Charakteristika a význam lipidu, terpenu, steroidu a alkaloidu

Lipidy
Jedná se o přírodní látky rostlinného i živočišného původu, z chemického hlediska estery vyšších karboxylových kyselin a jednosytného nebo trojsytného alkoholu (nejčastěji glycerolu). Jsou to hydrofobní látky, rozpustné v nepolárních organických rozpouštědlech, ale ne ve vodě.
Společnou složkou lipidů jsou mastné kyseliny. Jsou vždy jednosytné, mají většinou sudý počet uhlíkových atomů (jejich biosyntéza probíhá adicí acetátu, který má dva uhlíky). Z chemického složení lze mastné kyseliny dělit na nasycené – neobsahující žádnou dvojnou vazbu (např. palmitová C15H31COOH, stearová C17H35COOH) a nenasycené – obsahují různý počet dvojných vazeb (např. olejová – CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH, linolová CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH).
Z alkoholu se v lipidech vyskytuje hlavně glycerol nebo vyšší jednosytné alkoholy jako např: cetylalkohol CH3(CH2)14CH2OH, stearylalkohol CH3(CH2)16CH2OH, myricylalkohol CH3(CH2)29CH2OH.
Rostlinné vosky mají ochrannou funkci. Živočišné vosky, např. vorvaňovina v mozku vorvaně, lanolin v ovčí vlně nebo včelí vosk, mají funkci stavební, jsou součástí biomembrán a jsou nezbytné pro přenos nervových vzruchů. Glyceridy, zejména tuky, jsou potřebné pro tepelnou izolaci tkání a orgánů. V některých případech mají tuky i ochrannou funkci, např. tukové pouzdro kolem ledvin (ochrana před mechanickým poškozením). Nejdůležitější funkcí tuků i olejů je funkce energetická. Energii obsaženou v molekulách glyceridů organismus uvolňuje biologickou oxidací glyceridů. Glyceridy rovněž slouží jako nepolární rozpouštědla pro látky ve vodě nerozpustné, např. některé lipofilní vitaminy (A, E, D, K), hormony, barviva apod. V rostlinách jsou glyceridy uloženy hlavně v semenech a plodech, u živočichů pod kůží, mezi svaly a v břišní dutině.
Třídění lipidů
Lipidy můžeme rozdělit na dvě velké skupiny – jednoduché a složené.
JEDNODUCHÉ LIPIDY – Mezi ně patří glyceridy a vosky. Vosky obsahují složitý jednosytný alkohol s 16 a více uhlíkovými atomy. Vosky mohou být původu rostlinného (např. ochranné povlaky na listech a plodech) nebo živočišného (včelí vosk – stavební funkce, výroba svíček, vorvaňovina – vosk obsažený v lebeční dutině kytovců), jsou velmi stálé, mnohem odolnější vůči hydrolýze, nejsou rozkládány lipázami, živočichové je nedokáží strávit a používají se v kosmetice a farmacii. Glyceridy obsahují glycerol a rozdělují se podle druhu mastné kyseliny na tuky (obsahují převážně nasycené mastné kyseliny) a oleje (nenasycené). Podle počtu esterifikovaných hydroxy- skupin glycerolu je dělíme na mono-, di- a
triacylglyceroly. Mono- a diacylglyceroly existují pouze jako metabolické meziprodukty. Největší zastoupení v tukové tkáni mají triacylglyceroly. Mezi živočišné tuky patří třeba sádlo (vepřový tuk), lůj (hovězí tuk), máslo (mléčný tuk) nebo rybí tuk a využívají se v potravinářství a při výrobě léčiv a kosmetiky. Tuky rostlinného původu jsou především rostlinné oleje (řepkový, slunečnicový, olivový, ale také kokosový) a používají se stejně jako živočišné tuky (+ výroba nátěrových hmot). Patří sem také ještě acylsteroly – jsou to estery vyšších MK a sterolů (např. cholesterolu).
SLOŽENÉ LIPIDY – Od lipidů jednoduchých se liší nejen složitější stavbou, ale i biologickým významem. Kromě alkoholů a karboxylových kyselin obsahují ještě další složky, díky kterým se stávají polárními. Jejich molekuly mají dvě části – hydrofobní = nepolární (uhlovodíkový řetězec mastné kyseliny) a hydrofilní = polární (má iontový charakter a schopnost rozpouštět se ve vodě, může jít o skupinu anorganickou i organickou, např. fosfátová skupina). Díky přítomnosti obou částí mají amfifilní charakter. Patří sem hlavně fosfolipidy (např. lecitin = fosfatidylcholin) a glykolipidy.
Reakce lipidů
HYDROLÝZA – Teoreticky je hydrolýza glyceridu reakce glyceridu s vodou. Produktem je glycerol a mastné kyseliny. Vzhledem k tomu, že voda je velmi málo reaktivní činidlo provádí se hydrolýza působením buď anorganických kyselin (tzv. kyselá hydrolýza) nebo působením alkalických hydroxidů (tzv. alkalická hydrolýza neboli zmýdelnění – vznikají mýdla, což jsou chemicky soli mastných kyselin).
Sodná mýdla jsou tuhá (tzv. jádrová mýdla), používají se jako čistící nebo prací prostředky. Draselná mýdla jsou mazlavá (polotekutá), používají se k přípravě dezinfekčních prostředků.
ŽLUKNUTÍ – Postihuje glyceridy obsahující ve svých molekulách nenasycené mastné kyseliny. Působením mikroorganismů dochází zejména v teplém a vlhkém prostředí k oxidaci na vazbách π mastných kyselin a následnému štěpení jejich uhlíkového řetězce na kratší části. Produkty jsou různé aldehydy, ketony a nižší karboxylové kyseliny (např. máselná), které nepříjemně zapáchají, mohou být i jedovaté. Žluknutí olejů je biochemický proces.
VYSYCHÁNÍ – Jedná se o oxidační polymeraci olejů, které obsahují nenasycené mastné kyseliny s více dvojnými vazbami (kyselina linolová, kyselina linolenová), např. lněný, sojový,
bavlníkový nebo makový olej. Dochází ke tvorbě souvislého povlaku (filmu) na povrchu předmětu, na kterém je olej rozetřený do tenké vrstvy. V praxi se této vlastnosti využívá při výrobě olejových nátěrových ochranných laků (např. fermež) a olejových barev. K vysýchavému oleji se přidávají látky, které urychlují proces polymerace (sikativa – oxidy manganu nebo chromu) a barevné složky – pigmenty.
ZTUŽOVÁNÍ – Hydrogenací nenasycených mastných kyselin (adice vodíku na dvojné vazby) se z olejů získávají tuky. Ztužování rostlinných olejů se provádí proto, že vzniklé rostlinné tuky nepodléhají vysychání a žluknutí, nemají nepříjemný zápach typický pro některé oleje a jsou i lépe skladovatelné v domácnostech. Ztužené oleje se uplatňují při výrobě margarínů a tuků.
Izoprenoidy
Jedná se o velmi pestrou skupinu přírodních látek, společným znakem je, že jejich základní stavební jednotkou je izopren (2-methylbut-1,3-dien). Izopren je pouze strukturním základem těchto látek, volně se v přírodě nevyskytuje. Patří sem terpeny a steroidy.
Terpeny
Terpeny jsou přírodní látky především rostlinného původu. Mají lipofilní charakter (rozpouštějí se v tucích). Jsou součástí silic, pryskyřic a balzámů. Silice čili éterické oleje jsou vonné těkavé olejovité tekutiny, vyskytující se nejčastěji v květech, listech nebo plodech a zpravidla se vyznačují příjemnou vůní. Proto se používají v parfumerii a lékařství. Z rostlin se silice získávají destilací rozdrceného rostlinného materiálu s vodní párou. Pryskyřice jsou tuhé, většinou lepkavé látky, které vznikají oxidací silic (podobně jako oxidace vysychavých olejů) na místech porušení kůry jehličnatých stromů. Ve vodě jsou pryskyřice nerozpustné. Balzámy jsou polotekuté směsi silic a pryskyřic.
Podle chemického složení jsou terpeny buď uhlovodíky, nebo jejich kyslíkaté deriváty (alkoholy, aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny). Podle stavby uhlíkového řetězce mohou být terpeny acyklické i cyklické. Podle počtu polymerovaných molekul isoprenu se terpeny rozdělují do šesti skupin.
MONOTERPENY – K nejběžnějším acyklickým monoterpenům patří uhlovodík myrcen, obsažený ve vavřínové silici. Z růžového oleje získávaného z okvětních lístků růží byl izolován alkohol geraniol používaný v parfumerii (výroba voňavek). Citrónová silice obsahuje až 80 % aldehydu citral. V borovicové silici (= terpentýnu), což je kapalina vytékající z poraněného kmene borovice, jsou hlavními složkami uhlovodíky pinen a limonen (ten je obsažen i v dalších silicích, např. pomerančové nebo citrónové). Terpentýn (borovicová silice) se
používá jako ředidlo nátěrových laků. Známým monoterpenem je rovněž alkohol menthol obsažený v mátové silici.
SESKVITERPENY – Vyznačují se hořkou chutí – např. především humulen obsažený v samičích květech chmelu otáčivého. Biologicky významná je kys. abscisová, která způsobuje stárnutí a opadávání listů.
DITERPENY – Z rostlinných diterpenů je důležitý acyklický alkohol fytol, který je ve formě esterů součástí chlorofylu a dále kyselina gibberelová, která je příkladem rostlinného růstového hormonu. Z živočišných diterpenů je důležitý cyklický alkohol vitamin A.
TRITERPENY – Jejich význam spočívá zejména v tom, že jsou (alespoň některé) výchozími látkami pro syntézu steroidů. Tento význam mají zejména živočišné triterpeny skvalen (průmyslově získávaný ze žraločích jater) a lanosterol.
TETRATERPENY – Důležitými tetraterpeny jsou různá rostlinná barviva tvořící chemicky podobnou skupinu zvanou karotenoidy. Nejrozšířenějším karotenem je ß-karoten, obsažený zejména v mrkvi. ß-karoten je provitamínem vitamínu A. Rozšířenými xanthofyly jsou žlutý lutein, doprovází chlorofyl v zelených částech rostlin, vyskytuje se v květech pampelišek a slunečnic, ve žloutcích i v peří kanárů.
POLYTERPENY – Typickým polyterpenem je přírodní kaučuk, vyskytující se v podobě koloidního roztoku zvaného latex, v mnoha tropických rostlinách. Pro průmysl se získává z kaučukovníku (Hevea brasiliensis) pěstovaného hlavně v oblastech trop. Asie. Kaučuk je elastický, jeho geometrický izomer gutaperča nikoli (kaučuk je cis- a gutaperča trans-). Zahříváním kaučuku se sírou (vulkanizací) a přidáním změkčovadel (např. kalafuny), plnidel (např. sazí), pigmentů a antioxidantů (zpomalují oxidaci vzdušným kyslíkem) se vyrábí pryž, používaná zejména k výrobě plášťů pneumatik. Přírodní kaučuk je proto důležitou surovinou gumárenského průmyslu. Vulkanizací kaučuku větším množstvím síry (40 – 50 % hmotnostního množství kaučuku) vzniká tvrdá pryž ebonit.
Steroidy
Steroidy jsou přírodní látky především živočišného původu. Z hlediska složení jsou steroidy různorodou množinou organických sloučenin (uhlovodíky, alkoholy, aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny). Všechny steroidy však mají dva společné znaky: Všechny steroidy ve své biosyntéze (při tvorbě „in vivo“) vznikají z triterpenů Všechny steroidy ve své struktuře obsahují tetracyklický uhlovodík steran (cyklopentanoperhydrofenanthren).
Podle zastoupení charakteristických skupin (i podle funkce v organismech) lze steroidy rozdělit na:
STEROLY – Steroly jsou alkoholy. Podle původu jsou rostlinné (fyto-) a živočišné (zoo-). Příkladem rostlinného je ergosterol, který člověku slouží jako provitamin vitaminu D2 (ergokalciferol). Ten vzniká z ergosterolu působením UV záření. Nejznámější živočišný je cholesterol. Volný se podílí na stavbě buněčných membrán a je rovněž výchozí látkou pro biosyntézu ostatních steroid. sloučenin.
ŽLUČOVÉ KYSELINY – Žlučové kyseliny jsou karboxylové kyseliny. Podílejí se na trávení a vstřebávání tuků – emulgují lipidy a umožňují tak jejich trávení lipázami. Jsou produkovány játry a ve formě solí se nacházejí ve žlučníku. Nejznámější žlučovou kyselinou je kyselina cholová.
STEROIDNÍ HORMONY – Jsou to nejčastěji ketony. Podle regulačního působení se rozdělují na pohlavní (produkují je pohlavní žlázy za stimulace hormonů hypofýzy, estradiol, progesteron, testosteron) a kortikoidní (hormony kůry nadledvinek, např. kortizol, aldosteron).
STEROIDNÍ GLYKOSIDY – Obsahují glykosidicky vázané cukerné zbytky. Významné jsou hlavně srdeční glykosidy ovlivňující činnost srdce a jsou součástí léků – např. digitoxin z listů náprstníku.
Alkaloidy
Alkaloidy jsou dusíkaté organické sloučeniny zásaditého charakteru. Převážnou většinu alkaloidů tvoří heterocyklické sloučeniny s dusíkovým heteroatomem. Alkaloidy se nevyskytují volné, ale v důsledku svého zásaditého charakteru ve formě solí s karboxylovými kyselinami. Všechny alkaloidy jsou rostlinného původu. Jejich biologická funkce v rostlinách není dosud objasněna.
Naprostá většina alkaloidů má fyziologické účinky na různé skupiny živočichů. Ovlivňují činnost různých orgánů a orgánových soustav živočichů, především nervové soustavy. Mohou způsobit otravu (viz např. Sokratova smrt vypitím číše odvaru z bolehlavu – alkaloid koniin), ale v konkrétních případech a podle dávkování mohou působit blahodárně (např. morfin, atropin, reserpin, skopolamin, chinin). Takovéto alkaloidy se používají ve farmaceutickém průmyslu k výrobě léčiv. Větší dávky však vždy způsobují otravu a smrt. Jiné alkaloidy (thebain, brucin, nikotin) jsou smrtelně jedovaté již v nízkých dávkách, a proto v lékařské praxi nepoužitelné. Ale např. nikotin je velmi účinnou látkou k hubení hmyzích škůdců.
Opakované podávání některých alkaloidů vyvolává fyziologickou nebo psychickou závislost (tzv. drogová závislost). Podstatou drogové závislosti je vřazení alkaloidu opakovaným podáváním do metabolismu živočicha. Následná absence alkaloidu potom způsobuje narušení metabolického řetězce, což se projeví např. depresemi, neklidem, nespavostí, nevolností nebo svalovým třesem.
Alkaloidy jsou velmi rozsáhlou množinou sloučenin. Jejich celkový počet se odhaduje asi na 5000. Nejčastěji se třídí podle čeledí rostlin, ze kterých pocházejí, např.: Opiové alkaloidy (=makové, opium je zaschlá šťáva z nezralých makovic): papaverin (potlačuje křeče), kodein (tlumí kašel), morfin (tiší bolest, mírní strach), heroin (syntetický derivát morfinu, silnější, podává se jen umírajícím pacientům, silně zneužíván) Námelové alkaloidy (námel = paličkovice nachová): ergotamin (proti migrénám), diethylamin kyseliny lysergové (LSD, halucinogen)