Vetzuren structuur, typen, functies, biosynthese

De vetzuren Het zijn organische macromoleculen afgeleid van koolwaterstoffen, die zijn samengesteld uit lange ketens van koolstof- en waterstofatomen die hydrofoob zijn (vetoplosbaar) en zijn de structurele basis van vetten en lipiden.

Het zijn zeer diverse moleculen die van elkaar worden onderscheiden door de lengte van hun koolwaterstofketens en de aanwezigheid, aantal, positie en/of configuratie van hun dubbele bindingen.

Algemeen schema van verzadigd vetzuur (Bron: Laghi.L [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/)] via Wikimedia Commons)

In lipiden van dieren, planten, schimmels en micro -organismen zoals bacteriën en gisten zijn meer dan 100 soorten verschillende vetzuren beschreven en worden ze beschouwd als specifieke soorten en weefsel in de meeste levende wezens.

De oliën en vetten die de mens dagelijks consumeren, zijn van dier- of plantaardige oorsprong, zijn meestal samengesteld uit vetzuren.

[TOC]

Invoering

Boter bestaat onder andere in wezen uit vetzuren (Bron: Africa Studio, via Pixabay.com)

Vetzuurmoleculen vervullen belangrijke functies op cellulair niveau, waardoor ze essentiële componenten zijn en, omdat sommige van hen niet door dieren kunnen worden gesynthetiseerd, moeten ze ze uit het dieet verkrijgen.

Vetzuren zijn zeldzaam als vrije soorten in celcytosol, dus ze maken over het algemeen deel uit van andere moleculaire conjugaten zoals:

- Lipiden, in biologische membranen.

- Triglyceriden of vetzuuresters, die dienen als reserve in planten en dieren.

- Wassen, die vaste esters zijn van vetzuren met lange ketens en alcoholen.

- Andere soortgelijke stoffen.

Bij dieren worden vetzuren bewaard in het cytoplasma van cellen als kleine druppels vet bestaande uit een complex genaamd triacylglycerol, dat niets meer is dan een glycerolmolecuul waaraan het is toegetreden, in elk van de atomen van koolstof, een vetzuurketen, een vetzuurketen door ester -type bindingen.

Hoewel bacteriën korte en meestal enkelvoudig onverzadigde vetzuren hebben, is het in de natuur gebruikelijk.

Structuur

Vetzuren zijn amfipatische moleculen, dat wil zeggen dat ze twee chemisch gedefinieerde gebieden hebben: een hydrofiel polair gebied en een hydrofoob apolair gebied.

Het hydrofobe gebied bestaat uit een lange koolwaterstofketen die in chemische termen niet erg reactief is. Het hydrofiele gebied daarentegen bestaat uit een carboxylgroep (-coh) terminal, die zich als een zuur gedraagt.

Dit terminale carboxylgroep of carbonzuur is geïoniseerd in oplossing, het is zeer reactief (chemisch gesproken) en is zeer hydrofiel, dus het vertegenwoordigt een covalente junctieplaats tussen vetzuur en andere moleculen.

De lengte van de koolwaterstofketens van vetzuren heeft meestal zelfs aantallen koolstofatomen, en dit hangt nauw samen met het biosynthetische proces waarmee ze worden geproduceerd, omdat hun groei optreedt bij koolstofatomenparen.

De meest voorkomende vetzuren hebben ketens tussen 16 en 18 koolstofatomen en dieren, deze ketens zijn niet vertakt.

Classificatie

Vetzuren worden ingedeeld in twee grote groepen volgens de aard van de verbindingen die deze samenstellen, dat wil zeggen volgens de aanwezigheid van eenvoudige bindingen of dubbele bindingen tussen de koolstofatomen van hun koolwaterstofketens.

Er zijn dus verzadigde en onverzadigde vetzuren.

- Verzadigde vetzuren hebben alleen eenvoudige koolstof - koolstofbindingen en al hun koolstofatomen zijn "verzadigd" of gekoppeld aan waterstofmoleculen.

- Onverzadigde vetzuren hebben een of meer dubbele koolstof - koolstofbindingen en niet al deze zijn bevestigd aan een waterstofatoom.

Onverzadigde vetzuren worden ook verdeeld volgens het aantal onverzadiging (dubbele bindingen) in enkelvoudig onverzadigde, die met een enkele dubbele binding en meervoudig onverzadigd, die meer dan één hebben.

Verzadigde vetzuren

Ze hebben meestal tussen 4 en 26 koolstofatomen verenigd door eenvoudige links. Het smeltpunt is recht evenredig met de lengte van de ketting, dat wil zeggen tot zijn molecuulgewicht.

De vetzuren met tussen 4 en 8 koolstofatomen zijn vloeistof bij 25 ° C en zijn die waaruit eetbare oliën vormen, terwijl die met meer dan 10 koolstofatomen vast zijn.

Een van de meest voorkomende is het laurinezuur, dat overvloedig is in palm- en kokoszaden; Palmitinezuur, dat wordt aangetroffen in palm-, cacao- en varkensboter en stearinezuur, dat in cacao en gehydrogeneerde oliën is.

Het zijn vetzuren met veel meer stabiliteit dan onverzadigde vetzuren, vooral in het licht van oxidatie, althans in fysiologische omstandigheden.

Dankzij het feit dat eenvoudige koolstof - koolstofbindingen gratis kunnen draaien.

Onverzadigde vetzuren

Deze vetzuren zijn zeer reactief en vatbaar voor verzadiging en oxidatie. Ze zijn gebruikelijk in planten en mariene organismen. Degenen die een enkele dubbele binding hebben, staan ​​bekend als enkelvoudig onverzadigd of monoenoics, terwijl degenen die meer dan twee bezitten bekend staan ​​als polyenica of meervoudig onverzadigd.

Kan u van dienst zijn: DNA -polymerase

De aanwezigheid van dubbele bindingen is gebruikelijk tussen koolstofatomen tussen posities 9 en 10, maar dit betekent niet dat monouinsatured vetzuren niet worden gevonden met een onverzadiging in een andere positie.

In tegenstelling tot verzadigde, worden onverzadigde vetzuren niet vermeld uit de terminale carboxylgroep, maar volgens de positie van de eerste dubbele binding c - c. Deze zijn dus verdeeld in twee groepen, omega-6 of ω6 en omega-3 of ω3.

Omega-6 zuren hebben de eerste dubbele binding in koolstofnummer 6 en omega-3 zuren hebben het in koolstofnummer 3. De ω denominatie wordt gegeven door de dubbele binding die het dichtst bij de uiteindelijke methylgroep ligt.

Dubbele links zijn ook te vinden in twee geometrische configuraties die bekend staan ​​als "Cis " En "trans".

De meeste natuurlijke onverzadigde vetzuren hebben een configuratie "CIS”En de dubbele bindingen van vetzuren aanwezig in commerciële vetten (gehydrogeneerd) worden gevonden in "trans".

In meervoudig onverzadigde vetzuren worden twee dubbele bindingen meestal van elkaar gescheiden, althans door een methylgroep, dat wil zeggen een koolstofatoom bevestigd aan twee waterstofatomen.

Functie

Vetzuren hebben meerdere functies in levende organismen en, zoals hierboven vermeld, een van hun essentiële functies als een essentieel onderdeel van lipiden, die de belangrijkste componenten zijn van biologische membranen en een van de drie meest voorkomende biomoleculen in organismen in organismen in organismen in combinatie met samenhang eiwitten en koolhydraten.

Het zijn ook uitstekende energiesubstraten, waarmee grote hoeveelheden energie worden verkregen in de vorm van ATP en andere intermediaire metabolieten.

Gezien het feit dat dieren bijvoorbeeld geen koolhydraten kunnen opslaan, vertegenwoordigen vetzuren de belangrijkste bron van energieopslag die voortkomt uit de oxidatie van overtollige suikers.

Verzadigde vetzuren van korte keten in de dikke darm nemen deel aan stimulatie van waterabsorptie en natrium-, chloride- en bicarbonaationen; Bovendien hebben ze functies bij de productie van slijm, in de proliferatie van colonocyten (coloncellen), enz.

Onverzadigde vetzuren zijn vooral overvloedig aanwezig in eetbare oliën van plantaardige oorsprong, die belangrijk zijn in het dieet van alle mensen.

De oliën die we dagelijks consumeren, zijn vetzuren (bron: StevePB, via Pixabay.com)

Anderen nemen deel als liganden van sommige eiwitten met enzymatische activiteiten, dus ze zijn belangrijk met betrekking tot hun effecten op het energiemetabolisme van de cellen waar ze worden gevonden.

Biosynthese

De afbraak van vetzuren staat bekend als β-oxidatie en komt voor in de mitochondriën van eukaryotische cellen. Biosynthese komt daarentegen voor in de cytosol van dierlijke cellen en in chloroplasten (fotosynthetische organellen) van plantencellen.

Het is een acetyl-CoA-, malonyl-COA- en NADPH-proces, het komt voor in alle levende organismen en bij "superieure" dieren zoals zoogdieren. Het is bijvoorbeeld erg belangrijk in lever- en vetweefsels, evenals in borstklieren.

De NADPH die voor deze route wordt gebruikt, is voornamelijk een product van de NADP-afhankelijke oxidatiereacties van de pentosefosfaatroute, terwijl acetyl-CoA uit verschillende bronnen kan komen, bijvoorbeeld van de oxidatieve decarboxylering van het pyruvaat, van de Krebs en β- oxidatie van vetzuren.

De biosyntheseroute, zoals β-oxidatie, is sterk gereguleerd in alle cellen door alesthere effectoren en covalente modificaties van enzymen die deelnemen aan de regulatie.

-Malonyl-CoA-synthese

De route begint met de vorming van een metabole intermediair bekend als malonyl-CoA uit een acetyl-CoA-molecuul en wordt gekatalyseerd door een multifunctioneel enzym genaamd acetyl-CoA carboxilasa.

Deze reactie is een reactie op toevoeging aan een carboxylmolecuul (-coh, carboxylering) afhankelijk van biotine en komt in twee stappen voor:

1. Ten eerste, de overdracht, ATP-afhankelijke, van een carboxyl afgeleid van bicarbonaat (HCO3-) naar een biotinemolecuul dat wordt gevonden als een prothetische (niet-eiwit) groep geassocieerd met acetyl-CoA-carboxylase.
2. Vervolgens wordt CO2 overgebracht naar acetyl-CoA en wordt malonyl-CoA geproduceerd.

-Routreacties

Bij dieren komt de vorming van koolhydraatketens van vetzuren verder voor door opeenvolgende condensatiereacties gekatalyseerd door een multi -critic en multifunctioneel enzym dat bekend staat als vetzuursynthase.

Dit enzym katalyseert de condensatie van een acetyl-CoA-eenheid en multonil-CoA-moleculen die worden geproduceerd uit de reactie van het carboxylaseacetyl-CoA, proces waarin een CO2-molecuul wordt vrijgegeven voor elke malonyl-CoA dat het toevoegt dat het toevoegt.

Groeiende vetzuren worden gesterifieerd tot een eiwit genaamd "acyl drager -eiwit" of ACP, dat thioés vormt met acylgroepen. In EN. coli Dit eiwit is een polypeptide van 10 kDa, maar bij dieren maakt het deel uit van de vetzuurcomplexsynthase.

Kan u van dienst zijn: NOXA

De breuk van deze bindingen geeft Tioéster grote hoeveelheden energie vrij, waardoor het mogelijk is om thermodynamisch te zeggen het optreden van condensatiestappen op de biosinthetische route.

Vetzuur complexe synthase

In bacteriën komt de synthasezuuractiviteit eigenlijk overeen met zes onafhankelijke enzymen die acetyl-CoA en malonyl-CoA gebruiken om vetzuren te vormen en waarmee zes verschillende enzymatische activiteiten worden geassocieerd.

Homodimere en multifunctioneel complexe vetzuursynthase van dieren (Bron: Boehringer Ingelheim [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

Bij zoogdieren daarentegen is vetzuursynthase een multifunctioneel homodimisch enzymatisch complex van ongeveer 500 kDa molecuulgewicht, dat zes verschillende katalytische activiteiten heeft en waarmee het zure drager -eiwit is geassocieerd.

Stap 1: Prowter -reactie

Tiol -groepen in cysteïne -afval dat verantwoordelijk is voor de unie van metabole intermediairs voor het ACP -enzym moeten worden geladen, vóór het begin van de synthese, met de nodige zuurgroepen.

Om dit te doen, wordt de acetyl-CoA-acetylgroep overgebracht naar de Tiol (-sh) -groep van een van de cysteïneresten van de ACP-subeenheid van vetzuursynthase. Deze reactie wordt gekatalyseerd door de subeenheid van ACP-Acil-transferase.

De acetylgroep wordt vervolgens overgebracht van de ACP naar een ander cysteïneridu in de katalytische plaats van een andere enzymatische subeenheid van het complex dat bekend staat als β-cethoacyl-ACP-Sinta. Het enzymatische complex is dus "gerst" om te beginnen met synthese.

Stap 2: Overdracht van malonyl-CoA-eenheden

De malonyl-CoA die wordt geproduceerd door de acetyl-CoA carboxilasa wordt overgebracht naar de TIOL-groep in de ACP en tijdens deze reactie is het COA-gedeelte verloren. De reactie wordt gekatalyseerd door de malonil-ACP-transferase-subeenheid van het vetzuursynthase-complex, dat vervolgens Malonil-ACP produceert.

Tijdens dit proces is de malonische groep gekoppeld aan de ACP en de β-cotoacil-ACP-SITA via een esterlink en een andere sulfidl, respectievelijk.

Stap 3: Condensatie

Het β-zoacil-ACP-suntase-enzym katalyseert de overdracht van de acetylgroep die zich bij hem voegde in de doorgang van "gerst" naar koolstof 2 van de Malonilo-groep die in de vorige stap werd overgebracht naar de ACP.

Tijdens deze reactie wordt een CO2-molecuul vrijgegeven dat afkomstig is van de malonyl, die overeenkomt met de CO2 die wordt bijgedragen door het bicarbonaat in de carboxyleringsreactie van de carboxylaseacetyl-CoA. Dan treedt acetoacethyl-ACP op.

Stap 4: Reductie

De β-zoacil-ACP-Reductase-subeenheid katalyseert de reductie van NADPH-afhankelijke aceoacetyl-ACP.

Stap 5: Uitdroging

Deze stap vormt de trans-α, β-acyl-ACP of de ∆2-insaturado-acil-ACP (crratonil-ACP), product van de uitdroging van de d-β-hydroxybutiril-ACP door werking van de boze subeenheid ACP -Hydratasa.

Later wordt de cratonil-ACP gereduceerd tot butiril-ACP door een reactie die afhankelijk is van NADPH gekatalyseerd door de boze AC-reductase-subeenheid. Met deze reactie is de eerste van zeven cycli die nodig zijn om Palmitail-ACP te produceren, de voorloper van bijna alle vetzuren voltooid.

Hoe volgen daaropvolgende condensatiereacties?

De butirilo-groep wordt overgebracht van de ACP naar de TIOL-groep van een cysteïneridu in de β-cethoacil-ACP-SITA, zodat de ACP in staat is om een ​​andere malonische groep van de malonyl-CoA te accepteren.

Op deze manier is de reactie die gebeurt de condensatie van Malonil-ACP met Buturil-β-Cotoacil-ACP-Sinta, die aanleiding geeft tot β-Zotohexanoil-ACP + CO2.

De palmitail-ACP die voortkomt uit de daaropvolgende stappen (na de toevoeging van 5 meer malonische eenheden) kan worden vrijgegeven als vrij palmitinezuur dankzij de activiteit van het enzym thioesterase, kan het worden overgebracht naar de COA of worden opgenomen in het fosfatidezuur voor De synthesroute van fosfolipiden en triacylglyceriden.

Palmitinezuurstructuur (Bron: Andel, via Wikimedia Commons)

De vetzuursynthase van de meeste organismen stopt bij de synthese van palmitail-ACP, gezien het feit dat de katalytische plaats van de β-cethoacyl-acp-synthase-subeenheid een configuratie heeft waarin alleen vetzuren van die lengte kunnen worden ondergebracht.

Hoe zijn vetzuren van oneven aantal koolstofatomen?

Deze komen relatief vaak voor bij mariene organismen en worden ook gesynthetiseerd door een complexe vetzuursynthase. De "gerst" -reactie treedt echter op met een langer molecuul, het propionyl-ACP, van drie koolstofatomen.

Waar en hoe zijn de vetzuren van langere ketens?

Palmitinezuur, zoals opgemerkt, dient als een voorloper voor veel verzadigde en onverzadigde vetzuren van langere ketens. Het "verlenging" -proces van vetzuren vindt plaats in mitochondriën, terwijl de introductie van onverzadiging in wezen in het endoplasmatisch reticulum optreedt.

Veel organismen veranderen hun verzadigde vetzuren onverzadigd als een aanpassing aan lage omgevingstemperaturen, omdat dit hen in staat stelt het fusiepunt van lipiden onder de omgevingstemperatuur te behouden.

Vetzuur eigenschappen

Veel van de eigenschappen van vetzuren zijn afhankelijk van hun kettinglengte en de aanwezigheid en het aantal onverzadiging:

Kan u van dienst zijn: Abiotische synthesetheorie: hoofdkenmerken

- Onverzadigde vetzuren hebben lagere smeltpunten dan verzadigde vetzuren van dezelfde lengte.

- De lengte van vetzuren (het aantal koolstofatomen) is omgekeerd evenredig met de vloeibaarheid of flexibiliteit van het molecuul, dat wil zeggen dat de meest "korte" moleculen meer vloeibaar zijn en vice versa.

Over het algemeen zijn vloeistofvetstoffen samengesteld uit vetzuren met korte ketens en met onverzadiging.

Planten hebben een overvloedige hoeveelheid onverzadigde vetzuren, evenals dieren die bij zeer lage temperaturen leven, omdat deze, als componenten van lipiden die aanwezig zijn in celmembranen, ze een grotere vloeibaarheid geven in deze omstandigheden.

In fysiologische omstandigheden, de aanwezigheid van een dubbele binding in de koolwaterstofketen van een vet.

De aanwezigheid van dubbele bindingen in vetzuren geassocieerd met lipidemoleculen heeft directe effecten op de mate van "verpakking" die ze kunnen hebben in de membranen waartoe ze behoren en daarmee hebben ze ook effecten op membraaneiwitten.

Voorbeeld van de vorming van een Myla van vetzuren met de carbonbonische groepen blootgesteld aan de waterige omgeving (Bron: Benutzer: Anderl [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/)] via Wikimedia Commons)

De oplosbaarheid van vetzuren neemt af naarmate de lengte van de ketting toeneemt, dus ze zijn omgekeerd evenredig. In waterige en lipidenmengsels worden vetzuren geassocieerd in structuren die bekend staan ​​als micellen.

Een micella is een structuur waarin de alifatische ketens van vetzuren "ingesloten" zijn, waardoor alle watermoleculen worden "verdrijven" en op wiens oppervlak er carboxyles -groepen zijn.

Nomenclatuur

De nomenclatuur van vetzuren kan enigszins complex zijn, vooral als men verwijst naar de gemeenschappelijke namen die ze ontvangen, die vaak gerelateerd zijn aan sommige fysicochemische eigenschap, met de plaats waar ze zijn of andere kenmerken.

Veel auteurs zijn van mening dat, dankzij de terminale carboxylgroep, deze moleculen zijn geïoniseerd tot fysiologische pH, men naar hen moet noemen als "carboxilaten" met behulp van de beëindiging "Ato ".

Volgens het IUPAC -systeem, de opsomming van de koolstofatomen van een vet. De kettingaansluitmethyl bevat het koolstofatoom ω ω.

Over het algemeen krijgen ze in de systematische nomenclatuur de naam van de "ouderlijke" koolwaterstof (koolwaterstof met hetzelfde aantal koolstofatomen) en hun beëindiging wordt vervangen "of" door "OICO", Als het een onverzadigd vetzuur is, wordt de beëindiging toegevoegd "Mist".

Overweeg bijvoorbeeld het geval van een vetzuur van 18 koolstofatomen (C18):

- Omdat koolwaterstof met dezelfde hoeveelheid koolstofatomen bekend staat als octadecano, wordt verzadigd zuur genoemd "Octadecaanzuur" O goed "Octadecanoato'En de gemeenschappelijke naam is stearinezuur.

- Als je een dubbele binding hebt tussen een paar koolstofatomen in zijn structuur, staat het bekend als "Octadecenoïnezuur"

- Als je twee dubbele C res c - c hebt, dan wordt het genoemd "Octadecadienoïnezuur" En als je drie hebt "Octadecatrienoiczuur".

Als u de nomenclatuur wilt samenvatten, gebruik dan 18: 0 voor 18 -koolstofvetzuur en geen dubbele binding (verzadigd) en, afhankelijk van de mate van onverzadiging, wordt in plaats van nul 18: 1 geschreven voor een molecuul met een molecuul met een molecuul met een molecuul met een molecuul met een molecuul met een molecuul met een molecuul met een molecuul met een molecuul met een molecuul met een molecuul met een onverzadiging, 18: 2 voor één met twee onverzadiging enzovoort.

Als u wilt specificeren tussen welke koolstofatomen de dubbele bindingen zijn in onverzadigde vetzuren, wordt het ∆ -symbool gebruikt met een numerieke enquête die de plaats van onverzadiging en voorvoegsel aangeeft "CIS" of "trans", Afhankelijk van de configuratie hiervan.

Referenties

1. Badui, s. (2006). Voedsel scheikunde. (EN. Quintanar, ed.) (4e ed.)). Mexico D.F.: Pearson Education.
2. Garrett, r., & Grisham, c. (2010). Biochemie (4e ed.)). Boston, VS: Brooks/Cole. Cengage leren.
3. Mathews, c., Van Holde, K., & Ahern, k. (2000). Biochemie (3e ed.)). San Francisco, Californië: Pearson.
4. Murray, r., Bender, D., Botham, k., Kennelly, p., Rodwell, V., & Weil, p. (2009). Harper's geïllustreerde biochemie (28e ed.)). McGraw-Hill Medical.
5. Nelson, D. L., & Cox, m. M. (2009). Lehninger -principes van biochemie. Omega -edities (5e ed.)).
6. Rawn, J. D. (1998). Biochemie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
7. Tvrzicka, e., Kremmyda, l., Stankova, B., & Zak, tot. (2011). Vetzuren als biocompounds: hun rol in het menselijk metabolisme, gezondheid en ziekte- een overzicht. Deel 1: Classificatie, voedingsbronnen en biologische functies. Biomed Pap Med fac univ palacky olomouc Tsjechische repub, 155(2), 117-130.