مقدمة في علم الأحياء: الدهون

تعريف الدهون

• الدهون هي مركبات عضوية تتكون أساسًا من الكحول والأحماض الدهنية.
• ترتبط هذه المكونات بواسطة رابطة استر.
• الدهون غير قابلة للذوبان في الماء.
• تذوب الدهون في الدهون أو المذيبات العضوية مثل الأثير والكلوروفورم والبنزين والأسيتون.
• تتكون المواد العضوية من الكربون والهيدروجين والأكسجين.
• تتميز بسلاسل هيدروكربونية طويلة.

أهمية الدهون

• تساهم الدهون في جعل الطعام مستساغًا وتوفير الطاقة.
• تمد الجسم بالأساسيات الغذائية.
• تلعب الدهون دورًا في بناء تركيب الخلية كجزء من تركيب أغشية الخلايا (الدهون الفسفورية).
• تقوم بدور العزل الحراري وحماية الأعضاء الداخلية.
• تعمل كناقلات للمواد.
• تشارك في تركيب الجزيئات الإشارية.
• كل 1 جرام من الدهون يمنح الجسم 9.3 سعرة حرارية.
• في المقابل، 1 جرام من الكربوهيدرات يمنح 4.3 سعرة حرارية، و1 جرام من البروتين يمنح 4.1 سعرة حرارية.
• تعمل الدهون كمواد عازلة حرارية في الأنسجة تحت الجلد وحول بعض الأعضاء مثل الكلى.
• تعمل أيضًا كمواد عازلة كهربائية، مما يتيح سرعة انتشار موجات إزالة الاستقطاب على طول الأعصاب الميلينية.
• يمكن أن يؤدي النظام الغذائي المكثف أو الجوع المطول إلى تدلي الأعضاء.
• البروتينات الدهنية تنقل الدهون في الدم.

تصنيف الدهون

• يمكن تصنيف الدهون إلى دهون بسيطة، ودهون أولية ومشتقة، ودهون معقدة.
• الدهون البسيطة تشمل الدهون المتعادلة والشموع.
• الدهون الأولية والمشتقة تشمل المواد المرتبطة بالدهون مثل الكوليسترول والأحماض الدهنية والكحولات.
• الدهون المعقدة تشمل الدهون الفسفورية، والدهون السكرية، والبروتينات الدهنية، وغيرها مثل الدهون الكبريتية والدهون الأمينية.

الدهون البسيطة

• هي استرات الأحماض الدهنية مع الكحول.
• تصنف الدهون البسيطة حسب نوع الكحول.
• تشمل الدهون المتعادلة (الدهون الثلاثية) التي هي استرات الأحماض الدهنية مع الجلسرول (كحول ثلاثي الهيدروجين).
• قد تكون الدهون المتعادلة بسيطة أو مختلطة.
• تشمل الشموع التي هي استرات الأحماض الدهنية مع كحولات أحادية الهيدروجين ذات وزن جزيئي أعلى.

الدهون المتعادلة

• تُعرف أيضًا باسم الدهون الثلاثية أو ثلاثي الأسيل جليسرول.
• تُسمى بالدهون المتعادلة لغياب المجموعات القابلة للتأين فيها.
• ترتبط الأحماض الدهنية بالجلسرول عبر رابطة إستر.
• يتم إزالة جزيء الماء (H2O) أثناء عملية التكثيف لتكوين هذه الرابطة.

الأحماض الدهنية

• هي الوحدات البنائية للدهون.
• تتكون من سلسلة هيدروكربونية تنتهي بحمض كربوكسيلي.
• تتميز بالصيغة العامة R-COOH.
• يحتوي الحمض الدهني على "ذيل" غير قطبي (كاره للماء) و"رأس" حمض كربوكسيلي قليل القطبية (محبة للماء).
• مثال: حمض دهني 16-C لديه الصيغة CH3(CH2)14-COOH.

ترقيم الأحماض الدهنية

• هناك عدة أنظمة لترقيم ذرات الكربون في الأحماض الدهنية.
• نظام 1,2... الخ: تبدأ الترقيم من ذرة الكربون الكربوكسيلية (رقم 1).
• نظام α,β... الخ: تبدأ الترقيم من ذرة الكربون المجاورة للكربوكسيل (الكربون رقم 2).
• نظام ω: يبدأ الترقيم من ذرة الكربون الطرفية (مجموعة الميثيل) مع عدم احتساب ذرة الكربون الكربوكسيلية.

أنواع الأحماض الدهنية

• قد تكون السلسلة الكربونية للأحماض الدهنية مشبعة (لا تحتوي على روابط مزدوجة) أو غير مشبعة (تحتوي على رابطة مزدوجة واحدة أو أكثر).
• يمكن الإشارة إلى موضع الروابط المزدوجة برمز الدلتا (Δ) متبوعًا برقم ذرات الكربون التي تقع بينها الرابطة المزدوجة، أو بالإشارة إلى علاقتها بذرة الكربون ω.
• الروابط المزدوجة تعطي الأحماض الدهنية غير المشبعة انحناءً يؤثر في خصائصها الكيميائية.
• أكثر المواقع شيوعًا للروابط المزدوجة هي Δ9 و Δ12 و Δ15.
• تفصل جسور الميثيلين (-CH2-) الروابط الثنائية للأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة.
• تحتوي معظم الأحماض الدهنية غير المشبعة الموجودة بشكل طبيعي على ثلاث ذرات كربون بعد كل رابطة مزدوجة.
• توجد معظم الأحماض الدهنية في الطبيعة في شكل رابطة سيس (cis).
• الروابط المزدوجة يمكن أن تكون في شكل رابطة سيس (cis) أو ترانس (trans)، مما يؤدي إلى وجود متصاوغات هندسية مختلفة.
• متى وجدت الرابطة الثنائية توجد إمكانية وجود إما أيزومرية هندسية سيس أو ترانس (نوع من الأيسومرات الفراغية Stereoisomers).

تصنيفات الأحماض الدهنية

• تصنف الأحماض الدهنية الحرة حسب طول السلسلة الهيدروكربونية إلى:
  • أحماض دهنية قصيرة السلسلة (SCFA) تحتوي على 2-6 ذرات كربون.
  • أحماض دهنية متوسطة السلسلة (MCFA) تحتوي على 8-13 ذرات كربون.
  • أحماض دهنية طويلة السلسلة (LCFA) تحتوي على 14-24 ذرات كربون.
  • أحماض دهنية طويلة جدًا (VLCFA) تحتوي على أكثر من 24 ذرة كربون.
• تصنف الأحماض الدهنية أيضًا حسب درجة التشبع إلى:
  • أحماض دهنية مشبعة.
  • أحماض دهنية غير مشبعة (أحادية أو متعددة غير المشبعة).
• تتميز الأحماض الدهنية المشبعة بروابط فردية فقط بين ذرات الكربون في السلسلة، في حين أن الأحماض الدهنية غير المشبعة تحتوي على رابطة مزدوجة واحدة على الأقل.
• تتكون الأحماض الدهنية المشبعة من سلاسل خطية تسمح بتعبئة الجزيئات بإحكام وهي صلبة في درجة حرارة الغرفة ولها نقاط انصهار عالية، مثل الزبدة.
• تتكون الأحماض الدهنية غير المشبعة من سلاسل غير خطية لا تسمح للجزيئات بأن تتعبأ بإحكام وهي سوائل في درجة حرارة الغرفة ولها نقاط انصهار منخفضة، مثل الزيوت النباتية.
• تشمل الأحماض الدهنية المشبعة الشائعة حمض البالمتيك وحمض الستياريك.
• تصنف ايضًا حسب الاهمية الغذائية الي :
  • أحماض دهنية ضرورية.
  • أحماض دهنية غير ضرورية.

أحماض دهنية ضرورية

• لا يستطيع الجسم تصنيعها بمعدل كافٍ، يجب الحصول عليها من النظام الغذائي.
• مصادرها: الزيوت النباتية (مثل زيت الذرة وزيت بذر القطن وزيت عباد الشمس وزيت بذور الكتان)، وزيوت الأسماك (مثل زيت كبد سمك القرش).
• تشارك في تركيب الدهون الفسفورية لأغشية الخلايا.
• ضرورية لنمو الجسم الطبيعي والتكاثر.
• تحمي من تصلب الشرايين وأمراض القلب التاجية عن طريق خفض الكوليسترول و LDL.
• حمض الأراكيدونيك هو طليعة للإيكوسانويدات (مثل البروستاجلاندين).
• DHA ضروري لتطور الدماغ الطبيعي ووظيفة الشبكية.
• يمنع تطور الكبد الدهني.
• يتم تصنيع حمض الأراكيدونيك (أوميجا 6 FA) في الجسم من حمض اللينوليك (أوميجا 6 FA) لذا فهو ليس أساسيًا.
• α-حمض اللينولينيك (Omega 3 FA) يتحول إلى Omega 3 PUFAs طويلة السلسلة [حمض eicosapentaenoic (EPA؛ 20: 5n-ω3) وحمض docosahexaenoic (DHA؛ 22: 6n-ω3 ]
• في حالة التحويل منخفض الكفاءة، يوصى بتناول EPA و DHA من مصادر إضافية (الأسماك الزيتية وزيت الكريل وزيت الطحالب).

الزنخ

• هو تطور رائحة وطعم كريهة في الدهون نتيجة لتحلل الدهون أو الزيوت.
• ينجم عن التعرض للرطوبة والأكسجين والدفء والضوء وبعض المعادن مثل النحاس والرصاص.
• هناك أنواع مختلفة من الزنخ:
  • زنخ التحلل المائي.
  • زنخ الأكسدة (أو بيروكسدة الدهون).

زنخ التحلل المائي

• يحدث بسبب الحرارة والرطوبة ووجود إنزيمات التحلل المائي البكتيرية مثل الليباز.
• يؤدي إلى تكسير الدهون إلى مكوناتها من الأحماض الدهنية والجلسرول عن طريق التحلل المائي.
• تميل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (كما هو الحال في الزبدة والحليب) إلى أن تكون متطايرة وتسبب رائحة وطعمًا مزعجًا.

زنخ الأكسدة

• ينتج عن تعرض الدهون للأكسجين أو حفزتها بفعل الضوء و/أو الحرارة في وجود الإنزيمات أو أيونات المعادن.
• يتسبب أكسدة السلسلة الحمضية الدهنية، عن طريق إضافة الأكسجين إلى رابطة C=C في الأحماض الدهنية غير المشبعة.
• يتطاير short chain aldehydes ketones و alcohols ودي carboxylic acids ويتسببوا في الطعم والرائحة غير المستحبة .

أسباب الزنخ:

• الرطوبة.
• الأكسجين (الجذور الحرة).
• ارتفاع درجة الحرارة والضوء.
• تعمل المعادن كمحفزات (مثل الرصاص والنحاس أو مركبات الهيم).

الوقاية من الزنخ

• ينصح بتغطية الزبدة وحفظها في الثلاجة وبعيدًا عن الرطوبة.
• استخدام مضادات الأكسدة الطبيعية (مثل فيتامين E أو بيتا كاروتين) أو مضادات الأكسدة الاصطناعية.
• الحفاظ على الدهون والزيوت بعيدًا عن درجة الحرارة والرطوبة والضوء.