Lipide

Studiul structurii și proprietăților lipidelor, cu accent pe grăsimi și acizi grași.

Lipidele și acizii grași

Lipidele sunt compuși organici naturali, insolubili în apă și solubili în solvenți organici (benzen, eter, cloroform, benzină). Spre deosebire de glucide și proteine, lipidele nu se definesc printr-o grupă funcțională comună, ci printr-o proprietate fizică — solubilitatea. Este bine de reținut, pentru că apare ca item de teorie.

Se clasifică în:

• lipide saponificabile – conțin legături esterice și pot fi hidrolizate; aici intră grăsimile (gliceridele), cerurile și fosfolipidele;
• lipide nesaponificabile – nu conțin grupe esterice hidrolizabile; steroidele (colesterolul), unele vitamine liposolubile.

Acizii grași sunt acizi carboxilici cu catenă lungă, neramificată, cu număr par de atomi de carbon (de regulă 12–20), pentru că sunt biosintetizați din unități de doi atomi de carbon.

Saturați (fără duble legături în catenă):

• acidul palmitic, C15H31–COOH, cu 16 atomi de carbon;
• acidul stearic, C17H35–COOH, cu 18 atomi de carbon.

Nesaturați (cu duble legături, de regulă în configurație cis):

• acidul oleic, C17H33–COOH, cu o dublă legătură;
• acidul linoleic, C17H31–COOH, cu două duble legături;
• acidul linolenic, C17H29–COOH, cu trei duble legături.

Observă tiparul de care ai nevoie ca să deduci formula la examen: la același număr de atomi de carbon, fiecare dublă legătură scade cu doi numărul atomilor de hidrogen (35, 33, 31, 29).

Dublele legături cis împiedică împachetarea strânsă a moleculelor, deci scad punctul de topire: acizii grași nesaturați sunt lichizi la temperatura camerei, cei saturați sunt solizi.

Grăsimile – trigliceride

Grăsimile sunt triesteri ai glicerinei (glicerolului, propan-1,2,3-triol) cu acizi grași — de aceea se mai numesc trigliceride. Glicerina are trei grupe –OH, deci esterifică trei molecule de acid gras, eliminând trei molecule de apă.

Schematic: glicerină + 3 acizi grași ⇄ trigliceridă + 3 H2O.

Dacă cei trei resturi acil sunt identici, grăsimea este simplă (de exemplu tristearina, tripalmitina); dacă sunt diferiți, este mixtă. În natură, majoritatea grăsimilor sunt mixte și apar ca amestecuri, nu ca substanțe pure — de aceea se topesc pe un interval de temperatură, nu la o valoare fixă.

Starea de agregare depinde direct de gradul de nesaturare:

• grăsimi solide (seul, untura, untul) – provin de regulă din regnul animal, au procent mare de resturi de acizi grași saturați;
• uleiuri lichide (de floarea-soarelui, de măsline, de rapiță) – provin de regulă din regnul vegetal, au procent mare de resturi nesaturate.

Excepțiile există (uleiul de pește este lichid, deși este animal; untul de cocos este solid, deși e vegetal), deci criteriul corect nu este originea, ci nesaturarea.

Proprietăți fizice comune: insolubile în apă, mai ușoare decât apa (plutesc), solubile în solvenți organici, lasă pată translucidă pe hârtie. Cu apa formează emulsii instabile, care se separă în timp — dacă nu intervine un emulgator (de exemplu lecitina din gălbenușul de ou, care ține maioneza legată).

Hidroliza, saponificarea și hidrogenarea grăsimilor

Fiind esteri, grăsimile dau reacțiile caracteristice esterilor. Trei sunt obligatorii la BAC.

1. Hidroliza acidă – reacție reversibilă, catalizată de acizi sau de enzime (lipaze, în organism). Produșii: glicerină + 3 acizi grași liberi. Aceasta este calea prin care organismul digeră grăsimile în intestinul subțire, cu ajutorul lipazei pancreatice și al sărurilor biliare, care emulsionează grăsimea.

2. Saponificarea – hidroliza bazică, cu NaOH sau KOH. Este ireversibilă (ionul carboxilat nu mai poate fi atacat de alcool) și dă glicerină + săruri de sodiu sau de potasiu ale acizilor grași, adică săpun.

Ecuație-model: (C17H35COO)3C3H5 + 3 NaOH → 3 C17H35COONa + C3H5(OH)3.

De aici vine indicele de saponificare, definit ca numărul de miligrame de KOH necesare saponificării unui gram de grăsime.

3. Hidrogenarea (întărirea grăsimilor) – adiția hidrogenului la dublele legături din resturile de acizi grași nesaturați, cu catalizator de nichel, la temperatură și presiune. Uleiul lichid se transformă în grăsime solidă; procedeul stă la baza fabricării margarinei. Efect secundar important: o parte din dublele legături cis rămase se izomerizează la trans, iar grăsimile trans sunt considerate nocive cardiovascular.

Două mărimi de control al calității:

• indicele de iod – masa de iod, în grame, adiționată de 100 g grăsime; măsoară gradul de nesaturare (cu cât e mai mare, cu atât grăsimea e mai nesaturată);
• râncezirea – alterarea grăsimilor la aer și lumină, prin oxidarea dublelor legături și hidroliză, cu apariția de aldehide, cetone și acizi cu miros neplăcut; de aceea uleiurile se păstrează în sticle închise la culoare.

Săpunuri și detergenți – cum spală, de fapt

Săpunurile sunt săruri de sodiu sau de potasiu ale acizilor grași superiori. Cele de sodiu sunt solide, cele de potasiu sunt moi, lichide (săpunul de rufe tradițional).

Molecula de săpun are două părți cu comportări opuse — aceasta este ideea centrală a capitolului:

• o catenă hidrocarbonată lungă, nepolară, hidrofobă (care fuge de apă) și lipofilă (se dizolvă în grăsime);
• o grupă –COO−Na+, polară, ionică, hidrofilă.

La spălare, moleculele de săpun înconjoară particula de grăsime cu capetele hidrofobe orientate spre interior și cu capetele hidrofile spre apă, formând o micelă. Micela are exteriorul încărcat electric, deci este solubilizată și antrenată de apă, iar micelele se resping între ele și nu se reunesc. Săpunul scade tensiunea superficială a apei — de aceea se numește agent tensioactiv (surfactant).

Dezavantajul săpunurilor: în apă dură (bogată în ioni Ca2+ și Mg2+) formează săruri insolubile de calciu și magneziu, care precipită. Rezultatul este pierderea puterii de spălare și depunerea de „piatră” pe țesături.

Detergenții sintetici rezolvă problema. Sunt tot substanțe tensioactive, dar cu grupă polară de alt tip: alchil-sulfonați sau alchil-sulfați (R–SO3−Na+, R–OSO3−Na+). Sărurile lor de calciu și magneziu sunt solubile, deci detergenții spală și în apă dură și în mediu slab acid.

Dezavantajul lor este de mediu: detergenții cu catenă ramificată sunt greu biodegradabili și, împreună cu polifosfații din formule, provoacă eutrofizarea apelor (înmulțirea explozivă a algelor și sărăcirea apei în oxigen). De aceea s-a trecut la detergenți cu catenă liniară, biodegradabili.

Rolul biologic al lipidelor

Lipidele îndeplinesc în organism funcții pe care niciun alt grup de compuși nu le poate acoperi.

Rol energetic. Prin oxidare completă, un gram de lipide eliberează aproximativ 38 kJ, adică de peste două ori mai mult decât un gram de glucide sau de proteine (circa 17 kJ). De aceea grăsimea este forma de depozit a energiei: aceeași cantitate de energie ocupă mult mai puțin volum și nu leagă apă, spre deosebire de glicogen.

Rol structural. Fosfolipidele sunt componenta de bază a membranelor celulare. Sunt trigliceride în care un rest de acid gras este înlocuit cu un rest de acid fosforic esterificat cu un compus cu azot; molecula rezultată are un cap polar și două cozi nepolare, iar în apă se organizează spontan în bistrat lipidic. Lecitina este cel mai cunoscut exemplu.

Rol de protecție și izolare. Țesutul adipos subcutanat protejează mecanic organele și izolează termic; cerurile acoperă frunzele și penele, împiedicând pierderea apei.

Rol de transport al vitaminelor. Vitaminele A, D, E și K sunt liposolubile — se absorb doar în prezența grăsimilor din alimentație.

Steroidele. Colesterolul este o lipidă nesaponificabilă, precursor al hormonilor sexuali, al hormonilor corticosuprarenali, al acizilor biliari și al vitaminei D; este component al membranelor. Depunerea lui în pereții arterelor duce la ateroscleroză, motiv pentru care se recomandă limitarea grăsimilor saturate și a celor trans, în favoarea uleiurilor vegetale nesaturate.

Acizii grași esențiali (linoleic, linolenic) nu pot fi sintetizați de organism și trebuie luați din alimentație, la fel ca aminoacizii esențiali.

Test — 6 întrebări ca la examen