3.3 Lípíð

Fitusýrur (e. lipids) innihalda fjölbreyttan hóp efnasambanda sem eru að mestu leyti óskautuð í eðli sínu. Þetta er vegna þess að þau eru kolvetni sem innihalda aðallega óskautuð kolefnis-kolefnis eða kolefnis-vetnis tengi. Óskautaðar sameindir eru vatnsfælnar („vatnshræddar“) eða óleysanlegar í vatni. Fitusýrur gegna mörgum mismunandi hlutverkum í frumu. Frumur geyma orku til langtímanotkunar í formi fitu. Fitusýrur veita einnig einangrun frá umhverfinu fyrir plöntur og dýr (Mynd 3.12). Til dæmis hjálpa þær til við að halda vatnafuglum og spendýrum þurrum þegar þær mynda verndandi lag yfir feld eða fjaðrir vegna vatnsfráhrindandi vatnsfælni þeirra. Fitusýrur eru einnig byggingarefni margra hormóna og eru mikilvægur hluti allra frumuhimna. Fitusýrur innihalda fitu, olíur, vax, fosfólípíð og stera.

Photo shows a river otter swimming. The river otter has thick fur that is smooth and wet. — Mynd 3.12 Vatnsfælnar fitusýrur í feldi vatnaspendýra, eins og þessa ároturs, vernda þau fyrir veðri og vindum. (heimild: Ken Bosma)

Fita og olíur

Fitusamsetning samanstendur af tveimur aðalþáttum — glýseróli og fitusýrum. Glýseról er lífrænt efnasamband (alkóhól) með þremur kolefnum, fimm vetnum og þremur hýdroxýl (OH) hópum. Fitusýrur hafa langa keðju af kolvetnum sem karboxýlhópur er tengdur við, þess vegna heitið „fitusýra“. Fjöldi kolefna í fitusýrunni getur verið frá 4 til 36. Algengastar eru þær sem innihalda 12–18 kolefni. Í fitusamsetningu tengjast fitusýrurnar við hvert af þremur kolefnum glýserólsamsetningarinnar með estertengi í gegnum súrefnisatóm (Mynd 3.13).

The structures of glycerol, a fatty acid, and a triacylglycerol are shown. Glycerol is a chain of three carbons, with a hydroxyl (upper O upper H) group attached to each carbon. A fatty acid has an acetyl (upper C upper O upper O upper H) group attached to a long carbon chain. In triacylglycerol, a fatty acid is attached to each of glycerols three hydroxyl groups via the carboxyl group. A water molecule is lost in the reaction so the structure of the linkage is C dash O dash C, with an oxygen double bonded to the second carbon. — Mynd 3.13 Þríglýseríð myndast með því að tengja þrjár fitusýrur við glýserólburðarás í þéttingarhvarfi. Þrjár vatnssameindir losna í ferlinu.

Við þessa estertengingu losna þrjár vatnssameindir. Þrjár fitusýrurnar í þríglýseríðinu geta verið eins eða ólíkar. Við köllum fitu einnig þríacýlglýseról (e. triacylglycerols) eða þríglýseríð (e. triglycerides) vegna efnafræðilegrar byggingar hennar. Sumar fitusýrur hafa algeng heiti sem tilgreina uppruna þeirra. Til dæmis er palmitínsýra, mettuð fitusýra (e. saturated fatty acid), unnin úr pálmatrénu. Arakidínsýra er unnin úr Arachis hypogea, fræðiheiti jarðhneta.

Fitusýrur geta verið mettaðar eða ómettaðar. Ef aðeins eru eintengi milli nágrannakolefnisatóma í kolvetniskeðjunni í fitusýrukeðju er fitusýran mettuð. Mettaðar fitusýrur eru mettaðar af vetni. Með öðrum orðum er fjöldi vetnisatóma sem tengjast kolefnisgrindinni hámarkaður. Stearínsýra er dæmi um mettaða fitusýru (Mynd 3.14).

The structure of stearic acid is shown. This fatty acid has a hydrocarbon chain seventeen residues long attached to an acetyl group. All bonds between the carbons are single bonds. — Mynd 3.14 Stearínsýra er algeng mettuð fitusýra.

Þegar kolvetniskeðjan inniheldur tvítengi er fitusýran ómettuð (e. unsaturated). Óleínsýra er dæmi um ómettaða fitusýru (Mynd 3.15).

The structure of oleic acid is shown. This fatty acid has a hydrocarbon chain seventeen residues long attached to an acetyl group. The bond between carbon eight and carbon nine is a double bond. — Mynd 3.15 Óleínsýra er algeng ómettuð fitusýra.

Flest ómettuð fita er fljótandi við stofuhita. Við köllum þetta olíur. Ef eitt tvítengi er í sameindinni er um að ræða einómettaða fitu (t.d. ólífuolía) og ef fleiri en eitt tvítengi er til staðar er um að ræða fjölómettaða fitu (t.d. kanólaolía).

Þegar fitusýra hefur engin tvítengi er hún mettuð fitusýra því ekki er hægt að bæta meira vetni við kolefnisatóm keðjunnar. Fita getur innihaldið eins eða ólíkar fitusýrur tengdar glýseróli. Langar, beinar fitusýrur með eintengjum pakkast yfirleitt þétt saman og eru fastar við stofuhita. Dýrafita með stearínsýru og palmitínsýru (algengt í kjöti) og fitan með smjörsýru (algengt í smjöri) eru dæmi um mettaða fitu. Spendýr geyma fitu í sérhæfðum frumum, eða fitufrumum, þar sem fitukúlur taka upp mestan hluta rúmmáls frumunnar. Plöntur geyma fitu eða olíu í mörgum fræjum og nota þau sem orkugjafa við þroskun ungplantna. Ómettuð fita eða olíur eru venjulega af jurtaríkinu og innihalda cis ómettaðar fitusýrur. Cis og trans gefa til kynna uppsetningu sameindarinnar í kringum tvítengið. Ef vetnisatóm eru á sama plani er um að ræða cis-fitu. Ef vetnisatómin eru á tveimur mismunandi plönum er um að ræða transfitu (e. trans fat). Cis-tvítengið veldur beygju eða „hnykki“ sem kemur í veg fyrir að fitusýrurnar pakkist þétt saman og heldur þeim fljótandi við stofuhita (Mynd 3.16). Ólífuolía, maísolía, kanólaolía og lýsi eru dæmi um ómettaða fitu. Ómettuð fita hjálpar til við að lækka kólesterólmagn í blóði; en mettuð fita getur stuðlað að skellu-myndun í slagæðum.

A comparison of saturated and unsaturated fatty acids is shown. Stearic acid, a saturated fatty acid, has a hydrocarbon chain seventeen residues long attached to an acetyl group. Oleic acid also has a seventeen-residue hydrocarbon chain, but a double bond exists between the eighth and ninth carbon in the chain. In cis oleic acid, the hydrogens are on the same side of the double bond. In the cis oleic acid, the 2 hydrogens on the same side cause the chain to bend. In trans oleic acid, they are on opposite sides. — Mynd 3.16 Mettaðar fitusýrur hafa kolvetniskeðjur sem eru eingöngu tengdar með eintengjum. Ómettaðar fitusýrur hafa eitt eða fleiri tvítengi. Hvert tvítengi getur verið í *cis* eða *trans* uppsetningu. Í *cis*-uppsetningunni eru bæði vetnisatómin á sömu hlið kolvetniskeðjunnar. Í *trans*-uppsetningunni eru vetnisatómin á gagnstæðum hliðum. *Cis*-tvítengi veldur hnykki í keðjunni.

Transfitusýrur

Matvælaiðnaðurinn vetnar olíur með tilbúnum hætti til að gera þær hálffastar og með ákjósanlegri áferð fyrir margar unnar matvörur. Einfaldlega sagt er vetnisgasi dælt í gegnum olíur til að storkna þær. Við þetta vetnunarferli geta tvítengi cis-samstillingar í kolvetniskeðjunni breyst í tvítengi í trans-samstillingu.

Smjörlíki, sumar tegundir af hnetusmjöri og jurtafeiti eru dæmi um tilbúnar vetnaðar transfitusýrur. Nýlegar rannsóknir hafa sýnt að aukning á transfitusýrum í mataræði manna getur leitt til hærra magns lágþéttni lípópróteina (LDL), eða „slæms“ kólesteróls, sem aftur getur leitt til skelluútfellingar í slagæðum, sem veldur hjartasjúkdómum. Margir skyndibitastaðir hafa nýlega bannað notkun transfitusýra og á matvælamerkingum er krafist þess að innihald transfitusýra sé sýnt.

Omega-fitusýrur

Lífsnauðsynlegar fitusýrur eru þær sem mannslíkaminn þarfnast en framleiðir ekki sjálfur. Þar af leiðandi verður að bæta þeim við með inntöku í gegnum mataræði. Omega-3 fitusýrur (eins og þær í Mynd 3.17) falla í þennan flokk og eru ein af aðeins tveimur þekktum fyrir menn (hin er omega-6 fitusýra). Þetta eru fjölómettaðar fitusýrur og eru omega-3 vegna þess að tvítengi tengir þriðja kolefnið frá enda kolvetniskeðjunnar við nágrannakolefni sitt.

The molecular structures of alpha-linolenic acid, an omega-3 fatty acid is shown. Alpha-linolenic acid has three double bonds located eight, eleven, and fourteen residues from the acetyl group. It has a hooked shape. — Mynd 3.17 Alfa-línólensýra er dæmi um omega-3 fitusýru. Hún hefur þrjú *cis* tvítengi og þar af leiðandi bogadregna lögun. Til skýringar sýnir skýringarmyndin ekki kolefnin. Hvert eintengt kolefni hefur tvö vetni tengd við sig, sem skýringarmyndin sýnir heldur ekki.

Fjarlægasta kolefnið frá karboxýlhópnum er númerað sem omega (ω) kolefni, og ef tvítengið er á milli þriðja og fjórða kolefnis frá þeim enda, er það omega-3 fitusýra. Næringarfræðilega mikilvægar vegna þess að líkaminn framleiðir þær ekki, innihalda omega-3 fitusýrur alfa-línólensýru (ALA), eíkósapentaensýru (EPA) og dókósahexaensýru (DHA), sem allar eru fjölómettaðar. Lax, silungur og túnfiskur eru góðar uppsprettur omega-3 fitusýra. Rannsóknir benda til þess að omega-3 fitusýrur dragi úr hættu á skyndidauða af völdum hjartaáfalla, lækki þríglýseríð í blóði, lækki blóðþrýsting og komi í veg fyrir segamyndun með því að hindra blóðstorknun. Þær draga einnig úr bólgu og geta hjálpað til við að draga úr hættu á sumum krabbameinum í dýrum.

Líkt og kolvetni hefur fita fengið töluvert slæmt umtal. Það er rétt að neysla á of miklum steiktum mat og öðrum „feitum“ matvælum leiðir til þyngdaraukningar. Hins vegar hefur fita mikilvæg hlutverk. Mörg vítamín eru fituleysanleg og fita þjónar sem langtíma geymsluform fitusýra: orkugjafi. Hún veitir einnig einangrun fyrir líkamann. Þess vegna ættum við að neyta „hollrar“ fitu í hófi reglulega.

Vax

Vax (e. wax) þekur fjaðrir sumra vatnafugla og yfirborð laufa sumra plantna. Vegna vatnsfælni vaxs kemur það í veg fyrir að vatn festist á yfirborðinu (Mynd 3.18). Langar fitusýrukeðjur sem eru estertengdar við langkeðju alkóhól mynda vax.

The photo shows leaves on a plant; the leaves appear thick, shiny, and waxy. — Mynd 3.18 Lípíð mynda vaxkennda þekju á sumum laufblöðum. (heimild: Roger Griffith)

Fosfólípíð

Fosfólípíð (e. phospholipids) eru helstu efnisþættir frumuhimnunnar sem mynda ysta lag frumna. Líkt og fita samanstanda þau af fitusýrukeðjum sem eru tengdar við glýseról- eða sfingósín-burðarás. Hins vegar, í stað þriggja fitusýra sem eru tengdar eins og í þríglýseríðum, eru tvær fitusýrur sem mynda díacýlglýseról og breyttur fosfathópur tekur þriðja kolefnisatóm glýseról-burðarásarinnar (Mynd 3.19). Fosfathópur einn og sér tengdur við díacýlglýseról telst ekki fosfólípíð. Það er fosfatídat (díacýlglýseról 3-fosfat), forveri fosfólípíða. Alkóhól breytir fosfathópnum. Fosfatidýlkólín og fosfatidýlserín eru tvö mikilvæg fosfólípíð sem eru í frumuhimnum.

The molecular structure of a phospholipid is shown. It consists of two fatty acids attached to the first and second carbons in glycerol, and a phosphate group attached to the third position. In the illustration one of the fatty acids is saturated and straight, and the second is unsaturated and bent. Both are below the glycerol molecule. The phosphate group may be further modified by addition of another molecule to one of its oxygens indicated by upper-case R. Two molecules may modify the phosphate group, choline and serine. The glycerol and phosphate group make up the hydrophilic head of the molecule, while the fatty acids attached below make up the hydrophobic tails. — Mynd 3.19 Fosfólípíð er sameind með tveimur fitusýrum og breyttum fosfathópi sem er tengdur við glýseról-burðarás. Hlaðinn eða skautaður efnafræðilegur hópur getur breytt fosfatinu.

Fosfólípíð er tvígæf sameind, sem þýðir að hún hefur vatnsfælinn og vatnssækinn hluta. Fitusýrukeðjurnar eru vatnsfælnar og geta ekki haft víxlverkun við vatn; en fosfat-innihaldandi hópurinn er vatnssækinn og hefur víxlverkun við vatn (Mynd 3.20).

An illustration of a phospholipids bilayer is shown. The phospholipids bilayer consists of two layers of phospholipids. The hydrophobic tails of the phospholipids face one another while the hydrophilic head groups face outward. — Mynd 3.20 Fosfólípíð-tvílagið er aðalþáttur allra frumuhimna. Vatnssæknir hausar fosfólípíðanna snúa að vatnslausninni. Vatnsfælnu halarnir eru afskiptir í miðju tvílagsins.

Hausinn er vatnssækni hlutinn og halinn inniheldur vatnsfælnu fitusýrurnar. Í himnu myndar tvílag fosfólípíða fylki byggingarinnar, fitusýruhalar fosfólípíða snúa inn á við, frá vatni; en fosfathópurinn snýr út á við, að vatnslausninni (Mynd 3.20).

Fosfólípíð bera ábyrgð á hreyfanlegu eðli frumuhimnunnar. Ef fosfólípíðdropa er komið fyrir í vatni myndar hann sjálfkrafa byggingu sem vísindamenn kalla míselu, þar sem vatnssæknir fosfathausar snúa út á við og fitusýrurnar snúa inn í bygginguna.

Sterar

Ólíkt fosfólípíðum og fitu sem við höfum rætt um áður hafa sterar (e. steroids) samrunna hringlaga byggingu. Þrátt fyrir að þeir líkist ekki öðrum lípíðum flokka vísindamenn þá með þeim vegna þess að þeir eru einnig vatnsfælnir og óleysanlegir í vatni. Allir sterar hafa fjóra samtengda kolefnishringi og nokkrir þeirra, eins og kólesteról, hafa stuttan hala (Mynd 3.21). Margir sterar hafa einnig –OH virka hópinn, sem setur þá í flokk alkóhóla (steróla).

The structures of cholesterol and cortisol are shown. Each of these molecules is composed of three six-carbon rings fused to a five-carbon ring. Cholesterol has a branched hydrocarbon attached to the five-carbon ring, and a hydroxyl group attached to the terminal six-carbon ring. Cortisol has a two-carbon chain modified with a double-bonded oxygen, a hydroxyl group attached to the five-carbon ring, and an oxygen double-bonded to the terminal six-carbon ring. — Mynd 3.21 Fjórir samrunnir kolvetnishringir mynda stera eins og kólesteról og kortisól.

Kólesteról er algengasti sterinn. Lifrin myndar kólesteról og það er forveri margra sterahormóna eins og testósteróns og estradíóls, sem kynkirtlar og innkirtlar seyta. Það er einnig forveri D-vítamíns. Kólesteról er einnig forveri gallsalta, sem hjálpa til við að fleyta fitu og síðari upptöku hennar í frumum. Þrátt fyrir að almenningur tali oft neikvætt um kólesteról er það nauðsynlegt fyrir rétta starfsemi líkamans. Sterólar (kólesteról í dýrafrumum, fýtósteról í plöntum) eru hluti af frumuhimnu frumna og finnast innan fosfólípíðtvílagsins.

Námsmarkmið