AXIT BÉO: CẤU TRÚC, LOẠI, CHỨC NĂNG, SINH TỔNG HỢP - SINH HỌC - 2025

Các axit béo là các đại phân tử hữu cơ có nguồn gốc từ hydrocacbon, được cấu tạo từ các chuỗi dài của các nguyên tử cacbon và hydro có tính kỵ nước (không hòa tan trong chất béo) và là cơ sở cấu trúc của chất béo và lipid.

Chúng là những phân tử rất đa dạng được phân biệt với nhau bằng độ dài của chuỗi hydrocacbon của chúng và sự hiện diện, số lượng, vị trí và / hoặc cấu hình của các liên kết đôi của chúng.

Sơ đồ tổng quát về một axit béo bão hòa (Nguồn: Laghi.l qua Wikimedia Commons)

Trong lipid của động vật, thực vật, nấm và vi sinh vật như vi khuẩn và nấm men, hơn 100 loại axit béo khác nhau đã được mô tả và được coi là loài và mô cụ thể trong hầu hết các sinh vật sống.

Dầu và mỡ mà con người tiêu thụ hàng ngày, cho dù chúng có nguồn gốc động vật hay thực vật, chủ yếu bao gồm các axit béo.

Giới thiệu

Bơ, trong số những thứ khác, về cơ bản được tạo thành từ các axit béo (Nguồn: Africa Studio, qua pixabay.com)

Các phân tử axit béo thực hiện các chức năng quan trọng ở cấp độ tế bào, làm cho chúng trở thành các thành phần thiết yếu và vì một số trong số chúng không thể được tổng hợp bởi động vật, chúng phải lấy chúng từ chế độ ăn uống.

Các axit béo không phổ biến như là các loài tự do trong tế bào, vì vậy chúng thường được tìm thấy như một phần của các liên hợp phân tử khác như:

- Lipid, trong màng sinh học.

- Chất béo trung tính hoặc este axit béo, là chất dự trữ trong thực vật và động vật.

- Sáp là este rắn của axit béo mạch dài và rượu.

- Các chất tương tự khác.

Ở động vật, axit béo được lưu trữ trong tế bào chất của tế bào dưới dạng những giọt chất béo nhỏ được tạo thành từ một phức hợp gọi là triacylglycerol, không gì khác hơn là một phân tử glycerol mà nó đã liên kết, trong mỗi nguyên tử của nó cacbon, một chuỗi axit béo bằng các liên kết este.

Trong khi vi khuẩn sở hữu các axit béo ngắn và thường không bão hòa đơn, trong tự nhiên, người ta thường tìm thấy các axit béo có chuỗi có số nguyên tử cacbon chẵn, thường từ 14 đến 24, bão hòa, không bão hòa đơn hoặc không bão hòa đa.

Kết cấu

Axit béo là các phân tử lưỡng tính, nghĩa là chúng có hai vùng được xác định về mặt hóa học: vùng phân cực ưa nước và vùng cực kỵ nước.

Vùng kỵ nước được tạo thành từ một chuỗi hydrocacbon dài, về mặt hóa học, không phản ứng mạnh. Mặt khác, vùng ưa nước được tạo thành từ nhóm cacboxyl ở đầu cuối (-COOH), hoạt động giống như một axit.

Nhóm cacboxyl đầu cuối này hoặc axit cacboxylic ion hóa trong dung dịch, có tính phản ứng cao (về mặt hóa học) và rất ưa nước, do đó thể hiện vị trí liên kết cộng hóa trị giữa axit béo và các phân tử khác.

Chiều dài của chuỗi hydrocacbon của axit béo thường có số nguyên tử cacbon chẵn, và điều này có liên quan chặt chẽ đến quá trình sinh tổng hợp mà chúng được tạo ra, vì sự phát triển của chúng xảy ra theo từng cặp cacbon.

Các axit béo phổ biến nhất có chuỗi từ 16 đến 18 nguyên tử cacbon và ở động vật, các chuỗi này không phân nhánh.

Phân loại

Axit béo được phân thành hai nhóm lớn theo bản chất của các liên kết tạo nên chúng, nghĩa là, theo sự hiện diện của liên kết đơn hoặc liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon trong chuỗi hiđrocacbon của chúng.

Như vậy, có các axit béo no và không no.

- Axit béo bão hòa chỉ có liên kết cacbon - cacbon đơn và tất cả các nguyên tử cacbon của chúng đều ở trạng thái “bão hòa” hoặc gắn với phân tử hydro.

- Axit béo không no có một hoặc nhiều liên kết đôi cacbon-cacbon và không phải tất cả các liên kết này đều được gắn với một nguyên tử hydro.

Các axit béo không bão hòa cũng được chia theo số lượng không bão hòa (liên kết đôi) thành không bão hòa đơn, những chất chỉ có một liên kết đôi và không bão hòa đa, những chất có nhiều hơn một.

Axit chứa các chất béo bão hòa

Chúng thường có từ 4 đến 26 nguyên tử cacbon liên kết bằng các liên kết đơn. Điểm nóng chảy của nó tỷ lệ thuận với chiều dài của chuỗi, tức là, với trọng lượng phân tử của nó.

Axit béo có từ 4 đến 8 nguyên tử cacbon là chất lỏng ở 25 ° C và là những chất tạo nên dầu ăn, trong khi những axit có hơn 10 nguyên tử cacbon là chất rắn.

Trong đó phổ biến nhất là axit lauric, có nhiều trong nhân cọ và dầu dừa; axit palmitic, được tìm thấy trong cọ, ca cao và mỡ lợn; và axit stearic, có trong ca cao và dầu hydro hóa.

Chúng là những axit béo có tính ổn định hơn nhiều so với axit béo không bão hòa, đặc biệt là chống lại quá trình oxy hóa, ít nhất là trong điều kiện sinh lý.

Bởi vì các liên kết đơn cacbon-cacbon có thể quay tự do, axit béo bão hòa là những phân tử rất linh hoạt, mặc dù cản trở của steric làm cho cấu trúc mở rộng hoàn toàn trở nên ổn định về mặt năng lượng nhất.

Axit béo chưa bão hòa

Các axit béo này phản ứng mạnh và dễ bị bão hòa và oxy hóa. Chúng phổ biến ở thực vật và sinh vật biển. Những chất chỉ có một liên kết đôi được gọi là không bão hòa đơn hoặc monoenoic, trong khi những chất có nhiều hơn hai được gọi là đa liên kết hoặc không bão hòa đa.

Sự hiện diện của các liên kết đôi là phổ biến giữa các nguyên tử cacbon giữa vị trí 9 và 10, nhưng điều này không có nghĩa là không tìm thấy các axit béo không bão hòa đơn có độ không bão hòa ở vị trí khác.

Không giống như các axit béo bão hòa, axit béo không bão hòa được liệt kê không theo nhóm cacboxyl ở đầu cuối, mà theo vị trí của liên kết đôi C - C. Do đó, chúng được chia thành hai nhóm, axit omega-6 hoặc ω6. và omega-3 hoặc ω3.

Axit omega-6 có liên kết đôi đầu tiên ở cacbon số 6 và axit omega-3 có nó ở cacbon số 3. Tên ω được đặt bởi liên kết đôi gần nhất với nhóm metyl cuối cùng.

Liên kết đôi cũng có thể được tìm thấy trong hai cấu hình hình học được gọi là "cis" và "trans".

Hầu hết các axit béo không bão hòa tự nhiên có cấu hình "cis" và các liên kết đôi của axit béo có trong chất béo thương mại (đã được hydro hóa) ở dạng "trans".

Trong axit béo không bão hòa đa, hai liên kết đôi thường được phân cách với nhau bằng ít nhất một nhóm metyl, nghĩa là, một nguyên tử cacbon liên kết với hai nguyên tử hydro.

Đặc trưng

Axit béo có nhiều chức năng trong cơ thể sống và như đã đề cập ở trên, một trong những chức năng thiết yếu của chúng là một phần thiết yếu của lipid, là thành phần chính của màng sinh học và là một trong ba phân tử sinh học phong phú nhất trong sinh vật. sống kết hợp với protein và carbohydrate.

Chúng cũng là chất nền năng lượng tuyệt vời nhờ đó chúng thu được một lượng lớn năng lượng dưới dạng ATP và các chất chuyển hóa trung gian khác.

Ví dụ, động vật không có khả năng dự trữ carbohydrate, các axit béo đại diện cho nguồn dự trữ năng lượng chính đến từ quá trình oxy hóa lượng đường được tiêu thụ quá mức.

Các axit béo no chuỗi ngắn trong ruột kết tham gia vào việc kích thích hấp thu nước và các ion natri, clorua, bicacbonat; Ngoài ra, chúng còn có chức năng sản xuất chất nhầy, tăng sinh tế bào ruột kết (tế bào ruột kết), v.v.

Các axit béo không bão hòa đặc biệt có nhiều trong dầu thực vật ăn được, rất quan trọng trong chế độ ăn uống của tất cả con người.

Dầu chúng ta tiêu thụ hàng ngày là axit béo (Nguồn: stevepb, qua pixabay.com)

Những người khác tham gia với tư cách là phối tử của một số protein với các hoạt động của enzym, vì vậy chúng rất quan trọng đối với ảnh hưởng của chúng đối với sự chuyển hóa năng lượng của tế bào nơi chúng được tìm thấy.

Sinh tổng hợp

Quá trình phân hủy axit béo được gọi là quá trình oxy hóa β và xảy ra trong ty thể của tế bào nhân thực. Ngược lại, sinh tổng hợp xảy ra trong bào tương của tế bào động vật và trong lục lạp (bào quan quang hợp) của tế bào thực vật.

Nó là một quá trình phụ thuộc vào acetyl-CoA, malonyl-CoA và NADPH, nó xảy ra ở tất cả các sinh vật sống và ở động vật "bậc cao" như động vật có vú. Ví dụ, nó rất quan trọng trong gan và các mô mỡ, cũng như trong các tuyến vú.

NADPH được sử dụng cho con đường này, chủ yếu, là sản phẩm của các phản ứng oxy hóa phụ thuộc NADP của đường pentose phosphate, trong khi acetyl-CoA có thể đến từ các nguồn khác nhau, ví dụ, từ quá trình khử carboxyl oxy hóa của pyruvate, Chu trình Krebs và quá trình oxy hóa β của các axit béo.

Con đường sinh tổng hợp, giống như quá trình oxy hóa β, được điều chỉnh rất nhiều trong tất cả các tế bào bởi các tác nhân gây hiệu ứng allosteric và các biến đổi cộng hóa trị của các enzym tham gia điều hòa.

-Malonyl-coA tổng hợp

Con đường bắt đầu bằng việc hình thành chất trung gian chuyển hóa được gọi là malonyl-CoA từ phân tử acetyl-CoA và được xúc tác bởi một enzym đa chức năng gọi là acetyl-CoA carboxylase.

Phản ứng này là phản ứng cộng của phân tử cacboxyl phụ thuộc biotin (-COOH, cacboxyl hóa) và xảy ra theo hai bước:

1. Đầu tiên, sự chuyển phụ thuộc ATP của carboxyl có nguồn gốc bicarbonate (HCO3-) sang phân tử biotin xảy ra như một nhóm giả (không phải protein) liên kết với acetyl-CoA carboxylase.
2. Sau đó, CO2 được chuyển thành acetyl-coA và malonyl-coA được tạo ra.

-Về tuyến đường

Ở động vật, sự hình thành chuỗi cacbohydrat của axit béo xảy ra xa hơn thông qua các phản ứng ngưng tụ tuần tự được xúc tác bởi một enzym đa chức năng và đa chức năng được gọi là enzym tổng hợp axit béo.

Enzyme này xúc tác sự ngưng tụ của một đơn vị acetyl-CoA và nhiều phân tử malonyl-CoA được tạo ra từ phản ứng acetyl-CoA carboxylase, một quá trình trong đó một phân tử CO2 được giải phóng cho mỗi malonyl-CoA. nó cho biết thêm.

Các axit béo đang phát triển được este hóa thành một loại protein được gọi là "protein mang acyl" hoặc ACP, tạo thành chất thioesters với các nhóm acyl. Ở E. coli, protein này là một polypeptide 10 kDa, nhưng ở động vật, nó là một phần của phức hợp tổng hợp axit béo.

Sự phá vỡ các liên kết thioester này giải phóng một lượng lớn năng lượng, có thể nói về mặt nhiệt động lực học, sự xuất hiện của các bước ngưng tụ trong con đường sinh tổng hợp.

Phức hợp tổng hợp axit béo

Ở vi khuẩn, hoạt động tổng hợp axit béo thực sự tương ứng với sáu enzyme độc ​​lập sử dụng acetyl-coA và malonyl-coA để tạo thành axit béo và sáu hoạt động enzyme khác nhau có liên quan.

Phức hợp tổng hợp axit béo đồng nhất và đa chức năng từ động vật (Nguồn: Boehringer Ingelheim qua Wikimedia Commons)

Ngược lại, ở động vật có vú, tổng hợp axit béo là một phức hợp enzyme homodimeric đa chức năng có trọng lượng phân tử khoảng 500 kDa, có sáu hoạt động xúc tác khác nhau và liên kết với protein mang acyl.

Bước 1: phản ứng mồi

Các nhóm thiol trong gốc cysteine ​​chịu trách nhiệm liên kết các chất trung gian chuyển hóa với enzym ACP phải được nạp các nhóm acyl cần thiết trước khi bắt đầu tổng hợp.

Để làm được điều này, nhóm acetyl của acetyl-coA được chuyển sang nhóm thiol (-SH) của một trong các gốc cysteine ​​của tiểu đơn vị ACP của tổng hợp axit béo. Phản ứng này được xúc tác bởi tiểu đơn vị ACP-acyl-transferase.

Nhóm acetyl sau đó được chuyển từ ACP sang gốc cysteine ​​khác tại vị trí xúc tác của một tiểu đơn vị enzyme khác của phức hợp được gọi là β-ketoacyl-ACP-synthase. Như vậy, phức hợp enzym được “mồi” để bắt đầu tổng hợp.

Bước 2: Chuyển các đơn vị malonyl-CoA

Malonyl-CoA được tạo ra bởi acetyl-CoA carboxylase được chuyển sang nhóm thiol trong ACP và trong quá trình phản ứng này, phần CoA bị mất. Phản ứng được xúc tác bởi tiểu đơn vị malonyl-ACP-transferase của phức hợp tổng hợp axit béo, sau đó tạo ra malonyl-ACP.

Trong quá trình này, nhóm malonyl được liên kết với ACP và β-ketoacyl-ACP-synthase thông qua một este và một liên kết sulfhydryl khác, tương ứng.

Bước 3: Cô đặc

Enzyme β-ketoacyl-ACP-synthase xúc tác việc chuyển nhóm acetyl được gắn vào nó trong bước "mồi" thành carbon 2 của nhóm malonyl mà ở bước trước đó, đã được chuyển đến ACP.

Trong phản ứng này, một phân tử CO2 được giải phóng từ malonyl, tương ứng với CO2 được cung cấp bởi bicarbonate trong phản ứng carboxyl hóa acetyl-CoA carboxylase. Acetoacetyl-ACP sau đó được sản xuất.

Bước 4: Giảm

Tiểu đơn vị β-ketoacyl-ACP-reductase xúc tác quá trình khử acetoacetyl-ACP phụ thuộc NADPH, do đó hình thành D-β-hydroxybutyryl-ACP.

Bước 5: khử nước

Trong bước này, trans-α, β-acyl-ACP hoặc ∆2-không bão hòa-acyl-ACP (cratonyl-ACP) được hình thành, là sản phẩm của quá trình khử nước của D-β-hydroxybutyryl-ACP bởi tác dụng của tiểu đơn vị enoyl. ACP-hydratase.

Sau đó, cratonyl-ACP bị khử thành butyryl-ACP bằng phản ứng phụ thuộc NADPH được xúc tác bởi tiểu đơn vị enoyl-ACP-reductase. Phản ứng này hoàn thành chu kỳ đầu tiên trong số bảy chu kỳ cần thiết để tạo ra palmitoyl-ACP, là tiền chất của hầu hết các axit béo.

Các phản ứng trùng ngưng tiếp theo diễn ra như thế nào?

Nhóm butyryl được chuyển từ ACP sang nhóm thiol của gốc cysteine ​​trong β-ketoacyl-ACP-synthase, nhờ đó ACP có thể chấp nhận một nhóm malonyl khác từ malonyl-CoA.

Theo cách này, phản ứng xảy ra là sự ngưng tụ của malonyl-ACP với buturyl-β-ketoacyl-ACP-synthase, tạo ra β-ketohexanoyl-ACP + CO2.

Palmitoyl-ACP phát sinh từ các bước tiếp theo (sau khi bổ sung thêm 5 đơn vị malonyl) có thể được giải phóng dưới dạng axit palmitic tự do nhờ hoạt động của enzym thioesterase, nó có thể được chuyển thành CoA hoặc kết hợp vào axit phosphatidic cho con đường tổng hợp phospholipid và triacylglycerid.

Cấu trúc của axit palmitic (Nguồn: Andel, qua Wikimedia Commons)

Quá trình tổng hợp axit béo của hầu hết các sinh vật dừng lại trong quá trình tổng hợp palmitoyl-ACP, vì vị trí xúc tác của tiểu đơn vị β-ketoacyl-ACP-synthase có cấu hình mà chỉ các axit béo có độ dài đó mới có thể chứa được.

Axit béo có số nguyên tử cacbon lẻ được tạo thành như thế nào?

Chúng tương đối phổ biến ở các sinh vật biển và cũng được tổng hợp bởi một phức hợp tổng hợp axit béo. Tuy nhiên, phản ứng "mồi" xảy ra với một phân tử dài hơn, propionyl-ACP, với ba nguyên tử cacbon.

Các axit béo chuỗi dài hơn được hình thành ở đâu và như thế nào?

Axit palmitic, như đã thảo luận, đóng vai trò là tiền chất của nhiều axit béo no và không bão hòa chuỗi dài hơn. Quá trình "kéo dài" của các axit béo xảy ra trong ty thể, trong khi việc tạo ra các axit béo không hòa tan xảy ra về cơ bản trong lưới nội chất.

Nhiều sinh vật chuyển đổi axit béo bão hòa thành không bão hòa của chúng như một sự thích nghi với nhiệt độ môi trường thấp, vì điều này cho phép chúng giữ nhiệt độ nóng chảy của lipid thấp hơn nhiệt độ phòng.

Tính chất của axit béo

Nhiều đặc tính của axit béo phụ thuộc vào độ dài chuỗi của chúng, sự hiện diện và số lượng không bão hòa:

- Axit béo không no có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn axit béo no có cùng độ dài.

- Chiều dài của axit béo (số nguyên tử cacbon) tỷ lệ nghịch với tính lưu động hay mềm dẻo của phân tử, tức là phân tử nào “ngắn hơn” thì chất lỏng hơn và ngược lại.

Nói chung, các chất béo dạng lỏng bao gồm các axit béo chuỗi ngắn với sự hiện diện của các chất không bão hòa.

Thực vật có lượng axit béo không bão hòa dồi dào, cũng như động vật sống ở nhiệt độ rất thấp, vì đây là thành phần của lipid có trong màng tế bào, giúp chúng có tính lưu động cao hơn trong những điều kiện này.

Trong điều kiện sinh lý, sự hiện diện của một liên kết đôi trong chuỗi hydrocacbon của một axit béo gây ra độ cong khoảng 30 °, khiến các phân tử này chiếm một không gian lớn hơn và làm giảm độ bền của tương tác van der Waals của chúng.

Sự hiện diện của các liên kết đôi trong các axit béo liên kết với các phân tử lipid có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ "đóng gói" mà chúng có thể có trong màng mà chúng thuộc về và do đó cũng ảnh hưởng đến protein màng.

Ví dụ về sự hình thành micelle axit béo với các nhóm cacboxylic tiếp xúc với môi trường nước (Nguồn: Benutzer: Anderl qua Wikimedia Commons)

Độ hòa tan của các axit béo giảm khi chiều dài chuỗi của chúng tăng lên, vì vậy chúng tỷ lệ nghịch. Trong hỗn hợp nước và lipid, các axit béo liên kết trong các cấu trúc được gọi là mixen.

Micelle là một cấu trúc trong đó các chuỗi béo của axit béo được "bao bọc", do đó "trục xuất" tất cả các phân tử nước và trên bề mặt chúng có các nhóm cacboxyl.

Danh pháp

Danh pháp của các axit béo có thể hơi phức tạp, đặc biệt nếu người ta đề cập đến các tên thông thường mà chúng nhận được, thường liên quan đến một số đặc tính hóa lý, với nơi tìm thấy chúng hoặc các đặc điểm khác.

Nhiều tác giả cho rằng nhờ có nhóm cacboxyl tận cùng mà các phân tử này bị ion hóa ở pH sinh lý, người ta nên gọi chúng là "cacboxylat" bằng cách sử dụng đuôi "ato" cho điều này.

Theo hệ thống IUPAC, việc liệt kê các nguyên tử cacbon của một axit béo được tạo ra từ nhóm cacboxyl ở đầu phân cực của phân tử và hai nguyên tử cacbon đầu tiên gắn với nhóm này được gọi là α và β, tương ứng. . Metyl đầu cuối của chuỗi chứa nguyên tử cacbon ω.

Nói chung, trong danh pháp hệ thống, chúng được đặt theo tên của hiđrocacbon “mẹ” (hiđrocacbon có cùng số nguyên tử cacbon) và phần cuối “o” được thay thế bằng “oico”, nếu nó là một axit béo không bão hòa, đuôi "enoic" được thêm vào.

Ví dụ, hãy xem xét trường hợp của axit béo C18 (C18):

- Vì hiđrocacbon có cùng số nguyên tử cacbon được gọi là octadecan, axit no được gọi là "axit octadecanoic" hoặc "octadecanoat" và tên thông thường của nó là axit stearic.

- Nếu nó có một liên kết đôi giữa một cặp nguyên tử cacbon trong cấu trúc của nó, nó được gọi là "axit octadecenoic"

- Nếu nó có hai nối đôi c - c thì nó được gọi là "axit octadecadienoic" và nếu nó có ba "axit octadecatrienoic".

Nếu bạn muốn tóm tắt danh pháp, thì 18: 0 được sử dụng cho axit béo 18 cacbon và không có liên kết đôi (bão hòa) và tùy thuộc vào mức độ không bão hòa, sau đó thay vì 0, 18: 1 được viết cho phân tử có a không bão hòa, 18: 2 cho một với hai không bão hòa, v.v.

Nếu bạn muốn xác định giữa các nguyên tử cacbon nào là liên kết đôi trong axit béo không bão hòa, ký hiệu ∆ được sử dụng với ký hiệu trên bằng số cho biết vị trí không bão hòa và tiền tố "cis" hoặc "trans", tùy thuộc vào cấu hình này.

Người giới thiệu

1. Badui, S. (2006). Hóa thực phẩm. (E. Quintanar, Ed.) (Xuất bản lần thứ 4). Mexico DF: Pearson Education.
2. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 4). Boston, Hoa Kỳ: Brooks / Cole. CENGAGE Học tập.
3. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 3). San Francisco, California: Pearson.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Hóa sinh minh họa của Harper (ấn bản thứ 28). McGraw-Hill y tế.
5. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Các nguyên tắc của Lehninger về Hóa sinh. Omega Editions (ấn bản thứ 5).
6. Rawn, JD (1998). Hóa sinh. Burlington, Massachusetts: Nhà xuất bản Neil Patterson.
7. Tvrzicka, E., Kremmyda, L., Stankova, B., & Zak, A. (2011). Axit béo như hợp chất sinh học: Vai trò của chúng trong quá trình trao đổi chất ở người, sức khỏe và bệnh tật- Một đánh giá. Phần 1: Phân loại, Nguồn thức ăn và Chức năng Sinh học. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Séc Repub, 155 (2), 117–130.