tvoří mýdlo."  

"Do dvou zkumavek nalijeme po 5 ml tekutého (čirého roztoku) mýdla. Do první zkumavky přidáme 2 kapky fenolftaleinu. Druhou zkumavku obohatím o 3 ml 10% kyseliny chlorovodíkové. Obsah první zkumavky získá růžové zbarvení (vlivem zásaditého charakteru mýdla), ve druhé zkumavce se vytvoří sraženina karboxylové kyseliny."

(nahoru)

3.1.2 Vosky

Vosky jsou estery vyšších karboxylových kyselin a vyšších jednosytných alkoholů, z nichž převažují:

Cetylalkohol - C16H31OH

Stearylalkohol - C18H35OH

Myricylalkohol - C31H61OH

Vosky tvoří povrchovou ochrannou vrstvu například na ovoci či srsti zvířat.

(nahoru)

3.2 Složené lipidy

Složené (komplexní) lipidy obsahují i nějakou cizorodou (heterogenní) složku, na základě jejího charakteru se utvářejí jejích obecné názvy.

Fosfolipidy obsahují vázaný zbytek kyseliny fosforečné, glykolipidy cukernou složku (glukosu nebo galaktosu). Představitelem fosfolipidů jsou například lecithiny. Fosfolipidy mají hydrofilní část (hlavičku) a hydrofobní část tvořenou zbytky mastných kyselin. Na základě toho se ve vodném prostředí orientují tak, aby hlavička směřovala do vody a mastné kyseliny buď dovnitř (tvorba micel), ven do prostředí (povrchová vrstva), anebo do formy uzavřených dvojných vrstev, které jsou základem všech membrán. Látky mající zároveň hydrofilní a hydrofobní charakter nazýváme amfifilní.

Všechny životní děje v buňce jsou vázané na membrány - jejich hlavními funkcemi jsou transport (z a do buňky), komunikace (obsahuje různé receptory) a oddělení jednak buňky od prostředí (bariéra), jednak jednotlivých organel a tím i metabolických dějů.

(nahoru)

4. Nezmýditelné lipidy (isoprenoidy)

Isoprenoidy jsou přírodní látky, jejichž molekuly se tvoří z pětiuhlíkatých isoprenových jednotek (viz dále). Tuto skupinu látek můžeme dále rozdělit na terpeny (terpenoidy) a steroidy.

(nahoru)

4.1 Terpeny

Terpeny (neboli terpenoidy) jsou přírodní sloučeniny převážně rostlinného původu (nalezneme je však i například u hmyzu jako feromony). V jejich molekulách se vyskytuje dvě nebo více isoprenových jednotek (2-methylbuta-1,3-dienu, viz níže). Terpeny jsou podstatnou složkou rostlinných silic (éterických olejů) a pryskyřic.

      

2-methylbuta-1,3-dien (isopren)

Silice jsou vonící prchavé látky nacházející se v květech, listech i plodech, popřípadě v jiných částech rostliny. Mezi silice patří limonen, menthol, kafr či α-pinen (viz dále).

Pryskyřice jsou tuhé a většinou lepkavé látky, které zahříváním měknou. Ve vodě jsou nerozpustné, vznikají oxidací silic (např. na místě porušení kůry jehličnatých stromů).

Balzámy jsou polotekuté směsi silic a pryskyřic. Terpeny se získávají například destilací silic a pryskyřic s vodní párou.

"Do zkumavky nalijeme 5 ml terpentýnové silice a přilijeme k ní stejný objem bromové vody. Zkumavku zazátkujeme a důkladně její objem protřepeme. Bromová voda se odbarvila, neboť došlo k adiční reakci na násobné vazby v molekulách terpentýnové silice." Podle počtu isoprenových jednotek rozdělujeme terpeny dle následující tabulky:

Tab. 1: Přehled názvů terpenů, počtu isoprenových jednotek a atomů uhlíku

Název terpenů  Počet isoprenových jednotek (n)  Počet atomů uhlíku (5n)
Monoterpeny 2 10
Seskviterpeny 3 15
Triterpeny 6 30
Tetraterpeny 8 40
Polyterpeny n 5n

Na isoprenové jednotky v chemických strukturách terpenů mohou být navázány různé charakteristické (funkční) skupiny, čili některé terpeny mohou být také vnímány jako alkoholy, aldehydy, ketony či karboxylové kyseliny.

(nahoru)

4.1.1 Monoterpeny

Významnými zástupcemi monoterpenů jsou limonen (citronová silice, obsažen v terpentýnové silici a citrusových plodech), menthol (mátová silice), kafr (kafrová silice, vyskytuje se v dřevě kafrovníku nebo se vyrábí synteticky) či geraniol (složka růžového oleje).

       
limonen  menthol  kafr  geraniol 

(nahoru)

4.1.2 Diterpeny

Mezi hlavní zástupce diterpenů patří fytol, který nalezneme v chlorofylu, či vitamín A.

   
fytol  vitamín A 

(nahoru)

4.1.3 Triterpeny

Skvalen, meziprodukt biosyntézy steroidů, je významným zástupcem triterpenů. Tyto sloučeniny jsou obsaženy v přírodních pryskyřicích.

Skvalen

(nahoru)

4.1.4 Tetraterpeny

Mezi tetraterpeny řadíme β-karoten (provitamín A, vyskytuje se například v mrkvi), lykopen (složka rajčat) a xanthofyl (žluté barvivo listů).

   
β-karoten  lykopen 
 
   
xanthofyl  

"Do poloviny objemu odměrného válce nalijeme rajčatový džus. Následně k němu přidáme čerstvě připravenou bromovou vodu tak, aby její vrstva zaujímala asi 1/5 objemu válce. Tyčinkou objem válce důkladně promícháme."



(nahoru)

4.1.5 Polyterpeny

Polyterpenem je přírodní kaučuk (polymerační stupeň n ≈ 5.000), získávaný z kaučovníku (z jeho poraněné dřeviny vytéká koloidní roztok zvaný latex). Zatímco je přírodní kaučuk elastický, jeho stereoizomer gutaperča tuto vlastnost postrádá. Gutaperča se získává z tropických stromů a slouží jako elektroizolant.

(nahoru)

4.2 Steroidy

Steroidy jsou přírodní látky, které mají obvykle fyziologické účinky. Jejich základní strukturní jednotkou je gonan (dříve steran), což je z chemického hlediska cyklopentaperhydrofenanthren.

      

Cyklopentaperhydrofenanthran (gonan, dříve steran)

Organismus získává steroidy z potravy a dál si je přetváří. Rostliny si je dovedou syntetizovat z terpenoidů. Obdobně jako tomu bylo u terpenů, tak i steroidy mohou mít ve své chemické struktuře obsažený různé funkční skupiny (hydroxylovou, karbonylovou...), a tak je lze z chemického hlediska řadit mezi alkoholy, karbonylové či karboxylové sloučeniny. Steroidy rozdělujeme dle jejich výskytu a fyziologického účinku na steroly, žlučové kyseliny a steroidní hormony.

(nahoru)

4.2.1 Steroly

Steroly obsahují hydroxylovou skupinu, rostlinné steroly se označují jako fytosteroly, živočišné pojmem zoosteroly.

Nejznámější zoosterolem je cholesterol. Volný cholesterol se účastní stavby biomembrán a umožňuje její polopropustnost. Rovněž má vliv na vstřebávání tuků. Nadměrný příjem cholesterolu vede k jeho škodlivému hromadění v krvi a některých orgánech, což může vést k různým zdravotním komplikacím. Cholesterol se podílí na syntéze jiných steroidních sloučenin. Jeho významným zdrojem je například žloutek.

cholesterol

"Ve zkumavce smísíme 1 ml rybího tuku, 4 ml chloroformu a 2 ml koncentrované kyseliny sírové (w = 98 %). Vzniklou směs důkladně promícháme a necháme chvíli stát. Změna zbarvení je důkazem přítomnosti cholesterolu." Mezi nejznámější fytosteroly patří ergosterol, který nalezneme v kvasnicích a je provitamínem D2.

ergosterol

(nahoru)

4.2.2 Žlučové kyseliny

Žlučové kyseliny se podílejí na trávení a vstřebávání tuků v organismu. Ve formě solí se nachází ve žlučníku. Hlavním zástupcem této skupiny látek je kyselina cholová.

kyselina cholová

(nahoru)

4.2.3 Hormony

Steroidní hormony jsou skupinou látek, do které řadíme například mužské (testosteron) a ženské pohlavní hormony (estradiol). Oba zmíněné hormony odpovídají za správnou funkci pohlavních žláz, za vývoj sekundárních pohlavních znaků a za harmonický vývoj osobnosti vůbec. Jiným ženským pohlavním hormonem je progesteron, který řídí těhotenství - jeho deriváty jsou antikoncepční prostředky.

Testosteron  Estradiol 
 
Progesteron   

Další typ steroidních hormonů, kortikoidy, řídí metabolismus cukrů a hospodaření organismu s vodou, sodnými a draselnými ionty. Tyto hormony jsou produkovány kůrou nadledvin.

(nahoru)