Glicerol

Definicja

rzeczownik
glyc-er-ol, ˈglɪs əˌrɔl
alkohol cukrowy składający się z dwóch polioli pochodzących ze zmydlania tłuszczów i olejów, i działa głównie jako pośrednik metaboliczny i składnik strukturalny głównych klas biologicznych lipidów, triglicerydów i fosfatydylofosfolipidów

Szczegóły

Przegląd

Glicerol jest jednym z alkoholi cukrowych. Alkohole cukrowe należą do klasy polioli charakteryzujących się tym, że są białymi, rozpuszczalnymi w wodzie, związkami organicznymi o ogólnym wzorze chemicznym (CHOH)nH2. Alkohole cukrowe mogą być wytwarzane przez uwodornienie cukrów.

Historia i terminologia

Glicerol został odkryty w 1779 r. przez szwedzkiego chemika Carla Wilhelma Sheele 1742-1786. Uzyskał glicerol, gdy glicerol został wypłukany z ogrzewanej mieszaniny tlenku ołowiu i oliwy z oliwek. W oliwie z oliwek, glicerol jest dominującym trójglicerydem.1 Nazwa glicerol została ukuta przez francuskiego chemika Michela Eugéne Chevreula 1786-1889. Etymologicznie, glicerol pochodzi od greckiego glycos, co oznacza „słodki”. W 1836 r. francuski chemik Théophile-Jules Pelouze 1807-1867 ustalił jego wzór chemiczny (C3H8O3). W 1872 r. został on po raz pierwszy zsyntetyzowany w laboratorium przez francuskiego chemika Charlesa Friedela 1832-1899.2 Obecnie glicerol jest sztucznie syntetyzowany do różnych zastosowań w żywności, medycynie i innych gałęziach przemysłu. Jako dodatek do żywności, glicerol został zatwierdzony jako ogólnie uznany za bezpieczny (GRAS) przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA).3 Glicerol jest również nazywany gliceryną (lub gliceryną). Niemniej jednak, termin „glicerol” jest często używany w celu wskazania obecności związku jako składnika produktu, podczas gdy „gliceryna” (lub gliceryna) często odnosi się do nazwy produktu. Na przykład, syrop glicerynowy zawiera 99,7% glicerolu. 3

Właściwości

Glicerol jest bezbarwnym, bezwonnym, lepkim, słodkim w smaku poliolem o wzorze chemicznym C3H8O3. Jest to alkohol trójwodorotlenowy, ponieważ składa się z trzech atomów węgla; każdy z dwóch końcowych atomów węgla jest związany z dwoma atomami wodoru i grupą hydroksylową; środkowy atom węgla jest związany z atomem wodoru i grupą hydroksylową. 1 Taka struktura sprawia, że glicerol jest wysoce higroskopijny (łatwo przyciąga wilgoć) i rozpuszczalny w wodzie oraz w alkoholu. Jego temperatura topnienia wynosi 18°C. Jego temperatura wrzenia wynosi 290 °C. Jest mniej słodki niż sacharoza, tj. 75% słodyczy w stosunku do sacharozy.

Aktywność biologiczna

Glicerol występuje naturalnie. Jednym ze sposobów biosyntezy glicerolu jest usunięcie grupy fosforanowej z fosforanu glicerolu poprzez katalityczne działanie enzymu fosfatazy. Glicerol może również pochodzić z hydrolizy tłuszczów.

Czynności biologiczne

Lipogeneza jest procesem wytwarzania lipidu lub tłuszczu. Odbywa się on poprzez estryfikację, która jest reakcją chemiczną z udziałem alkoholu i kwasu, które tworzą ester (produkt reakcji). Glicerydy (zwane również acyloglicerolami) są estrami utworzonymi z glicerolu i kwasu tłuszczowego. Glicerol z trzema grupami hydroksylowymi może być zestryfikowany maksymalnie trzema kwasami tłuszczowymi. W zależności od liczby kwasów tłuszczowych związanych z glicerolem, gliceryd może być monoglicerydem (zwanym również monoacyloglicerolem), diglicerydem (zwanym również diacyloglicerolem) lub triglicerydem (zwanym również triacyloglicerolem). Monogliceryd powstaje w wyniku kondensacji glicerolu i jednego kwasu tłuszczowego połączonych wiązaniem estrowym. Digliceryd powstaje w wyniku kondensacji dwóch kwasów tłuszczowych i glicerolu, natomiast trigliceryd – z trzech kwasów tłuszczowych i glicerolu. W syntezie triglicerydów, trzy kwasy tłuszczowe są estryfikowane do glicerolu w retikulum endoplazmatycznym. Komórki, które przeprowadzają lipogenezę to głównie adipocyty i hepatocyty.

Aktywność biologiczna

Glicerol może być wykorzystywany w biosyntezie glicerolo-3-fosforanu (Gro3P). Gro3P jest estrem fosforowym glicerolu. Powstaje on w wyniku fosforylacji glicerolu przez enzym kinazę glicerolową. Enzym ten katalizuje przeniesienie fosforanu z ATP do glicerolu, tworząc Gro3P. Gro3P może następnie wejść do biosyntezy triglicerydów (triacylogliceroli), biosyntezy fosfolipidów, glikolizy i glukoneogenezy.
W biosyntezie triacylogliceroli i biosyntezie fosfolipidów, glicerol działa jako strukturalny szkielet, z którego kwasy tłuszczowe są związane. W syntezie triacylogliceroli, w szczególności, koniec karboksylowy każdego z trzech kwasów tłuszczowych reaguje z każdym z grupy hydroksylowej glicerolu. Ich wiązanie uwalnia cząsteczkę wody na każdy kwas tłuszczowy (uwalniając w ten sposób łącznie trzy cząsteczki wody w procesie).
Fosfolipidy służą jako główny składnik strukturalny wielu błon biologicznych. Niektóre z nich funkcjonują jako drugie przekaźniki w transdukcji sygnału. Są one związkami amfipatycznymi, co oznacza, że mają hydrofilową głowę i hydrofobowy ogon. W istocie, głowa składa się z grupy fosforanowej, podczas gdy ogon składa się z dwóch kwasów tłuszczowych. Glicerol łączy głowę i ogon fosfolipidu. W szczególności grupa fosforanowa jest przyłączona do jednego z trzech węgli szkieletu glicerolu, podczas gdy pozostałe dwa węgle są związane z dwoma łańcuchami kwasu tłuszczowego (głównie nasyconego kwasu tłuszczowego na C-1 i nienasyconego kwasu tłuszczowego na C-2). Z fosforanem może być ponadto związany: wodór, cholina, seryna, etanoloamina, inozytol itp. Składnik hydrofilowy określa rodzaj fosfolipidu: odpowiednio: kwas fosfatydowy, fosfatydylocholina, fosfatydyloseryna, fosfatydyloetanoloamina, fosfatydyloinozytol itd. Każdy z tych fosfolipidów przechodzi przez określony szlak biosyntezy. Kwas fosfatydowy jest najbardziej podstawowym z tych fosfolipidów, ponieważ służy jako prekursor wielu fosfolipidów. Biosynteza fosfolipidów zwykle zaczyna się od Gro3P.
W szlaku glikolitycznym, glicerol może wejść na szlak bezpośrednio lub pośrednio, w zależności od organizmu zaangażowanego. U ludzi, glicerol musi być najpierw przekształcony przed wejściem do glikolizy. W szczególności, glicerol jest przekształcany w Gro3P przez kinazę glicerolową. Gro3P jest przekształcany w fosforan dihydroksyacetonu (DHAP) poprzez aktywność enzymatyczną dehydrogenazy glicerolo-3-fosforanu i redukcję NAD+ do NADH. DHAP jest przekształcany w gliceraldehyd-3-fosforan poprzez działanie enzymu izomerazy triozofosforanowej. Przemiana glicerolu w 3-fosforan gliceraldehydu również ma miejsce przed rozpoczęciem glukoneogenezy. Glukoneogeneza to szlak metaboliczny, w którym glukoza powstaje z prekursorów niewęglowodanowych, np. glicerolu, mleczanu, pirogronianu. Jest to jeden ze sposobów, za pomocą których organizm utrzymuje poziom glukozy we krwi.

Aktywność biologiczna

Naturalny glicerol jest ogólnie obecny w olejach roślinnych i tłuszczach zwierzęcych. Może być również wytwarzany sztucznie do stosowania jako humektant spożywczy, zagęszczacz, rozpuszczalnik, słodzik (np. pomada, dżemy, przetworzone produkty spożywcze, batony energetyczne itp.) 3 Chociaż glicerol jest rodzajem alkoholu cukrowego, nie powoduje efektów przeczyszczających, jak inne (np. sorbitol, mannitol, izomalt). Dzieje się tak dlatego, że glicerol jest całkowicie wchłaniany w jelicie cienkim. W trawieniu tłustych pokarmów biorą udział lipazy i żółć. Lipidy są hydrolizowane i rozkładane na fragmenty, takie jak monoglicerydy, diglicerydy, glicerol i wolne kwasy tłuszczowe. Fragmenty te są wchłaniane przez komórki jelitowe (enterocyty), gdzie są przekształcane w trójglicerydy i tworzą chylomikrony. Chylomikrony to specjalne cząsteczki powstające w retikulum endoplazmatycznym enterocytów. Zawierają one trójglicerydy (jako główny składnik), cholesterol i witaminy rozpuszczalne w tłuszczach. Na powierzchni podstawno-bocznej enterocytów chylomikrony są uwalniane w procesie egzocytozy. Ze względu na duże rozmiary chylomikronów, są one transportowane przez jelitowe naczynia limfatyczne zwane laktalami, zamiast przez małe naczynia włosowate. Chylomikrony są gromadzone w układzie limfatycznym, a następnie mieszają się z krwią, gdy docierają do dużych naczyń w pobliżu serca, które odprowadzają je do krążenia ogólnego. Lipidy są zatem transportowane z enterocytów do krwiobiegu za pośrednictwem tych chylomikronów.4 Triglicerydy jednak nie przechodzą łatwo przez błony komórkowe komórki. Dlatego specjalne enzymy w ścianach naczyń krwionośnych zwane lipazami lipoproteinowymi hydrolizują triglicerydy (i inne lipoproteiny) w chylomikronach do wolnych kwasów tłuszczowych i glicerolu. Wolne kwasy tłuszczowe i glicerol mogą być następnie wchłaniane przez komórki (np. tkanki tłuszczowej, tkanki mięśni szkieletowych i mięśnia sercowego) za pośrednictwem tzw. transportera kwasów tłuszczowych. Resztki chylomikronów są pobierane przez wątrobę. Hepatocyty i adipocyty magazynują triglicerydy jako paliwo energetyczne w procesie lipogenezy.

Czynności biologiczne

Hormon glukagon wyzwala w wątrobie rozkład triglicerydów w celu uwolnienia kwasów tłuszczowych na drodze lipaz. Składnik glicerolu, który jest uwalniany z tego procesu może służyć jako alternatywne źródło glukozy, zwłaszcza gdy poziom glukozy jest niski. Może on zostać przekształcony w glukozę na drodze glukoneogenezy, a następnie może również wejść na szlak glikolityczny. Jest to szczególnie ważne, gdy nie ma wystarczającej ilości glukozy dla mózgu do wykorzystania poza tym, że mózg nie może bezpośrednio korzystać z kwasu tłuszczowego jako źródła energii.

Czynności biologiczne

Lipoliza jest procesem rozkładu lipidów przez hydrolizę trójglicerydów do glicerolu i wolnych kwasów tłuszczowych. Dzieje się to głównie w tkance tłuszczowej i często jako odpowiedź podczas intensywnych ćwiczeń i na czczo. Lipazy ulegają fosforylacji i aktywacji. W szczególności lipaza triglicerydowa tkanki tłuszczowej katalizuje hydrolizę triacylogliceroli do diacylogliceroli. Przekształcenie diacyloglicerolu w monoacyloglicerol odbywa się poprzez katalityczne działanie lipazy hormonowrażliwej. Lipaza monoacyloglicerolowa z kolei katalizuje hydrolizę monoacyloglicerolu do glicerolu. Uwolnione kwasy tłuszczowe są uwalniane do krwiobiegu. Hormonowrażliwe lipazy są regulowane przez hormony insuliny, glukagonu, epinefryny i noradrenaliny.

Znaczenie biologiczne

Glicerol jest niezbędnym alkoholem cukrowym dla wielu istot żywych. Dla jednego, jest to składnik lipidów, takich jak glicerydy i fosfolipidy. Wraz z kwasami tłuszczowymi, glicerol tworzy glicerydy, które mogą służyć jako paliwo energetyczne. Triglicerydy, na przykład, jest głównym składnikiem tłuszczów zwierzęcych i olejów roślinnych. Glicerol służy również jako jeden z substratów do syntezy glicerolo-3-fosforanu, który może wejść do biosyntezy triglicerydów, biosyntezy fosfolipidów, glikolizy i glukoneogenezy. Fosfolipidy są jednym z głównych składników strukturalnych błon biologicznych. Mogą również pełnić rolę drugich przekaźników w transdukcji sygnałów. Istnieją różne rodzaje fosfolipidów: kwas fosfatydowy, fosfatydylocholina, fosfatydyloseryna, fosfatydyloetanoloamina, fosfatydyloinozytol, itd. Glicerol może być przekształcony w glukozę, główny metabolit glikolizy, która jest szlakiem metabolicznym, poprzez który syntetyzowana jest energia (ATP). Energia ta napędza różne czynności metaboliczne komórki. Gdy nie ma wystarczającej ilości glukozy, glicerol jest głównym prekursorem glukozy w procesie glukoneogenezy. W przeciwieństwie do kwasów tłuszczowych, glicerol jest łatwiej wchłaniany, szczególnie przez komórki mózgowe. Komórki mózgowe mogą korzystać z glicerolu przekształconego glukozy do glikolizy, gdy glukoza jest niewystarczająca.
Glicerol może być syntetyzowany naturalnie lub może pochodzić z konsumpcji glicerolu zawierających tłuste pokarmy. Jest on również produkowany chemicznie przez zmydlanie lub przez działanie przegrzanej pary wodnej do stosowania jako słodzik żywności, środek utrzymujący wilgotność, zagęszczacz i emulgator. Wśród alkoholi cukrowych, glicerol jest klasyfikowany przez FDA jako kaloryczny makroskładnik odżywczy. Glicerol dostarcza 4,3 kilokalorii na gram.

Uzupełniające

IUPAC

• Propano-1,2,3-triol

Wzór chemiczny

Synonim(y)

• 1,2,3-trihydroksy-propan lub propan-1,2,3-triol
• Gliceryna
• Gliceryna
• Propanetriol
• 1,2,3-Trihydroksypropan
• 1,2,3-Propanetriol

Pojęcia pochodne

Dalsze czytanie

Zobacz także

• alkohol cukrowy
• trigliceryd
• fosfolipid

Odnośnik

1. „Glicerol.” The Gale Encyclopedia of Science. . Retrieved from ://www.encyclopedia.com/science/encyclopedias-almanacs-transcripts-and-maps/glycerol Link
2. „Glycerol.” Chemical Compounds. . Retrieved from ://www.encyclopedia.com/science/academic-and-educational-journals/glycerol Link
3. Edible Glycerin Uses, Benefits, Safety, Side Effects. (2017, June 5). Retrieved from ://www.nutrientsreview.com/carbs/edible-glycerin.html Link
4. Trawienie i wchłanianie tłuszczów. (2019). Retrieved from ://courses.washington.edu/conj/bess/fats/fats.html Link

.