8. Lipidi 8.1. Biljne masne kiseline 8.2. Membranski lipidi 8.3. Rezervni lipidi 8.3.1. Neuobičajene masne kiseline 8.4. Kutini, suberini, voskovi 8.4.1. Površinski prekrivači 8.4.2. Hemijski sastav površinskih prekrivača 8.5. Analiza biljnih lipida 8.6. Lipidi kao micele i bislojevi 8.7. Funkcija lipida u biljkama i primena

Uvod Interes za biljnim lipidima je rastao, naročito danas kada su nezaobilazni u mnogim granama industrije, osim poljoprivrede, kao npr. osnova za deterdžente, najlon i kozmetičke preparate, kao visoko stabilna maziva, a od skora i kao obnovljivi izvori energije. Tako danas ima pokušaja da se primenom savremenih metoda molekularne biologije utiče na kvalitet ulja i njegov prinos kod uljnih kultura. Osim toga, lipidi biljnih membrana prema novim saznanjima deluju na različite regulatore rasta i sirovina su za neke važne klase herbicida. …

8.1. Masne kiseline biljaka ...mada je do danas iz biljaka izolovano oko 300 masnih kiselina, samo manji broj izgrađuje strukture acil-lipida (tabela 8-1). Zasićene masne kiseline su uvek nepromenjenog parnog broja C-atoma zbog njihovog puta sinteze (sekcija 12). Dakle, zbog prirode sinteze u biljkama su najviše zastupljene one sa C-16 i C-18 u nizu (palmitinska i stearinska). Većina biljaka sadrži neznatnu količinu miristinske kiseline, a samo neke važne kulture sadrže velike količine masnih kiselina sa ugljovodoničnim nizom srednje dužine kao što su kaprinska (C-10) i laurinska (C-12) (tabela 8-2). Ove poslednje su bitne u proizvodnji deterdženata i u kozmetičkoj industriji Zbog toga što su biljke poikiloterme (organizmi koji ne regulišu sopstvenu temperaturu) one sadrže membranske lipide sa topljivim osobinama tako da mogu biti fluidni (tečni) zavisno od uslova spoljašnje sredine. U stvari, ovi lipidi sadrže znatan procenat nezasićenih masnih kiselina, koje zbog uvođenja cis-duple veze u acil-lanac dramatično utiču na “temperaturni prelaz” (Tt), što se može ilustrovati primerom (stearinska kiselina ima Tt = 70o C, a oleinska Tt = 16o C).

► Zasićene masne kiseline

► Mono i polinezasićene masne kiseline Oleinska masna kiselina Linolna masna kiselina

Primeri mk…

Tabela 8-1. Masne kiseline obično prisutne u biljkama: Uobičajeno ime Sistematsko ime Nalaženje Z a s i ć. Laurinska (12:0) Miristinska (14:0) Palmitinska(16:0) Stearinska (18:0) Arahidska (20:0) Dodekanska Tetradekanska Heksadekanska Oktadekanska Dekadekanska Obično u tragu Obično u tragu Uobičajena U maloj količini N e z Palmitoleinska (16:19) Oleinska (18:1∆9) Linolna (18:2∆9,12) Linolenska (18:3∆9,12,15) Arahidonska (20:4∆5,8,11,14) 9-heksadekanska 9-oktadekanska 9,12-oktadekadienska 9,12,15-oktadekatrienska 5,8,11,14- dekadekatetraenska Uobičajenija Najzastupljenija

Tabela 8-2. Sastav masnih kiselina u nekim bitnim uljaricama: Biljna Sastav masnih kiselina (% ukupno) vrsta 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 Druge Avokado Zrno ricinusa Kakao Kokos Kukuruz Laneno ulje Maslinovo ulje Repica Soja Suncokret Palmino ulje 20 1 27 9 14 6 12 4 11 34 2 3 5 60 35 7 30 17 72 54 22 19 15 18 50 23 53 68 u tragu 10 8 91 ? 80 71

Životinjske masti Biljna ulja Zasićene Mononezasićene Polinezasićene Holesterol Vitamin E g/100g mg/100g Životinjske masti Salo 40.8 43.8 9.6 93 0.00 Buter 54.0 19.8 2.6 230 !! 2.00 Biljna ulja Kokosovo ulje 85.2 6.6 1.7 .66 Palmino ulje 45.3 41.6 8.3 33.12 Seme pamuka 25.5 21.3 48.1 42.77 Pšenične klice 18.8 15.9 60.7 136.65 Sojino ulje 14.5 23.2 56.5 16.29 Maslinovo ulje 14.0 69.7 11.2 5.10 Kukuruzno ulje 12.7 24.7 57.8 17.24 suncokretovo 11.9 20.2 63.0 49.0  Šafranovo ulje 10.2 12.6 72.1 40.68 Uljana repica 5.3 64.3 24.8 22.21

U ricinusovom ulju 90%ukupnih masnih kiselina čini ricinoleinska kiselina (12-hidroksioktadekenska), u kokosovom ulju masne kiseline srednje dužine lanca (8-14 C) čine 79%, dok u palminom ulju masne kiseline srednje dužine lanca čine 71% od čega dominantno mesto zauzima laurinska kiselina (12:0) sa 45%. Nezasićene masne kiseline mogu se podeliti na osnovu lokalizacije poslednje dvogube veze u lancu. Ona se nalazi na 3, 6 ili 9 C-atomu polazeći od kraja lanca. Zbog toga se nazivaju -3 ili n-3 (tj. 18:3, 9,12,15), -6; n-6 (tj. 18:2, 9,12) ili -9; n-9 (tj. 18:1, 9). I linolna i arahidonska kiselina pripadaju grupi -6.

► omega-3 (ω-3; n-3) masne kiseline Termin omega-3 označava da je najbliža dvostruka veza od terminalnog CH3 kraja (ω) ugljovodoničnog lanca u molekulu prisutna na trećem C atomu od ω kraja Omega-3 masne kiseline od značaja u ljudskoj ishrani su: alfa-linolenska (18:3, ALA), eikozapentenska (20:5, EPA), i dokozaheksenska kiselina (22:6, DHA).

► spisak omega-6 (ω-6; n-6) mk: Common name Lipid name Chemical name Linoleic acid 18:2 (n-6) 9,12-octadecadienoic acid Gamma-linolenic acid 18:3 (n-6) 6,9,12-octadecatrienoic acid Eicosadienoic acid 20:2 (n-6) 11,14-eicosadienoic acid Dihomo-gamma-linolenic acid 20:3 (n-6) 8,11,14-eicosatrienoic acid Arachidonic acid 20:4 (n-6) 5,8,11,14-eicosatetraenoic acid Docosadienoic acid 22:2 (n-6) 13,16-docosadienoic acid Adrenic acid 22:4 (n-6) 7,10,13,16-docosatetraenoic acid Docosapentaenoic acid 22:5 (n-6) 4,7,10,13,16-docosapentaenoic acid

► spisak omega-9 (ω-9) mk: Common name Lipid name Chemical name oleic acid 18:1 (n-9) 9-octadecenoic acid eicosenoic acid 20:1 (n-9) 11-eicosenoic acid mead acid 20:3 (n-9) 5,8,11-eicosatrienoic acid erucic acid 22:1 (n-9) 13-docosenoic acid nervonic acid 24:1 (n-9) 15-tetracosenoic acid

Značajno je napomenuti da je sadržaj masnih kiselina u listu različitih biljnih vrsta konstantan, kao i da su lipidi uglavnom komponente membrana (tabela 8-3). Ovo je očigledno u suprotnosti sa sastavom masnih kiselina u semenu, gde ne samo da su procenti pojedinačnih masnih kiselina varijabilni, već pojedine komponente mogu biti glavni konstituenti (tabela 8-2). Ovo nesumnjivo ima veze sa funkcijom lipida kao membranskih ili rezervnih molekula. U membranama oni su neobično važni za strukturu i osobine membrane, zbog čega je neophodno njihov sastav i sadržaj učiniti stabilnim. Suprotno, kao izvori energije važno je da se mogu lako skladištiti i razlagati po potrebi degradativnim enzimima.

8.2. Membranski lipidi Glavni membranski lipidi biljaka su: glikozilgliceridi i fosfogliceridi Svi oni u osnovi imaju trihidroksilni alkohol – glicerol. U membranama hloroplasta u fotosintetičkim tkivima glikozilgliceridi su glavne komponente. Od fosfolipida samo je signifikantan fosfatidilglicerol (tabela 8-4). Membrane hloroplasta su lipidno-proteinske strukture. Tri glikozilglicerida su dominantna u molekulskoj strukturi membranskih lipida. Njihove strukture i uobičajeno i hemijsko ime su prikazane na slici 8-1.

Konstituenti ćelijske membrane Fosfolipidni dvosloj

MGDG i DGDG Dva galaktolipida (monogalaktozil-diacilglicerol, MGDG i digalaktozil- diacilglicerol, DGDG) ne nose naboj mada su njihove ugljenohidratne grupe (glave) polarne. Ovi molekuli obično karakterišu membranske lipide. Kod ovih galaktolipida jedan deo molekula (rep) je nepolaran (hidrofoban) i orijentiše se tako da je uronjen u membranu, dok je drugi deo (glava) polaran (hidrofilan) i strši na površini membrane, zbog čega kažemo da su ćelijske membrane trodimenzionalne strukture. Treći glikozilglicerid (biljni sulfolipid, SQDG) nosi pun negativan naboj na fiziološkom pH. Stoga se u hloroplastima lako povezuje sa pozitivno naelektrisanim grupama u proteinima (strukture na sl. 8-1).

Slika 8-1. Strukture važnih membranskih glikozilglicerida

Tabela 8-4. Sastav lipida u membranama hloroplasta Biljni Ukupni Sastav masnih kiselina (% ukupno) lipidi lipidi(%) 16:0 16:3 18:1 18:2 18:3 Drugea Grašak MGDG DGDG SQDG PG Spanać 42 31 11 12 41 29 16 4 9 32 18 u tragu 3 39 - 25 5 1 2 7 15 90 78 58 38 72 87 53 47 36  

Fosfogliceridi (PG) Biljke sadrže i nekoliko tipičnih fosfoglicerida (slika 8-2) kao i životinje, ali u nešto drugačijem odnosu. Fosfatidilglicerol, koji je samo neznatna komponenta u životinjama, glavni je lipid u fotosintetičkim membranama biljaka. U membranama mitohondrija, peroksizoma glioksizoma i dr.) najzastupljeniji su: fosfatidilholin i fosfatidiletanolamin (tabela 8-5)

Slika 8-2. Strukture važnih fosfoglicerida biljaka

Tabela 8-5. Sastav fosfoglicerida u nekim membranama Membrane Ukupni fosfogliceridi (%) DPG PC PE PG PI+PS   Endosperm ricinusova zrna Spoljašnja membrana mitoho. Unutrašnja membr. mitohond. Peroksizomi Glioksizomi krtola krompira Unutrašnja membr. mitohon. Mikrozomi 7 u tragu 19 - 1 51 34 49 33 61 45 39 58 31 27 20 3 5 15 2 10 6+0 9+1 4 16 DPG – difosfatidilglicerol PC – fosfatidilholin PE – fosfatidiletanolamin PG - fosfatidilglicerol

8.3. Rezervni lipidi Kada biljke koriste lipide kao izvore energije one uvek akumuliraju triacilglicerole. Ovi molekuli su prototip rezervnih lipida i locirani su u uljnim telašcima semena ili u obliku heterogene smeše kapljica u delovima tkiva plodova avokada, masline ili palme. Pored triglicerida, u neznatnim količinama su prisutni i diacilgliceroli kao metabolički prekursori triacilglicerola (slika 8-3) zajedno sa minornim degradacionim proizvodima kao što su neesterifikovane masne kiseline.

Slika 8-3. Rezervni lipidi biljaka

8.3.1. Neuobičajene masne kiseline u rezervnim lipidima biljaka

8.4. Kutini, suberini i voskovi Kutini, suberini i voskovi pretstavljaju posebnu grupu lipida specifičnog hemijskog sastava i osobina. Zbog funkcije koju imaju često se jednim imenom nazivaju površinskim prekrivačima.

8.4.1. Površinski prekrivači Cela površina biljke je prekrivena zaštitnim slojem koji poseduje dvostruku funkciju: 1. da štiti od gubitka vode i 2. da sprečava prodiranje mikroorganizama u biljna tkiva Priroda površinskih prekrivača je različita kod različitih delova biljke i dok je lišće prekriveno kutinom i voskom, koren i povređeni delovi sadrže suberin. U suštini, hemijska struktura i kompozicija voskova, kutina i suberina varira ne samo od biljke do biljke nego se menja i tokom rastenja, razvića i sazrevanja. I kutin i suberin sadrže ekstenzivne polimerne strukture dok voskovi predstavljaju smešu slobodnih alifatičnih jedinjenja.

8.4.2. Hemijski sastav površinskih prekrivača Voskovi su smeša ugljovodonika (alkana) koji su uvek prisutni u biljnim voskovima i obično čine visok % (alkani sa neparnim brojem ugljenikovih atoma su dominantni zbog puta njihove sinteze). Monoestri alkohola dugih lanaca i masne kiseline su pronađeni u svakoj ispitivanoj biljci. Pored toga, alkoholi veoma dugih lanaca (C22-C34) i zasićene masne kiseline isto veoma dugih lanaca su uobičajene komponente. Ipak, udeo ovih jedinjenja može varirati od nekoliko procenata do skoro polovine ukupnog sastava voska. Od drugih jedinjenja u voskovima, sreću se još ketoni i -diketoni Kutini su izgrađen uglavnom od C16 i/ili C18 monomera. Hidroksi grupe monomera poput onih iz 16-hidroksipalmitinske kiseline ili iz 10,16-dihidroksipalmitinske kiseline dozvoljavaju formiranje estarskih veza i građenje poliestarske strukture. Glavna alifatična jedinjenja suberina (u 20-50% od ukupnih ispitanih uzoraka suberina) su -hidroksi kiseline, odgovarajuće dikarboksilne kiseline veoma dugih lanaca (> C18) i slični dugi alkoholi. Postoji i značajna količina fenolnih jedinjenja od kojih je glavno jedinjenje p-kumarinska kiselina.

8.5. Analiza biljnih lipida Analiza biljnih lipida je pre svega bitna za vrednovanje useva u poljoprivredi i ispitivanju njihovih nutritivnih vrednosti i ekološke ispravnosti sa aspekta zdravstveno bezbedne hrane. Ekstrahovan biljni materijal, obično sadrži i nelipidne kontaminante koji se od lipida odvajaju različitim hromatografskim metodama (slika 8-4).

8.7. Funkcija lipida u biljkama i primena Prema funkciji, lipidi (masti i ulja) u biljkama se mogu podeliti u: 1. rezervne i 2. membranske. Rezervni lipidi su uskladišteni u različitim organima biljaka i najviše ih ima u semenu gde služe kao rezervoari ugljenika, i energije (ATP) neophodne za klijanje semena. Membranski lipidi su fosfolipidi i glikolipidi. Oni su značajne komponente ćelijskih membrana jedra, mitohondrija, plastida, i hloroplasta koje izgradjuju zajedno sa proteinima. One se prikazuju u obliku tekućeg (fluidnog) mozaika u kojem su fosfolipidi rasporedjeni u obliku bimolekulskog sloja, a proteini mogu biti uronjeni, integralni ili tunelski (slika 8-7). Proteini koji su uronjeni u fosfolipidni dvosloj imaju ili slobodan hidrofilni kraj ili je on uronjen u fosfolipidni sloj. “Tunelski protein” su značajni transporteri nutrienata (molekula i jona) kroz biološke membrane.

Slika 8-7. Model membrane sa uronjenim i tunelskim proteinima i fosfolipidnim bimolekulskim slojem: