Un articol informativ despre grăsimi și enzime.
Grăsimi și compuși asemănători grăsimilor
După apariția lor naturală, se disting grăsimi animale și vegetale:
Grăsimile animale sunt, de exemplu, untura de porc, smântâna și untul. În plus, toate produsele din carne și mezeluri conțin aproximativ 5-45% grăsime "ascunsă". Grăsimile vegetale sunt, de exemplu, uleiul de măsline, uleiul de floarea-soarelui, uleiul de cocos și uleiul de germeni de grâu. La temperatura camerei, grăsimile pot fi lichide sau solide; grăsimile lichide sunt numite uleiuri (alimentare).
Grăsimi neutre (Trigliceride)
Cea mai mare grupă de grăsimi naturale este formată din amestecuri de trigliceride, numite și grăsimi neutre.
Tri = 3; fiecare trigliceridă este compusă dintr-o moleculă de glicerină și trei molecule de acizi grași.
Corpul uman stochează grăsimea sub formă de trigliceride în citoplasma celulelor adipoase. Scopul biologic al acestei forme de stocare este de a menține o rezervă mare de energie pentru "vremuri grele": grăsimile furnizează mai mult de dublul energiei comparativ cu carbohidrații (9,3 kcal pe gram față de 4,1 kcal).
O persoană de 70 kg cu rezerve de grăsime de 11 kg deține astfel aproximativ 100.000 kcal (!) sub formă de trigliceride.
În plus, țesutul adipos, în special cel subcutanat, îndeplinește funcții de izolare și protecție.
Acizii grași sunt lanțuri lungi de hidrocarburi, de obicei cu 16 sau 18 atomi de carbon. În funcție de prezența legăturilor duble în scheletul de carbon al acizilor grași, se disting
- acizi grași saturați: au doar legături simple,
- acizi grași mononesaturați: au o legătură dublă; și
- acizi grași polinesaturați: cu două, trei sau mai multe legături duble.
Acizii grași pot fi absorbiți prin alimentație sau pot fi sintetizați de celule, dar pot avea cel mult o legătură dublă.
Acizi grași polinesaturați
Acizii grași cu mai mult de o legătură dublă, cum ar fi acidul linoleic, acidul linolenic și acidul arahidonic, nu pot fi sintetizați de organism și sunt numiți acizi grași esențiali; trebuie să fie prezenți în alimentație.
Aceste acizi grași polinesaturați sunt esențiali pentru oameni, deoarece sunt precursori pentru formarea diferitelor substanțe proprii organismului. În uleiurile vegetale (ulei de floarea-soarelui, ulei de soia, ulei de in) și în uleiurile de pește, acizii grași polinesaturați sunt concentrați mult mai mult decât în grăsimile animale.
Solubilitatea în grăsimi și solubilitatea în apă
Ca și alte acizi, un acid gras se disociază parțial în apă; se formează ioni H+, astfel soluția devine acidă. În plus, se formează așa-numitul anion de acid gras. Această moleculă combină două proprietăți opuse:
- Coada lungă este puternic solubilă în grăsimi și slab solubilă în apă - este numită lipofilă (prietenoasă cu grăsimile) sau hidrofobă (evitantă de apă).
- Capul mic, pe de altă parte, este bine solubil în apă (hidrofil) și slab solubil în grăsimi (lipofob).
Datorită acestor două proprietăți opuse, acizii grași pot emulsiona substanțele lipofile, adică le pot dispersa în apă. Săpunurile sunt, de asemenea, compuse din acizi grași și acționează pe același principiu.
Acizii grași ca purtători de energie
După glucoză, acizii grași sunt al doilea cel mai important combustibil pentru obținerea energiei celulare. Ei se formează sub influența hormonilor precum adrenalina prin descompunerea grăsimilor neutre stocate în celulele adipoase în glicerină și acizi grași (lipoliză).
Prin o succesiune repetată de reacții în mitocondrii, așa-numita β-oxidare, lanțul de acizi grași este scurtat cu câte doi atomi de carbon, rezultând NADH, FADH2 și Acetil-CoA. Acetil-CoA ajunge apoi în ciclul citratului și este procesat acolo împreună cu coenzimele reduse. Din acidul palmitic, un acid gras cu 18 atomi de carbon, pot fi regenerate astfel în total 131 de molecule de ATP.
Acest lucru arată din nou că formarea de Acetil-CoA, ciclul citratului și lanțul respirator reprezintă căi metabolice interconectate, care nu servesc doar descompunerii metabolitelor de glucoză.
Fiziologic, nu toate moleculele de Acetil-CoA rezultate din descompunerea grăsimilor sunt introduse în ciclul citratului. O parte este utilizată pentru sinteza așa-numitelor corpuri cetonice, care pot fi, de asemenea, utilizate pentru aprovizionarea cu energie.
Așa cum am menționat deja, majoritatea celulelor corpului preferă glucoza ca sursă de energie, dar există excepții:
Celulele musculare cardiace și celulele cortexului renal preferă să utilizeze corpurile cetonice în loc de glucoză. Se știe că celulele nervoase își pot înlocui combustibilul preferat cu corpurile cetonice în caz de deficit prelungit de glucoză.
Lipogeneză
Așa cum s-a arătat de mai multe ori, corpul poate stoca energia în exces sub formă de grăsime. Acest lucru este valabil și pentru un exces de carbohidrați sau proteine. Din glucoză se poate forma grăsime în organism astfel (lipogeneză):
Dintr-un produs intermediar al glicolizei, gliceraldehid-3-fosfatul, se formează componenta de glicerină a grăsimilor neutre. Cealaltă componentă, acizii grași, poate fi sintetizată din Acetil-Coenzima A.
Alte lipide
Pe lângă grăsimile neutre descrise, lipidele (grăsimi și substanțe asemănătoare grăsimilor) includ și alte substanțe cu următoarele proprietăți comune:
- Se dizolvă slab în apă
- și bine în solvenți organici precum cloroformul sau eterul.
Cei mai importanți reprezentanți ai acestui grup sunt colesterolul și așa-numitele fosfolipide.
Colesterolul
Colesterolul este un compus important pentru organism, care este produs în corp și, de asemenea, absorbit prin alimentele de origine animală. În plante, colesterolul nu este prezent.
Colesterolul este
- un component esențial al membranelor celulare,
- precursor al hormonilor steroizi (vezi mai jos) și
- material de bază pentru acizii biliari (vezi mai jos).
Hormonii steroizi
Hormonii steroizi derivă dintr-un sistem de inele hidrocarburice, scheletul steroidic, și pot fi clasificați după numărul de atomi de carbon.
Cele mai importante hormoni steroizi sunt așa-numitele adrenocorticosteroizi hidrocortizon, cortizon, aldosteron și progesteron, precum și hormonii sexuali estrogen și testosteron.
Sinteza hormonilor steroizi, care are loc în cortexul suprarenal și în glandele sexuale, pornește de la colesterol. Degradarea lor are loc în ficat.
Deoarece hormonii steroizi sunt lipofili, ei pătrund în celulă și se leagă de receptori hormonali specifici. Complexul hormon-receptor rezultat ajunge în nucleul celular, activează transcripția anumitor gene și astfel producția proteinelor corespunzătoare. Hormonii steroizi sunt larg răspândiți și au fost găsiți, de exemplu, și la drojdii și plante superioare.
Steroidurile sintetice sunt
- contraceptive (mijloace de prevenire a sarcinii care suprimă ovulația),
- cortizonul și numeroasele derivate sintetice de cortizon, cele mai frecvent utilizate steroide,
precum și anabolizantele, care stimulează sinteza proteinelor și sunt administrate pentru creșterea musculară. Ele sunt derivate ale hormonului sexual masculin testosteron. Astăzi, anabolizantele sunt utilizate la sportivii de performanță (dopaj). Riscul pentru sănătate este foarte mare, deoarece aceste steroide provoacă efecte secundare fizice și psihice grave. Comitetul Olimpic Internațional (IOC) a interzis utilizarea anabolizantelor în 1974. Numeroși sportivi au fost excluși din competiții din cauza testelor pozitive.
Acizii biliari
Acizii biliari sunt compuși asemănători steroizilor care se găsesc în bila umană.
În celulele hepatice, din colesterol se formează acizii biliari primari, acidul colic și acidul chenodeoxicolic, care după transformări ulterioare sunt eliberați în intestin sub formă de "acizi biliari conjugați" ca bilă hepatică. Prin "hidroxilare" bacteriană în intestin, se formează acizii biliari secundari, acidul desoxicolic și acidul litocolic.
Acizii biliari sunt indispensabili pentru emulsionarea grăsimilor, activarea lipazelor, absorbția acizilor grași și a altor substanțe, cum ar fi vitaminele, în intestin. Aproximativ 90-95% din acizii biliari excretați sunt reabsorbiți în intestinul subțire și transportați înapoi la ficat prin vena portă, de unde sunt eliberați din nou în bilă (ciclul enterohepatic).
Ideal, există un echilibru între colesterolul absorbit sau sintetizat și colesterolul excretat sau procesat. Dacă această reglare eșuează, nivelurile de colesterol din serul sanguin cresc.
Fosfolipide
Fosfolipidele au o structură similară cu grăsimile neutre (trigliceride). Cel mai cunoscut fosfolipid este lecitina.
Funcția lor cea mai importantă este ca componente ale membranelor celulare.
Proteine (Albumine)
"Tot ceea ce este omul, este datorită proteinelor sale."
Această afirmație simplificată subliniază că proteinele sunt de o importanță deosebită atât pentru structura, cât și pentru funcția umană.
- Forma unui om se bazează în principal pe proteine, deoarece sunt componente principale ale aproape tuturor organelor.
- Ca cele mai importante componente ale musculaturii, proteinele permit mobilitatea umană.
- Proteinele formează "porțile" fiecărei membrane celulare, asigurând astfel individualitatea celulei prin controlul transportului de substanțe în și din celulă.
În plus, proteinele sub formă de enzime sunt esențiale pentru funcționarea organismului.
Enzimele
Metabolismul își accelerează reacțiile folosind substanțe auxiliare esențiale, așa-numitele enzime (biocatalizatori).
Sunt esențiale pentru a construi structuri biologice complexe în celulă și pentru a asigura funcționarea ordonată a acestora.
Aminoacizii ca blocuri de construcție ale proteinelor
Proteinele sunt compuse din diferiți aminoacizi. Toți aminoacizii au în principiu aceeași structură de bază. Un atom central de carbon este legat de patru grupuri sau atomi diferiți:
- un grup COOH,
- un grup NH2 (grupă amino),
- un atom de hidrogen
- și un rest variabil.
Prin acest rest (R) se diferențiază cei 20 de aminoacizi care se găsesc în proteinele umane.
Dintre aceste 20 de aminoacizi, opt sunt esențiali, adică nu pot fi sintetizați de corp, la fel ca acizii grași esențiali.
De aceea, trebuie să fie furnizați prin alimentație. Aminoacizii neesențiali pot fi produși de corp.
Aminoacizii esențiali includ valina, fenilalanina, leucina, izoleucina, treonina, triptofanul, metionina și lizina. Pentru sugari, arginina și histidina sunt de asemenea esențiale.
Înlănțuirea aminoacizilor
Când doi aminoacizi reacționează între ei, se formează un dipeptid. Legătura formată prin eliminarea apei este numită legătură peptidică.
Fiecare peptid are un capăt liber, la care pot fi adăugați alți aminoacizi.
Când un al treilea aminoacid este adăugat la un dipeptid, se formează un tripeptid.
Când sunt adăugați aminoacizi suplimentari, se formează polipeptide (poli = numeroase).
Polipeptidele cu mai mult de 100 de aminoacizi sunt numite proteine. Majoritatea proteinelor umane sunt formate din 100 până la 500 de aminoacizi.
Deoarece 20 de aminoacizi diferiți sunt utilizați pentru sinteza proteinelor și ordinea lor este variabilă, rezultă o diversitate enormă de proteine diferite.
Pentru funcționarea unei proteine, de exemplu ca enzimă, este esențial ca lanțul de aminoacizi să se plieze într-o structură tridimensională.
Această structură poate fi imaginată ca un ghem de lână. Dacă această structură spațială se pierde, de exemplu din cauza căldurii, proteina își pierde funcția biologică.
Astfel, prin dezinfectare și sterilizare, proteinele, inclusiv proteinele virale, pot fi inactivate prin căldură. Acest proces este numit denaturarea termică a proteinelor.
Metabolismul proteinelor și aminoacizilor
În timpul digestiei, proteinele sunt descompuse în componentele lor, aminoacizii, care ajung mai întâi la ficat prin vena portă.
De asemenea, în corp, proteinele sunt constant descompuse (catabolism proteic), eliberând aminoacizi.
Acești aminoacizi eliberați pot fi reutilizați în funcție de nevoile organismului.
În primul rând, pot fi utilizați pentru sinteza proteinelor proprii organismului (anabolism proteic), de exemplu, în timpul creșterii sau al proceselor de reparare.
De asemenea, unii aminoacizi pot fi transformați în alți aminoacizi, în funcție de cei care lipsesc.
Doar aminoacizii esențiali nu pot fi sintetizați prin procese de conversie și trebuie să fie furnizați prin alimentație.
Rolul cheie al enzimelor și coenzimelor
Viața fiecărei celule din corp este strâns legată de nenumărate reacții chimice care au loc constant în ea.
În reacțiile anabolice, moleculele mai mici sunt combinate în unități mai mari prin formarea de noi legături.
Aceste reacții sunt de obicei legate de aportul de energie, care este furnizat de "bateria celulară" ATP.
În schimb, în reacțiile catabolice, legăturile existente sunt descompuse, eliberând energie.
Această energie este de obicei utilizată pentru regenerarea ATP-ului consumat.
Eficiența acestei conversii de energie în ATP nu este completă, astfel încât se generează și căldură suplimentară.
Reacțiile anabolice au un rol esențial în metabolismul de construcție, deoarece servesc la formarea de noi structuri.
În contrast, metabolismul de bază se desfășoară în principal prin reacții catabolice.
Pentru funcționarea metabolismului, compușii organici de carbon sunt esențiali, dar aceștia reacționează foarte lent între ei.
De aceea, fiecare celulă are instrumente care accelerează aproape orice lanț de reacții chimice: așa-numitele enzime (biocatalizatori).
Enzime și coenzime
Din punct de vedere chimic, enzimele aparțin grupului proteinelor. Substanțele care sunt transformate de o enzimă se numesc substraturi.
În timpul reacției enzimatice, substratul este modificat chimic, fie prin formarea de noi legături, fie prin ruperea celor existente.
Astfel, se formează unul sau mai multe produse de reacție. Eficacitatea unei enzime este determinată de centrul său activ.
Acesta se formează printr-o pliere specială a lanțului polipeptidic din care este compusă enzima. Astfel, se creează la suprafață o structură care se potrivește exact cu substratul.
Așa cum o cheie se potrivește doar într-o anumită încuietoare, substratul se leagă doar de centrul activ al „enzimei sale”.
Pentru a funcționa, majoritatea enzimelor necesită un „ajutor” suplimentar, așa-numita coenzimă.
Acest lucru este necesar deoarece enzima însăși nu participă direct la reacția chimică, ci doar aduce împreună partenerii de reacție.
Doar coenzima este modificată în timpul reacției enzimatice, prin preluarea sau cedarea de electroni sau atomi de la substrat.
Coenzimele sunt de obicei molecule organice complexe și, în principiu, nu sunt proteine.
Adesea, coenzimele derivă din vitamine.
Viteza cu care o singură moleculă de enzimă transformă substraturile în produse este enormă. Poate atinge câteva sute de mii de molecule de substrat pe secundă.
Factori care influențează reacțiile enzimatice
Multe enzime nu lucrează doar cu coenzime, ci și cu anumiți ioni precum Mg2+, Fe2+ sau Zn2+. Lipsa acestor ioni afectează funcția enzimei.
În plus, temperatura corpului și pH-ul sunt foarte importante pentru activitatea enzimatică. Pe măsură ce temperatura crește, rata de conversie a substratului de către o enzimă crește inițial semnificativ.
La temperaturi ridicate, cum ar fi febra peste 41 °C, enzima este însă deteriorată și structura sa proteică este distrusă. Atunci, rata de conversie scade aproape la zero.
Funcția enzimei depinde, de asemenea, de pH. Pentru majoritatea enzimelor intracelulare, un pH de aproximativ 7,2 este optim.
Enzimele care lucrează extracelular, cum ar fi pepsinele care descompun proteinele în stomac, au de obicei un pH optim semnificativ diferit.
Oxidare și reducere
Modul de lucru al enzimelor și coenzimelor poate fi ilustrat prin două forme de reacții metabolice deosebit de frecvente:
- oxidarea (reacția de oxidare)
- și reducerea (reacția de reducere)
Se vorbește de oxidare atunci când o moleculă cedează electroni. De obicei, acest lucru se întâmplă prin cedarea atomilor de hidrogen, adică a câte unui electron și a unui proton.
O oxidare este posibilă doar dacă o altă substanță preia electronii cedați într-o reacție opusă.
Preluarea de electroni se numește reducere. Reducerea are loc adesea prin preluarea atomilor de hidrogen, adică a câte unui electron și a unui proton.
În reacția de oxidare descrisă mai sus, are loc simultan reducerea coenzimei implicate NAD+:
NAD+ + 2 H– + 2 electroni >> NADH + H+.
NAD+ (nicotinamidă-adenin-dinucleotid) este o coenzimă complexă derivată din vitamina acid nicotinic. Îndeplinește în metabolism cel mai important rol ca transportator de electroni sau atomi de hidrogen.
În oxidarea menționată a lactatului la piruvat, coenzima NAD+ este redusă la NADH + H+.
Neto, NAD+ nu preia ambii atomi de hidrogen cedați, ci un proton și doi electroni.
Rezultă că reacțiile de oxidare și reducere sunt inseparabil legate între ele, fiind numite reacții redox.
De fiecare dată când o substanță este oxidată, o alta trebuie să fie redusă.
În condiții adecvate, reacția poate avea loc și în direcția opusă. Atunci piruvatul este redus, adică preia electroni sau atomi de hidrogen, iar NADH este oxidat. În acest proces, NADH cedează doi electroni și un proton.
Indiferent de direcția reacției, aceasta este întotdeauna legată de o enzimă specifică, în exemplul menționat de LDH (lactat dehidrogenază).
Fără această enzimă, reacția se desfășoară extrem de lent și nu are loc nicio conversie semnificativă a substratului.
