3.3: الدهون
- Page ID
- 196005
المهارات اللازمة للتطوير
- وصف الأنواع الأربعة الرئيسية للدهون
- شرح دور الدهون في تخزين الطاقة
- فرّق بين الأحماض الدهنية المشبعة وغير المشبعة
- وصف الفسفوليبيدات ودورها في الخلايا
- تحديد البنية الأساسية للستيرويد وبعض وظائف المنشطات
- اشرح كيف يساعد الكوليسترول في الحفاظ على الطبيعة السائلة لغشاء البلازما
تشمل الدهون مجموعة متنوعة من المركبات ذات الطبيعة غير القطبية إلى حد كبير. هذا لأنها هيدروكربونات تتضمن في الغالب روابط الكربون غير القطبية - الكربون أو الكربون - الهيدروجين. الجزيئات غير القطبية كارهة للماء («تخشى الماء»)، أو غير قابلة للذوبان في الماء. تؤدي الدهون العديد من الوظائف المختلفة في الخلية. تقوم الخلايا بتخزين الطاقة للاستخدام طويل الأمد في شكل دهون. توفر الدهون أيضًا عزلًا عن البيئة للنباتات والحيوانات (الشكل\(\PageIndex{1}\)). على سبيل المثال، تساعد في الحفاظ على جفاف الطيور والثدييات المائية عند تكوين طبقة واقية فوق الفراء أو الريش بسبب طبيعتها المقاومة للماء. الدهون هي أيضًا اللبنات الأساسية للعديد من الهرمونات وهي مكون مهم لجميع الأغشية الخلوية. تشمل الدهون الدهون والزيوت والشمع والفوسفوليبيدات والمنشطات.
الدهون والزيوت
يتكون جزيء الدهون من مكونين رئيسيين - الجلسرين والأحماض الدهنية. الجلسرين هو مركب عضوي (كحول) يحتوي على ثلاثة كربونات وخمسة هيدروجينات وثلاث مجموعات هيدروكسيل (OH). تحتوي الأحماض الدهنية على سلسلة طويلة من الهيدروكربونات التي ترتبط بها مجموعة الكربوكسيل، ومن هنا جاء اسم «الأحماض الدهنية». قد يتراوح عدد الكربونات في الأحماض الدهنية من 4 إلى 36؛ الأكثر شيوعًا هي تلك التي تحتوي على 12-18 كربونًا. في جزيء دهني، ترتبط الأحماض الدهنية بكل من الكربونات الثلاثة لجزيء الجلسرين مع رابطة استر عبر ذرة أكسجين (الشكل\(\PageIndex{2}\)).
أثناء تكوين رابطة الإستر هذه، يتم إطلاق ثلاثة جزيئات ماء. قد تكون الأحماض الدهنية الثلاثة في ثلاثي الجلسرين متشابهة أو مختلفة. تسمى الدهون أيضًا بثلاثي الجلسرين أو الدهون الثلاثية بسبب تركيبها الكيميائي. بعض الأحماض الدهنية لها أسماء شائعة تحدد أصلها. على سبيل المثال، يُشتق حمض البالمتيك، وهو حمض دهني مشبع، من شجرة النخيل. يُشتق حمض الأراكيديك من Arachis hypogea، الاسم العلمي للفول السوداني أو الفول السوداني.
قد تكون الأحماض الدهنية مشبعة أو غير مشبعة. في سلسلة الأحماض الدهنية، إذا كانت هناك روابط واحدة فقط بين الكربونات المجاورة في سلسلة الهيدروكربون، يُقال إن الأحماض الدهنية مشبعة. الأحماض الدهنية المشبعة مشبعة بالهيدروجين؛ بمعنى آخر، يتم زيادة عدد ذرات الهيدروجين المرتبطة بهيكل الكربون إلى أقصى حد. حمض الستياريك هو مثال للحمض الدهني المشبع (الشكل\(\PageIndex{3}\))
عندما تحتوي سلسلة الهيدروكربون على رابطة مزدوجة، يُقال إن الأحماض الدهنية غير مشبعة. حمض الأوليك هو مثال على الأحماض الدهنية غير المشبعة (الشكل\(\PageIndex{4}\)).
معظم الدهون غير المشبعة سائلة في درجة حرارة الغرفة وتسمى الزيوت. إذا كانت هناك رابطة مزدوجة واحدة في الجزيء، فإنها تُعرف باسم الدهون الأحادية غير المشبعة (مثل زيت الزيتون)، وإذا كان هناك أكثر من رابطة مزدوجة واحدة، فإنها تُعرف باسم الدهون المتعددة غير المشبعة (مثل زيت الكانولا).
عندما لا يحتوي الحمض الدهني على روابط مزدوجة، فإنه يُعرف باسم الأحماض الدهنية المشبعة لأنه لا يمكن إضافة المزيد من الهيدروجين إلى ذرات الكربون في السلسلة. قد تحتوي الدهون على أحماض دهنية مماثلة أو مختلفة مرتبطة بالجليسرول. تميل الأحماض الدهنية الطويلة المستقيمة ذات الروابط الفردية إلى التعبئة بإحكام وتكون صلبة في درجة حرارة الغرفة. تعتبر الدهون الحيوانية التي تحتوي على حمض الإستياريك وحمض البالمتيك (الشائع في اللحوم) والدهون التي تحتوي على حمض البوتيريك (الشائع في الزبدة) أمثلة على الدهون المشبعة. تقوم الثدييات بتخزين الدهون في خلايا متخصصة تسمى الخلايا الشحمية، حيث تشغل كريات الدهون معظم حجم الخلية. في النباتات، يتم تخزين الدهون أو الزيت في العديد من البذور وتستخدم كمصدر للطاقة أثناء نمو الشتلات. عادة ما تكون الدهون أو الزيوت غير المشبعة من أصل نباتي وتحتوي على الأحماض الدهنية غير المشبعة. تشير Cis و trans إلى تكوين الجزيء حول الرابطة المزدوجة. إذا كانت الهيدروجين موجودة في نفس المستوى، يشار إليها باسم دهون رابطة الدول المستقلة؛ إذا كانت ذرات الهيدروجين على مستويين مختلفين، يشار إليها باسم الدهون المتحولة. تتسبب رابطة رابطة الدول المستقلة المزدوجة في حدوث انحناء أو «تشابك» يمنع الأحماض الدهنية من التعبئة بإحكام، مما يبقيها سائلة في درجة حرارة الغرفة (الشكل\(\PageIndex{5}\)). يعتبر زيت الزيتون وزيت الذرة وزيت الكانولا وزيت كبد سمك القد أمثلة على الدهون غير المشبعة. تساعد الدهون غير المشبعة على خفض مستويات الكوليسترول في الدم بينما تساهم الدهون المشبعة في تكوين الترسبات في الشرايين.
الدهون المتحولة
في صناعة المواد الغذائية، يتم هدرجة الزيوت صناعياً لجعلها شبه صلبة وذات قوام مرغوب فيه للعديد من المنتجات الغذائية المصنعة. ببساطة، يتم ضخ غاز الهيدروجين عبر الزيوت لترسيخها. خلال عملية الهدرجة هذه، يمكن تحويل الروابط المزدوجة لـ CIS - التشكل في السلسلة الهيدروكربونية إلى روابط مزدوجة في التشكل المتداخل.
يعتبر المارجرين وبعض أنواع زبدة الفول السوداني والسمن أمثلة على الدهون المتحولة المهدرجة صناعيًا. أظهرت الدراسات الحديثة أن زيادة الدهون المتحولة في النظام الغذائي البشري قد تؤدي إلى زيادة مستويات البروتينات الدهنية منخفضة الكثافة (LDL)، أو الكوليسترول «الضار»، والذي بدوره قد يؤدي إلى ترسب الترسبات في الشرايين، مما يؤدي إلى أمراض القلب. حظرت العديد من مطاعم الوجبات السريعة مؤخرًا استخدام الدهون المتحولة، ويلزم وضع ملصقات على الأطعمة لعرض محتوى الدهون المتحولة.
أحماض أوميجا الدهنية
الأحماض الدهنية الأساسية هي أحماض دهنية مطلوبة ولكن لا يصنعها جسم الإنسان. وبالتالي، يجب استكمالها من خلال تناولها عن طريق النظام الغذائي. تقع أحماض أوميغا -3 الدهنية (مثل تلك الموضحة في الشكل\(\PageIndex{6}\)) ضمن هذه الفئة وهي واحدة من اثنين فقط معروفين للبشر (والآخر هو حمض أوميغا 6 الدهني). هذه أحماض دهنية متعددة غير مشبعة وتسمى أوميغا 3 لأن الكربون الثالث من نهاية سلسلة الهيدروكربون متصل بالكربون المجاور لها برابطة مزدوجة.
يتم ترقيم الكربون الأبعد عن مجموعة الكربوكسيل بكربون أوميغا (Ω)، وإذا كانت الرابطة المزدوجة بين الكربون الثالث والرابع من هذا الطرف، فإنها تُعرف باسم حمض أوميغا 3 الدهني. نظرًا لأن الجسم لا يصنعها، فإن أحماض أوميغا 3 الدهنية تشمل حمض ألفا لينوليك (ALA) وحمض إيكوسابنتاينويك (EPA) وحمض الدوكوساهيكسانويك (DHA)، وكلها من الأحماض المتعددة غير المشبعة. يعتبر السلمون والسلمون المرقط والتونة مصادر جيدة لأحماض أوميجا 3 الدهنية. تشير الأبحاث إلى أن أحماض أوميغا 3 الدهنية تقلل من خطر الموت المفاجئ بسبب النوبات القلبية، وتقلل من الدهون الثلاثية في الدم، وتخفض ضغط الدم، وتمنع تجلط الدم عن طريق تثبيط تخثر الدم. كما أنها تقلل الالتهاب، وقد تساعد في تقليل خطر بعض أنواع السرطان في الحيوانات.
مثل الكربوهيدرات، تلقت الدهون الكثير من الدعاية السيئة. صحيح أن تناول كميات زائدة من الأطعمة المقلية والأطعمة «الدهنية» الأخرى يؤدي إلى زيادة الوزن. ومع ذلك، فإن الدهون لها وظائف مهمة. العديد من الفيتامينات قابلة للذوبان في الدهون، وتعمل الدهون كشكل تخزين طويل الأمد للأحماض الدهنية: مصدر للطاقة. كما أنها توفر العزل للجسم. لذلك، يجب استهلاك الدهون «الصحية» بكميات معتدلة بشكل منتظم.
الشموع
يغطي الشمع ريش بعض الطيور المائية وأسطح أوراق بعض النباتات. بسبب الطبيعة الكارهة للماء للشموع، فإنها تمنع الماء من الالتصاق بالسطح (الشكل\(\PageIndex{7}\)). تتكون الشموع من سلاسل طويلة من الأحماض الدهنية المؤسترة إلى كحول طويل السلسلة.
الفسفوليبيدات
الفسفوليبيدات هي المكونات الرئيسية لغشاء البلازما، الطبقة الخارجية للخلايا الحيوانية. مثل الدهون، تتكون من سلاسل الأحماض الدهنية المرتبطة بالعمود الفقري للجلسرين أو السفينجوزين. ولكن بدلاً من ثلاثة أحماض دهنية مرتبطة كما هو الحال في الدهون الثلاثية، هناك نوعان من الأحماض الدهنية التي تشكل ثنائي الجلسرين، والكربون الثالث من العمود الفقري للجلسرين تحتله مجموعة فوسفات معدلة (الشكل\(\PageIndex{8}\)). مجموعة الفوسفات وحدها المرتبطة بالدياغليسيرول لا تعتبر فوسفوليبيد؛ إنها فوسفاتيدات (دياسيل جليسرول 3-فوسفات)، وهي مقدمة للفوسفوليبيدات. يتم تعديل مجموعة الفوسفات بواسطة الكحول. يعد فوسفاتيديل كولين والفوسفاتيديل سيرين من الدهون الفوسفورية المهمة الموجودة في أغشية البلازما.
الفوسفوليبيد هو جزيء أمفيباتي، مما يعني أنه يحتوي على جزء مقاوم للماء وجزء محب للماء. سلاسل الأحماض الدهنية كارهة للماء ولا يمكنها التفاعل مع الماء، في حين أن المجموعة المحتوية على الفوسفات محبة للماء وتتفاعل مع الماء (الشكل\(\PageIndex{9}\)).
الرأس هو الجزء المحب للماء، والذيل يحتوي على الأحماض الدهنية الكارهة للماء. في الغشاء، تشكل طبقة ثنائية من الفوسفوليبيدات مصفوفة الهيكل، وتواجه ذيول الأحماض الدهنية للفوسفوليبيدات الداخل، بعيدًا عن الماء، بينما تواجه مجموعة الفوسفات الجانب المائي الخارجي (الشكل\(\PageIndex{9}\)).
الفوسفوليبيدات مسؤولة عن الطبيعة الديناميكية للغشاء البلازمي. إذا تم وضع قطرة من الفوسفوليبيدات في الماء، فإنها تشكل تلقائيًا هيكلًا يُعرف باسم الميسيل، حيث تواجه رؤوس الفوسفات المحبة للماء الخارج وتواجه الأحماض الدهنية الجزء الداخلي من هذا الهيكل.
الستيرويدات
على عكس الفسفوليبيدات والدهون التي تمت مناقشتها سابقًا، تحتوي الستيرويدات على بنية حلقة مدمجة. على الرغم من أنها لا تشبه الدهون الأخرى، إلا أنها مجمعة معها لأنها أيضًا معادية للماء وغير قابلة للذوبان في الماء. تحتوي جميع المنشطات على أربع حلقات كربونية مرتبطة والعديد منها، مثل الكوليسترول، لها ذيل قصير (الشكل\(\PageIndex{10}\)). تحتوي العديد من الستيرويدات أيضًا على مجموعة —OH الوظيفية، والتي تضعها في تصنيف الكحول (الستيرول).
الكوليسترول هو الستيرويد الأكثر شيوعًا. يتم تصنيع الكوليسترول بشكل أساسي في الكبد وهو مقدمة للعديد من هرمونات الستيرويد مثل التستوستيرون والاستراديول، والتي تفرزها الغدد التناسلية والغدد الصماء. كما أنه مقدمة لفيتامين د. يعتبر الكوليسترول أيضًا مقدمة لأملاح الصفراء، التي تساعد في استحلاب الدهون وامتصاصها لاحقًا بواسطة الخلايا. على الرغم من أن الكوليسترول غالبًا ما يتحدث عنه الأشخاص العاديون بعبارات سلبية، إلا أنه ضروري لحسن سير العمل في الجسم. إنه أحد مكونات الغشاء البلازمي للخلايا الحيوانية ويوجد داخل الطبقة الفسفورية الثنائية. نظرًا لكونه الهيكل الخارجي للخلايا الحيوانية، فإن غشاء البلازما مسؤول عن نقل المواد والتعرف الخلوي ويشارك في التواصل من خلية إلى خلية.
رابط إلى التعلم
للحصول على منظور إضافي عن الدهون، استكشف الرسوم المتحركة التفاعلية «الجزيئات الحيوية: الدهون».
ملخص
الدهون هي فئة من الجزيئات الكبيرة غير القطبية والنافرة للماء بطبيعتها. تشمل الأنواع الرئيسية الدهون والزيوت والشمع والفوسفوليبيدات والمنشطات. الدهون هي شكل مخزن من الطاقة وتعرف أيضًا باسم ثلاثي الجلسرين أو الدهون الثلاثية. تتكون الدهون من الأحماض الدهنية ومن الجلسرين أو السفينجوزين. قد تكون الأحماض الدهنية غير مشبعة أو مشبعة، اعتمادًا على وجود أو عدم وجود روابط مزدوجة في سلسلة الهيدروكربون. في حالة وجود روابط مفردة فقط، تُعرف باسم الأحماض الدهنية المشبعة. قد تحتوي الأحماض الدهنية غير المشبعة على رابط مزدوج واحد أو أكثر في سلسلة الهيدروكربون. تشكل الفسفوليبيدات مصفوفة الأغشية. لديهم عمود فقري من الجلسرين أو السفينجوزين ترتبط به سلسلتين من الأحماض الدهنية ومجموعة تحتوي على الفوسفات. الستيرويدات هي فئة أخرى من الدهون. يتكون هيكلها الأساسي من أربع حلقات كربونية منصهرة. الكوليسترول هو نوع من الستيرويد وهو مكون مهم للغشاء البلازمي، حيث يساعد في الحفاظ على الطبيعة السائلة للغشاء. كما أنها مقدمة لهرمونات الستيرويد مثل هرمون التستوستيرون.
مسرد المصطلحات
- دهن
- جزيء كبير غير قطبي وغير قابل للذوبان في الماء
- دهون أوميغا
- نوع الدهون المتعددة غير المشبعة التي يحتاجها الجسم؛ يبدأ ترقيم أوميغا الكربون من نهاية الميثيل أو النهاية الأبعد عن الطرف الكربوكسيلي
- فوسفوليبيد
- المكون الرئيسي للأغشية؛ يتكون من اثنين من الأحماض الدهنية ومجموعة تحتوي على الفوسفات مرتبطة بالعمود الفقري للجلسرين
- حمض دهني مشبع
- سلسلة طويلة من الهيدروكربون مع روابط تساهمية واحدة في سلسلة الكربون؛ يتم زيادة عدد ذرات الهيدروجين المرتبطة بهيكل الكربون إلى الحد الأقصى
- الستيرويد
- نوع من الدهون يتكون من أربع حلقات هيدروكربونية منصهرة تشكل هيكلًا مستويًا
- الدهون المتحولة
- تتكون الدهون بشكل مصطنع عن طريق هدرجة الزيوت، مما يؤدي إلى ترتيب مختلف للروابط المزدوجة عن تلك الموجودة في الدهون الموجودة بشكل طبيعي
- ثلاثي الجلسرين (أيضًا، الدهون الثلاثية)
- جزيء دهني؛ يتكون من ثلاثة أحماض دهنية مرتبطة بجزيء الجلسرين
- حمض دهني غير مشبع
- هيدروكربون طويل السلسلة يحتوي على رابط مزدوج واحد أو أكثر في سلسلة الهيدروكربون
- شمع
- الدهون المصنوعة من الأحماض الدهنية طويلة السلسلة التي يتم أسترتها وتحويلها إلى كحول طويل السلسلة؛ تعمل كطبقة واقية على بعض الريش وفراء الثدييات المائية والأوراق