Carbonzuren en vetzuren

Carbonzuren:

Carbonzuren zijn organische verbindingen die als kenmerkende groep de carboxylgroep ( - COOH ) bezitten. Deze groep is formeel een combinatie van een carbonylgroep en een hydroxylgroep, maar door de mesomerie tussen de л-binding van de carbonylgroep en de vrije elektronenparen van de hydroxylgroep heeft de combinatie een geheel eigen karakter. De carboxylgroep wordt daarom als een aparte functionele groep beschouwd. Verbindingen die een carboxylgroep bevatten, kunnen gemakkelijk een proton afstaan en dus als zuur reageren.

De algemene formule van deze zuren is R-COOH , waarin R een willekeurige groep voorstelt.
Is de R groep een alkylgroep , dan heeft men te maken met de homologe reeks van de alkaancarbonzuren en waszuren.
Bevat de groep R een of meer NH₂ groepen , dan behoort het zuur tot de aminozuren. Bevat R een of meer OH groepen , dan is het zuur een hydroxyzuur.

Dicarbonzuren zijn organische zuren met twee carboxylgroepen : R(COOH)2. De bekendste zijn oxaalzuur, malonzuur, barnsteenzuur en ftaalzuur.

Carbonzuren komen veel in de natuur voor en spelen daarin een belangrijke rol. De citroenzuurcyclus en het vetzuurmetabolisme verlopen via reacties van carbonzuren en van carbonzuurderivaten.
De aminozuren, die als een van de functionele groepen de carboxylgroep bevatten , zijn de bouwstenen voor de eiwitten.

De IUPAC-nomenclatuur voor carbonzuren komt tot stand door achter de naam van het corresponderende alkaan de uitgang -zuur te plaatsen. Omdat veel carbonzuren al in de tijd van de alchemie bekend waren , treft men voor veel van deze zuren triviale namen aan. Deze namen zijn meestal afgeleid van de natuurlijke bron waaruit deze carbonzuren geïsoleerd werden.

Dicarbonzuren:

Vetzuren:

De naam vetzuren is een algemene naam voor een verbinding uit een niet geheel scherp omlijnde groep carbonzuren, waarvan de voornaamste vertegenwoordigers de in natuurlijke oliën en vetten voorkomende triglyceriden zijn: esters van glycerol waarvan alle drie de hydroxylgroepen met een vetzuur zijn veresterd.

Naar ketenlengte worden onderscheiden korte keten vetzuren (C₂-C₆, dus met 2 tot 6 koolstofatomen), middenketen vetzuren (C₈-C₁₄, met 8 tot 14 koolstofatomen), langketen vetzuren (C₁₆-C₂₂, met 16 tot 22 koolstofatomen) en zeer langketen vetzuren (C₂₂, dus met meer dan 22 koolstofatomen).

Indeling:

De vetzuren zijn te onderscheiden in o.a. verzadigde vetzuren (de alkaancarbonzuren), enkelvoudig onverzadigde vetzuren (alkeencarbonzuren), meervoudig onverzadigde vetzuren en alkynzuren (met drievoudige koolstof-koolstofbinding).

In natuurlijke oliën en vetten komen van de verzadigde vetzuren vnl. voor die met een onvertakte (lineaire) keten, bestaande uit een even aantal koolstofatomen tussen 4 en 26. Dit vindt zijn oorzaak in de biochemische synthese en afbraak volgens de vetzuurspiraal. Vertakte vetzuren en vetzuren met een oneven aantal C-atomen komen in natuurlijke vetten zelden voor, het meest nog isovaleriaanzuur. Mierenzuur of azijnzuur worden meestal niet tot de vetzuren gerekend; cerotinezuur (met 26 C-atomen) en hogere homologen worden (ook) waszuren genoemd.

Essentiële vetzuren:

Een essentieel vetzuur, vaak afgekort tot EFA (v. Eng. essential fatty acid), is een vetzuur dat in het menselijk of dierlijk organisme niet uit andere stoffen kan worden gevormd en dat nodig is voor het normaal functioneren van het organisme.

Bij de mens kunnen meervoudig onverzadigde vetzuren niet worden gevormd, tenzij linolzuur in de voeding aanwezig is. Linolzuur, aanwezig in plantaardige oliën, is daarom het essentiële vetzuur. Hieruit worden in het lichaam linoleenzuur en arachidonzuur gevormd. Linolzuur en linoleenzuur zijn nodig voor vorming van mitochondriën. Bovendien verlagen zij het cholesterolgehalte in het bloed (zie ook atherosclerose).

Arachidonzuur is het uitgangspunt voor de synthese van prostaglandines. Vele deficiëntieverschijnselen kunnen worden teruggevoerd op het onvermogen van het lichaam om prostaglandines te vormen bij onvoldoende aanbod van linolzuur. Andere deficiëntieverschijnselen (bijv. haaruitval, storingen in de bloedstolling) worden veroorzaakt door gebrek aan vetoplosbare vitaminen (vit. A, D, E, K) bij vetloze of vetarme voeding; hierbij gaat het om de afwezigheid van vet in de voeding en niet om de afwezigheid van een bepaald vet of vetzuur.

Nomenclatuur:

De nomenclatuur van vetzuren volgt die van de carbonzuren. Een carbonzuur met 16 koolstofatomen wordt hexadecaanzuur genoemd. Als in deze koolstofketen een, twee of drie dubbele bindingen voorkomen, dan spreekt men respectievelijk van hexadeceenzuur, een hexadecadieenzuur en een hexadecatrieenzuur.

Enkele in de natuur voorkomende vetzuren zijn:

Biosynthese van vetzuren:

De biosynthese van vetzuren vindt plaats op de cytoplasmamembranen in het endoplasmatisch reticulum. Vetzuren worden opgebouwd uit acetyl-eenheden die tijdens de biosynthese als thioëster overgedragen worden op een synthese eiwit ( ACP : Acyl Carrier Protein ). Tijdens elke cyclus van de biosynthese wordt een acetylgroep aan een vetzuurketen gekoppeld door middel van een reactie die sterk verwant is aan de Claisen-condensatie.

Als eerste stap wordt in acetyl coënzym A een carboxylgroep aangebracht door een carboxylase enzym dat daarvoor gebruik maakt van het coënzym biotine.

In de tweede stap wordt het gevormde malonylcoënzym A en een tweede molecuul acetylcoënzym A via een omestering overgedragen op twee thiolgroepen van het synthese eiwit ACP.

In de derde stap vindt er een condensatie reactie plaats onder afsplitsing van kooldioxide.

In de vierde stap wordt de beta-ketoacylgroep gereduceerd tot een beta-hydroxyacylgroep, waarbij het gevormde asymmetrische koolstof atoom de R-configuratie krijgt.

Stap vijf : dehydratering geeft vervolgens een transdubbele binding.

Stap 6 : deze transdubbele verbinding wordt door NADPH vervolgens verder gereduceerd tot een verzadigde keten.

Al deze reactiestappen verlopen enzym - gekatalyseerd. Daarna kan in een volgende cyclus een nieuwe acetyleenheid in de keten worden ingebouwd. Hiervoor moet eerst de butyrylgroep die na de stappen 4,5 en 6 is gevormd, omgeësterd worden op een andere thiolgroep ( stap 7 ), waarna op de vrijgekomen thiolgroep opnieuw een malonylgroep kan worden overgedragen ( stap 8 ), en een volgende Claisen-type condensatie kan plaatsvinden ( stap 9 ).

Na reductie van de ketogroep en dehydratatie en reductie van de dubbele binding is een carbonzuurrest met zes koolstofatomen gevormd. Deze wordt weer omgeësterd op de andere thiolgroep waarna het proces opnieuw kan beginnen.

Bij elke reactiecyclus worden op deze wijze en in deze volgorde steeds twee koolstofatomen aan het vetzuur toegevoegd. Dit kan gemiddeld acht of negen cycli doorgaan waarna resp. het palmitaat of stearaat van het synthese eiwit verwijderd wordt. Na de synthese kan verestering met glycerol plaatsvinden of kan het vetzuur worden omgezet in andere producten.

Afbraak van vetzuren:

De in vetzuren opgeslagen energie kan weer gemobiliseerd worden door afbraak van het vetzuur tot acetyl CoA dat in de citroenzuurcyclus verder verbrand kan worden tot kooldioxide.

De afbraak van vetzuren verloopt in grote lijnen volgens een proces dat omgekeerd is aan de synthese van vetzuren . Er zijn echter een aantal kenmerkende verschillen.

De afbraak vindt plaats in de mitochondriën ( de zeer lange keten vetzuren in de peroxisomen ) en de vetzuren die afgebroken worden, zijn veresterd met coënzym A en niet met ACP en voor de afbraakreacties worden andere coënzymen gebruikt.

Hoofdmenu