ASID LEMAK: STRUKTUR, JENIS, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2025

The asid lemak adalah makromolekul organik yang berasal dari hidrokarbon, yang terdiri daripada rantaian panjang atom karbon dan hidrogen mempunyai hydrophobicity (adalah liposoluble) dan merupakan asas struktur lemak dan lipid.

Mereka adalah molekul yang sangat pelbagai yang dibezakan antara satu sama lain dengan panjang rantai hidrokarbon mereka dan kehadiran, bilangan, kedudukan dan / atau konfigurasi ikatan berganda mereka.

Skema umum asid lemak tepu (Sumber: Laghi.l melalui Wikimedia Commons)

Dalam lipid haiwan, tumbuhan, kulat, dan mikroorganisma seperti bakteria dan ragi, lebih daripada 100 kelas asid lemak yang berlainan telah dijelaskan dan dianggap spesies dan tisu khusus pada kebanyakan makhluk hidup.

Minyak dan lemak yang dimakan manusia setiap hari, sama ada dari haiwan atau sayur-sayuran, terdiri terutamanya daripada asid lemak.

Pengenalan

Mentega, antara lain, pada dasarnya terdiri dari asam lemak (Sumber: Africa Studio, via pixabay.com)

Molekul asid lemak melakukan fungsi penting pada tahap sel, menjadikannya komponen penting dan, kerana beberapa di antaranya tidak dapat disintesis oleh haiwan, mereka mesti memperolehnya dari makanan.

Asid lemak tidak biasa sebagai spesies bebas dalam sitosol sel, jadi ia biasanya dijumpai sebagai bahagian konjugat molekul lain seperti:

- Lipid, dalam membran biologi.

- Trigliserida atau ester asid lemak, yang berfungsi sebagai simpanan tumbuhan dan haiwan.

- Lilin, yang merupakan ester pepejal asid lemak dan alkohol rantai panjang.

- Bahan lain yang serupa.

Pada haiwan, asid lemak disimpan di sitoplasma sel sebagai titisan lemak kecil yang terdiri dari kompleks yang disebut triacylglycerol, yang tidak lebih dari molekul gliserol yang terikatnya, di setiap atomnya karbon, rantai asid lemak oleh penghubung ester.

Walaupun bakteria mempunyai asid lemak tak jenuh tunggal dan pendek, biasanya terdapat asid lemak yang rantainya mempunyai bilangan atom karbon yang sama, biasanya antara 14 dan 24, tepu, tak jenuh tunggal atau tak jenuh ganda.

Struktur

Asid lemak adalah molekul amphipatik, iaitu, ia mempunyai dua kawasan yang ditentukan secara kimia: kawasan polar hidrofilik dan kawasan apolar hidrofobik.

Kawasan hidrofobik terdiri daripada rantai hidrokarbon panjang yang, dari segi kimia, tidak terlalu reaktif. Sebaliknya, wilayah hidrofilik terdiri daripada kumpulan karboksil terminal (-COOH), yang berkelakuan seperti asid.

Kumpulan karboksil terminal atau asid karboksilik ini mengion dalam larutan, sangat reaktif (bercakap secara kimia) dan sangat hidrofilik, sehingga mewakili tapak pengikat kovalen antara asid lemak dan molekul lain.

Panjang rantai hidrokarbon asid lemak biasanya mempunyai bilangan atom karbon yang sama, dan ini berkait rapat dengan proses biosintetik yang dihasilkannya, kerana pertumbuhannya berlaku dalam pasangan karbon.

Asid lemak yang paling biasa mempunyai rantai antara 16 dan 18 atom karbon dan pada haiwan, rantai ini tidak bercabang.

Pengelasan

Asid lemak dikelaskan kepada dua kumpulan besar mengikut sifat ikatan yang menyusunnya, iaitu, berdasarkan adanya ikatan tunggal atau ikatan berganda antara atom karbon rantai hidrokarbon mereka.

Oleh itu, terdapat asid lemak tepu dan tak jenuh.

- Asid lemak jenuh hanya mempunyai ikatan karbon - karbon tunggal dan semua atom karbonnya "tepu" atau melekat pada molekul hidrogen.

- Asid lemak tak jenuh mempunyai satu atau lebih ikatan berganda karbon-karbon dan tidak semua ini melekat pada atom hidrogen.

Asid lemak tak jenuh juga dibahagikan mengikut bilangan tak jenuh (ikatan berganda) menjadi tak jenuh tunggal, yang mempunyai satu ikatan berganda, dan tak jenuh ganda, yang mempunyai lebih daripada satu.

Asid lemak tepu

Mereka biasanya mempunyai antara 4 dan 26 atom karbon yang dihubungkan oleh ikatan tunggal. Titik leburnya berkadar langsung dengan panjang rantai, iaitu dengan berat molekulnya.

Asid lemak yang mempunyai antara 4 dan 8 karbon adalah cair pada suhu 25 ° C dan merupakan asid yang membentuk minyak yang boleh dimakan, sementara yang mempunyai lebih daripada 10 atom karbon padat.

Antara yang paling biasa adalah asid laurik, yang banyak terdapat pada inti sawit dan minyak kelapa; asid palmitik, terdapat di kelapa sawit, koko, dan lemak babi; dan asid stearat, terdapat dalam minyak koko dan hidrogenasi.

Mereka adalah asid lemak dengan kestabilan yang jauh lebih banyak daripada asid lemak tak jenuh, terutama terhadap pengoksidaan, sekurang-kurangnya dalam keadaan fisiologi.

Oleh kerana ikatan karbon-karbon tunggal dapat berputar dengan bebas, asid lemak tepu adalah molekul yang sangat fleksibel, walaupun halangan sterik menjadikan struktur yang dilanjutkan sepenuhnya menjadi paling stabil.

Asid lemak tak jenuh

Asid lemak ini sangat reaktif dan terdedah kepada ketepuan dan pengoksidaan. Mereka biasa pada tumbuhan dan organisma laut. Mereka yang hanya mempunyai satu ikatan berganda dikenali sebagai tak jenuh tunggal atau monoenoik, sementara mereka yang mempunyai lebih daripada dua dikenali sebagai polyenoic atau polyunsaturated.

Kehadiran ikatan berganda adalah biasa di antara atom karbon antara kedudukan 9 dan 10, tetapi ini tidak bermaksud bahawa asid lemak tak jenuh tunggal dengan tak tepu pada kedudukan lain tidak dijumpai.

Tidak seperti asam tepu, asid lemak tak jenuh disenaraikan bukan dari kumpulan karboksil terminal, tetapi mengikut kedudukan ikatan rangkap C - C. pertama Oleh itu, ia dibahagikan kepada dua kumpulan, asid omega-6 atau ω6. dan omega-3 atau ω3.

Asid omega-6 mempunyai ikatan rangkap pertama pada nombor karbon 6 dan asid omega-3 memilikinya pada nombor karbon 3. Nama ω diberikan oleh ikatan berganda yang paling hampir dengan kumpulan metil akhir.

Ikatan berganda juga boleh didapati dalam dua konfigurasi geometri yang dikenali sebagai "cis" dan "trans".

Sebilangan besar asid lemak tak jenuh semulajadi mempunyai konfigurasi "cis" dan ikatan berganda asid lemak yang terdapat dalam lemak komersial (terhidrogenasi) berada dalam "trans".

Dalam asid lemak tak jenuh ganda, dua ikatan berganda biasanya dipisahkan antara satu sama lain oleh sekurang-kurangnya satu kumpulan metil, iaitu atom karbon yang terikat pada dua atom hidrogen.

ciri-ciri

Asid lemak mempunyai banyak fungsi dalam organisma hidup dan, seperti yang disebutkan di atas, salah satu fungsi pentingnya adalah sebagai bahagian penting dari lipid, yang merupakan komponen utama membran biologi dan salah satu dari tiga biomolekul yang paling banyak terdapat dalam organisma. hidup bersama dengan protein dan karbohidrat.

Mereka juga merupakan substrat tenaga yang sangat baik kerana sejumlah besar tenaga diperoleh dalam bentuk ATP dan metabolit perantaraan yang lain.

Oleh kerana haiwan, misalnya, tidak mampu menyimpan karbohidrat, asid lemak merupakan sumber utama penyimpanan tenaga yang berasal dari pengoksidaan gula yang berlebihan.

Asid lemak tepu rantai pendek di usus besar berperanan dalam merangsang penyerapan air dan ion natrium, klorida, dan bikarbonat; Di samping itu, mereka mempunyai fungsi dalam pengeluaran lendir, dalam percambahan kolonosit (sel usus), dll.

Asid lemak tak jenuh terutama terdapat dalam minyak sayuran yang boleh dimakan, yang penting dalam diet semua manusia.

Minyak yang kita konsumsi setiap hari adalah asam lemak (Sumber: stevepb, via pixabay.com)

Yang lain mengambil bahagian sebagai ligan beberapa protein dengan aktiviti enzimatik, sebab itulah ia penting berkaitan dengan kesannya terhadap metabolisme tenaga sel-sel di mana ia dijumpai.

Biosintesis

Degradasi asid lemak dikenali sebagai β-oksidasi dan berlaku di mitokondria sel eukariotik. Biosintesis, sebaliknya, berlaku pada sitosol sel haiwan dan dalam kloroplas (organel fotosintetik) sel tumbuhan.

Ini adalah proses yang bergantung pada asetil-CoA, malonyl-CoA dan NADPH, ia berlaku pada semua organisma hidup dan pada haiwan yang "lebih tinggi" seperti mamalia. Sebagai contoh, ia sangat penting dalam tisu hati dan lemak, dan juga pada kelenjar susu.

NADPH yang digunakan untuk laluan ini adalah terutamanya hasil tindak balas pengoksidaan yang bergantung pada NADP dari laluan fosfat pentosa, sementara asetil-CoA boleh datang dari sumber yang berlainan, misalnya, dari dekarboksilasi piruvat oksidatif, dari Kitaran Krebs dan pengoksidaan β-asid lemak.

Jalur biosintesis, seperti pengoksidaan β, sangat diatur di semua sel oleh efektor alosterik dan modifikasi kovalen enzim yang berpartisipasi dalam peraturan.

-Sintesis Malonyl-coA

Laluan bermula dengan pembentukan perantaraan metabolik yang dikenali sebagai malonyl-CoA dari molekul asetil-CoA dan dikatalisis oleh enzim multifungsi yang disebut karetilase asetil-CoA.

Reaksi ini adalah reaksi penambahan molekul karboksil yang bergantung pada biotin (-COOH, karboksilasi) dan berlaku dalam dua langkah:

1. Pertama, pemindahan bergantung ATP dari karboksil yang berasal dari bikarbonat (HCO3-) ke molekul biotin berlaku sebagai kumpulan prostetik (bukan protein) yang berkaitan dengan karboksilase asetil-CoA.
2. Selepas itu, CO2 dipindahkan ke asetil-coA dan malonyl-coA dihasilkan.

-Raksi laluan

Pada haiwan, pembentukan rantai karbohidrat asid lemak berlaku lebih jauh melalui tindak balas pemeluwapan berurutan yang dikatalisis oleh enzim multimerik dan multifungsi yang dikenali sebagai sintase asid lemak.

Enzim ini memangkin pemeluwapan unit asetil-CoA dan pelbagai molekul malonyl-CoA yang dihasilkan dari reaksi karboksilase asetil-CoA, suatu proses di mana satu molekul CO2 dilepaskan untuk setiap malonil-CoA yang ia menambah.

Asid lemak yang tumbuh di esterifikasi menjadi protein yang disebut "acyl carrier protein" atau ACP, yang membentuk thiosester dengan kumpulan asil. Pada E. coli protein ini adalah polipeptida 10 kDa, tetapi pada haiwan ia merupakan bahagian kompleks sintase asid lemak.

Pemutusan ikatan thioester ini membebaskan sejumlah besar tenaga, yang memungkinkan, secara termodinamik, berlakunya langkah pemeluwapan di jalur biosintetik.

Kompleks sintase asid lemak

Dalam bakteria, aktiviti sintase asid lemak sebenarnya sesuai dengan enam enzim bebas yang menggunakan asetil-coA dan malonyl-coA untuk membentuk asid lemak dan dengan mana enam aktiviti enzim berbeza dikaitkan.

Kompleks sintase asid lemak homodimerik dan multifungsi dari haiwan (Sumber: Boehringer Ingelheim melalui Wikimedia Commons)

Pada mamalia, sebaliknya, sintase asid lemak adalah kompleks enzim homodimerik multifungsi sekitar 500 kDa berat molekul, yang mempunyai enam aktiviti pemangkin yang berbeza dan yang dikaitkan dengan protein pembawa asil.

Langkah 1: reaksi awal

Kumpulan thiol dalam residu sistein yang bertanggungjawab untuk pengikatan perantaraan metabolik dengan enzim ACP mesti dimuat, sebelum permulaan sintesis, dengan kumpulan asil yang diperlukan.

Untuk melakukan ini, kumpulan asetil asetil-coA dipindahkan ke kumpulan thiol (-SH) salah satu residu sistein subunit ACP sintase asid lemak. Tindak balas ini dikatalisis oleh subunit ACP-acyl-transferase.

Kumpulan asetil kemudian dipindahkan dari ACP ke residu sistein lain di tempat pemangkin subunit enzim lain dari kompleks yang dikenali sebagai β-ketoacyl-ACP-synthase. Oleh itu, kompleks enzim "disiapkan" untuk memulakan sintesis.

Langkah 2: Pemindahan unit malonyl-CoA

Malonyl-CoA yang dihasilkan oleh karboksilase asetil-CoA dipindahkan ke kumpulan thiol di ACP dan semasa reaksi ini bahagian CoA hilang. Reaksi dikatalisis oleh subunit malonyl-ACP-transferase kompleks sintase asid lemak, yang kemudian menghasilkan malonyl-ACP.

Semasa proses ini, kumpulan malonil dihubungkan dengan ACP dan β-ketoacyl-ACP-synthase melalui ester dan ikatan sulfhydryl yang lain.

Langkah 3: Pemeluwapan

Enzim β-ketoacyl-ACP-synthase memangkinkan pemindahan kumpulan asetil yang melekat padanya dalam langkah "priming" ke 2-karbon kumpulan malonyl yang, pada langkah sebelumnya, dipindahkan ke ACP.

Semasa tindak balas ini, molekul CO2 dilepaskan dari malonil, yang sepadan dengan CO2 yang disediakan oleh bikarbonat dalam tindak balas karboksilasi karetilase asetil-CoA. Acetoacetyl-ACP kemudiannya dihasilkan.

Langkah 4: Pengurangan

Subunit β-ketoacyl-ACP-reductase memangkinkan pengurangan bergantung pada NADPH acetoacetyl-ACP, sehingga membentuk D-β-hydroxybutyryl-ACP.

Langkah 5: penyahhidratan

Dalam langkah ini, trans-α, β-acyl-ACP atau ∆2-unsaturated-acyl-ACP (cratonyl-ACP) terbentuk, produk penyahhidratan D-β-hydroxybutyryl-ACP dengan tindakan enunl-subunit. ACP-hidratase.

Kemudian, cratonyl-ACP diturunkan menjadi butyryl-ACP oleh reaksi bergantung NADPH yang dikatalisis oleh subunit enoyl-ACP-reduktase. Tindak balas ini melengkapkan yang pertama dari tujuh kitaran yang diperlukan untuk menghasilkan palmitoyl-ACP, yang merupakan pendahulu hampir semua asid lemak.

Bagaimana tindak balas pemeluwapan seterusnya?

Kumpulan butyryl dipindahkan dari kumpulan ACP ke kumpulan thiol residu sistein dalam β-ketoacyl-ACP-synthase, di mana ACP dapat menerima kumpulan malonyl lain dari malonyl-CoA.

Dengan cara ini, reaksi yang berlaku adalah pemeluwapan malonyl-ACP dengan buturyl-β-ketoacyl-ACP-synthase, yang menimbulkan β-ketohexanoyl-ACP + CO2.

Palmitoyl-ACP yang timbul dari langkah-langkah berikutnya (setelah penambahan 5 lagi unit malonyl) dapat dilepaskan sebagai asid palmitik bebas berkat aktiviti enzim thioesterase, ia dapat dipindahkan ke CoA atau dimasukkan ke dalam asid fosfatidik untuk jalur sintesis fosfolipid dan triacylglyceride.

Struktur asid palmitik (Sumber: Andel, melalui Wikimedia Commons)

Sintase asid lemak dari kebanyakan organisma berhenti dalam sintesis palmitoyl-ACP, kerana tapak pemangkin subunit β-ketoacyl-ACP-synthase mempunyai konfigurasi di mana hanya asid lemak dengan panjang yang dapat ditampung.

Bagaimana asid lemak dengan bilangan atom karbon yang ganjil terbentuk?

Ini agak biasa pada organisma laut dan juga disintesis oleh kompleks sintase asid lemak. Walau bagaimanapun, reaksi "priming" berlaku dengan molekul yang lebih panjang, propionil-ACP, dengan tiga atom karbon.

Di mana dan bagaimana asid lemak rantai panjang terbentuk?

Asid palmitat, seperti yang dibincangkan, berfungsi sebagai pendahulu bagi banyak asid lemak tak jenuh dan tak jenuh yang lebih panjang. Proses "pemanjangan" asid lemak berlaku di mitokondria, sementara pengenalan tak jenuh berlaku pada dasarnya dalam retikulum endoplasma.

Banyak organisma mengubah asid lemak jenuh mereka menjadi tak jenuh sebagai penyesuaian kepada suhu persekitaran yang rendah, kerana ini memungkinkan mereka untuk menjaga titik lebur lipid di bawah suhu bilik.

Sifat asid lemak

Sebilangan besar sifat asid lemak bergantung pada panjang rantai dan kehadiran serta bilangan tak jenuh:

- Asid lemak tak jenuh mempunyai titik lebur yang lebih rendah daripada asid lemak tepu dengan panjang yang sama.

- Panjang asid lemak (bilangan atom karbon) berbanding terbalik dengan kelancaran atau kelenturan molekul, iaitu molekul "lebih pendek" lebih cair dan sebaliknya.

Secara amnya, zat lemak bendalir terdiri daripada asid lemak rantai pendek dengan kehadiran tak jenuh.

Tumbuhan mempunyai sejumlah besar asid lemak tak jenuh, serta haiwan yang hidup pada suhu yang sangat rendah, kerana ini, sebagai komponen lipid yang terdapat dalam membran sel, memberi mereka lebih banyak kelancaran dalam keadaan ini.

Dalam keadaan fisiologi, kehadiran ikatan berganda dalam rantai hidrokarbon asid lemak menyebabkan kelengkungan sekitar 30 °, yang menyebabkan molekul ini menempati ruang yang lebih besar dan mengurangkan kekuatan interaksi van der Waals mereka.

Kehadiran ikatan berganda dalam asid lemak yang berkaitan dengan molekul lipid mempunyai kesan langsung pada tahap "pembungkusan" yang mungkin ada pada membran yang menjadi miliknya dan dengan demikian juga mempunyai kesan pada protein membran.

Contoh pembentukan misel asid lemak dengan kumpulan karboksilik yang terdedah ke arah medium berair (Sumber: Benutzer: Anderl melalui Wikimedia Commons)

Kelarutan asid lemak berkurang apabila panjang rantai mereka bertambah, sehingga berkadar sebaliknya. Dalam campuran berair dan lipid, asid lemak bergabung dalam struktur yang dikenali sebagai misel.

Misel adalah struktur di mana rantai asid lemak alifatik "tertutup", sehingga "mengusir" semua molekul air dan di permukaannya terdapat kumpulan karboksil.

Tatanama

Tatanama asid lemak agak rumit, terutama jika seseorang merujuk pada nama umum yang mereka terima, yang sering berkaitan dengan beberapa sifat fizikokimia, dengan tempat ia dijumpai atau ciri lain.

Banyak penulis menganggap bahawa berkat kumpulan karboksil terminal molekul-molekul ini diionisasi pada pH fisiologi, seseorang harus merujuknya sebagai "karboksilat" menggunakan penamatan "ato" untuk ini.

Menurut sistem IUPAC, penghitungan atom karbon dari asid lemak dibuat dari kumpulan karboksil di hujung kutub molekul dan dua atom karbon pertama yang melekat pada kumpulan ini disebut α dan β, masing-masing. . Metil terminal rantai mengandungi atom karbon ω.

Secara umum, dalam tatanama sistematik mereka diberi nama hidrokarbon "induk" (hidrokarbon dengan jumlah atom karbon yang sama) dan akhirnya "o" digantikan dengan "oico", jika itu adalah asam lemak tidak tepu, "enoic" akhir ditambahkan.

Pertimbangkan, sebagai contoh, kes asid lemak C18 (C18):

- Oleh kerana hidrokarbon dengan bilangan atom karbon yang sama dikenali sebagai octadecane, asid tepu disebut "octadecanoic acid" atau "octadecanoate" dan nama umum adalah stearic acid.

- Sekiranya ia mempunyai ikatan ganda antara sepasang atom karbon dalam strukturnya, ia dikenali sebagai "asid oktadecenoik"

- Sekiranya ia mempunyai dua ikatan berganda c - c, maka ia disebut "asid oktadecadienoik" dan jika ia mempunyai tiga "asid oktadecatrienoik".

Sekiranya anda ingin meringkaskan tatanama, maka 18: 0 digunakan untuk asid lemak 18-karbon dan tidak ada ikatan berganda (tepu) dan, bergantung pada tahap tak jenuh, maka bukannya sifar, ditulis 18: 1 untuk molekul dengan tak jenuh, 18: 2 untuk satu dengan dua tak jenuh dan seterusnya.

Sekiranya anda ingin menentukan antara atom karbon manakah ikatan berganda dalam asid lemak tak jenuh, simbol Δ digunakan dengan superskrip berangka yang menunjukkan tempat tak jenuh dan awalan "cis" atau "trans", bergantung pada konfigurasi ini.

Rujukan

1. Badui, S. (2006). Kimia makanan. (E. Quintanar, Ed.) (Edisi ke-4.) Mexico DF: Pendidikan Pearson.
2. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biokimia (edisi ke-4). Boston, Amerika Syarikat: Brooks / Cole. Pembelajaran CENGAGE.
3. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokimia (edisi ke-3). San Francisco, California: Pearson.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Biokimia Ilustrasi Harper (edisi ke-28). Perubatan McGraw-Hill.
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (edisi ke-5).
6. Rawn, JD (1998). Biokimia. Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
7. Tvrzicka, E., Kremmyda, L., Stankova, B., & Zak, A. (2011). Asid lemak sebagai Biokomponen: Peranannya dalam Metabolisme Manusia, Kesihatan dan Penyakit- Kajian. Bahagian 1: Klasifikasi, Sumber Makanan dan Fungsi Biologi. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Republik Repub, 155 (2), 117-130.