Mastné kyseliny sú vyššie karboxylové kyseliny s dlhým nepolárnym uhľovodíkovým reťazcom, obsahujúcim párny počet atómov uhlíka. Po chemickej stránke predstavujú mastné kyseliny karboxylové kyseliny s dlhým postranným uhlíkovým reťazcom, nazývané sú preto aj vyššie karboxylové kyseliny. Reťazec je priamy a nerozvetvený. Zaujímavosťou a znakom ich biologického pôvodu je, že majú takmer vždy párny počet atómov uhlíka (najčastejšie 16 alebo 18), pretože organizmus si ich reťazce syntetizuje postupné z dvojuhlíkatých jednotiek acetylkoenzýmu A.
Delenie lipidov a miesto mastných kyselín
Lipidy sú po chemickej stránke estery vyšších karboxylových kyselín a alkoholov. Lipidy možno roztriediť podľa viacerých kritérií ako napríklad podľa konzistencie, pôvodu, zloženia. Podľa pôvodu delíme lipidy do dvoch skupín: rastlinné a živočíšne. Podľa konzistencie a obsahu mastných kyselín rozlišujeme tuky a oleje. Podľa molekulového zloženia rozlišujeme: mastné kyseliny, jednoduché lipidy (estery vyšších mastných kyselín a alkoholu), zložité lipidy (fosfolipidy, glykolipidy, lipoproteíny) a izoprenoidné lipidy (terpény, steroidy, karotenoidy).
Mastné kyseliny: nasýtené a nenasýtené
Mastné kyseliny môžeme rozdeliť podľa molekulového zloženia na:
- Nasýtené mastné kyseliny - obsahujú v molekule len jednoduché väzby.
- Nenasýtené mastné kyseliny - obsahujú v molekule jednu alebo viac dvojitých väzieb.
Viac ako polovica živočíšnych a rastlinných mastných kyselín sú nenasýtené, teda obsahujú dvojitú väzbu, väčšinou sú dokonca niekoľkonásobne nenasýtené (2 a viac dvojitých väzieb - polynenasýtené mastné kyseliny). Chemickou príčinou znižovania teploty topenia pri zvyšovaní nenasýtenosti je fakt, že prírodné nenasýtené mastné kyseliny majú na dvojitých väzbách priestorovú cis-konfiguráciu. Každá takáto cis-väzba spôsobí v dlhom reťazci výrazný priestorový zlom.
Vzťah nenasýtenosti k teplote topenia
Tabuľkový pomer počtu atómov uhlíka k počtu dvojitých väzieb v molekule mastnej kyseliny má priamy vzťah k jej teplote topenia - platí pravidlo, že čím má kyselina viac dvojitých väzieb a čím má kratší uhlíkový reťazec, tým je jej teplota topenia nižšia. Zvyšovaním stupňa nenasýtenosti, t. j. pribúdaním nenasýtených väzieb v reťazci, sa priamo znižuje teplota topenia mastných kyselín.
Prečítajte si tiež: Vplyv LCP na Imunitu
Príklady mastných kyselín a body topenia
| Názov | Štruktúra | Bod topenia (°C) |
|---|---|---|
| palmitová (16:0) | CH3(CH2)14COOH | 63,1 |
| stearová (18:0) | CH3(CH2)16COOH | 69,6 |
| palmitoolejová (16:1) | CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH | -0,5 |
| olejová (18:1) | CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH | 13,4 |
| linolová (18:2) | CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH | -9,0 |
| linolénová (18:3) | CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COOH | -17,0 |
| arachidonová (20:4) | CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH | -49,5 |
Esenciálne mastné kyseliny
Mnohé z mastných nenasýtených kyselín (najmä v rozmedzí od 16 do 20 uhlíkových atómov) patria medzi esenciálne mastné kyseliny. Sú to látky nevyhnutné pre život, ktoré je potrebné pravidelne dodávať do organizmu v potrave, lebo si ich živočíšny organizmus nevie sám vyrobiť. Patria sem predovšetkým kyselina linolová, linolénová a arachidonová. Esenciálne mastné kyseliny sú nevyhnutné pre náš život. Keďže si ich naše telo nedokáže vytvoriť, je potrebné ich dodávať do organizmu, kde pomáhajú odbúravať cholesterol (kyselina linolová, kyselina linolénová).
Pri dlhodobom chýbaní esenciálnych mastných kyselín vo výžive sa pozoruje viacero patologických príznakov, ako sú zastavenie rastu u mláďat, poruchy funkcie obličiek, závažné zápaly kože a zníženie pohlavných funkcií. Esenciálne mastné kyseliny sa preto v staršej literatúre niekedy označujú súhrnným názvom vitamíny F.
Omega-3 a omega-6: funkcie a zdroje
Základnými esenciálnymi mastnými kyselinami vo výžive cicavcov sú tzv. omega-3 a omega-6 nenasýtené mastné kyseliny. Čísla označujú polohu prvej dvojitej väzby od konca reťazca (metylového konca).
Omega-3 nenasýtené mastné kyseliny: eikosapentaénová (EPA), dokosahexaénová (DHA), alfa-linolénová (ALA). Funkcie: správny embryonálny vývoj - predovšetkým nervového systému (sietnica), správna kvalita a funkcia srsti a kože, protizápalový efekt (koža, obličky, kĺby, črevá), zlepšenie okysličovania nervového systému u starších zvierat. Zdroj: ľanový olej (ALA), olej z morských rýb z chladných vôd - losos, makrela, úhor, treska... (EPA, DHA), fytoplanktón (EPA, DHA), menšie množstvá obsahuje aj sójový olej či olej z vlašských orechov.
Omega-6 nenasýtené mastné kyseliny: arachidonová, linolová. Funkcia: správna funkcia reprodukčného systému (podieľajú sa na syntéze prostaglandínov), správna kvalita a funkcia kože a srsti, antioxidačná funkcia. Zdroj: živočíšne tuky - bravčový, hydinový (kyselina arachidonová), rastlinné tuky - slnečnicový olej, kukuričný olej (kyselina linolová).
Prečítajte si tiež: Prečo sú dôležité nasýtené tuky?
Treba si uvedomiť, že množstvo jednotlivých skupín mastných kyselín v živočíšnych tukoch sa odvíja od zloženia krmiva týchto živočíchov. Dobytok kŕmený trávou bude mať iné zloženie tukového tkaniva ako dobytok kŕmený silážou.
Fyzikálne vlastnosti tukov a olejov
Jedným z hlavných rozdielov medzi tukmi a olejmi je ich konzistencia: tuky sú tuhé látky pri izbovej teplote, oleje sú kvapalné. Hlavný rozdiel vychádza z obsahu dvojitých väzieb v mastných kyselinách: tuky majú väčšinou nasýtené mastné kyseliny a molekuly sa môžu priestorovo tesne viazať, kým rastlinné oleje obsahujú nenasýtené mastné kyseliny v cis-izoméri, čo spôsobuje priestorový zlom a bráni tesnému viazaniu molekúl, takže zostávajú tekuté.
Existujú však výnimky: tuhý rastlinný tuk - kakaové maslo, a tekutý živočíšny tuk - rybí olej.
Reaktivita a starnutie lipidov
Veľkou nevýhodou nenasýtených karboxylových kyselín v olejoch je, že na vzduchu sa ich dvojité väzby ochotne oxidujú vzdušným kyslíkom. Na vzduchu dvojité väzby nenasýtených karboxylových kyselín oxidujú s kyslíkom, pričom dochádza k štiepeniu (skracovaniu väzieb) na aldehydy, ketóny a nižšie karboxylové kyseliny, čo sa prejaví žltnutím tukov (staré maslo) a následným zápachom. Táto reakcia patrí medzi nevýhody lipidov a je spôsobená účinkami tepla, svetla i baktériami v ovzduší.
Na ochranu pred starnutím sa do potravinárskych tukov často pridávajú antioxidanty (napríklad vitamín E alebo C), ktoré oxidácii efektívne zabraňujú. Ďalšou priemyselnou ochranou je stužovanie tukov katalytickou hydrogenáciou, pri ktorej dochádza k nasýteniu dvojitých väzieb vodíkom za prítomnosti katalyzátora (nikel, platina). Pri tomto procese sa z olejov stávajú tuhé látky (margaríny), ale dochádza k strate ich pôvodnej biologickej funkcie a výživovej hodnoty.
Prečítajte si tiež: Dávkovanie LCP mastných kyselín pre deti
Jednoduché lipidy: acylglyceroly a vosky
Jednoduché lipidy sú estery vyšších mastných kyselín s alkoholom. Podľa typu alkoholovej zložky ich môžeme rozdeliť: acylglyceroly (tuky, oleje) a vosky. Po chemickej stránke predstavujú estery vyšších karboxylových kyselín, ktoré majú vo svojej molekule alkohol propantriol, čiže glycerol. Kedže sa jedná o trojsýtny alkohol (1,2,3-propantriol) môže viazať tri acyly, teda zvyšky karboxylových kyselín. Preto pri esterifikácii jednej, dvoch alebo aj všetkých troch hydroxylových skupín vzniká mono-, di- alebo triacylglycerol. Ak sú všetky zvyšky karboxylových kyselín -R rovnaké, ide o jednoduché acylglyceroly; ak nie sú rovnaké, hovoríme o zmiešaných acylglyceroloch.
Acylglyceroly sú hydrofóbne látky rozpustné len v organických zlúčeninách, nie vo vode. Sú bezfarebné, bez chuti či zápachu. Lipidy s nasýtenými mastnými kyselinami majú väčšiu teplotu topenia a väčšiu stabilitu; naopak lipidy obsahujúce nenasýtené mastné kyseliny majú nižšiu stabilitu a teplotu topenia. Poloha dvojitej väzby tiež ovplyvňuje teplotu topenia - čím je bližšie ku karboxylovej skupine, tým majú lipidy nižšiu teplotu topenia a sú menej stabilné.
Hlavný rozdiel medzi tukmi a olejmi je v ich konzistencii. Tuk, ktorý je živočíšneho pôvodu napr.: bravčová masť, rybí tuk, maslo, je tuhá látka a olej, ktorý je rastlinného pôvodu napr.: olivový olej, ľanový, slnečnicový olej, má kvapalnú konzistenciu. Je to spôsobené a ovplyvnené obsahom dvojitých väzieb.
Vosky (ceridy)
Vosky alebo ceridy sú estery vyšších mastných kyselín a jednosýtneho alkoholu s dlhým reťazcom ako je napríklad: stearylalkohol (C18), cetylalkohol (C16), myricylalkohol (C22). Sú nepolárne a chemicky stabilné látky. Pri normálnej izbovej teplote sú pevné, pri vyšších teplotách mäknú a roztápajú sa. Známe sú najmä rastlinné vosky nachádzajúce sa na povrchu listov a plodov, ktoré chránia rastlinný organizmus pred neregulovaným výdajom vody a tým pred vysychaním. U živočíchov sa vyskytujú vo vlasoch, vlne, kožušine.
Poznáme viacero voskov napr.: žltý vosk, biely vosk (včelí vosk), lanolín (ovčia vlna), čínsky vosk, šelak (hmyz), spermacet (z dutiny a tuku veľryby). Živočíšne vosky pomáhajú živočíchom proti namočeniu peria u vodných vtákov a chránia hmyz pred vyschnutím. Pre človeka má obrovský hospodársky význam včelí vosk a lanolín; vosk vorvaňový sa využíva v lekárstve a kozmetike.
Zložité lipidy a biologické funkcie
V molekule zložených lipidov sa okrem klasického zvyšku alkoholu a vyššej karboxylovej kyseliny nachádzajú aj ďalšie špecifické zložky. Prítomnosť týchto zložiek spôsobuje, že molekula má obojaký (amfifilný) charakter - má polárnu (hydrofilnú) hlavičku a nepolárny (hydrofóbny) chvostík. Vďaka tomu tvoria vo vodnom prostredí bunky takzvanú lipidovú dvojvrstvu, ktorá je absolútnym základom všetkých biologických membrán.
Medzi zložité lipidy patria fosfolipidy, glykolipidy a sfingolipidy. Fosfolipidy (fosfatidy, glycerofosfolipidy) sú v najtypickejšom prípade zložené z glycerol-3-fosfátu, ktorý je na uhlíkových atómoch C1 a C2 esterifikovaný mastnými kyselinami. Fosfolipidy sú hlavné lipidové zložky biomembrán a ich molekuly sú amfifilné. Pri styku s vodou sa molekuly orientujú tak, že hydrofóbne reťazce smerujú k sebe a polárne hlavičky smerujú do vodného prostredia, čo vedie k tvorbe miciel a lipidových dvojvrstiev (lipozómov).
Lipozómy môžu uzatvoriť vo svojom vnútri vodnú fázu a slúžia ako kuriéri na vnesenie špecifických liečiv do cieľových buniek. Medzi najtypickejšie fosfolipidy patria lecitíny (fosfatidylcholíny), ktoré sa vyskytujú vo vaječnom žĺtku, mozgu, srdcovom svale a v pečeni a fungujú ako prírodné emulgátory.
Lipoproteíny a cholesterol
Keďže je cholesterol vo vode nerozpustný, jeho transport v krvi zabezpečujú lipoproteínové komplexy. LDL častice (low density lipoprotein) transportujú cholesterol z pečene do tkanív; zvýšená hladina LDL vedie k ukladaniu cholesterolu v stenách ciev. HDL častice (high density lipoprotein) transportujú nadbytočný cholesterol z tkanív späť do pečene (tzv. „dobrý“ cholesterol). Nadbytočný cholesterol sa v pečeni premieňa na žlčové kyseliny a vylučuje sa stolicou. Zvýšená hladina cholesterolu v krvi (hypercholesterolémia) a nadbytok LDL vedú k ateroskleróze.
Cholesterol je však pre život nevyhnutný: je stavebnou zložkou živočíšnych bunkových membrán, hlavným východiskom na syntézu steroidných hormónov, žlčových kyselín a vitamínu D a je potrebný pre správne fungovanie buniek imunitného systému a krviniek. V ľudskom organizme rozlišujeme vonkajší (exogénny) cholesterol z potravy a vnútorný (endogénny), ktorý si organizmus dokáže syntetizovať (tvorí sa predovšetkým v pečeni).
Hydrolýza lipidov a saponifikácia
Pri hydrolýze acylglycerolov dochádza k štiepeniu esterovej väzby (-O-OC). Podľa toho, v akom prostredí hydrolyzujeme lipidy, rozdeľujeme reakcie na:
- Kyslá hydrolýza - pôsobením silných minerálnych kyselín (HCl) vzniká glycerol a zmes mastných kyselín.
- Alkalická (zásaditá) hydrolýza - pôsobením hydroxidov (NaOH, KOH) vzniká glycerol a soli mastných kyselín. Vzniknutá soľ je vlastne mydlo, a preto sa táto hydrolýza nazýva aj zmydelňovanie - saponifikácia. Ak používame hydroxid sodný NaOH, vzniknuté mydlo je tuhé a používa sa ako čistiaci alebo prací prostriedok.
Anióny mydla sú z chemického hľadiska povrchovo aktívne látky (tenzidy). Majú dlhý nepolárny hydrofóbny reťazec a polárnu hydrofilnú hlavu. Okolo nečistoty tak vytvoria emulzný obal (micelu) a umožnia jej odplavenie. Veľkou nevýhodou klasických mydiel je však pranie v tvrdej vode, kde anióny mydla reagujú s katiónmi Ca²⁺ a Mg²⁺ za vzniku nerozpustných zrazenín (vápenné mydlo).
Špeciálne reakcie a praktické využitie
Adícia lipidov (katalytická hydrogenácia) umožňuje odstrániť alebo ochraniť tuky pred starnutím či žltnutím. Pri tomto procese dochádza k nasýteniu dvojitých väzieb vodíkom s prítomnosťou katalyzátora (napr. niklu, platiny). Pri hydrogenácii sa z nenasýtených karboxylových kyselín stávajú nasýtené a z olejov sa stávajú tuhé látky - stužované tuky. Dochádza k stužovaniu tukov, pričom sa stráca ich pôvodná biologická funkcia a hodnota pre organizmus.
Vysychanie olejov sa využíva na výrobu fermeží a náterových hmôt. Spôsobuje to polymerizácia, oxidácia molekúl na vzduchu, keď sa nenasýtené mastné kyseliny menia na pevnú a pružnú látku. Reakciu môžeme urýchliť pridaním niektorých kovov.
Mastné kyseliny vo výžive a zdravotné efekty
Mastné kyseliny sú základnou stavebnou jednotkou tukov. Zatiaľ čo nasýtené mastné kyseliny sú výborným zdrojom energie, nenasýtené mastné kyseliny majú rôzne úlohy v organizme. Okrem vyššie spomenutých funkcií sa zistilo, že majú prospech pre správnu funkciu srdca, napomáhajú znižovaniu hladiny cholesterolu a triacylglyceridov v krvi a pôsobia preventívne pri rozvoji obezity.
V komerčných krmivách pre domáce zvieratá poväčšinou prevládajú omega-6 mastné kyseliny. Štúdie ukazujú, že zvýšením príjmu omega-3 mastných kyselín sa výrazne znižuje zápalová reakcia organizmu. Avšak zvyšuje sa riziko oxidačných procesov a znižuje sa plazmatická koncentrácia vitamínu E. Omega-6 mastné kyseliny pôsobia prozápalovo, čo je dôležité pre správnu funkciu imunitného systému, preto pri kŕmení je dôležité dodržiavať vhodný pomer omega-6 : omega-3. Odporúčania znejú, že ideálny pomer sa nachádza niekde medzi 4:1 až 20:1 v prospech omega-6. Štúdie ukazujú, že vyváženejšie pomery blížiace sa k spodnej hranici 4:1 sú pre zdravie zvierat najlepšie.
V praxi je preto odporúčané dopĺňať omega-3 mastné kyseliny v podobe rybieho alebo ľanového oleja, prípadne celých ľanových semiačok, pričom skladovanie olejov na chladnom a tmavom mieste zabezpečí ich stabilitu.
Omega-3 a omega-6 mastné kyseliny: Zdroje potravy a zápal
Praktické pozorovania
- U psov vedie obohatenie kŕmnej dávky o esenciálne mastné kyseliny k zlepšeniu kvality srsti a kože, zníženiu pĺznutia, eliminácii tvorby šupín a zmierneniu svrbenia u alergických jedincov.
- U jedincov s chronickými pohybovými problémami dochádza k zlepšeniu pohyblivosti vďaka protizápalovému efektu omega-3 mastných kyselín.
- Odporúčané denné dávky jednotlivých mastných kyselín nie sú presne stanovené, pretože ich vstrebateľnosť je vysoko individuálna a závisí od viacerých faktorov.
Vedeli ste, že niektoré rastlinné oleje s extrémnym množstvom dvojitých väzieb (napríklad ľanový alebo makový olej) na vzduchu radikálovo polymerizujú a vytvárajú pevný a pružný film? Tento jav sa využíva v priemysle pri výrobe lakov a náterových hmôt.