ליפידים איסוף חומרים

ליפידים איסוף חומרים

שלום לכולם, מישהו צריך להתחיל לעבד את כל המידע לכתבה- אז אני מתחילה. ראו עצמכם חופשיים לשנות, למחוק, ולשכתב כל דבר שמתחשק לכם. (כולל משפט זה...חחח) רחל אידלמן

פרולוג

בתאריך 1.3.2010 נפגשנו לסיור במסגרת קורס "מורים מובילים בכימיה". הסיור התחיל בתנובה רחובות והמשיך במעבדת מחקר לליפידים במכון ויצמן. המשימה: כתיבת כתבה בנושא מעבדת המחקר לליפידים. והרי התוצר המוגמר לעיונכם.

הקדמה

ליפידים הם למעשה שם כולל למולקולות אורגניות אשר ניתן לחלקם למספר קבוצות עיקריות :

ליפידים פשוטים:

1. חומצות שומניות והאסטרים שלהם (ביניהם הגליצרידים, המכילים את השומנים והפוספוליפידים). חומצות שומן, חומצות קרבוקסיליות, המורכבות מ 14-22 פחמנים (השכיחות ביניהן מכילות 16-18 פחמנים), כאשר רובן בעלות מספר זוגי של פחמנים. ישנן כ-100 סוגי חומצות שומן בטבע, ויצירתן בגוף החי הינה מתמדת (הדבר מתבטא בהשמנה). כאשר השרשרת היא ללא קשרים כפולים - מתקבלת חומצת שומן רוויה. לעיתים קיימים קשרים כפולים לאורך השרשרת, ואז מדובר בחומצה שומנית לא-רוויה.בשרשרת הלא רוויה יהיו בדרך כלל עד 3 קשרים לא רוויים המרוחקים זה מזה, באיזומריית 'ציס'.

טריגליצרידים הן מולקולות המכילות כל אחת 3 חומצות שומניות (קבוצת אציל), קשורות בקשר אסטרי למולקולת גליצרול (טריאצילגליצרול). מעבר חומצות השומן לטריגליצרידים מתרחש כאשר הן עוברות דרך המעי (שומן שנאכל מתפרק במעי, נבנה מחדש שם, או בכבד ועובר ללימפה). תהליך פירוק הטריגליצרידים הוא אנזימטי ונקרא ליפוליזה. התהליך כולו מזורז על ידי האנזים ליפאז (אנזים המיוצר בלבלב) ומשם תוצרי הפירוק עוברים לדם ולרקמות אחרות. טריגליצרידים יכולים להיות פשוטים- גליצרול קושר 3 חומצות שומן זהות. טריגליצרידים יכולים להיות מעורבים- בעלות שתי חומצות שומן שונות לפחות.כאשר חומצות השומן בעמדות 1 ו-3 הינן שונות, אטום פחמן מספר 2 במולקולת הגליצרול הינו פחמן כיראלי והטריגליצריד המתקבל הינו בעל פעילות אופטית.

פוספוליפידים הינם קבוצת חומרים חשובה הבונה את ממברנות התאים ומצוייה גם ברקמה העצבית. פוספוליפידים קרויים גם לעיתים פוספוגליצרידים. הפוספוליפידים בנויים ממולקולת שלד של גליצרול, הקושרת בקשרים אסטריים, לעמדות 1 ו-2, שתי חומצות שומן. לעמדה 3 בגליצרול, נקשרת קבוצת זרחה כהלית. רוב הפוספוליפידים מכילים חומצת שומן רוויה בעמדה C1 ואילו חומצת שומן בלתי רוויה בעמדה C2. לזרחה יכולות להקשר גם מולקולות נוספות כגון כולין, אתנולאמין וסרין. מבנה כללי של פוספוליפידחומצות השומן מהוות את האיזור בו נוצרים קשרי ו.ד.ו. ולכן מסיסותם במים נמוכה ("זנב" הידרופובי). החלק האחר, האיזור בו נקשרת קבוצת הזרחה נקרא "ראש" קוטבי, וזהו איזור הידרופילי היוצר קשרים מקוטבים עם המים בזכות היווצרות קשרים יוניים בין הזרחה למים הקוטביים או קשרי מימן בין הקבוצה הכהלית לבין מולקולות המים. הפוספוליפידים מופיעים כמוצקים לבנים ושמנוניים בטמפרטורת החדר, בצורתם הטהורה. בתמיסה מימית, הם יכולים להופיע בשלוש צורות שונות, כאשר המשותף לכל הצורות הוא בעובדה שהחלק ההידרופובי בא במגע מינימלי עם המים. סוג המבנה תלוי בגודל ה"ראש" הקוטבי ובאורך בשרשרות ההידרופוביות (החומצות השומניות). כמו כן, יש השפעה לדרגת רוויון החומצות, בהרכב היוני של התווך המימי ובאופן פיזור הפוספוליפידים בתמיסה. המבנים האפשריים של פוספוליפידיים בתמיסה מימית:

1. מיצלה (נוצרות כאשר ה"ראש" הקוטבי גדול וה"זנב" ההידרופובי קצר. המבנה כדורי או גלילי)

2. רובד דו-שכבתי (מבנה דק ושטוח. עוביו כ-2 מולקולות והוא מפריד בין מדורים מימיים שונים (למשל: תוך וחוץ התא). נוצר כאשר ה"ראש" הקוטבי קטן ואילו ה"זנב" ההידרופובי גדול)

3. ליפוזום (מבנה דו שכבתי כדורי או גלילי המכיל חלל פנימי מלא במים. נוצר כאשר ה"ראש" הקוטבי קטן וה"זנב" ההידרופובי גדול)

הידעת? מנפלאות המיונז

2. סטרולים (לדוגמא: כולסטרול)

ליפידים מורכבים:

אסטרים של חומצות שומן שכוללים בנוסף לשייר הכהלי גם קבוצה הידרופילית נוספת- קבוצת ראש קוטבית. בדר"כ שייר פוספאט או שייר פוספאט שקשור אליו שייר סוכר או שייר אחר(אתאנול אמין, כולין)

3. גליצרוליפידים : ליפידים שבהם השייר הכהלי הוא גליצרול.

4. ספינגוליפידים : אסטרים של הכהל ספינגוזין(כהל אליפטי אמיני ארוך שרשרת) עם חומצת שומן.

ניתן לחלק את הפוספוליפידים לשתי קבוצות: א. גליצרוליפידים (הבסיס למבנה הולקולה היא מולקולת הגליצרול).

[עריכה] תכונות פיזיקליות של פוספוליפידים 1. מולקולות אסימטריות (בעלי פעילות אופטית ) 2. מולקולות אמפיפטיות 3. מולקולות אמפוטריות: בתנאים פיזיולוגיים פוספוליפידים בעלי מטען חשמלי. 4. בתמיסה מימית הפוספוליפידים יכולים להופיע בשלוש צורות ארגון שונות:

                 א.  מיצלה
                 ב. רובד   דו-שכבתי
                ג.  ליפוזום
  	בכל  הצורות  הנ"ל,  החלק  הידרופובי בה  במגע   מינימלי  עם  המים.

5. פוספוליפידים עוברים סבוניפיקציה ( הידרוליזה בסיסית ). 6. פוספוליפידים עוברים אינדיקציה עם יוד.

פוספוליפידים עוברים הידרוליזה אנזימטית בעזרת אנזימים מסוג פוספוליפאזות

ב. ספינגוליפידים (הבסיס למבנה המולקולה היא מולקולת הספינגוזין).

[עריכה] תכונות פיזיקליות של ספינגוליפידים 1. המולקולה אסימטרית, בעלת פעילות אופטית; 2. המולקולה אמפוטרית; 3. המולקולה אמפיפטית; 4. המולקולה עוברת סבוניפיקציה (במשך 10 שעות, בטמפרטורה 80°C);

5. המולקולה עוברת אינדיקציה עם יוד; 6. המולקולה עוברת הידרוליזה אנזימטית בעזרת אנזימים מסוג פוספוליפאזות וספינגומיאלינאז.

האנזים ספינגומיאלינאז מפרק את הקשר האסטרי בין ספינגוזין לכהל המזורחן.

[עריכה] סטרולים סטרואידים- משפחת תרכובות המתאפיינת מבנית ע"י ארבע טבעות פחמימות צמודות זו לזו, לרובם קבוצות צדדיות השונות בהרכב ובגודל.

קבוצות עיקריות של סטרוידים הן: סטרולים, חומצות מרה והורמונים סטרוידיים.

סטרולים -סטרואידים, כאשר על אחת הטבעות מופיעה קבוצת OH הידרופילית בעוד הטבעות הפחמימניות מהוות את החלק ההידרופובי במולקולה. המבנה הבסיסי המשותף לכל הסטרולים הנציג הידוע ביותר מקבוצה זאת הוא כולסטרול המצוי בגופם של בעלי החיים בלבד. בצמחים ובחיידקים קיימות מולקולות אחרות מאותה קבוצה כמו ארגוסטרול, סטיגמאסטרול

הכולסטרול כולסטרול הינו הסטרואיד הנפוץ ביותר ברקמות בעלי חיים (10% מקרום התא). הכולסטרול כולל קבוצת OH בפחמן C3, בטבעת A ובנוסף, קשורה שרשרת פחמנית מסועפת ל- C17 בטבעת D.

תפקידים עיקריים של כולסטרול בגופם של בעלי החיים:

1. מרכיב חשוב בקרומי התאים (ממברנות התא). נמצא בכמות גבוהה מאוד ברקמת העצב.

2. חומר מצע ביצור מלחי מרה

3. חלק קטן יחסית של כולסטרול משתתף ביצור הורמונים סטרואידיים(קורטיזול, הורמוני מין)

בדיאטה מאוזנת רק 30% מהכולסטרול מגיע ממזון, 70% הנותרים מיוצרים בגוף. יצור הכולסטרול נעשה בעיקר ברקמת הכבד, רקמות העור ובמעיים.

גורמים המגבירים את ייצורו הם חסר במרה, הקרנת קרני X (רנטגן), הזנה בשמן תירס. גורמים המדכאים את ייצורו הם חומצות ארומטיות וצום.

מסיסותו של כולסטרול במים נמוכה מאוד וכדי שהכולסטרול יעבור בגוף, הוא מתחבר לחלבון ליצירת ליפופרוטאין, כך הופך להיות מסיס יותר במים.

פירוק כולסטרול: עיקר הפירוק נעשה על ידי סילוק 3 פחמנים מן השרשרת הצדדית וקבלת קרבוקסיל במקומם. כמו כן נוספים 2 קבוצות OH ליצירת חומצה כולית, שהיא אחתמחומצות המרה.

חומצה כולית- אחת חומצות המרה ישנן עדויות שהכולסטרול גורם למחלות לב וכלי הדם כאשר הוא מצוי ברמה גבוהה בגוף. הכולסטרול שוקע בדפנות כלי הדם, מצר אותם ומוריד את רמת האלסטיות שלהם בשל המבנה מרובה הטבעות הקשיחות של המולקולה.

[עריכה] הידעת ש... • כמות כלל כולסטרול בגוף האדם - 140 גרם. • מבדילים בשני סוגים של כולסטרול: כולסטרול אקסוגני, שמקבלים עם מזון וכולסטרול אנדוגני, המסונתז על ידי גוף עצמו. • כלל כולסטרול מורכב מ- % 30 של כולסטרול חופשי ו-% 70 כולסטרול מאוסטר. • % 93 נמצא ברקמות, % 7 -בדם בצורת הליפופרוטאינים. • % 40 מן הכולסטרול הנאכל (~ 100 מיליגרם) נפרשים בצואה בצורת קופרוסטנול וכולסטנול ו- % 60 ( ~150 מיליגרם)נספגים על ידי גוף. • בגוף קיימת מערכת בקרה "היזון חוזר ": ריבוי כמות הכולסטרול. • ( 2 – 3 גרם ) הנאכל מדכא את סינתזה ואת ספיגתו מהמעי, וגם מגביר את הפרשתו בצואה. • סינתזה של כולסטרול מתרחשת בכבד ע"י התקשרות של אצטיל – COA, שנקבל כתוצאה מפירוק של חומצות, שמן, וחמצון של גלוקוז. • נהוג לסמן את הטבעות באותיות A,B,C,D. • הסטרואידים נבדלים זה מזה בקיום קשרים כפולים במולקולות שונות ובנוכחות מתמירים שונים במקומות שונים. • נוסחה אמפירית של כולסטרול היא C27H45OH . • מולקולת הכולסטרול בנויה מבסיס סטראן, קבוצת OH, הקשורה לסטראן בפחמן מס. 3, שתי קבוצות מתיליות הקשורות לפחמן מס. 10 ו-13. כמו כן,שרשרת אליפטית המכילה 8 פחמנים, הקשורה לפחמן מס.17. • בסיס סטראן בנוי מ4 טבעות צמודות, שביניהן 3 טבעות פירוליות ואחת – מחומשת. • בין פחמן מס.5 ו-6 נמצא קשר כפול. • מולקולה ללא קבוצת OH נקראת כולסטאן.

     שמו הכימי  של  כולסטרול הוא: 3b-ol-5-en Cholestane   או  3b-ol-5- Cholestene

[עריכה] הטוב, הרע והכולסטרול כולסטרול מועבר ממקום בו הוא נוצר לכל תאי הגוף על ידי הדם. לכולסטרול מסיסות במים (פלסמת הדם היא ברובה מים) נמוכה מאוד ולכן הוא חייב להיות מועבר אל ומהתאים על ידי נשאים הנקראים ליפופרוטאינים.

ליפופרוטאינים בנויים כקומפלקס כדורי בעלי אזור פנימי המכיל ליפידים הידרופוביים (בעיקר טריגליצרידים ואצילכולסטרולים) והאזור החיצוני מורכב מפוליפרוטאינים, כולסטרול ופוספוליפידים. קוטביותה של המעטפת החיצונית מקנה לקומפלקס מסיסות במים.ככל שהאזור הפנימי גדול יותר, כך צפיפות הליפופרוטאין נמוכה יותר.

ניתן לחלק את הליפופרוטאינים ל-5 קבוצות על פי צפיפותם. החשובים ביניהם :

ליפופרוטאינים אשר צפיפותם נמוכה,(Low-density lipoprotein-LDL),מכונים "כולסטרול רע" ותפקידם להוביל כולסטרול מתאי הכבד לרקמות הגוף. רמה גבוהה של כולסטרול בגוף גורמת לפעילות מוגברת של LDL ועודפיו יכולים לשקוע על דפנות העורקים ולגרום להצרתם וליצירת פלאקים. שתי התופעות הללו גורמות להתפתחות טרשת עורקים שהיא מחלה שיכולה להביא להתקפי לב או לשבץ מוחי. ליפופרוטאינים אשר צפיפותם גבוהה,( High-density lipoprotein-(HDL ,המכונים "כולסטרול טוב" מובילים כולסטרול מתאי הגוף אל הכבד ומשם החוצה, מסייעים בהרחקת הכולסטרול מהדם ומקטינים בכך יכולת שקיעתו בכלי הדם.

שני סוגי ליפידים אלה, יחד עם רמות טריגליצרידים וכולסטרול, מהווים את ספירת הכולסטרול, שאותה ניתן לקבוע באמצעות בדיקת דם.

אנשים שלא נמצאים בשום קבוצת סיכון צריכים לשמור על רמת LDL של 130mg/dl. רמת ה-HDL הינה שונה בין גברים לנשים, כאשר אצל הנשים רמה גבוהה יותר מאשר אצל גברים (לנשים: סביב ה- 45mg/dl לעומת הגברים: סביב ה- 40mg/dl).

(LP(a (כולסטרול) (LP (a הוא וריאציה גנטית של LDL כולסטרול (רע). רמה גבוהה של (LP (a הוא גורם סיכון משמעותי להתפתחות מוקדמת של משקעי שומן בעורקים. (LP (a לא לגמרי מובן עדיין, אבל מניחים שהוא מבצע אינטראקציה עם חומרים הנמצא על דפנות העורקים, דבר התורם להצטברות משקעי השומן.