Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương VI: Lipid (Chất béo)

Nội dung text: Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương VI: Lipid (Chất béo)

1. CHƯƠNG VI:LIPIT (CHẤT BÉO) 6.1. Khái niệm chung và phân loại lipit: 6.1.1 Khái niệm chung: Danh từ “Lipit” được Bloor đưa ra năm 1925 để chỉ nhĩm hợp chất hữu cơ, cĩ chung tính chất: khơng tan trong nước, chỉ tan trong dung mơi khơng cực như: ete, cloroform, benzen. . ., chúng cĩ cấu tạo hĩa học rất khác nhau. Lipit là chất phổ biến trong tế bào động vật, thực vật. Ở người và động vật chủ yếu ở các mơ mỡ dưới da, ở ĩc, sữa. . . Ở thực vật chủ yếu ở cây, hạt cĩ dầu (đậu nành, đậu phộng, thầu dầu, oliu, cọ, hướng dương, cám,. . .)
2. Chức năng sinh học: Thành phần cấu tạo màng tế bào, cấu trúc dưới tế bào như ti thể, lạp thể, nhân,. . .thường ở dạng lipo-protein. Là chất cung cấp năng lượng đáng kể cho cơ thể, lượng calo do lipit cung cấp cao gấp 2 lần gluxit và protit, là chất dự trữ năng lượng cho cơ thể. 1g lipit cung cấp 9,3 calo trong khi đĩ 1g gluxit hay protit cho 4,1 calo, vì vậy nĩ là chất chống lạnh tốt cho cơ thể rất tốt (Vd: người mập thì chịu lạnh tốt hơn người ốm). Lipit giúp cơ thể chống các va đập cơ học, bảo vệ các cơ quan bên trong của cơ thể. Lipit cịn là dung mơi hồ tan một số vitamin như A, F, D, . . .
3. Nhu cầu hàng ngày: Trong khẩu phần ăn Lipit chiếm khoảng 14-15% so tổng lượng chất dinh dưỡng chủ yếu. đạm 1 Thơng thường với cơ thể trẻ tỷ lệ = = Người đứng tuổi tỷ lệ này = 1/0,7. lipit 1 Người già và người béo 1/0,5 nghĩa là cần giảm lượng lipit xuống. Những người mập cần chú ý lượng lipit dùng hàng ngày – đặc biệt là lipit động vật. Trong cơ thể sinh vật, lipit thường tồn tại dạng kết hợp với chất khác (gluxit, protit, . . .) với tên gọi: glyco-lipit và lipo-protein. Lipoprotein cĩ tính chất đặc biệt, khi tham gia cấu tạo tế bào và màng tế bào nĩ điều hồ được tính thấm của màng tế bào và các cấu trúc khác của tế bào.
4. 6.1.2. Phân loại lipit: Hiện nay cĩ 2 kiểu phân loại chính: * Kiểu 1: chia 2 nhĩm lớn (theo Lenindger) Nhĩm 1: gọi là lipit phức, thành phần cĩ chứa acid béo trong đĩ bao gồm acylglyxerit, photphoglyxerit, sphingolipit và sáp – hay gọi là “nhĩm lipit xà phịng hĩa được”. Nhĩm 2: gọi là lipit đơn, khơng chứa gốc acid béo trong thành phần, “khơng xà phịng hĩa” gồm terpen, steroid, prostaglandin, vitamin hồ tan trong chất béo.
5. * Kiểu 2: cũng chia thành 2 nhĩm lớn (theo Lê Ngọc Tú, Plenikov) Lipit đơn giản: về cấu tạo nĩ chỉ là ester của rượu và acid béo. Khơng cĩ thành phần khác tham gia. Vd: glycerit, sáp, sterit (colesterin) là ester của acid béo và rượu đa vịng sterol. Lipit phức tạp: Cũng là một ester, nhưng khi thủy phân ta thu được ngồi thành phần chính là rượu, acid béo và các thành phần khác như: base nitơ, lưu huỳnh, acid photphoric, gluxit. . . Thuộc nhĩm này cĩ một số nhĩm lớn sau: Photpholipit: là ester của rượu đa chức với acid béo cao phân tử, trong thành phần cĩ các gốc acid photphoric, base cĩ nitơ (photphatit) Glycolipit: là ester của rượu và acid béo bậc cao, trong cấu tạo cịn cĩ gluxit (thường là galacto), hay dẫn xuất cĩ nitơ của gluxit. Lipoprotein: thành phần tham gia cấu tạo cĩ acid béo , rượu và protein. . .
6. 6.2. Triacylglycerin (chất béo trung tính): 6.2.1. Cấu tạo: Triacylglycerin - đây là ester phức tạp đa nguyên tử glycerin và các acid béo cao phân tử. (R1, R2, R3 là các gốc acid béo bậc cao). Trong phân tử glycerin nếu cĩ một gốc R ta gọi là monoacylglycerin Trong phân tử glycerin nếu cĩ hai gốc R ta gọi là diacylglycerin Nếu R1, R2, R3 như nhau trong một phân tử triacylglycerin ta cĩ triacylglycerin “đơn”. Cịn R1 R2 R3 ta cĩ triacylglycerin “hỗn tạp”. Cơng thức cấu tạo chung Trong tự nhiên dạng triacylglycerin “đơn” rất ít; chủ yếu là dạng “hỗn tạp”.
7. 6.2.2. Tính chất của triacylglycerin và các chỉ số lý hố đặc trưng: 6.2.2.1. Nhiệt độ nĩng chảy: Dầu với mỡ thì nhiệt độ nĩng chảy của cái nào cao hơn? Nhiệt độ nĩng chảy phụ thuộc vào cấu tạo gốc R. Nếu triacylglycerin cĩ chứa gốc R (chưa no) nhiều nối đơi, nối ba thì cĩ nhiệt độ nĩng chảy thấp (thường gặp ở dầu thực vật - ở nhiệt độ thường dầu ở thể lỏng). Nếu triacylglycerin cĩ chứa gốc R (no) ít nối đơi thì cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao hơn (mỡ động vật - ở nhiệt độ thường mỡ ở dạng rắn).
8. 6.2.2.2. Tính hồ tan: Triacylglycerin khơng tan trong nước, chỉ tan trong dung mơi hữu cơ. 6.2.2.3. Phản ứng thủy phân: Dưới tác dụng của acid, base hay enzyme lipaza, triacylglycerin bị thủy phân. Trong mơi trường acid [H+] cĩ nhiệt độ cao, hoặc dưới tác dụng của enzyme lipase , triacylglycerin bị thủy phân thành glycerin và acid béo theo phương trình sau: CH2 O COR1 CH2OH R1COOH H2O + CH O COR2 CHOH + R COOH H+ hay E 2 + CH2 O COR3 CH2OH R3COOH glyxerin axit béo Trong mơi trường kiềm (cĩ NaOH hay KOH) Triacylglycerin sẽ bị “xà bơng hĩa” (savon hĩa) tạo thành glycerin và muối, muối này gọi là xà bơng.
9. 6.2.2.4. Các chỉ số lý hố học đặc trưng: * Chỉ số acid (A): Chỉ số A là số mg KOH cần thiết để trung hịa các acid béo tự do cĩ trong 1 gam chất béo. Chỉ số A là 1 chỉ số đánh giá chất lượng của lipit. Nếu A tăng thì chất lượng lipit giảm. Khi bảo quản các thực phẩm giàu lipit hay dầu mỡ trong thời gian lâu chất béo bị oxy hĩa, bị ơi. . . làm cho chỉ số A tăng dần. Lipit sử dụng được thì cĩ A trong khoảng 3 – 4 (và bắt buộc phải nhỏ hơn 10). Phản ứng tổng quát biểu thị chỉ số A: RCOOH + KOH → RCOOK + H2O
10. * Chỉ số xà phịng (savon) (X) Chỉ số xà phịng là số mg KOH cần để trung hịa acid béo tự dovà cả acid béo kết hợp (trong glyxerit) khi xà phịng hĩa 1 gam chất béo. Chỉ số X biểu thị bằng 2 phản ứng sau: RCOOH + KOH → RCOOK (1) CH2 O COR1 R1COOK CH2OH +3KOH + CH O COR2 R2COOK + H2O + CHOH + CH2 O COR3 R3COOK CH2OH (2) xà bông glyxerin Chỉ số X đặc trưng cho mức độ xà phịng hĩa của chất béo
11. * Chỉ số Ester (E) Là số miligam KOH tác dụng với acid béo ở dạng liên kết (glyxerit) phương trình (2) Vậy X = A + E H H H H R C C R1 + O2 R C C R1 O O H H R C C R1 R C H + HO C R1 O O O O
12. H H H2O R C C R1 + 2KI R CH CH R1 + I2 + 2KOH O O O •Chỉ số Iot (I) Là số gam Iot kết hợp vào vị trí nối đơi của 100 gam glyxerit, chỉ số I đặc trưng cho mức độ chưa no của lipit. Lipit càng nhiều nối đơi, I càng lớn. Ngược lại, lipit càng ít nối đơi, I càng nhỏ. Rõ ràng I của mỡ sẽ nhỏ hơn I dầu rất nhiều. Chỉ số I càng lớn, dầu càng lỏng. I của mỡ người = 64, heo = 56, bị = 30. Chỉ số I của dầu Oliu = 86; dầu đậu nành =130; dầu bơng =150 Cơ chế tác dụng của Halogen vào nối đơi. – C = C –
13. C C + I2 C C H H I I I2 hay C C + C C Br H H 2 I Br
14. • Chỉ số Reichert – Meissle (R) Chỉ số R xác định sự cĩ mặt của acid béo dễ bay hơi, cĩ trọng lượng phân tử nhỏ như acid butyric, a.caproic, a.caprilic trong chất béo. ĐN: Chỉ số R là số mililit (ml) NaOH 0,1N trung hịa các acid được chưng cất và bay theo hơi nước từ 5g chất béo sau khi phân hủy nĩ.
15. 6.3. Phospholipid (lipid phức tạp): 6.3.1. Đặc tính chung: Là những ester của alcol đa chức với các acid béo cao phân tử cĩ gốc acid phosphoric và base nitơ phân cực đĩng vai trị là các nhĩm bổ sung. Trong thành phần của các phospholipid khác nhau người ta tìm thấy các alcol đa nguyên tử khác nhau như glycerin, inositol, sphingosine. - Phospholipid được chia thành hai nhĩm: + Glycerophospholipid. + Sphingolipid (Inosinephospholipid, Sphingophospholipid).
16. - Phổ biến trong mơ thực vật và động vật, ở vi khuẩn chúng là lipid chiếm ưu thế. - Chỉ chứa trong màng tế bào, hiếm thấy trong thành phần khác. - Chứa một lượng lớn trong tim, thận động vật, trong trứng chim, trong hột của thực vật. - Cĩ một lượng lớn trong mơ thần kinh của người và động vật cĩ xương sống. - Tan chọn lọc trong dung mơi hữu cơ. - Khơng tan trong nước và acetone. - Dễ tạo phức hợp với protein và tham gia cấu trúc màng tế bào (chiếm 50% tổng số lipid trong màng sinh học). - Nhờ tính phân cực, phospholipid bảo đảm tính thấm một chiều của các màng.
17. Tác động của nọc rắn Naja naja Phospholipase là một thành phần của nọc rắn Enzyme này phân hủy phospholipid Một trong những sản phẩm của sự thủy phân này là lysolecithin, cĩ tác động như chất tẩy rửa làm tan màng của tế bào máu đỏ và hủy hoại tế bào này gây tử vong cho người và động vật
18. 6.3.2. Các nhĩm phospholipid: 6.3.2.1. Glycerophospholipid: Cấu tạo chung: O H2C O C acid béo no (R1) O HC O C acid béo chưa no (R2) O H2C O P O X đầu thay thế O liên kết phosphodiester
19. -Gốc acid phosphoric cĩ thể tạo nên liên kết ester phức tạp với các nhĩm phân cực và tạo nên các glycerophospholipid khác nhau bởi bản chất của nhĩm phân cực. -Đầu ion hố phân cực và đuơi acid béo khơng phân cực làm cho phospholipid mang tính lưỡng cực. -Tan tốt trong dung mơi phân cực. -Tạo nhũ tương bền trong nước hoặc dung dịch keo.
20. Phụ thuộc vào nhĩm phân cực cĩ thể chia lycerophospholipid thành: (1) Phosphatidylcholine (Lecithin) (2) Phosphatidylethanolamine (Cephaline) (3) Phosphatidylserine (4) Phosphatidylinositol (5) Phosphatidylsaccharose (6) Phosphatidylglycerin (7) Phosphatidal hay plasmalogen
21. Phosphatidylcholine (Lecithin): + Cĩ nhiều trong lịng đỏ trứng, mơ não người và động vật, hột đậu nành, hột hướng dương, lúa mì. + Ứng dụng trong sản xuất chocolate, margarin (chất chống oxy hố), mỹ phẩm, dệt, trị bệnh thần kinh thiếu máu. -Phosphatidylcholine và Phosphatidylethanolamine tham gia vào thành phần của màng. -Phosphatidylinositol là thành phần màng tế bào chất. Chúng cũng là tiền chất tạo thơng tin nội bào. + Phosphatidylglycerin cĩ trong lục lạp (gần 50% tổng số lipid trong lá). + Tan tốt trong alcol, ester, nhưng khơng tan trong aceton.
22. Phosphatidylcholin
23. 6.3.2.2. Shingolipid (Sphingophospholipid): O OH HN C R O + H3C (CH2)12 CH CH CH CH CH2 O P O CH2 CH2 N (CH3)3 O Sphingomyelin -Cấu tạo căn bản cũng giống như glycerophospholipid nhưng alcolglycerin được thay thế bằng amino alcol khơng bảo hồ (sphingosine hay dihydrosphingosine). -Phổ biến là các sphingosine cĩ từ 16, 17, 19, 20 C. -Được tìm thấy trong màng tế bào động vật và thực vật, cĩ nhiều trong mơ thần kinh, não, trong thành phần của lipid máu. - Sphingophospholipid phổ biến là sphingomyelin.
24. 6.3.3. Glycolipid (Glucolipid): -Khơng cĩ acid phosphoric. -Chiếm ưu thế trong mơ não, cũng cĩ trong tế bào máu và các mơ khác. -Chúng đĩng vai trị quan trọng trong hoạt động của các màng sinh học. - Đại diện cĩ glucosyldiacylglycerin và glucosphingolipid.
25. 6.3.3.1. Glycosinediacylglycerin: -Trong phân tử của chúng hai nhĩm hydro của glycerin được ester hố bởi hai gốc acid béo và một hoặc hai phân tử monosaccharide (D-galactose và D-glucose) liên kết với glycerin bằng liên kết glycoside. - Monogalactosyldiacylglycerin và digalactosyldiacylglycerin là những đại diện thường gặp.
26. 6.3.3.2. Glycosphingolipid: -Cấu trúc gần giống với sphingophospholipid, cĩ thể xem là dẫn xuất của ceramide, nhưng khơng chứa phosphate và các base nitơ. -Trong thành phần cĩ một hay vài gốc glucid. - Sự phân nhĩm thường dựa vào số lượng và thành phần các gốc monosaccharide.
27. 6.3.3.3. Cerebroside: Là những ceramide monosaccharide glycolipit, cĩ nhiều trong các màng tế bào thần kinh (trong vỏ myelin). Myelin
28. 6.3.3.4. Ganglioside: Trong thành phần cĩ gốc cialic acid. Cĩ gốc D-glucose, D-galactose, N-acetylglucoseamine, N- acetylgalactoseamin và N-acetylneuramic acid. Chúng tạo nên đầu ưa nước với cấu trúc phức tạp. Là hợp chất acid vì chứa nhĩm carboxyl trong gốc N- acetylneuramic acid. (hình) Cĩ trong chất xám của não (gần 6%) của lipit màng. Tham gia vào quá trình tiếp nhận tín hiệu vào tế bào Nhận biết các độc tố của vi khuẩn và virus Nhận cảm các hormone peptide, serotonin.
29. 6.4. Sáp: 6.4.1. Thành phần và cơng thức cấu tạo: Là ester phức tạp của các acid béo bậc cao và rượu đơn chức cĩ phân tử lớn. Sáp thiên nhiên thường chứa các loại rượu cĩ phân tử lớn và acid béo bậc cao. * Cơng thức cấu tạo chung của sáp: R1 – O – CO – R2 (R1: gốc alcol; R2: gốc acid béo). Vd: sáp ong là ester của alcol miricilic và acid béo palmitic H3C (CH2)28 CH2O C (CH2)14 CH3 O
30. 6.4.2. Các loại sáp: 6.4.2.1. Sáp thực vật: Chiếm trọng lượng khơng lớn trên bề mặt lá, quả, thân, cành. . . Bảo vệ cho thực vật khơng bị khơ và ngăn sự xâm nhập của vi sinh vật. Phần lớn là carbuahydro.
31. 6.4.2.2. Sáp động vật: sáp ong, sáp lơng cừu, sáp cá nhà táng. Trong sáp ong cĩ những ester phức tạp, acid béo tự do, rượu bậc cao tự do và carbua hydro. Ngồi ra cịn cĩ chất gây mùi và hương thơm cũng như hợp chất khống. Sáp lơng cừu – lanolin: chất bơi trơn bao phủ lơng cừu. Cấu tạo từ hỗn hợp ester của hai sterin – lanosterin và agnosterin với các acid béo bậc cao phân nhánh (lanopalmitic acid, lanostearic acid. . .) Spermacet: chiếm lượng lớn trong chất béo não cá, là ester của alcol cetilic và palmitic acid. Là chất rắn nĩng chảy ở 41 – 490C. H3C – (CH2)14 – CO – O – CH2 – (CH2)14 – CH3
32. 6.4.2.3. Sáp khống: Chiết xuất từ than đá hoặc than bùn Gồm montnilic acid và ester của nĩ Tỷ trọng = 1. Nĩng chảy ở 72 – 770C
33. 6.4.3. Chức năng và ứng dụng của sáp: Ở thực vật sáp được tạo nên trong tế bào biểu bì, sau đĩ được đưa qua các ống dẫn nhỏ ra khởi tế bào ở lại trên bề mặt mơ. Sáp cĩ tác dụng bảo vệ, khơng thấm nước, khơng bị khơ và ngăn ngừa vi sinh vật xâm nhiễm. Sáp ong bảo vệ ấu trùng phát triển bình thường, bảo vệ mật khơng bị hư. Sáp kém bị thủy phân và bền với ánh sáng, chất oxy hĩa, nhiệt độ. . .vì vậy cĩ thể bảo quản lâu. Ở một số lồi động vật và vi sinh vật phù du (plankon) sáp là chất dự trữ năng lượng chủ yếu.
34. •Sáp được ứng dụng trong các lĩnh vực: Dược phẩm và mỹ phẩm: thuốc dán, thuốc mỡ, kem dưỡng, kem dính, kem tẩy, kem làm trắng, kem mặt nạ, sáp bơi phấn son, phụ gia trong dược phẩm. Nhờ tính dẻo, bền với acid, cách điện và nước nên được úng dụng trong cơng nghiệp đúc, thuộc da, cơng nghiệp ơ tơ, máy bay, dệt, cơng nghiệp thực phẩm, hương liệu, kỹ thuật mạ.
35. 6.5. Steroid (sterol): Steroid là dẫn xuất của perhydro cyclopentanfenantren, nĩ cĩ cấu tạo như sau: Các steroid quan trọng như sterol (sterin), steride, hormone sinh dục nam và nữ, hormone thượng thận, vitamin D, sapogenin. . .Trong tế bào, các steroid xuất hiện một lượng rất nhỏ. Cholesterin là một trong những đại diện quan trọng, nĩ chiếm một lượng lớn trong lipit của mơ thần kinh động vật. Nĩ liên kết với hợp phần cấu trúc vỏ myelin. Nĩ cĩ ở lipit trứng, tế bào tinh dịch, gan, thượng thận và trong thành phần hồng cầu.
36. CH3 CH3 HC CH2 CH2 CH2 CH CH3 CH3 C D CH3 A B OH Cholesterin
37. 6.6. Terpene: (C5H8)n isoprene Được cấu tạo từ các gốc isoprene. Một số terpene được tách chiết từ thực vật cĩ mùi vị đặc trưng của dầu thực vật như limonen, pinen, geraniol, camphor, menthol. Chúng là thành phần chính của dầu thực vật và các acid nhựa, cao su, các sắc tố thực vật như carotene, lycopene. Vitamin A và các chất xốp từ mơ động vật đều cĩ liên quan đến terpene.
38. •Vì sao xà phịng lại tẩy sạch được các vết dầu, mỡ? • Lý do thật là đơn giản: xà phịng là muối Kali hoặc Natri của các axit béo bậc cao, trong phân tử xà phịng cĩ chứa đồng thời các nhĩm ưa nước và các nhĩm kỵ nước, khi cho xà phịng vào sẽ tạo thành nhũ tương mỡ khơng bền, các phân tử xà phịng phân cực được hấp thụ trên bề mặt các giọt mỡ, tạo thành một lớp mỏng trên giọt mỡ, nhĩm ưa nước của xà phịng quay ra ngồi tiếp xúc với nước, do đĩ các giọt mỡ khơng kết tụ được với nhau và bị tẩy sạch.