Trójglicerydy - Triglyceride
Rodzaje tłuszczów w żywności |
---|
Zobacz też |
Triglicerydów ( TG , triacyloglicerol , TAG lub triacyloglicerydowych ) jest ester pochodzą z gliceryny i trzech kwasów tłuszczowych (z trój- i glicerydów ). Triglicerydy są głównymi składnikami tkanki tłuszczowej u ludzi i innych kręgowców, a także tłuszczem roślinnym . Są one również obecne we krwi, aby umożliwić dwukierunkowe przenoszenie tłuszczu tłuszczowego i glukozy we krwi z wątroby i są głównym składnikiem olejków ze skóry ludzkiej .
Istnieje wiele rodzajów trójglicerydów. Jedna konkretna klasyfikacja skupia się na typach nasyconych i nienasyconych . Tłuszcze nasycone nie zawierają grup C=C. Tłuszcze nienasycone mają jedną lub więcej grup C=C. Tłuszcze nienasycone mają zwykle niższą temperaturę topnienia niż analogi nasycone; w rezultacie często są płynne w temperaturze pokojowej.
Struktura chemiczna
Triglicerydy to triestry składające się z glicerolu związanego z trzema cząsteczkami kwasów tłuszczowych . Alkohole mają grupę hydroksylową (HO-). Kwasy organiczne mają grupę karboksylową (–COOH). Alkohole i kwasy organiczne łączą się w estry . Cząsteczka glicerolu ma trzy grupy hydroksylowe (HO–), a każdy kwas tłuszczowy ma grupę karboksylową (–COOH). W triglicerydach grupy hydroksylowe glicerolu łączą się z grupami karboksylowymi kwasu tłuszczowego, tworząc wiązania estrowe :
- HOCH 2 CH (OH) CH 2 OH + RCO 2 H + R'CO 2 H + R "CO 2 H → RCO 2 CH 2 CH (O 2 CR") CH 2 CO 2 R "+ 3 H 2 O
Trzy kwasy tłuszczowe (RCO 2 H, R′CO 2 H, R″CO 2 H w powyższym równaniu) są zwykle różne, ponieważ znanych jest wiele rodzajów triglicerydów. Długości łańcuchów kwasów tłuszczowych w naturalnie występujących triglicerydach są różne, ale większość z nich zawiera 16, 18 lub 20 atomów węgla. Naturalne kwasy tłuszczowe występujące w roślinach i zwierzętach zazwyczaj składają się tylko z parzystych atomów węgla, co odzwierciedla ścieżkę ich biosyntezy z dwuwęglowego bloku budulcowego acetylo-CoA . Bakterie posiadają jednak zdolność syntezy kwasów tłuszczowych o łańcuchach nieparzystych i rozgałęzionych. W rezultacie tłuszcz zwierzęcy przeżuwaczy zawiera nieparzyste kwasy tłuszczowe, takie jak 15, ze względu na działanie bakterii w żwaczu . Wiele kwasów tłuszczowych jest nienasyconych; niektóre są wielonienasycone (np. te pochodzące z kwasu linolowego ).
Większość naturalnych tłuszczów zawiera złożoną mieszaninę poszczególnych trójglicerydów. Z tego powodu topią się w szerokim zakresie temperatur. Masło kakaowe jest niezwykłe, ponieważ składa się tylko z kilku triglicerydów, pochodzących z kwasów palmitynowego , oleinowego i stearynowego odpowiednio w pozycjach 1, 2 i 3 glicerolu.
Homo- i heterotriglicerydy
Najprostsze triglicerydy to te, w których trzy kwasy tłuszczowe są identyczne. Ich nazwy wskazują na kwas tłuszczowy: stearyna pochodząca z kwasu stearynowego , palmityna pochodząca z kwasu palmitynowego itp. Związki te można otrzymać w trzech postaciach krystalicznych ( polimorfy ): α, β i β′, czyli trzech formach różniących się temperaturą topnienia .
Jeśli pierwszy i trzeci kwas tłuszczowy na glicerolu różnią się, to trigliceryd jest chiralny .
Struktura
Kształt cząsteczek tłuszczu i kwasów tłuszczowych zwykle nie jest dobrze określony. Dowolne dwie części cząsteczki, które są połączone tylko jednym pojedynczym wiązaniem, mogą swobodnie obracać się wokół tego wiązania. Zatem cząsteczka kwasu tłuszczowego z n wiązaniami prostymi może zostać zdeformowana n -1 niezależnymi sposobami (uwzględniając również rotację końcowej grupy metylowej ).
Taka rotacja nie może nastąpić w poprzek wiązania podwójnego, chyba że przez rozerwanie, a następnie przekształcenie go jedną z połówek cząsteczki obróconą o 180 stopni, co wymaga przekroczenia znacznej bariery energetycznej . Tak więc cząsteczka tłuszczu lub kwasu tłuszczowego z wiązaniami podwójnymi (z wyłączeniem samego końca łańcucha) może mieć wiele izomerów cis-trans o znacząco różnych właściwościach chemicznych i biologicznych. Każde wiązanie podwójne zmniejsza liczbę konformacyjnych stopni swobody o jeden. Każde potrójne wiązanie zmusza cztery najbliższe węgle do układania się w linii prostej, usuwając dwa stopnie swobody.
Wynika z tego, że przedstawienia „nasyconych” kwasów tłuszczowych bez wiązań podwójnych (jak stearynowy) o „prostym zygzakowatym” kształcie oraz te z jednym wiązaniem cis (jak oleinowy) wygiętym w kształt „łokcia” są nieco mylące. Podczas gdy te ostatnie są nieco mniej elastyczne, oba można skręcić, aby uzyskać podobne kształty proste lub łokciowe. W rzeczywistości, poza pewnymi konkretnymi kontekstami, takimi jak kryształy lub membrany dwuwarstwowe , oba są bardziej prawdopodobne w losowo powyginanych konfiguracjach niż w którymkolwiek z tych dwóch kształtów.
Przykłady
Kwas stearynowy nasycony |
|
---|---|
Kwas oleinowy nienasycony cis -8 |
|
Kwas elaidynowy nienasycony trans -8 |
|
Kwas wakcenowy nienasycony trans -11 |
Kwas stearynowy jest nasyconym kwasem tłuszczowym (z tylko pojedynczymi wiązaniami) znajdującym się w tłuszczach zwierzęcych i jest produktem przeznaczonym do pełnego uwodornienia.
Kwas oleinowy ma wiązanie podwójne (a zatem „nienasycone”) o geometrii cis mniej więcej w połowie łańcucha; stanowi 55-80% oliwy z oliwek.
Jego izomerem trans jest kwas elaidynowy ; może występować w częściowo uwodornionych olejach roślinnych, a także występuje w tłuszczu owoców duriana (około 2%) oraz w tłuszczu mleka (poniżej 0,1%).
Kwas wakcenowy jest kolejnym kwasem trans , który różni się od elaidynowego tylko pozycją podwójnego wiązania; występuje również w tłuszczu mlecznym (ok. 1-2%).
Nomenklatura
Popularne nazwy tłuszczów
Tłuszcze są zwykle nazywane od ich źródła (jak oliwa z oliwek , olej z wątroby dorsza , masło shea , tłuszcz z ogona ) lub mają własne tradycyjne nazwy (jak masło, smalec, ghee i margaryna ). Niektóre z tych nazw odnoszą się do produktów, które oprócz właściwych tłuszczów zawierają znaczne ilości innych składników.
Nazwy chemicznych kwasów tłuszczowych
W chemii i biochemii dziesiątki nasyconych kwasów tłuszczowych i setki nienasyconych kwasów tłuszczowych mają tradycyjne nazwy naukowe/techniczne zwykle inspirowane tłuszczami źródłowymi (masłowy, kaprylowy , stearynowy, oleinowy, palmitynowy i nerwowy ), ale czasami ich odkrywca ( miód pitny , osbond ).
Trigliceryd byłby wówczas nazwany jako ester tych kwasów, taki jak „palmitynian 1,2-dioleinianu glicerolu”.
IUPAC
W ogólnej nomenklaturze chemicznej opracowanej przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) zalecana nazwa kwasu tłuszczowego, wywodząca się od nazwy odpowiedniego węglowodoru , w pełni opisuje jego strukturę, podając liczbę węgli i liczbę i położenie wiązań podwójnych. Na przykład kwas oleinowy będzie nazywany „kwasem (9Z)-oktadec-9-enowym”, co oznacza, że ma łańcuch 18-węglowy („oktadec”) z karboksylem na jednym końcu („oic”) i podwójnym związany na węglu 9 licząc od karboksylu ("9-en"), i że konfiguracja wiązań pojedynczych sąsiadujących z tym wiązaniem podwójnym to cis ("(9Z)") Nomenklatura IUPAC może również obsługiwać rozgałęzione łańcuchy i pochodne, w których wodór atomy są zastępowane innymi grupami chemicznymi.
Trigliceryd byłby wówczas nazwany zgodnie z ogólnymi zasadami estrowymi, na przykład „propano-1,2,3-trylo 1,2-bis((9Z)-oktadek-9-enian) 3-(heksadekanian)”.
Kod kwasu tłuszczowego
Notacja specyficzna dla kwasów tłuszczowych o nierozgałęzionym łańcuchu, która jest tak dokładna jak notacja IUPAC, ale łatwiejsza do przeanalizowania, to kod w postaci „{N}:{D} cis-{CCC} trans-{TTT}”, gdzie {N} to liczba węgli (w tym karboksylowy), {D} to liczba wiązań podwójnych, {CCC} to lista pozycji wiązań podwójnych cis , a {TTT} to lista pozycji z trans granicami. Lista i etykieta są pomijane, jeśli nie ma granic tego typu.
Na przykład kody kwasów stearynowych, oleinowych, elaidynowych i wakcenowych to „18:0”, „18:1 cis-9”, „18:1 trans-9” i „18:1 trans- 11", odpowiednio. Kod kwasu α-olestearynowego , który w nomenklaturze IUPAC to „(9E,11E,13Z)-oktadeka-9,11,13-trienowy kwas” ma kod „18:3 trans-9,11 cis-13 "
Klasyfikacja
Według długości łańcucha
Tłuszcze można klasyfikować według długości łańcuchów węglowych ich składowych kwasów tłuszczowych. Większość właściwości chemicznych, takich jak temperatura topnienia i kwasowość, zmienia się stopniowo wraz z tym parametrem, więc nie ma ostrego podziału. Chemicznie kwas mrówkowy (1 węgiel) i kwas octowy (2 węgle) można uznać za najkrótsze kwasy tłuszczowe; wtedy triformina byłaby najprostszym triglicerydem. Jednak terminy „kwas tłuszczowy” i „tłuszcz” są zwykle zarezerwowane dla związków o znacznie dłuższych łańcuchach.
Podział powszechnie stosowany w biochemii i żywieniu to:
- Krótkołańcuchowy kwas tłuszczowy ( SCFA ) zawierający mniej niż sześć atomów węgla (np. kwas masłowy ).
- Kwas tłuszczowy o średniej długości łańcucha ( MCFA ) z 6 do 12 atomami węgla (np. kwas kaprynowy ).
- Długołańcuchowe kwasy tłuszczowe ( LCFA ) o 13 do 21 atomach węgla (np. kwas petroselinowy ).
- Bardzo długołańcuchowe kwasy tłuszczowe ( VLCFA ) z 22 lub więcej atomami węgla (np. kwas cerotowy z 26)
Cząsteczka triglicerydów może zawierać elementy kwasów tłuszczowych o różnej długości, a produkt tłuszczowy często będzie mieszanką różnych triglicerydów. Większość tłuszczów występujących w żywności, zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych, składa się z kwasów tłuszczowych o średniej lub długiej długości, zwykle o równej lub prawie równej długości.
Tłuszcze nasycone i nienasycone
W żywieniu człowieka ważna klasyfikacja tłuszczów opiera się na liczbie i pozycji wiązań podwójnych w składowych kwasach tłuszczowych. Tłuszcze nasycone mają przewagę kwasów tłuszczowych nasyconych , bez żadnych wiązań podwójnych, podczas gdy tłuszcze nienasycone zawierają głównie kwasy nienasycone z wiązaniami podwójnymi. (Nazwy odnoszą się do faktu, że każde wiązanie podwójne oznacza we wzorze chemicznym o dwa mniej atomów wodoru. Tak więc nasycony kwas tłuszczowy, nie mający wiązań podwójnych, ma maksymalną liczbę atomów wodoru dla danej liczby atomów węgla — czyli , jest „nasycony” atomami wodoru.)
Nienasycone kwasy tłuszczowe są dalej klasyfikowane jako jednonienasycone (MUFA), z pojedynczym wiązaniem podwójnym i wielonienasycone (PUFA), z dwoma lub więcej. Tłuszcze naturalne zwykle zawierają kilka różnych kwasów nasyconych i nienasyconych, nawet w tej samej cząsteczce. Na przykład w większości olejów roślinnych nasycone reszty kwasu palmitynowego (C16:0) i stearynowego (C18:0) są zwykle przyłączone do pozycji 1 i 3 (sn1 i sn3) piasty glicerolowej, podczas gdy pozycja środkowa (sn2) jest zwykle zajęty przez nienasycony, taki jak oleinowy (C18:1, ω–9) lub linolowy (C18:2, ω–6)).
Kwas stearynowy (nasycony, C18:0) | |
Kwas palmitoleinowy ( mononienasycony , C16:1 cis- 9, omega-7) | |
Kwas oleinowy (mono-nienasycony, C18:1 cis -9, omega-9) | |
Kwas α-linolenowy (wielonienasycony, C18:3 cis -9,12,15, omega-3) | |
Kwas γ-linolenowy (wielonienasycony, C18:3 cis -6,9,12, omega-6) |
Chociaż na ogół najbardziej interesujące są aspekty odżywcze wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, materiały te mają również zastosowania niespożywcze. Należą do nich oleje schnące , takie jak olej lniany (nasiona lnu) , tung , olej z nasion maku , perilla i olej z orzecha włoskiego , które polimeryzują pod wpływem tlenu, tworząc stałe warstwy i są wykorzystywane do produkcji farb i lakierów .
Tłuszcze nasycone na ogół mają wyższą temperaturę topnienia niż nienasycone o tej samej masie cząsteczkowej, a zatem są bardziej prawdopodobne, że będą w stanie stałym w temperaturze pokojowej. Na przykład tłuszcze zwierzęce łój i smalec mają wysoką zawartość nasyconych kwasów tłuszczowych i są ciałami stałymi. Natomiast oleje z oliwek i siemienia lnianego są nienasycone i płynne. Tłuszcze nienasycone są podatne na utlenianie przez powietrze, przez co stają się zjełczałe i niejadalne.
Wiązania podwójne w tłuszczach nienasyconych można przekształcić w wiązania pojedyncze w reakcji z wodorem za pomocą katalizatora. Proces ten, zwany uwodornianiem , służy do przekształcania olejów roślinnych w stałe lub półstałe tłuszcze roślinne, takie jak margaryna , która może zastąpić łój i masło i (w przeciwieństwie do tłuszczów nienasyconych) można przechowywać w nieskończoność bez zjełczenia. Jednak częściowe uwodornienie tworzy również pewne niepożądane kwasy trans z kwasów cis .
W metabolizmie komórkowym cząsteczki nienasyconych tłuszczów dostarczają nieco mniej energii (tj. mniej kalorii ) niż równoważna ilość tłuszczów nasyconych. Ciepła spalania nasyconych, mono-, di- i tri-nienasyconych 18-węglowych estrów kwasów tłuszczowych zostały zmierzone jako odpowiednio 2859, 2828, 2794 i 2750 kcal/mol; lub wagowo 10,75, 10,71, 10,66 i 10,58 kcal/g — spadek o około 0,6% dla każdego dodatkowego wiązania podwójnego.
Im wyższy stopień nienasycenia w kwasie tłuszczowym (tj. im więcej podwójnych wiązań w kwasie tłuszczowym), tym bardziej jest on podatny na peroksydację lipidów ( jełczenie ). Przeciwutleniacze mogą chronić tłuszcze nienasycone przed peroksydacją lipidów.
Tłuszcze cis i trans
Inna ważna klasyfikacja nienasyconych kwasów tłuszczowych dotyczy izomerii cis - trans , przestrzennego rozmieszczenia wiązań pojedynczych C–C sąsiadujących z wiązaniami podwójnymi. Większość nienasyconych kwasów tłuszczowych występujących w naturze ma te wiązania w konfiguracji cis („tej samej strony”). Częściowe uwodornienie z cis tłuszczów można włączyć pewne ich kwasów tłuszczowych w trans ( „przeciwległych stronach”) odmiany.
Kwas elaidynowy jest izomerem trans kwasu oleinowego, jednego z najczęściej występujących kwasów tłuszczowych w diecie człowieka. Pojedyncza zmiana konfiguracji w jednym podwójnym wiązaniu powoduje, że mają one różne właściwości chemiczne i fizyczne. Kwas elaidynowy ma znacznie wyższą temperaturę topnienia niż kwas oleinowy, 45 °C zamiast 13,4°C. Ta różnica jest powszechnie przypisywana rzekomej zdolności cząsteczek trans do ciaśniejszego upakowania, tworząc ciało stałe, które jest trudniejsze do rozbicia.
liczba omega
Inna klasyfikacja uwzględnia położenie wiązań podwójnych w stosunku do końca łańcucha (przeciwieństwo do grupy karboksylowej ). Pozycja jest oznaczona przez „ω- k ” lub „n- k ”, co oznacza, że istnieje podwójne wiązanie między węglami k i k +1 liczone od 1 na tym końcu. Na przykład kwas alfa-linolenowy jest kwasem „ω-3” lub „n-3”, co oznacza, że istnieje wiązanie podwójne między trzecim a czwartym węglem, licząc od tego końca; to znaczy, że jego wzór strukturalny kończy się na –CH=CH– CH
2– CH
3.
Przykłady nasyconych kwasów tłuszczowych
Niektóre typowe przykłady kwasów tłuszczowych:
- Kwas masłowy o 4 atomach węgla (zawarty w maśle )
- Kwas laurynowy o 12 atomach węgla (zawarty w oleju kokosowym , oleju z ziaren palmowych i mleku matki )
- Kwas mirystynowy o 14 atomach węgla (zawarty w mleku krowim i produktach mlecznych)
- Kwas palmitynowy z 16 atomami węgla (zawarty w oleju palmowym i mięsie )
- Kwas stearynowy o 18 atomach węgla (zawarty również w mięsie i maśle kakaowym )
Przykłady nienasyconych kwasów tłuszczowych
- Kwas mirystoleinowy C14:1, ω−5, kwas cis -9-tetradecenowy
- Kwas sapienowy C16:1 ω−10, kwas cis -6-heksadecenowy
- Kwas palmitoleinowy C16:1, ω−7, kwas cis -9-heksadecenowy
- Kwas oleinowy C18:1 ω−9, kwas cis -9-oktadecenowy
- Kwas petoselinowy C18:1 ω−12, kwas cis -oktadek-6-enowy
- kwas cis- wakcenowy , C18:1 ω−7), kwas cis -11-oktadecenowy
- Kwas wakcenowy C18:1 ω−7, kwas trans -11-oktadecenowy
- Kwasu elaidynowego 18: 1 ω-9, trans kwasu 9-oktadecenowy ( trans kwasu -oleic)
- Kwas linolowy
- Kwas linolenowy
- Kwas paulinowy C20:1 ω−7, kwas cis -13-eikozenowy
- Kwas gadoleinowy C20:1 ω−11, kwas cis -9-ikozenowy
- Kwas gondoowy 20:1 ω−9, kwas cis -11-eikozenowy
- Kwas erukowy C22:1 ω−9, kwas cis -15-tetrakozenowy
- Kwas brasydowy C22:1 ω−9, kwas trans -15-tetrakozenowy
- Kwas nerwonowy C24:1 ω−9, | kwas cis -15-tetrakozenowy
- Kwas arachidonowy
Zastosowania przemysłowe
Olej lniany i pokrewne oleje są ważnymi składnikami użytecznych produktów stosowanych w farbach olejnych i powiązanych powłokach. Olej lniany jest bogaty w składniki dwu- i trójnienasyconych kwasów tłuszczowych, które mają tendencję do twardnienia w obecności tlenu. Ten wytwarzający ciepło proces utwardzania jest charakterystyczny dla tych tak zwanych olejów schnących . Jest to spowodowane procesem polimeryzacji , który rozpoczyna się od ataku cząsteczek tlenu na szkielet węglowy .
Triglicerydy są również rozbijane na składniki poprzez transestryfikację podczas produkcji biodiesla . Powstałe estry kwasów tłuszczowych mogą być stosowane jako paliwo w silnikach wysokoprężnych . Gliceryna ma wiele zastosowań, na przykład w produkcji żywności, oraz w produkcji leków.
Barwiący
Barwienie kwasów tłuszczowych, triglicerydów, lipoprotein i innych lipidów odbywa się za pomocą lizochromów (barwników rozpuszczalnych w tłuszczach). Barwniki te mogą pozwolić na zakwalifikowanie określonego tłuszczu będącego przedmiotem zainteresowania poprzez zabarwienie materiału na określony kolor. Kilka przykładów: Sudan IV , Oil Red O i Sudan Black B .
Interaktywna mapa ścieżek
Kliknij poniżej geny, białka i metabolity, aby połączyć się z odpowiednimi artykułami.
Zobacz też
- Acylotransferaza diglicerydowa , enzym odpowiedzialny za biosyntezę triglicerydów
- Trójglicerydy średniołańcuchowe
- Profil lipidowy
- Lipidy
- Automatyczny profil pionowy