FETTSYROR: STRUKTUR, TYPER, FUNKTIONER, BIOSYNTES - BIOLOGI - 2025

De fettsyror är organiska makromolekyler härledda från kolväten, som är sammansatta av långa kedjor av kolatomer och väte med hydrofobicitet (är fettlösliga) och är den strukturella grunden av fetter och lipider.

De är mycket olika molekyler som skiljer sig från varandra genom längden på deras kolvätekedjor och närvaron, antalet, positionen och / eller konfigurationen av deras dubbelbindningar.

Allmänt schema för en mättad fettsyra (Källa: Laghi.l via Wikimedia Commons)

I lipiderna hos djur, växter, svampar och mikroorganismer såsom bakterier och jäst har mer än 100 olika klasser av fettsyror beskrivits och anses vara arter och vävnadsspecifika i de flesta levande saker.

De oljor och fetter som människan konsumerar dagligen, oavsett om de är av animaliskt eller vegetabiliskt ursprung, består huvudsakligen av fettsyror.

Introduktion

Smör består bland annat av fettsyror (Källa: Africa Studio, via pixabay.com)

Fettsyramolekyler utför viktiga funktioner på cellnivå, vilket gör dem till väsentliga komponenter och eftersom vissa av dem inte kan syntetiseras av djur måste de hämta dem från kosten.

Fettsyror är ovanliga som fria arter i cellens cytosol, så de finns i allmänhet som en del av andra molekylära konjugat såsom:

- Lipider, i biologiska membran.

- Triglycerider eller fettsyraestrar, som fungerar som reserv i växter och djur.

- Vaxer, som är fasta estrar av långkedjiga fettsyror och alkoholer.

- Andra liknande ämnen.

Hos djur lagras fettsyror i cytoplasma av celler som små fettdroppar som består av ett komplex som kallas triacylglycerol, som inte är mer än en glycerolmolekyl till vilken den har bundit, i var och en av dess atomer av kol, en fettsyrakedja genom esterbindningar.

Medan bakterier har korta och vanligtvis enomättade fettsyror, är det i naturen vanligt att hitta fettsyror vars kedjor har jämna antal kolatomer, vanligtvis mellan 14 och 24, mättade, enomättade eller fleromättade.

Strukturera

Fettsyror är amfipatiska molekyler, det vill säga de har två kemiskt definierade regioner: ett hydrofilt polärt område och ett hydrofobt apolärt område.

Den hydrofoba regionen består av en lång kolvätekedja som i kemisk termer inte är mycket reaktiv. Den hydrofila regionen å andra sidan består av en terminal karboxylgrupp (-COOH), som uppträder som en syra.

Denna terminala karboxylgrupp eller karboxylsyra joniserar i lösning, är starkt reaktiv (kemiskt sett) och är mycket hydrofil, vilket således representerar ett kovalent bindningsställe mellan fettsyran och andra molekyler.

Längden på kolvätekedjorna av fettsyror har vanligtvis jämna antal kolatomer, och detta är nära besläktat med den biosyntetiska processen genom vilken de produceras, eftersom deras tillväxt sker i par kolatomer.

De vanligaste fettsyrorna har kedjor med mellan 16 och 18 kolatomer och hos djur är dessa kedjor oförgrenade.

Klassificering

Fettsyror klassificeras i två stora grupper beroende på arten av bindningarna som komponerar dem, det vill säga beroende på närvaron av enstaka bindningar eller dubbelbindningar mellan kolatomerna i deras kolvätekedjor.

Således finns det mättade och omättade fettsyror.

- Mättade fettsyror har endast enskilda kol-kolbindningar och alla deras kolatomer är "mättade" eller bundna till vätemolekyler.

- Omättade fettsyror har en eller flera dubbelbindningar av kol och kol och inte alla är kopplade till en väteatom.

Omättade fettsyror delas också in i enlighet med antalet omättnader (dubbelbindningar) i enomättade, de med endast en dubbelbindning, och fleromättade, de med mer än en.

Mättade fettsyror

De har vanligtvis mellan 4 och 26 kolatomer kopplade med enkelbindningar. Dess smältpunkt är direkt proportionell mot kedjans längd, det vill säga till dess molekylvikt.

Fettsyror som har mellan 4 och 8 kolatomer är flytande vid 25 ° C och är de som utgör ätliga oljor, medan de med mer än 10 kolatomer är fasta.

Bland de vanligaste är laurinsyra, som finns rikligt med palmkärnor och kokosnötsoljor; palmitinsyra, som finns i palm, kakao och späck, och stearinsyra, som finns i kakao och hydrerade oljor.

Det är fettsyror med mycket mer stabilitet än omättade fettsyror, särskilt mot oxidation, åtminstone under fysiologiska förhållanden.

Eftersom de enskilda bindningarna av kol-kol kan rotera fritt är mättade fettsyror mycket flexibla molekyler, även om steriskt hinder gör den helt utsträckta strukturen till den mest energiskt stabila.

Omättade fettsyror

Dessa fettsyror är mycket reaktiva och benägna att mättnad och oxidation. De är vanliga i växter och marina organismer. De med endast en dubbelbindning är kända som enomättade eller monoenoiska, medan de med mer än två är kända som polyenoiska eller fleromättade.

Förekomsten av dubbelbindningar är vanligt mellan kolatomerna mellan positionerna 9 och 10, men detta betyder inte att enomättade fettsyror med en omättnad i en annan position inte hittas.

Till skillnad från mättade sådana är omättade fettsyror listade inte från den terminala karboxylgruppen, utan beroende på den första C-C-dubbelbindningen, varför de delas upp i två grupper, omega-6 eller -6-syror. och omega-3 eller ω3.

Omega-6-syror har den första dubbelbindningen vid kol nummer 6 och omega-3-syror har den vid kol nummer 3. Namnet ω ges av dubbelbindningen närmast den slutliga metylgruppen.

Dubbelbindningar kan också hittas i två geometriska konfigurationer kända som "cis" och "trans".

De flesta av de naturliga omättade fettsyrorna har en "cis" -konfiguration och dubbelbindningarna av fettsyrorna som finns i kommersiella (hydrerade) fetter är i "trans".

I fleromättade fettsyror separeras vanligtvis två dubbelbindningar från varandra med minst en metylgrupp, det vill säga en kolatom bunden till två väteatomer.

Funktioner

Fettsyror har flera funktioner i levande organismer och, som nämnts ovan, är en av deras väsentliga funktioner som en väsentlig del av lipider, som är huvudkomponenterna i biologiska membran och en av de tre vanligaste biomolekylerna i organismer. levande i samband med proteiner och kolhydrater.

De är också utmärkta energisubstrat tack vare vilka stora mängder energi erhålls i form av ATP och andra mellanliggande metaboliter.

Med tanke på att djur till exempel inte kan lagra kolhydrater, utgör fettsyror den viktigaste energikällan som kommer från oxidation av socker som konsumeras i överflöd.

Mättade fettsyror med kort kedja i kolon deltar i att stimulera absorptionen av vatten och natrium-, klorid- och bikarbonatjoner; Dessutom har de funktioner i produktion av slem, i spridningen av kolonocyter (kolonceller), etc.

Omättade fettsyror förekommer särskilt i ätliga vegetabiliska oljor, vilket är viktigt i kosten för alla människor.

De oljor vi konsumerar dagligen är fettsyror (Källa: stevepb, via pixabay.com)

Andra deltar som ligander av vissa proteiner med enzymatiska aktiviteter, varför de är viktiga med avseende på deras effekter på energimetabolismen i cellerna där de finns.

Biosyntes

Nedbrytningen av fettsyror är känd som ß-oxidation och inträffar i mitokondrierna hos eukaryota celler. Biosyntes, tvärtom, inträffar i cytosol från djurceller och i kloroplasterna (fotosyntetiska organeller) i växtceller.

Det är ett förfarande som är beroende av acetyl-CoA, malonyl-CoA och NADPH, det förekommer i alla levande organismer och i "högre" djur, såsom däggdjur. Till exempel är det mycket viktigt i lever- och fettvävnader såväl som i mjölkkörtlarna.

NADPH som används för denna väg är huvudsakligen produkten från de NADP-beroende oxidationsreaktionerna på pentosfosfatvägen, medan acetyl-CoA kan komma från olika källor, till exempel från den oxidativa dekarboxyleringen av pyruvat, från Krebs-cykeln och ß-oxidationen av fettsyror.

Biosyntesvägen, liksom p-oxidation, regleras starkt i alla celler av allosteriska effektorer och kovalenta modifieringar av enzymer som deltar i regleringen.

-Malonyl-coA-syntes

Banan börjar med bildandet av en metabolisk mellanprodukt känd som malonyl-CoA från en acetyl-CoA-molekyl och katalyseras av ett multifunktionellt enzym som kallas acetyl-CoA-karboxylas.

Denna reaktion är en additionsreaktion av en biotinberoende karboxylmolekyl (-COOH, karboxylering) och sker i två steg:

1. Först sker ATP-beroende överföring av en bikarbonat-härledd karboxyl (HCO3-) till en biotinmolekyl som en protesgrupp (icke-protein) -grupp associerad med acetyl-CoA-karboxylas.
2. Därefter överförs CO2 till acetyl-coA och malonyl-coA produceras.

-Reaktioner av rutten

Hos djur sker bildningen av kolhydratkedjor av fettsyror ytterligare genom sekventiella kondensationsreaktioner katalyserade av ett multimeriskt och multifunktionellt enzym känt som fettsyrasyntas.

Detta enzym katalyserar kondensationen av en acetyl-CoA-enhet och multipla malonyl-CoA-molekyler som produceras från acetyl-CoA-karboxylasreaktionen, en process under vilken en molekyl CO2 frisätts för varje malonyl-CoA som det lägger till.

De växande fettsyrorna förestras till ett protein som kallas "acylbärarprotein" eller ACP, som bildar tioestrar med acylgrupper. I E. coli är detta protein en polypeptid på 10 kDa, men hos djur är det en del av fettsyrasyntaskomplexet.

Brytningen av dessa tioesterbindningar frigör stora mängder energi, vilket termodynamiskt sett möjliggör förekomsten av kondensationssteg i den biosyntetiska vägen.

Fettsyrasyntaskomplex

I bakterier motsvarar fettsyrasyntasaktiviteten faktiskt sex oberoende enzymer som använder acetyl-coA och malonyl-coA för att bilda fettsyrorna och med vilka sex olika enzymaktiviteter är förknippade.

Homodimeriskt och multifunktionellt fettsyrasyntaskomplex från djur (Källa: Boehringer Ingelheim via Wikimedia Commons)

I däggdjur är däremot fettsyrasyntas ett multifunktionellt homodimärt enzymkomplex med cirka 500 kDa molekylvikt, som har sex olika katalytiska aktiviteter och som acylbärarproteinet associerar.

Steg 1: grundreaktion

Tiolgrupperna i cysteinresterna som är ansvariga för bindningen av metabola mellanprodukter till ACP-enzymet måste laddas, innan syntesens början, med de nödvändiga acylgrupperna.

För att göra detta överförs acetylgruppen av acetyl-coA till tiolgruppen (-SH) i en av cysteinresterna i ACP-underenheten av fettsyrasyntas. Denna reaktion katalyseras av ACP-acyl-transferas-subenheten.

Acetylgruppen överförs sedan från ACP till en annan cysteinrest på det katalytiska stället för en annan enzymsubenhet i komplexet känt som p-ketoacyl-ACP-syntas. Således "grundas" enzymkomplexet för att påbörja syntesen.

Steg 2: Överföring av malonyl-CoA-enheter

Malonyl-CoA som produceras av acetyl-CoA-karboxylas överförs till tiolgruppen i ACP och under denna reaktion förloras CoA-delen. Reaktionen katalyseras av malonyl-ACP-transferas-subenheten i fettsyrasyntaskomplexet, som sedan producerar malonyl-ACP.

Under denna process är malonylgruppen kopplad till ACP respektive p-ketoacyl-ACP-syntas genom en ester respektive en annan sulfhydrylbindning.

Steg 3: Kondens

Enzymet ß-ketoacyl-ACP-syntas katalyserar överföringen av acetylgruppen som var bunden till den i "priming" -steget till 2-kolet i malonylgruppen som i föregående steg överfördes till ACP.

Under denna reaktion frisätts en CO2-molekyl från malonyl, vilket motsvarar CO2 som tillhandahålls av bikarbonat i acetyl-CoA-karboxylaskarboxyleringsreaktionen. Acetoacetyl-ACP produceras sedan.

Steg 4: Minskning

P-ketoacyl-ACP-reduktas-subenheten katalyserar den NADPH-beroende reduktionen av acetoacetyl-ACP, och bildar därmed D-p-hydroxibutyryl-ACP.

Steg 5: uttorkning

I detta steg bildas trans-a, p-acyl-ACP eller ∆2-omättad acyl-ACP (kratonyl-ACP), en produkt av dehydratiseringen av D-p-hydroxibutyryl-ACP genom verkan av enoyl-subenheten. ACP-hydratas.

Senare reduceras kratonyl-ACP till butyryl-ACP genom en NADPH-beroende reaktion katalyserad av enoyl-ACP-reduktas-subenheten. Denna reaktion fullbordar den första av sju cykler som krävs för att producera palmitoyl-ACP, som är en föregångare för nästan alla fettsyror.

Hur fortsätter de efterföljande kondensationsreaktionerna?

Butyrylgruppen överförs från ACP till tiolgruppen i en cysteinrest i p-ketoacyl-ACP-syntas, varvid ACP kan acceptera en annan malonylgrupp från malonyl-CoA.

På detta sätt är reaktionen som inträffar kondensationen av malonyl-ACP med buturyl-p-ketoacyl-ACP-syntas, vilket ger upphov till p-ketohexanoyl-ACP + CO2.

Palmitoyl-ACP som uppstår från de efterföljande stegen (efter tillsatsen av ytterligare 5 malonylenheter) kan frisättas som fri palmitinsyra tack vare aktiviteten hos tioesteras-enzymet, det kan överföras till CoA eller införlivas i fosfatidinsyra för fosfolipid- och triacylglyceridsyntesväg.

Struktur av palmitinsyra (Källa: Andel, via Wikimedia Commons)

Fettsyrasyntaset hos de flesta organismer stoppar i syntesen av palmitoyl-ACP, eftersom det katalytiska stället för ß-ketoacyl-ACP-syntas-subenheten har en konfiguration där endast fettsyror med den längden kan rymmas.

Hur bildas fettsyror med ett udda antal kolatomer?

Dessa är relativt vanliga i marina organismer och syntetiseras också av ett fettsyrasyntaskomplex. Emellertid inträffar "priming" -reaktionen med en längre molekyl, propionyl-ACP, med tre kolatomer.

Var och hur bildas fettsyrorna med längre kedja?

Som diskuterat fungerar palmitinsyra som en föregångare för många mättade och omättade fettsyror med längre kedja. Processen med "förlängning" av fettsyror sker i mitokondrierna, medan införandet av omättnader sker väsentligen i endoplasmatisk retikulum.

Många organismer omvandlar sina mättade till omättade fettsyror som en anpassning till låga omgivningstemperaturer, eftersom detta gör att de kan hålla smältpunkten för lipider under rumstemperatur.

Egenskaper hos fettsyror

Många av egenskaperna hos fettsyror beror på deras kedjelängd och närvaro och antal omättnader:

- Omättade fettsyror har lägre smältpunkter än mättade fettsyror av samma längd.

- Längden på fettsyror (antalet kolatomer) är omvänt proportionell mot molekylens fluiditet eller flexibilitet, det vill säga de "kortare" molekylerna är mer flytande och vice versa.

I allmänhet består flytande fettämnen av kortkedjiga fettsyror med närvaro av omättnader.

Växter har rikliga mängder omättade fettsyror, såväl som djur som lever vid mycket låga temperaturer, eftersom dessa, som komponenter av lipiderna som finns i cellmembranen, ger dem större fluiditet under dessa förhållanden.

Under fysiologiska förhållanden orsakar närvaron av en dubbelbindning i kolvätekedjan i en fettsyra en krökning av cirka 30 °, vilket får dessa molekyler att uppta ett större utrymme och minska styrkan hos deras van der Waals-interaktioner.

Närvaron av dubbelbindningar i fettsyrorna associerade med lipidmolekyler har direkta effekter på graden av "förpackning" som de kan ha i membranen till vilka de tillhör och därmed också påverkar membranproteiner.

Exempel på bildning av en fettsyramell med karboxylgrupper exponerade mot det vattenhaltiga mediet (Källa: Benutzer: Anderl via Wikimedia Commons)

Lösligheten hos fettsyror minskar när deras kedjelängd ökar, så att de är omvänt proportionella. I vattenhaltiga och lipidblandningar associerar fettsyror i strukturer kända som miceller.

En micelle är en struktur i vilken de alifatiska kedjorna av fettsyror är "inneslutna", och därmed "utvisar" alla vattenmolekyler och på vars yta karboxylgrupperna finns.

Nomenklatur

Nomenklaturen för fettsyror kan vara något komplex, särskilt om man hänvisar till de vanliga namnen som de får, som ofta är relaterade till någon fysisk-kemisk egenskap, med platsen där de finns eller andra egenskaper.

Många författare anser att eftersom dessa molekyler joniseras vid fysiologiskt pH tack vare den terminala karboxylgruppen, bör man hänvisa till dem som "karboxylater" med termineringen "ato" för detta.

Enligt IUPAC-systemet görs uppräkningen av kolatomerna i en fettsyra från karboxylgruppen vid den polära änden av molekylen och de två första kolatomerna som är bundna till denna grupp kallas α respektive ß. . Den terminala metylen i kedjan innehåller kolatomen ω.

Generellt ges de i den systematiska nomenklaturen namnet på det "föräldriga" kolvätet (kolvätet med samma antal kolatomer) och dess slut "o" ersätts med "oico", om det är en fettsyra omättad läggs slutet "enoic" till.

Tänk till exempel på fallet med en C18 (C18) fettsyra:

- Eftersom kolväten med samma antal kolatomer kallas oktadekan kallas den mättade syran "oktadekansyra" eller "oktadekanoat" och dess vanliga namn är stearinsyra.

- Om den har en dubbelbindning mellan ett par kolatomer i sin struktur, är det känt som "oktadekensyra"

- Om den har två dubbelbindningar c - c kallas den "oktadekadiensyra" och om den har tre "oktadekatriensyra".

Om du vill sammanfatta nomenklaturen används 18: 0 för 18-kolfettsyran och inga dubbelbindningar (mättade) och beroende på omättnadsgraden skrivs 18: 1 istället för noll för en molekyl med en omättnad, 18: 2 för en med två omättnader och så vidare.

Om du vill specificera mellan vilka kolatomer som är dubbelbindningarna i omättade fettsyror, används symbolen with med ett numeriskt superskript som anger platsen för omättnad och prefixet "cis" eller "trans", beroende på konfiguration av detta.

referenser

1. Badui, S. (2006). Matkemi. (E. Quintanar, red.) (4: e upplagan). Mexico DF: Pearson Education.
2. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biokemi (4: e upplagan). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Learning.
3. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemi (3: e upplagan). San Francisco, Kalifornien: Pearson.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28: e upplagan). McGraw-Hill Medical.
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger principer för biokemi. Omega Editions (5: e upplagan).
6. Rawn, JD (1998). Biokemi. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson förlag.
7. Tvrzicka, E., Kremmyda, L., Stankova, B., & Zak, A. (2011). Fettsyror som bioföreningar: Deras roll i mänsklig metabolism, hälsa och sjukdom - En översyn. Del 1: Klassificering, kostkällor och biologiska funktioner. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Tjeckiska repuben, 155 (2), 117–130.