TAUKSKĀBES: STRUKTŪRA, VEIDI, FUNKCIJAS, BIOSINTĒZE - BIOLOĢIJA - 2025

Šīs taukskābes ir organiskas makromolekulas, kas iegūti no ogļūdeņražu, kas sastāv no garas ķēdes oglekļa atomiem un ūdeņraža kam hidrofobitātes (ir taukos šķīstošas) un ir strukturālais pamats tauku un lipīdu.

Tās ir ļoti dažādas molekulas, kuras atšķir viena no otras ar to ogļūdeņražu virkņu garumu un divkāršo saišu klātbūtni, skaitu, pozīciju un / vai konfigurāciju.

Piesātināto taukskābju vispārējā shēma (Avots: Laghi.l caur Wikimedia Commons)

Dzīvnieku, augu, sēnīšu un mikroorganismu, piemēram, baktēriju un rauga, lipīdos ir aprakstītas vairāk nekā 100 dažādas taukskābju klases, un tās tiek uzskatītas par sugām un audiem raksturīgiem lielākajā daļā dzīvo lietu.

Eļļas un tauki, ko cilvēks patērē katru dienu, neatkarīgi no tā, vai tie ir dzīvnieku vai augu izcelsmes, galvenokārt sastāv no taukskābēm.

Ievads

Sviestu, cita starpā, galvenokārt veido taukskābes (Avots: Africa Studio, izmantojot pixabay.com)

Taukskābju molekulas pilda svarīgas funkcijas šūnu līmenī, padarot tās par būtiskām sastāvdaļām, un, tā kā dažas no tām dzīvnieki nevar sintezēt, tām tās jāiegūst no uztura.

Taukskābes ir retas kā brīvas sugas šūnu citosolā, tāpēc tās parasti atrodamas kā daļa no citiem molekulāriem konjugātiem, piemēram:

- lipīdi bioloģiskajās membrānās.

- triglicerīdi vai taukskābju esteri, kas kalpo par rezervi augiem un dzīvniekiem.

- Vaski, kas ir garu ķēžu taukskābju un spirtu cietie esteri.

- Citas līdzīgas vielas.

Dzīvniekiem taukskābes šūnu citoplazmā tiek uzglabātas kā mazi tauku pilieni, kas sastāv no kompleksa ar nosaukumu triacilglicerīns, kas ir nekas cits kā glicerīna molekula, pie kuras tā ir piesaistījusies, katrā no tā atomiem. ogleklis, taukskābju ķēde ar esteru saitēm.

Kamēr baktērijām ir īsas un parasti mononepiesātinātās taukskābes, dabā ir ierasts atrast taukskābes, kuru ķēdēs ir pat oglekļa atomu skaits, parasti no 14 līdz 24, piesātinātas, mononepiesātinātas vai polinepiesātinātas.

Uzbūve

Taukskābes ir amfātiskās molekulas, tas ir, tām ir divi ķīmiski definēti reģioni: hidrofils polārais reģions un hidrofobisks apolārs reģions.

Hidrofobisko reģionu veido gara ogļūdeņražu ķēde, kas ķīmiskajā ziņā nav ļoti reaģējoša. No otras puses, hidrofīlais reģions sastāv no terminālas karboksilgrupas (-COOH), kas uzvedas kā skābe.

Šī terminālā karboksilgrupa vai karbonskābe jonizējas šķīdumā, ir ļoti reaģējoša (ķīmiski runājot) un ļoti hidrofila, tādējādi pārstāvot kovalento saistīšanas vietu starp taukskābi un citām molekulām.

Taukskābju ogļūdeņražu ķēžu garumā parasti ir vienāds oglekļa atomu skaits, un tas ir cieši saistīts ar biosintētisko procesu, kurā tās tiek ražotas, jo to augšana notiek oglekļa atomu pāros.

Visbiežāk taukskābēs ir virknes no 16 līdz 18 oglekļa atomiem, un dzīvniekiem šīs ķēdes ir nesazarotas.

Klasifikācija

Taukskābes tiek klasificētas divās lielās grupās pēc saišu veida, kas tās veido, tas ir, saskaņā ar vienreizēju saišu vai divkāršu saišu klātbūtni starp to ogļūdeņražu ķēžu oglekļa atomiem.

Tādējādi ir piesātinātas un nepiesātinātas taukskābes.

- Piesātinātajām taukskābēm ir tikai vienas oglekļa-oglekļa saites, un visi to oglekļa atomi ir "piesātināti" vai saistīti ar ūdeņraža molekulām.

- Nepiesātinātajām taukskābēm ir viena vai vairākas oglekļa-oglekļa dubultā saites, un ne visas no tām ir saistītas ar ūdeņraža atomu.

Nepiesātinātās taukskābes arī tiek sadalītas pēc nepiesātināto (divkāršo saišu) skaita mononepiesātinātās, tajās, kurām ir tikai viena divkāršā saite, un polinepiesātinātajās, tajās, kurās ir vairāk nekā viena.

Piesātinātās taukskābes

Viņiem parasti ir no 4 līdz 26 oglekļa atomiem, kas saistīti ar vienotajām saitēm. Tā kušanas temperatūra ir tieši proporcionāla ķēdes garumam, tas ir, tās molekulmasai.

Taukskābes, kurās ir no 4 līdz 8 oglekļiem, 25 ° C temperatūrā ir šķidras, un tās ir tās, kas veido pārtikas eļļas, savukārt tās, kurās ir vairāk nekā 10 oglekļa atomu, ir cietas.

Starp visizplatītākajiem ir laurskābe, kas ir bagātīga palmu kauliņos un kokosriekstu eļļās; palmitīnskābe, kas atrodama palmās, kakao un taukos, un stearīnskābe, kas atrodama kakao un hidrogenētās eļļās.

Tās ir taukskābes ar daudz lielāku stabilitāti nekā nepiesātinātās taukskābes, īpaši pret oksidāciju, vismaz fizioloģiskos apstākļos.

Tā kā oglekļa-oglekļa vienreizējās saites var brīvi griezties, piesātinātās taukskābes ir ļoti elastīgas molekulas, lai gan steriski šķēršļi padara pilnībā izstiepto struktūru enerģētiski stabilāko.

Nepiesātinātās taukskābes

Šīs taukskābes ir ļoti reaģējošas un pakļautas piesātinājumam un oksidācijai. Tie ir izplatīti augos un jūras organismos. Tie, kuriem ir tikai viena divkāršā saite, ir pazīstami kā mononepiesātinātie vai mono piesātinātie, savukārt tie, kuriem ir vairāk nekā divi, ir zināmi kā polineoīdi vai polinepiesātinātie.

Divkāršo saišu klātbūtne ir izplatīta starp oglekļa atomiem starp 9. un 10. pozīciju, taču tas nenozīmē, ka neatrodas mononepiesātinātās taukskābes ar nepiesātinātu citā pozīcijā.

Atšķirībā no piesātinātajām, nepiesātinātās taukskābes tiek uzskaitītas nevis no galīgās karboksilgrupas, bet gan pēc pirmās C-C divkāršās saites pozīcijas, tādējādi tās ir sadalītas divās grupās - omega-6 vai ω6 skābes. un omega-3 vai ω3.

Omega-6 skābēm ir pirmā dubultā saite ar oglekļa atomu 6 un Omega-3 skābēm ir pie oglekļa atoma 3. Nosaukums given tiek piešķirts ar divkāršo saiti, kas ir vistuvāk galīgajai metilgrupai.

Divkāršās saites var atrast arī divās ģeometriskās konfigurācijās, kas pazīstamas kā "cis" un "trans".

Lielākajai daļai dabisko nepiesātināto taukskābju ir "cis" konfigurācija, un taukskābju dubultā saites, kas atrodas komerciālos (hidrogenētos) taukos, ir "trans".

Polinepiesātinātās taukskābēs divas dubultās saites parasti atdala viena no otras ar vismaz vienu metilgrupu, tas ir, vienu oglekļa atomu, kas piesaistīts diviem ūdeņraža atomiem.

Iespējas

Taukskābēm ir vairākas funkcijas dzīvajos organismos, un, kā minēts iepriekš, viena no to galvenajām funkcijām ir būtiska lipīdu sastāvdaļa, kas ir bioloģisko membrānu galvenās sastāvdaļas un viena no trim organismu visbagātākajām biomolekulēm. dzīvs kopā ar olbaltumvielām un ogļhidrātiem.

Tie ir arī lieliski enerģijas substrāti, pateicoties kuriem liels enerģijas daudzums tiek iegūts ATP un citu starpproduktu metabolītu veidā.

Tā kā, piemēram, dzīvnieki nespēj uzglabāt ogļhidrātus, taukskābes ir galvenais enerģijas uzkrāšanas avots, kas rodas no pārmērīgi patērētā cukura oksidācijas.

Īsās ķēdes piesātinātās taukskābes resnajā zarnā piedalās ūdens un nātrija, hlorīda un bikarbonāta jonu absorbcijas stimulēšanā; Turklāt tām ir funkcijas gļotu ražošanā, kolonocītu (resnās zarnas šūnu) proliferācijā utt.

Nepiesātinātās taukskābes ir īpaši bagātīgas pārtikas augu eļļās, kuras ir svarīgas visu cilvēku uzturā.

Eļļas, kuras mēs katru dienu patērējam, ir taukskābes (Avots: stevepb, izmantojot pixabay.com)

Citi piedalās kā dažu olbaltumvielu ligandi ar enzimātiskām aktivitātēm, tāpēc tie ir svarīgi, ņemot vērā to ietekmi uz šūnu metabolismu, kur tie atrodas.

Biosintēze

Taukskābju sadalīšanās ir zināma kā β-oksidācija un notiek eikariotu šūnu mitohondrijos. Biosintēze, gluži pretēji, notiek dzīvnieku šūnu citosolā un augu šūnu hloroplastos (fotosintētiskos organellos).

Tas ir process, kas atkarīgs no acetil-CoA, malonil-CoA un NADPH, tas notiek visos dzīvos organismos un "augstākos" dzīvniekos, piemēram, zīdītājos. Piemēram, tas ir ļoti svarīgi aknās un tauku audos, kā arī piena dziedzeros.

Šajā ceļā izmantotais NADPH ir galvenokārt no NADP atkarīgo oksidācijas reakciju produkts no pentozes fosfāta ceļa, savukārt acetil-CoA var nākt no dažādiem avotiem, piemēram, no piruvāta oksidatīvās dekarboksilēšanas, Krebsa cikls un taukskābju β-oksidācija.

Biosintēzes ceļu, tāpat kā β-oksidācijas ceļu, visās šūnās ļoti regulē alosteriskie efektori un fermentu kovalentās modifikācijas, kas piedalās regulācijā.

-Malonil-koA sintēze

Ceļš sākas ar metaboliska starpprodukta, kas pazīstams kā malonil-CoA, veidošanos no acetil-CoA molekulas, un to katalizē daudzfunkcionāls enzīms, ko sauc par acetil-CoA karboksilāzi.

Šī reakcija ir no biotīna atkarīgās karboksilmolekļa (-COOH, karboksilēšanās) pievienošanas reakcija, un tā notiek divos posmos:

1. Pirmkārt, no bikarbonātiem iegūtu karboksilgrupas (HCO3-) pārnešana no ATP uz biotīna molekulu notiek kā protezēšanas (ne-olbaltumvielu) grupa, kas saistīta ar acetil-CoA karboksilāzi.
2. Pēc tam CO2 pārnes uz acetil-koA un tiek iegūts malonila-koA.

- Maršruta reakcija

Dzīvniekiem taukskābju ogļhidrātu ķēdes veidojas tālāk, izmantojot secīgas kondensācijas reakcijas, kuras katalizē multimērisks un daudzfunkcionāls ferments, kas pazīstams kā taukskābju sintāze.

Šis ferments katalizē acetil-CoA vienības un vairāku malonil-CoA molekulu, kas rodas no acetil-CoA karboksilāzes reakcijas, kondensāciju - procesu, kurā katram malonil-CoA izdalās viena CO2 molekula, kas tas piebilst.

Pieaugošās taukskābes tiek esterificētas līdz olbaltumvielām, kuras sauc par "acil nesējproteīniem" vai ACP, kas veido tioesterus ar acilgrupām. E. coli proteīns ir 10 kDa polipeptīds, bet dzīvniekiem tas ir taukskābju sintāzes kompleksa sastāvdaļa.

Šo tioestera saišu pārrāvums izdala lielu daudzumu enerģijas, kas termodinamiski ļauj biosintēzes ceļā rasties kondensācijas posmiem.

Taukskābju sintāzes komplekss

Baktērijās taukskābju sintāzes aktivitāte faktiski atbilst sešiem neatkarīgiem fermentiem, kas taukskābju veidošanai izmanto acetil-koA un malonil-koA un ar kuriem ir saistītas sešas dažādas enzīmu aktivitātes.

Dzīvnieku homodimerā un daudzfunkcionālais taukskābju sintāzes komplekss (Avots: Boehringer Ingelheim, izmantojot Wikimedia Commons)

Gluži pretēji, zīdītājiem taukskābju sintāze ir daudzfunkcionāls homodimēru enzīmu komplekss ar aptuveni 500 kDa molekulmasu, kam ir sešas dažādas katalītiskās aktivitātes un ar kuru asociējas acil nesējproteīns.

1. solis: reakcijas sagatavošana

Tiola grupas cisteīna atlikumos, kas atbild par metabolisma starpproduktu saistīšanos ar ACP enzīmu, pirms sintēzes sākuma ir jāielādē ar nepieciešamajām acilgrupām.

Lai to izdarītu, acetil-koA acetilgrupa tiek pārvietota uz vienas no taukskābju sintāzes ĀKK apakšvienības cisteīna atlikumiem (-SH). Šo reakciju katalizē ACP-acil-transferāzes apakšvienība.

Pēc tam acetilgrupu no ACP pārnes uz citu cisteīna atlikumu cita enzīma subvienības kompleksa, kas pazīstams kā β-ketoacil-ACP-sintāze, katalītiskajā vietā. Tādējādi fermentu komplekss tiek "sagatavots", lai sāktu sintēzi.

2. solis: Malonil-CoA vienību pārvietošana

Malonil-CoA, ko ražo acetil-CoA karboksilāze, tiek nodots tiolu grupai ACP, un šīs reakcijas laikā CoA daļa tiek zaudēta. Reakciju katalizē taukskābju sintāzes kompleksa malonil-ACP-transferāzes apakšvienība, kas pēc tam veido malonil-ACP.

Šī procesa laikā malonilgrupa tiek saistīta ar ACP un β-ketoacil-ACP-sintāzi caur attiecīgi esteri un citu sulfhidrilgrupu.

3. solis: kondensācija

Ferments β-ketoacil-ACP-sintāze katalizē acetilgrupas, kas tai bija pievienota "sagatavošanas" posmā, pārnešanu uz malonilgrupas 2-oglekļa atomu, kas iepriekšējā solī tika pārnesta uz ACP.

Šīs reakcijas laikā no malonila izdalās CO2 molekula, kas atbilst CO2, ko nodrošina bikarbonāts acetil-CoA karboksilāzes karboksilācijas reakcijā. Pēc tam tiek iegūts acetoacetil-ACP.

4. solis: samazināšana

Β-ketoacil-ACP-reduktāzes apakšvienība katalizē no NADPH atkarīgo acetoacetil-ACP reducēšanu, tādējādi veidojot D-β-hidroksibutiril-ACP.

5. solis: dehidratācija

Šajā posmā veidojas trans-α, β-acil-ACP vai ∆2-nepiesātinātās acil-ACP (kruonil-ACP), produkts no D-β-hidroksibutiril-ACP dehidratācijas, iedarbojoties enoil-apakšvienībai. ĀKK-hidrātāze.

Vēlāk karotonil-ACP tiek reducēts līdz butiril-ACP ar NADPH atkarīgu reakciju, ko katalizē enoil-ACP-reduktāzes apakšvienība. Šī reakcija pabeidz pirmo no septiņiem cikliem, kas nepieciešami palmitoil-ACP iegūšanai, kas ir gandrīz visu taukskābju priekštecis.

Kā notiek sekojošās kondensācijas reakcijas?

Butirilgrupu no ACP pārnes uz β-ketoacil-ACP-sintāzes cisteīna atlikumu tiolu grupu, tādējādi ACP spēj pieņemt citu malonilgrupu no malonil-CoA.

Šādā veidā notiek reakcija ar malonil-ACP kondensāciju ar buturil-β-ketoacil-ACP-sintāzi, kas rada β-ketoheksanoil-ACP + CO2.

Palmitoil-ACP, kas rodas turpmākajos posmos (pēc vēl 5 malonilu vienību pievienošanas), pateicoties tioesterāzes enzīma aktivitātei, var izdalīties kā brīva palmitīnskābe, to var pārnest uz CoA vai iekļaut fosfatidilskābē fosfolipīdu un triacilglicerīdu sintēzes ceļš.

Palmitīnskābes struktūra (Avots: Andel, izmantojot Wikimedia Commons)

Lielākās daļas organismu taukskābju sintāze apstājas palmitoil-ACP sintēzē, jo β-ketoacil-ACP-sintāzes apakšvienības katalītiskās vietas konfigurācija ir tāda, kurā var ietilpt tikai tāda garuma taukskābes.

Kā veidojas taukskābes ar nepāra skaitu oglekļa atomu?

Tie ir salīdzinoši izplatīti jūras organismos, un tos sintezē arī taukskābju sintāzes komplekss. Tomēr "gruntēšanas" reakcija notiek ar garāku molekulu, propionil-ACP, ar trim oglekļa atomiem.

Kur un kā veidojas garākās ķēdes taukskābes?

Kā apspriests, palmitīnskābe kalpo kā daudzu garāku ķēžu piesātināto un nepiesātināto taukskābju priekšgājējs. Taukskābju "pagarināšanas" process notiek mitohondrijos, savukārt nepiesātinājumu ieviešana galvenokārt notiek endoplazmatiskajā retikulumā.

Daudzi organismi piesātinātās taukskābes pārveido par nepiesātinātām taukskābēm, pielāgojoties zemai vides temperatūrai, jo tas ļauj tiem saglabāt lipīdu kušanas temperatūru zem istabas temperatūras.

Taukskābju īpašības

Daudzas taukskābju īpašības ir atkarīgas no to ķēdes garuma un nepiesātinājumu klātbūtnes un skaita:

- Nepiesātinātajām taukskābēm ir zemāka kušanas temperatūra nekā vienāda garuma piesātinātajām taukskābēm.

- Taukskābju garums (oglekļa atomu skaits) ir apgriezti proporcionāls molekulas plūstamībai vai elastīgumam, tas ir, "īsākās" molekulas ir šķidrākas un otrādi.

Parasti šķidrās taukskābes sastāv no īsās ķēdes taukskābēm ar nepiesātinātu klātbūtni.

Augos ir daudz nepiesātinātu taukskābju, kā arī dzīvnieki, kas dzīvo ļoti zemā temperatūrā, jo šie kā šūnu membrānās esošo lipīdu komponenti šajos apstākļos nodrošina lielāku plūstamību.

Fizioloģiskos apstākļos divkāršās saites klātbūtne taukskābes ogļūdeņraža ķēdē izraisa izliekumu aptuveni 30 °, kas liek šīm molekulām aizņemt lielāku vietu un samazina to van der Waals mijiedarbības stiprumu.

Divkāršo saišu klātbūtne taukskābēs, kas saistītas ar lipīdu molekulām, tieši ietekmē to "iesaiņošanas" pakāpi, kāda tām var būt membrānās, kurām tās pieder, un tādējādi ietekmē arī membrānas olbaltumvielas.

Taukskābju micellas veidošanās piemērs ar karbonskābēm, kuras pakļautas ūdens videi (Avots: Benutzer: Anderl, izmantojot Wikimedia Commons)

Taukskābju šķīdība samazinās, palielinoties to ķēdes garumam, tāpēc tās ir apgriezti proporcionālas. Ūdens un lipīdu maisījumos taukskābes saista struktūrās, kuras sauc par micellām.

Miča ir struktūra, kurā taukskābju alifātiskās ķēdes ir "slēgtas", tādējādi "izraidot" visas ūdens molekulas un uz kuras virsmas ir karboksilgrupas.

Nomenklatūra

Taukskābju nomenklatūra var būt nedaudz sarežģīta, it īpaši, ja atsaucas uz vispārpieņemtajiem nosaukumiem, ko tie saņem, kas bieži ir saistīti ar kādām fizikāli ķīmiskām īpašībām, ar vietu, kur tās atrodamas, vai citām īpašībām.

Daudzi autori uzskata, ka, pateicoties tieši terminālajai karboksilgrupai, šīs molekulas tiek jonizētas fizioloģiskā pH līmenī, ir jāpiemin tās kā "karboksilāti", izmantojot šim nolūkam galotni "ato".

Saskaņā ar IUPAC sistēmu taukskābes oglekļa atomu uzskaitījums tiek veikts no karboksilgrupas molekulas polārajā galā, un pirmie divi oglekļa atomi, kas pievienoti šai grupai, attiecīgi tiek saukti par α un β. . Ķēdes terminālais metils satur oglekļa atomu ω.

Parasti sistemātiskajā nomenklatūrā viņiem tiek dots “vecāku” ogļūdeņraža nosaukums (ogļūdeņradis ar vienādu oglekļa atomu skaitu), un tā galotni “o” aizstāj ar “oico”, ja tā ir taukskābe nepiesātināts, tiek pievienots galotne "enoic".

Apsveriet, piemēram, C18 (C18) taukskābes gadījumu:

- Tā kā ogļūdeņradi ar vienādu oglekļa atomu skaitu sauc par oktadekānu, piesātināto skābi sauc par "oktadekānskābi" vai "oktadekanoātu", un tā parastais nosaukums ir stearīnskābe.

- Ja tā struktūrā ir divkārša saite starp oglekļa atomu pāri, to sauc par “oktadecenskābi”

- Ja tai ir divas dubultās saites c-c, tad to sauc par "oktadekadadienskābi", ja, ja tai ir trīs "oktadekatrienoīnskābe".

Ja vēlaties apkopot nomenklatūru, 18-oglekļa taukskābei tiek izmantots 18: 0 un nav divkāršās saites (piesātinātas), un atkarībā no nepiesātinātības pakāpes nulles vietā molekulai ar 18: 1 tiek uzrakstīts 18: 1 nepiesātinātība, 18: 2 vienam ar diviem nepiesātinātiem utt.

Ja vēlaties norādīt, kuri oglekļa atomi ir divkāršās saites nepiesātinātās taukskābēs, simbolu ∆ lieto ar ciparu virsrakstu, kas norāda nepiesātināšanas vietu un priedēkli “cis” vai “trans”, atkarībā no šī konfigurācija.

Atsauces

1. Badui, S. (2006). Pārtikas ķīmija. (E. Quintanar, ed.) (4. izdevums). Meksika DF: Pīrsona izglītība.
2. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Bioķīmija (4. izdevums). Bostona, ASV: Brooks / Cole. CENGAGE mācīšanās.
3. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Bioķīmija (3. izd.). Sanfrancisko, Kalifornija: Pīrsons.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harpera ilustrētā bioķīmija (28. izdevums). McGraw-Hill Medical.
5. Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums).
6. Rawn, JD (1998). Bioķīmija. Burlingtons, Masačūsetsa: Neil Patterson Publishers.
7. Tvrzicka, E., Kremmyda, L., Stankova, B., & Zak, A. (2011). Taukskābes kā bioloģiskas savienojumi: to loma cilvēka metabolismā, veselībā un slimībās - pārskats. 1. daļa: Klasifikācija, uztura avoti un bioloģiskās funkcijas. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Čehijas Republika, 155 (2), 117–130.