3.3: ליפידים
- Page ID
- 206069
מיומנויות לפיתוח
- תאר את ארבעת סוגי השומנים העיקריים
- הסבר את תפקיד השומנים באגירת אנרגיה
- הבדילו בין חומצות שומן רוויות ובלתי רוויות
- תאר פוספוליפידים ותפקידם בתאים
- להגדיר את המבנה הבסיסי של סטרואידים וכמה פונקציות של סטרואידים
- הסבר כיצד כולסטרול עוזר לשמור על האופי הנוזלי של קרום הפלזמה
ליפידים כוללים קבוצה מגוונת של תרכובות שהן ברובן לא קוטביות באופיין. הסיבה לכך היא שהם פחמימנים הכוללים בעיקר קשרי פחמן-פחמן או פחמן-מימן לא קוטביים. מולקולות לא קוטביות הן הידרופוביות ("חוששות מים"), או בלתי מסיסות במים. ליפידים מבצעים פונקציות רבות ושונות בתא. תאים אוגרים אנרגיה לשימוש ארוך טווח בצורה של שומנים. ליפידים מספקים גם בידוד מהסביבה לצמחים ובעלי חיים (איור\(\PageIndex{1}\)). לדוגמה, הם עוזרים לשמור על יובש של ציפורים ויונקים מימיים בעת יצירת שכבת מגן מעל פרווה או נוצות בגלל אופיים ההידרופובי הדוחה מים. ליפידים הם גם אבני הבניין של הורמונים רבים ומהווים מרכיב חשוב בכל ממברנות התא. ליפידים כוללים שומנים, שמנים, שעווה, פוספוליפידים וסטרואידים.
שומנים ושמנים
מולקולת שומן מורכבת משני מרכיבים עיקריים - גליצרול וחומצות שומן. גליצרול הוא תרכובת אורגנית (אלכוהול) עם שלושה פחמנים, חמישה מימנים ושלוש קבוצות הידרוקסיל (OH). לחומצות שומן יש שרשרת ארוכה של פחמימנים שאליהם מחוברת קבוצת קרבוקסיל, ומכאן השם "חומצת שומן". מספר הפחמנים בחומצת השומן עשוי לנוע בין 4 ל -36; הנפוצים ביותר הם אלה המכילים 12-18 פחמנים. במולקולת שומן, חומצות השומן מחוברות לכל אחד משלושת הפחמנים של מולקולת הגליצרול עם קשר אסטר דרך אטום חמצן (איור\(\PageIndex{2}\)).
במהלך יצירת קשר אסטר זה משתחררות שלוש מולקולות מים. שלוש חומצות השומן בטריאצילגליצרול עשויות להיות דומות או שונות. שומנים נקראים גם טריאצילגליצרולים או טריגליצרידים בגלל המבנה הכימי שלהם. לחומצות שומן מסוימות יש שמות נפוצים המציינים את מקורם. לדוגמא, חומצה פלמיטית, חומצת שומן רוויה, נגזרת מעץ הדקל. חומצה ארכידית נגזרת מ- Arachis hypogea, השם המדעי לאגוזי אדמה או בוטנים.
חומצות שומן עשויות להיות רוויות או בלתי רוויות. בשרשרת חומצות שומן, אם יש רק קשרים בודדים בין פחמנים שכנים בשרשרת הפחמימנים, אומרים שחומצת השומן רוויה. חומצות שומן רוויות רוויות במימן; במילים אחרות, מספר אטומי המימן המחוברים לשלד הפחמן מוגדל. חומצה סטארית היא דוגמה לחומצת שומן רוויה (איור) \(\PageIndex{3}\)
כאשר שרשרת הפחמימנים מכילה קשר כפול, אומרים כי חומצת השומן אינה רוויה. חומצה אולאית היא דוגמה לחומצת שומן בלתי רוויה (איור\(\PageIndex{4}\)).
רוב השומנים הבלתי רוויים נוזלים בטמפרטורת החדר ונקראים שמנים. אם יש קשר כפול אחד במולקולה, אז זה ידוע בתור שומן חד בלתי רווי (למשל, שמן זית), ואם יש יותר מקשר כפול אחד, אז זה ידוע בתור שומן רב בלתי רווי (למשל, שמן קנולה).
כאשר לחומצת שומן אין קשרים כפולים, היא ידועה כחומצת שומן רוויה מכיוון שלא ניתן להוסיף עוד מימן לאטומי הפחמן של השרשרת. שומן עשוי להכיל חומצות שומן דומות או שונות המחוברות לגליצרול. חומצות שומן ישרות ארוכות עם קשרים בודדים נוטות להיארז בחוזקה והן מוצקות בטמפרטורת החדר. שומנים מן החי עם חומצה סטארית וחומצה פלמיטית (נפוץ בבשר) והשומן עם חומצה בוטירית (נפוץ בחמאה) הם דוגמאות לשומנים רוויים. יונקים אוגרים שומנים בתאים מיוחדים הנקראים אדיפוציטים, שבהם כדוריות השומן תופסות את רוב נפח התא. בצמחים שומן או שמן מאוחסנים בזרעים רבים ומשמשים כמקור אנרגיה במהלך התפתחות השתילים. שומנים או שמנים בלתי רוויים הם בדרך כלל ממקור צמחי ומכילים חומצות שומן בלתי רוויות cis. Cis ו- trans מציינים את תצורת המולקולה סביב הקשר הכפול. אם קיימים מימנים באותו מישור, הוא מכונה שומן cis; אם אטומי המימן נמצאים בשני מישורים שונים, הוא מכונה שומן טרנס. הקשר הכפול cis גורם לעיקול או "קינק" המונע מחומצות השומן לארוז היטב, ושומר אותן נוזליות בטמפרטורת החדר (איור\(\PageIndex{5}\)). שמן זית, שמן תירס, שמן קנולה ושמן כבד בקלה הם דוגמאות לשומנים בלתי רוויים. שומנים בלתי רוויים עוזרים להוריד את רמות הכולסטרול בדם ואילו שומנים רוויים תורמים להיווצרות רובד בעורקים.
שומני טראנס
בתעשיית המזון, שמנים מוקשים באופן מלאכותי כדי להפוך אותם למוצקים למחצה ובעלי עקביות רצויה עבור מוצרי מזון מעובדים רבים. במילים פשוטות, גז מימן מבעבע בשמנים כדי לחזק אותם. במהלך תהליך הידרוגנציה זה, ניתן להמיר קשרים כפולים של cis - קונפורמציה בשרשרת הפחמימנים לקשרים כפולים בקונפורמציה הטרנס-קונפורמציה.
מרגרינה, סוגים מסוימים של חמאת בוטנים וקיצור הם דוגמאות לשומני טרנס מוקשים באופן מלאכותי. מחקרים אחרונים הראו כי עלייה בשומני הטרנס בתזונה האנושית עלולה להוביל לעלייה ברמות ליפופרוטאינים בצפיפות נמוכה (LDL), או כולסטרול "רע", אשר בתורו עלול להוביל לתצהיר פלאק בעורקים, וכתוצאה מכך מחלות לב. מסעדות מזון מהיר רבות אסרו לאחרונה על שימוש בשומני טראנס, ותוויות מזון נדרשות כדי להציג את תכולת השומן הטרנס.
חומצות שומן אומגה
חומצות שומן חיוניות הן חומצות שומן הנדרשות אך אינן מסונתזות על ידי גוף האדם. כתוצאה מכך, יש להשלים אותם באמצעות בליעה דרך הדיאטה. חומצות שומן אומגה -3 (כמו זו המוצגת באיור\(\PageIndex{6}\)) נכנסות לקטגוריה זו והן אחת משתי היחידות הידועות לבני אדם (השנייה היא חומצת שומן אומגה 6). מדובר בחומצות שומן רב בלתי רוויות ונקראות אומגה 3 מכיוון שהפחמן השלישי מקצה שרשרת הפחמימנים מחובר לפחמן השכן שלו באמצעות קשר כפול.
הפחמן הרחוק ביותר מקבוצת הקרבוקסיל ממוספר כפחמן אומגה (ω), ואם הקשר הכפול נמצא בין הפחמן השלישי לרביעי מאותו קצה, הוא ידוע כחומצת שומן אומגה 3. חשוב מבחינה תזונתית מכיוון שהגוף אינו מייצר אותן, חומצות שומן אומגה 3 כוללות חומצה אלפא-לינולאית (ALA), חומצה איקוספנטואנואית (EPA) וחומצה דוקוזהקסאנואית (DHA), שכולן רב בלתי רוויות. סלמון, פורל וטונה הם מקורות טובים לחומצות שומן אומגה 3. מחקרים מצביעים על כך שחומצות שומן אומגה 3 מפחיתות את הסיכון למוות פתאומי מהתקפי לב, מפחיתות את הטריגליצרידים בדם, מורידות לחץ דם ומונעות פקקת על ידי עיכוב קרישת הדם. הם גם מפחיתים דלקת, ועשויים לסייע בהפחתת הסיכון לסוגי סרטן מסוימים בבעלי חיים.
כמו פחמימות, שומנים קיבלו הרבה פרסום רע. נכון שאכילת עודף של אוכל מטוגן ומזונות "שומניים" אחרים מובילה לעלייה במשקל. עם זאת, לשומנים יש תפקידים חשובים. ויטמינים רבים מסיסים בשומן, ושומנים משמשים כצורת אחסון ארוכת טווח של חומצות שומן: מקור אנרגיה. הם גם מספקים בידוד לגוף. לכן, שומנים "בריאים" בכמויות מתונות צריך להיות נצרך על בסיס קבוע.
שעווה
שעווה מכסה את נוצותיהם של כמה עופות מימיים ואת משטחי העלים של צמחים מסוימים. בגלל האופי ההידרופובי של שעווה, הם מונעים מהמים להידבק על פני השטח (איור\(\PageIndex{7}\)). שעווה מורכבת משרשראות חומצות שומן ארוכות המאוסטרות לאלכוהול ארוך שרשרת.
פוספוליפידים
פוספוליפידים הם המרכיבים העיקריים של קרום הפלזמה, השכבה החיצונית ביותר של תאי בעלי חיים. בדומה לשומנים, הם מורכבים משרשראות חומצות שומן המחוברות לעמוד השדרה של גליצרול או ספינגוסין. במקום שלוש חומצות שומן המחוברות כמו בטריגליצרידים, לעומת זאת, ישנן שתי חומצות שומן היוצרות דיאקילגליצרול, והפחמן השלישי של עמוד השדרה של הגליצרול תפוס על ידי קבוצת פוספט שונה (איור). \(\PageIndex{8}\) קבוצת פוספט לבדה המחוברת לדיאגליצרול אינה נחשבת לפוספוליפיד; זהו פוספטידאט (דיאקילגליצרול 3-פוספט), מבשר הפוספוליפידים. קבוצת הפוספט משתנה על ידי אלכוהול. פוספטידילכולין ופוספטידילסרין הם שני פוספוליפידים חשובים הנמצאים בממברנות הפלזמה.
פוספוליפיד הוא מולקולה אמפיפתית, כלומר יש לה חלק הידרופובי וחלק הידרופילי. שרשראות חומצות השומן הינן הידרופוביות ואינן יכולות לקיים אינטראקציה עם מים, בעוד שהקבוצה המכילה פוספט היא הידרופילית ומקיימת אינטראקציה עם מים (איור). \(\PageIndex{9}\)
הראש הוא החלק ההידרופילי, והזנב מכיל את חומצות השומן ההידרופוביות. בממברנה, דו שכבה של פוספוליפידים יוצרת את המטריצה של המבנה, זנבות חומצת השומן של הפוספוליפידים פונים פנימה, הרחק מהמים, בעוד שקבוצת הפוספטים פונה לצד החיצוני והמימי (איור). \(\PageIndex{9}\)
פוספוליפידים אחראים לאופי הדינמי של קרום הפלזמה. אם מניחים טיפת פוספוליפידים במים, היא יוצרת באופן ספונטני מבנה המכונה מיצל, שם ראשי הפוספט ההידרופיליים פונים כלפי חוץ וחומצות השומן פונות אל פנים המבנה הזה.
סטרואידים
שלא כמו הפוספוליפידים והשומנים שנדונו קודם לכן, לסטרואידים יש מבנה טבעת מתמזג. למרות שהם אינם דומים לשאר השומנים, הם מקובצים איתם מכיוון שהם גם הידרופוביים ולא מסיסים במים. לכל הסטרואידים יש ארבע טבעות פחמן מקושרות ולכמה מהן, כמו כולסטרול, יש זנב קצר (איור\(\PageIndex{10}\)). לסטרואידים רבים יש גם את הקבוצה התפקודית —OH, מה שמכניס אותם לסיווג האלכוהול (סטרולים).
כולסטרול הוא הסטרואיד הנפוץ ביותר. הכולסטרול מסונתז בעיקר בכבד והוא מבשר להורמונים סטרואידים רבים כמו טסטוסטרון ואסטרדיול, המופרשים על ידי הגונדות והבלוטות האנדוקריניות. זהו גם המבשר לוויטמין D. כולסטרול הוא גם מבשר מלחי המרה, המסייעים בתחליב השומנים ובספיגתם לאחר מכן על ידי תאים. למרות שלעתים קרובות מדברים על כולסטרול במונחים שליליים על ידי אנשים הדיוטים, זה הכרחי לתפקוד תקין של הגוף. זהו מרכיב בקרום הפלזמה של תאי בעלי חיים ונמצא בתוך דו שכבת הפוספוליפידים. בהיותו המבנה החיצוני ביותר בתאי בעלי חיים, קרום הפלזמה אחראי על הובלת חומרים וזיהוי סלולרי והוא מעורב בתקשורת בין תא לתא.
סיכום
ליפידים הם סוג של מקרומולקולות שאינן קוטביות והידרופוביות באופיין. הסוגים העיקריים כוללים שומנים ושמנים, שעווה, פוספוליפידים וסטרואידים. שומנים הם צורה מאוחסנת של אנרגיה והם ידועים גם בשם triacylglycerols או טריגליצרידים. שומנים מורכבים מחומצות שומן או גליצרול או ספינגוסין. חומצות שומן עשויות להיות בלתי רוויות או רוויות, בהתאם לנוכחות או היעדר קשרים כפולים בשרשרת הפחמימנים. אם קיימים רק קשרים בודדים, הם ידועים כחומצות שומן רוויות. לחומצות שומן בלתי רוויות עשויות להיות קשר כפול אחד או יותר בשרשרת הפחמימנים. פוספוליפידים מהווים את מטריצת הממברנות. יש להם עמוד שדרה של גליצרול או ספינגוסין שאליו מחוברות שתי שרשראות חומצות שומן וקבוצה המכילה פוספט. סטרואידים הם סוג אחר של שומנים. המבנה הבסיסי שלהם כולל ארבע טבעות פחמן התמזגו. כולסטרול הוא סוג של סטרואידים והוא מרכיב חשוב של קרום הפלזמה, שם הוא עוזר לשמור על אופי הנוזל של הממברנה. זה גם מבשר של הורמונים סטרואידים כגון טסטוסטרון.
רשימת מילים
- שומן
- מקרומולקולה שאינה קוטבית ואינה מסיסה במים
- שומן אומגה
- סוג שומן רב בלתי רווי הנדרש על ידי הגוף; מספור אומגה הפחמן מתחיל מקצה המתיל או מהקצה הרחוק ביותר מהקצה הקרבוקסילי
- פוספוליפיד
- המרכיב העיקרי של הממברנות; מורכב משתי חומצות שומן וקבוצה המכילה פוספט המחוברת לעמוד השדרה של גליצרול
- חומצת שומן רוויה
- שרשרת ארוכה של פחמימנים עם קשרים קוולנטיים בודדים בשרשרת הפחמן; מספר אטומי המימן המחוברים לשלד הפחמן מוגדל
- סטרואיד
- סוג השומנים המורכב מארבע טבעות פחמימנים התמזגו היוצרות מבנה מישורי
- שומן טראנס
- שומן שנוצר באופן מלאכותי על ידי שמני מימן, מה שמוביל לסידור שונה של קשרים כפולים מאלו המצויים בשומנים המופיעים באופן טבעי
- טריאצילגליצרול (גם טריגליצריד)
- מולקולת שומן; מורכב משלוש חומצות שומן המקושרות למולקולת גליצרול
- חומצת שומן בלתי רוויה
- פחמימנים ארוכי שרשרת שיש להם קשר כפול אחד או יותר בשרשרת הפחמימנים
- שעווה
- ליפיד העשוי מחומצת שומן ארוכת שרשרת המועתרת לאלכוהול ארוך שרשרת; משמש כציפוי מגן על כמה נוצות, פרוות יונקים ימיים ועלים