Chương 3 Lipid trong hóa sinh

c Phân loại lipit Dựa vào phản ứng xà phòng hóa có thể chia lipit thành hai nhóm sau: + Lipit có thể xà phòng hóa được: bao gồm các lipit có chứa axit béo cao phân tử trong công thức c

CHƯƠNG III – HÓA SINH LIPIT GIỚI THIỆU CHUNG

a) Đặc điểm của lipit

Tên gọi lipit xuất phát từ chữ Hy lạp “lipos” có nghĩa là chất béo Lipit không tan trong nước, chỉ tan trong các dung môi hữu cơ như ete, benzen, cồn etanol, …

Lipit là nhóm hợp chất hữu cơ tự nhiên rất phổ biến trong tế bào động vật và thực vật Ở động vật lipit tồn tại dưới dạng mỡ (mỡ lợn, mỡ bò, …), ở thực vật, lipit tồn tại dưới dạng dầu (dầu lạc, dầu vừng, dầu hướng dương, …)

b) Lipit có những vai trò chính sau:

+ Là thành phần cấu tạo nên màng sinh học (phospholipit, glicolipit)

+ Là cofactor của một số enzyme (nhân tố không phải là protein nhưng cần thiết cho hoạt động của enzyme, bắt buộc phải có nhân tố này, nếu không enzyme sẽ không hoạt động)

+ Là thành phần của một số hormone và chất vận chuyển thông tin nội bào

+ Là nguồn năng lượng dự trữ quan trọng, cung cấp năng lượng cho cơ thể (1gram lipit khi bị oxy hóa cho 9,3 kcal)

+ Là dung môi của nhiều chất có hoạt tính sinh học (các vitamin tan trong chất béo) + Bảo vệ các cơ quan khỏi bị chấn động cơ học

c) Phân loại lipit

Dựa vào phản ứng xà phòng hóa có thể chia lipit thành hai nhóm sau:

+ Lipit có thể xà phòng hóa được: bao gồm các lipit có chứa axit béo cao phân tử trong công thức cấu tạo như glyxerit, glyxerophospholipit và sáp

+ Lipit không xà phòng hóa được: bao gồm các lipit không có chứa axit béo cao phân

tử trong công thức cấu tạo như các hyđrocacbon, các chất màu và các sterol

Dựa vào thành phần cấu tạo của lipit có thể chia lipit thành hai nhóm chính sau:

+ Lipit đơn giản: là este của rượu và axit béo Thuộc nhóm này gồm có: glyxerit, sáp

và sterit

+ Lipit phức tạp: trong phân tử của chúng ngoài axit béo và rượu còn có các thành phần khác như axit phosphoric, bazơ nitơ, đường Thuộc nhóm này gồm có các lipit sau: glixerophospholipit, glixeroglucolipit, sphingophospholipit, sphingoglucolipit

3.1 LIPIT ĐƠN GIẢN

3.1.1 Glyxerit – chất béo tự nhiên

3.1.1.1 Cấu tạo

Glyxerit là este của axit béo với glixerin, có công thức cấu tạo như sau:

Khi cả ba glyxerit đều được este hóa thì gọi là triglyxerit Thông thường các chất béo trong tự nhiên tồn tại ở dạng này

3.1.1.2 Đặc điểm các axit béo trong glyxerit

Các axit béo trong glyxerit thường có tính chất sau:

- mạch cacbon không phân nhánh

- số cacbon chẵn

- có số cacbon từ 4 đến 38 cacbon

a) Axit béo no

- Công thức cấu tạo chung là CnH2nO2

- Từ C12 trở đi thì tất cả các axit béo no đều là chất rắn và không hòa tan trong nước

Bảng 3.1: Các axit béo no thường gặp

Ký hiệu Tên thông thường Tên hệ thống Công thức phân tử mp(C)

12:0 Lauric acid Dodecanoic acid CH3(CH2)10COOH 44.2 14:0 Myristic acid Tetradecanoic acid CH3(CH2)12COOH 52 16:0 Palmitic acid Hexadecanoic acid CH3(CH2)14COOH 63.1 18:0 Stearic acid Octadecanoic acid CH3(CH2)16COOH 69.6 20:0 Arachidic aicd Eicosanoic acid CH3(CH2)18COOH 75.4

b) Axit béo không no

- Có chứa một hoặc nhiều nối đôi trong công thức phân tử, các nối đôi của axit béo không no tự nhiên thường ở dạng cis, khi đun nóng chuyển thành dạng trans

- Độ không no hay không bão hòa của axit béo được biểu thị bằng chỉ số Iốt: là lượng gam iot kết hợp được với 100g axit béo

Bảng 3.2: Một số axit béo không no thường gặp

Ký hiệu Tên

thường

Tên hệ thống Công thức cấu tạo mp(C)

16:1D9 Palmitoleic

acid

Hexadecenoic acid CH3(CH2)5CH=CH-(CH2)7COOH -0.5

18:1D9 Oleic acid 9-Octadecenoic acid CH3(CH2)7CH=CH-(CH2)7COOH 13.4 18:2D9,12 Linoleic

acid

9,12- ctadecadienoic acid

CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6 COOH

-9

18:3D9,12,15 a-inolenic

acid

9,12,15-Octadeca-trienoic acid

CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6CO

OH

-17

20:4D5,8,11,14 arachidoni

c acid

5,8,11,14- Eicosa-tetraenoic acid

CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2 COOH

-49

20:5D5,8,11,14,

17 EPA

5,8,11,14,17-Eico-sapentaenoic- acid

CH3CH2(CH=CHCH2)5(CH2)2CO

OH

-54

Ví dụ: axit oleic có chỉ số iốt là 90

Cách ký hiệu axit béo không no:

Số cacbon: Số nối đôi Vị trí cacbon có nối đôi

Ví dụ: 16:1D9: axit béo có 16 cacbon, 1 nối đôi ở vị trí cacbon số 9

3.1.1.3 Tính chất chung của glyxerit

a) Tính chất vật lý

- Không hòa tan trong nước mà tách thành từng lớp Trong các điều kiện nhất định dưới tác dụng của chất nhũ hóa, chúng có thể tạo ra nhũ tương

- Nhiều glyxerit ở nhiệt độ thường có tính dẻo

- Ở nhiệt độ thường glyxerit tồn tại ở dạng rắn hoặc dạng lỏng

- Nhiệt độ nóng chảy của glyxerit tương đối thấp, nhiệt độ nóng chảy của các glyxerit phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

+ Axit béo có trong glyxerit: sự có mặt của các axit béo mạch ngắn và axit béo không

no trong công thức phân tử thường làm giảm điểm nóng chảy

+ Dạng đồng phân cis hoặc trans: các axit béo không no trong tự nhiên thường ở dạng cis, khi đun nóng, có mặt chất xúc tác thì dạng cis chuyển thành dạng trans

- Dầu mỡ tự nhiên thường là hỗn hợp của nhiều triglixerit nên không có điểm nóng chảy rõ ràng mà thường có khoảng nóng chảy

b) Tính chất hóa học

- Phản ứng xà phòng hóa

+ Dưới tác dụng của enzyme lipaza, kiềm liên kết este trong phân tử liên kết bị thủy phân tạo ra muối của axit béo

+ Các muối này được gọi là xà phòng và phản ứng tạo xà phòng được gọi là phản ứng xà phòng hóa

- Phản ứng chuyển este hóa

+ Phản ứng chuyển este hóa là phản ứng đổi chỗ các axit béo trong công thức phân tử của glyxerit

+ Phản ứng được thực hiện với chất xúc tác là acolat kiềm ở nhiệt độ từ 110 đến 160

độ

- Phản ứng hydro hóa

+ Hydro hóa là phản ứng gắn hydro vào nối đôi của axit béo không no trong các glyxerit

+ Phản ứng gắn hydro vào nối đôi của axit béo thường làm giảm điểm nóng chảy của glyxerit

+ Có hai kiểu hydro hóa: hydro hóa chọn lọc và hydro hóa từng phần hoặc toàn bộ

3.1.2 Sáp

3.1.2.1 Cấu tạo

Sáp là este của axit béo bậc cao với rượu đơn chức mạch thẳng, phân tử lớn Trong sáp tự nhiên ngoài axit béo là thành phần chính thì còn có một ít rượu bậc cao và axit bậc cao, các chất màu và các chất thơm

Các axit béo thường gặp trong sáp là:

Các rượu thường gặp trong sáp:

3.1.2.2 Phân loại sáp

Căn cứ vào nguồn gốc người ta chia sáp thành 3 loại

a) Sáp thực vật:

- Sáp thường có trữ lượng không lớn lắm trong thực vật

- Nằm trên bề mặt của quả, lá, thân, cành

- Mục đích của lớp sáp là để bảo vệ cho quả, lá, thân, cành khỏi bị thấm nước, không

bị khô và sự xâm nhập của vi sinh vật gây bệnh

- Trong sáp thực vật có chứa các hydrocacbon, rượu và axit

b) Sáp động vật

- Sáp động vật thường được tiết ra từ tuyến sáp của côn trùng, tuyến xương cụt của chim và từ tuyến da của động vật có vú

- Một số sáp động vật hay gặp:

+ Sáp ong: thành phần chủ yếu là este của axit palmitic với rượu mirixylic, thứ đến là este của axit béo không no với rượu mirixylic

+ Lanolin: hay được gọi là sáp len là hỗn hợp các este của rượu sterol với các axit béo cao phân tử có nhánh

c) Sáp khoáng

- Sáp khoáng được chiết xuất từ than đá linhit hoặc than bùn nhờ dung môi hữu cơ

- Thành phần của sáp khoáng có axit motanic và các este của nó

3.1.2.3 Tính chất của sáp

- Sáp là chất vô định hình không bị mềm khi đun nóng

- Nóng chảy ở nhiệt độ 40-90 oC

- Không dẫn điện, không thấm nước, không hòa tan trong nước, trong rượu lạnh hòa tan trong các dung môi hữu cơ như benzen, cloroform, ete

- Bền hóa học ít tham gia phản ứng

- Sà phòng hóa trong môi trường kiềm ở nhiệt độ 150oC-160oC

- Không bị thủy phân trong môi trường axit

3.1.3 Sterit

3.1.3.1 Sterol

- Sterol là các rượu chưa no đơn chức, có mạch vòng là dẫn xuất của xiclopentanoperhydrophenantren hay còn gọi là steran

- Sterol không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong các dung môi hữu cơ và trong rượu nóng

- Tính chất hóa học của sterol được quyết định bởi nhóm rượu bậc hai và các liên

kết đôi trong vòng:

+ oxy hóa nhóm rượu bậc hai đến xeton hoặc axit

+ oxy hóa các liên kết đôi Trong cơ thể động vật các sterol bị oxy hóa cho ra những dẫn xuất như axit colic; hormone như oestradiol, testosterol, là những chất ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển bình thường của cơ thể sống

+ hydro hóa có mặt của chất xúc tác tạo ra rượu no, sau đó sẽ chuyển thành hydrocacbon ở nhiệt độ cao

+ sterol tác dụng với alcaloit digitonin tạo thành digitonit không hòa tan trong rượu Khi đun sôi với xylen hợp chất này sẽ bị phân giải tạo thành các hợp chất ban đầu là sterol hòa tan trong xylen và digitonin kết tủa Chính vì vậy người ta hay dùng phản ứng này để tách sterol khỏi chất béo

+ tạo liên kết este với các axit béo bậc cao để

hình thành sterit

3.1.3.2 Một số sterol hay gặp

- Colesterol là sterol chủ yếu của người và động

vật Colesterol không liên kết với axit béo, nhưng

có tính chất như một lipid nên được xếp vào nhóm

các lipid đơn giản

- Ergosterol là sterol đặc trưng của các loại nấm

- Sitosterol và stigmasterol là nhứng sterol đặc trưng cho thực vật

3.1.3.3 Sterit

- Sterit là este rượu vòng sterol với các axit béo cao

- Sterit là một nhóm lớn của lipit đơn giản

- Trong tự nhiên thì sterol tồn tại dưới dạng tự do và các hợp chất tương tự sterol hơn

là dưới dạng sterit

3.2 LIPIT PHỨC TẠP

3.2.1 Phospholipit

3.2.1.1 Công thức cấu tạo

Phospholipit là những este của các rượu đa chức với các axit béo no và axit phosphoric hoặc dẫn xuất của axit phosphoric

- Rượu của phospho lipit thông thường là 3 loại rượu sau:

+ Glixerin: có trong glycerophospho lipit

+ Inozit: có trong Inozitphospholipid

+ Sphingozin: có trong Sphingophospholipid

- Axit béo: R1-COOH: Các axit béo có trong phospho lipit, các axit béo thông thường hay gặp là axit palmitic, axit stearic, axit linolenic, axit arachironic, axit lignoxeric…

- X: Bazơ nitơ của phospholipit

Phospholipit có công thức cấu tạo chung như sau:

Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo chung của phospholipid

Từ công thức cấu tạo trên ta thấy phân tử phospho lipid có 2 vùng:

- Vùng kị nước: gốc hydrocacbon của các axit béo

- Vùng ưa nước: vùng bazơ nitơ có khả năng ion hóa

3.2.1.2 Tính chất của phospholipit

- Có chứa trong các hạt thực vật, trong tim gan của động vật, trong trứng của gia cầm,…

- Phospholipid dễ dàng tạo thành phức hợp với protein ở dạng phospholipoprotein Chúng có mặt trong tất cả các tế bào của người, động vật, thực vật và vi sinh vật

- Tham gia chủ yếu trong việc hình thành màng tế bào

- Phospholipit là những chất rắn, vô sắc, hóa thành màu tối sẫm khi để trong không khí do sự oxy hóa liên kết đôi của các axit béo

- Không hòa tan trong nước nhưng có thể tạo thành các huyền phù và trong một số trường hợp tạo thành các dung dịch keo

- Tan tốt trong benzen, nitơ dầu hỏa, cloroform…

3.2.1.3 Phân loại phospholipit

Phân loại phospho lipit thành 3 nhóm sau:

a) Glixerophospholipit

Công thức cấu tạo: Glixerophospholipit là những este của glyxerin với axit béo cao

và với axit phosphoric có đính bazơ nitơ

Công thức cấu tạo chung như sau: (hình 3.2)

Liên kết este với Axit phosphoric ở vị trí cacbon alpha và beta được gọi lần lượt là α-glixero phosphatic và β-glyxero phosphatic

R1, R2 là gốc hydrocacbon của axit béo

X: là bazơ nitơ, tùy theo bazơ nitơ mà người ta phân glixerit phospho lipit thành các colin phosphatic (lexitin), colaminphosphatic (xephalin), serinphosphatic và treoninphosphatic

Hình 3.2: Công thức cấu tạo chung của glixerophospholipid Tính chất

- Vì có cấu tạo bất đối nên phospholipit có tính hoạt quang và tạo thành các đồng phân lập thể tương ứng

- Bị thủy phân cắt liên kết este bởi kiềm nhẹ, kiềm mạnh và enzyme phospholipaza + Kiềm nhẹ: cắt liên kết este của axit béo

+ Kiềm mạnh: cắt liên kết este của axit béo và gốc bazơ hữu cơ

+ Phospholipaza: 4 loại phospholipaza

Phospholipaza A: tách gốc axit béo ở vị trí beta

Phospholipaza B: tách được cả hai gốc axit béo

Phospholipaza C: thủy phân liên kết giữa rượu và axit phosphoric

Phospholipaza D: tách gốc bazơ hữu cơ

b) Sphingophospholipit

Cấu tạo:

Sphingolipit hoặc sphingomielin là những este được tạo nên từ axit béo colin, axit phosphoric và amin rượu chưa no gọi là sphingozin

- Gốc axit béo liên kết với gốc amin của rượu sphingozin

- axit phosphoric liên kết với gốc –OH của rượu sphingozin

Tính chất

- Sphingolipit không hòa tan trong ete etylic Người ta thường lợi dụng tính chất này

để tách các sphingolipit ra khỏi các phospholipit khác

c) Inozitphospholipid

- Công thức cấu tạo tương tự như glixerophospho lipit nhưng trong đó bazơ nitơ được thay thế bằng gốc inozit

- Khi có 2 gốc axit phosphoric trong phân tử inozitphospholipid thì 2 nhóm phosphas

sẽ liên kết với gốc inozit tại vị trí meta

- Tìm thấy inozitphospholipid trong đậu tương và trong các mô não

3.2.2 Glicolipit

Glicolipit là những lipit phức tạp không có phospho, trong thành phần cấu tạo của chúng có cấu tử gluxit, thường là galactoza hoặc là dẫn xuất galactoza

Người ta chia glicolipit thành hai nhóm là xerebrozit và gangliozit

a) Xerebrozit

- Xerebrozit được tạo nên từ amin-rượu hai nguyên tử chưa no sphingozin, axit béo

và galactoza

- Axit béo trong xerebrozit

đều có 24 nguyên tử cacbon và có

thể liên kết đôi với nhóm

hydroxyl

- R2: gốc axit béo (axit

stearic, axit lignoxeric, axit

nervonic, axit xerebonic,…)

- R1: -OH hoặc –SO3H (xerebozit có chứa lưu huỳnh còn được gọi là sulfatit)

b) Gangliozit

Glangliozit là những glicolipit cao phân tử gồm có axit béo (thường là axit stearic), sphingozin, glactoza và noraminic

3.3 ỨNG DỤNG CỦA LIPIT TRONG ĐỜI SỐNG VÀ SẢN XUẤT

- Dầu mỡ được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực ph m: vừa là nguyên liêụ vừa

là chất phụ gia (bánh, kẹo, sốt mazone)

- Dầu là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp quan trọng trong đó axit béo là là nguyên liệu của của ngành công nghiệp xà phòng, chất t y rửa tổng hợp, chất nhũ hoá, chất dẻo, chất tạo màng (sơn ,vecni), chất bôi trơn động cơ… ( dầu nhớt)

- Glycerin là nguyên liệu cơ bản của công nghiệp mĩ ph m như sản xuất kem dưỡng

da, các loại son…

- Trong công nghiệp thực ph m, dầu được dùng làm ta dược cho các chế ph m mà hoạt chất chính chỉ tìm thấy trong dầu như các loại vitamin A, D, E, K… các kích tố sinh dục, các loại thuốc mỡ, dầu xoa…

- Sáp cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau như dược ph m,

mĩ ph m…(thuốc chống nẻ )

- Sáp cacnaubơ tách từ cây cọ ở Nam M dùng sản xuất nến Specmaceli là sáp động vật, được dùng trong công nghiệp sản xuất nước hoa, sản xuất kem bôi da, cao dán vết thương…

Tóm lại: lipit không chỉ quan trọng với quá trình trao đổi chất của mọi cơ thể sinh vật

mà nó còn là mặt hàng thu nhập đáng kể của mọi quốc gia Vì thế xu thế chuyển dịch cơ cấu các loại cây

3.4 CÁC CHỈ SỐ CỦA CHẤT BÉO

Để xác định tính chất của chất béo thường dựa vào các chỉ số khác nhau của chất béo

a) Chỉ số iod: Là số lượng (gramms) iod liên kết với 100g chất béo

Chỉ số iod cho ta khái niệm về hàm lượng

của các axit béo chưa no trong một chất béo

nào đó Chỉ số iod càng cao thì độ lỏng của

chất béo càng lớn (càng tốt cho việc điều chế

sản ph m như sơn, vecni, )

Liên kết đôi của axit béo ở vị trí a, β so với nhóm carboxyl thì bị iod hóa kém nhất Liên kết đôi càng xa nhóm -COOH thì quá trình iod hóa càng xảy ra dễ dàng

b) Chỉ số axit: Là số lượng (milligramms) KOH cần thiết để trung hòa các axit béo

tự do có trong 1g chất béo Chỉ số axit là chỉ tiêu quan trọng về tính chất và trạng thái của