Axit béo (Fatty acid)

Cấu trúc

Một axit béo điển hình gồm có một mạch hydrocarbon kỵ nước dài và một nhóm carboxyl (-COOH) ưa nước ở đầu mạch. Công thức tổng quát của axit béo no là:

$CH_3(CH_2)_nCOOH$

trong đó n là số nguyên chẵn. Mạch hydrocarbon có thể no (chỉ chứa liên kết đơn C-C) hoặc không no (chứa một hoặc nhiều liên kết đôi C=C). Axit béo không no có thể tồn tại ở dạng cis hoặc trans, tùy thuộc vào vị trí của các nguyên tử hydro xung quanh liên kết đôi. Dạng cis phổ biến hơn trong tự nhiên và thường có lợi cho sức khỏe hơn dạng trans.

Phân loại

Axit béo được phân loại dựa trên độ dài mạch cacbon và sự hiện diện của liên kết đôi:

• Độ dài mạch cacbon:
  • Mạch ngắn: < 6 cacbon
  • Mạch trung bình: 6-12 cacbon
  • Mạch dài: 13-21 cacbon
  • Mạch rất dài: > 22 cacbon
• Độ bão hòa:
  • Axit béo no: Chỉ chứa liên kết đơn giữa các nguyên tử cacbon. Ví dụ: Axit stearic ($C_{17}H_{35}COOH$), axit palmitic ($C_{15}H_{31}COOH$).
  • Axit béo không no: Chứa một hoặc nhiều liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon.
    • Axit béo không no đơn: Chứa một liên kết đôi. Ví dụ: Axit oleic ($C_{17}H_{33}COOH$).
    • Axit béo không no đa: Chứa hai hoặc nhiều liên kết đôi. Ví dụ: Axit linoleic ($C_{17}H_{31}COOH$), axit linolenic ($C_{17}H_{29}COOH$).

Vị trí liên kết đôi

Vị trí của liên kết đôi trong axit béo không no được biểu thị bằng ký hiệu omega (ω) hoặc delta (Δ). Ký hiệu omega (ω) đếm từ nguyên tử cacbon cuối cùng của mạch hydrocarbon (ngược với nhóm carboxyl), còn ký hiệu delta (Δ) đếm từ nguyên tử cacbon của nhóm carboxyl. Ví dụ, axit linoleic là một axit béo ω-6, nghĩa là liên kết đôi đầu tiên nằm ở vị trí cacbon thứ 6 tính từ cuối mạch hydrocarbon. Cần lưu ý rằng cả hai hệ thống ký hiệu đều được sử dụng rộng rãi, và việc hiểu rõ cả hai là quan trọng.

Tính chất

• Tính kỵ nước: Phần hydrocarbon dài của axit béo kỵ nước, trong khi nhóm carboxyl ưa nước. Tính chất này ảnh hưởng đến sự sắp xếp của axit béo trong môi trường nước và vai trò của chúng trong cấu trúc màng tế bào, tạo thành các cấu trúc micelle hoặc liposome.
• Điểm nóng chảy: Điểm nóng chảy của axit béo tăng theo độ dài mạch cacbon và giảm theo số lượng liên kết đôi. Axit béo no có điểm nóng chảy cao hơn axit béo không no có cùng độ dài mạch cacbon. Điều này là do liên kết đôi tạo ra sự cong trong mạch hydrocarbon, làm giảm khả năng đóng gói chặt chẽ của các phân tử và do đó làm giảm lực hút Van der Waals giữa chúng.

Chức năng

• Dự trữ năng lượng: Triglyceride, được hình thành từ glycerol và ba axit béo, là dạng dự trữ năng lượng chính trong cơ thể. Quá trình oxy hóa axit béo giải phóng một lượng năng lượng lớn hơn nhiều so với quá trình oxy hóa carbohydrate hoặc protein.
• Cấu trúc màng tế bào: Phospholipid, chứa axit béo trong cấu trúc của chúng, là thành phần chính của màng tế bào. Tính chất lưỡng cực của phospholipid, với phần đầu ưa nước và phần đuôi kỵ nước (gồm các axit béo), cho phép chúng tạo thành lớp kép lipid, là nền tảng của màng tế bào.
• Tổng hợp hormone và các phân tử tín hiệu: Axit béo là tiền chất cho một số hormone (như eicosanoid) và các phân tử tín hiệu quan trọng khác, điều hòa nhiều quá trình sinh lý trong cơ thể.
• Cách nhiệt và bảo vệ: Lớp mỡ dưới da, chứa triglyceride, giúp cách nhiệt và bảo vệ cơ thể khỏi tác động của môi trường.

Nguồn cung cấp

Axit béo có thể được tổng hợp bởi cơ thể hoặc thu nhận từ thức ăn. Một số axit béo, được gọi là axit béo thiết yếu, không thể được tổng hợp bởi cơ thể và phải được cung cấp từ chế độ ăn uống. Ví dụ: axit linoleic (ω-6) và axit α-linolenic (ω-3).

Ảnh hưởng của axit béo đến sức khỏe

Loại và lượng axit béo tiêu thụ có ảnh hưởng đáng kể đến sức khỏe. Một chế độ ăn giàu axit béo no, đặc biệt là từ nguồn động vật, có liên quan đến việc tăng nguy cơ mắc bệnh tim mạch, do làm tăng cholesterol LDL (“xấu”). Ngược lại, axit béo không no, đặc biệt là axit béo không no đa như omega-3 và omega-6, có thể có lợi cho sức khỏe tim mạch bằng cách giảm triglyceride và cholesterol LDL, đồng thời tăng cholesterol HDL (“tốt”).

Axit béo thiết yếu

Như đã đề cập, axit béo thiết yếu là những axit béo mà cơ thể không thể tự tổng hợp và phải được cung cấp từ thức ăn. Hai loại axit béo thiết yếu quan trọng nhất là axit linoleic (ω-6) và axit α-linolenic (ω-3). Axit linoleic là tiền chất cho việc tổng hợp các axit béo ω-6 khác, chẳng hạn như axit arachidonic, trong khi axit α-linolenic là tiền chất cho việc tổng hợp các axit béo ω-3 chuỗi dài, chẳng hạn như EPA và DHA. EPA và DHA đóng vai trò quan trọng trong phát triển não bộ, chức năng thị giác và giảm viêm.

Tỷ lệ ω-6/ω-3

Tỷ lệ giữa ω-6 và ω-3 trong chế độ ăn uống cũng rất quan trọng. Chế độ ăn hiện đại thường có tỷ lệ ω-6/ω-3 rất cao, điều này có thể góp phần vào tình trạng viêm mãn tính và tăng nguy cơ mắc các bệnh mãn tính. Một tỷ lệ ω-6/ω-3 cân bằng hơn, lý tưởng là khoảng 1:1 đến 4:1, được cho là có lợi hơn cho sức khỏe.

Tên gọi và danh pháp

Axit béo thường được đặt tên theo nguồn gốc hoặc cấu trúc hóa học của chúng. Ví dụ, axit stearic được tìm thấy nhiều trong mỡ động vật, trong khi axit oleic được tìm thấy nhiều trong dầu ô liu. Danh pháp hệ thống của axit béo dựa trên số lượng nguyên tử cacbon và vị trí của các liên kết đôi.

Ứng dụng trong công nghiệp

Ngoài vai trò sinh học, axit béo còn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa, mỹ phẩm, nhựa và các sản phẩm khác. Quá trình xà phòng hóa, phản ứng giữa axit béo và bazơ, tạo ra xà phòng và glycerol.

Phân tích axit béo

Các kỹ thuật phân tích như sắc ký khí (GC) và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) được sử dụng để xác định thành phần axit béo trong các mẫu sinh học và thực phẩm.

• Biochemistry, Lehninger, D. L., Nelson, D. L., & Cox, M. M. (Various editions).
• Principles of Biochemistry, Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (Various editions).

Câu hỏi và Giải đáp

Sự khác biệt về cấu trúc giữa axit béo no và axit béo không no ảnh hưởng như thế nào đến tính chất vật lý của chúng?

Trả lời: Axit béo no chỉ có liên kết đơn giữa các nguyên tử cacbon, cho phép các phân tử xếp chặt chẽ với nhau. Điều này dẫn đến điểm nóng chảy cao hơn, khiến chúng thường ở trạng thái rắn ở nhiệt độ phòng. Ngược lại, axit béo không no có một hoặc nhiều liên kết đôi, tạo ra các “kink” trong mạch cacbon, ngăn cản sự sắp xếp chặt chẽ. Điều này dẫn đến điểm nóng chảy thấp hơn, khiến chúng thường ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng.

Vai trò của axit béo omega-3 và omega-6 trong việc điều hòa viêm nhiễm là gì?

Trả lời: Axit béo omega-6, đặc biệt là axit arachidonic, là tiền chất cho các phân tử gây viêm như prostaglandin và leukotriene. Trong khi đó, axit béo omega-3, như EPA và DHA, cạnh tranh với axit arachidonic và tạo ra các phân tử ít gây viêm hơn. Do đó, một tỷ lệ omega-6/omega-3 cân bằng là cần thiết để điều hòa phản ứng viêm trong cơ thể.

Quá trình beta-oxidation diễn ra như thế nào và mục đích của nó là gì?

Trả lời: Beta-oxidation là quá trình phân giải axit béo thành acetyl-CoA trong ty thể. Quá trình này diễn ra theo chu kỳ, mỗi chu kỳ cắt ngắn mạch axit béo đi hai nguyên tử cacbon. Acetyl-CoA được tạo ra sau đó đi vào chu trình Krebs để sản xuất năng lượng. Mục đích của beta-oxidation là tạo ra năng lượng từ axit béo.

Tại sao axit béo trans được coi là có hại cho sức khỏe?

Trả lời: Axit béo trans được tạo ra trong quá trình hydro hóa dầu thực vật. Chúng có cấu trúc tương tự axit béo no và có thể làm tăng cholesterol LDL (“xấu”) và giảm cholesterol HDL (“tốt”), làm tăng nguy cơ mắc bệnh tim mạch.

Ngoài triglyceride và phospholipid, axit béo còn tham gia vào cấu trúc của những loại lipid nào khác?

Trả lời: Axit béo cũng là thành phần của các loại lipid khác như sáp (ví dụ: sáp ong), sterol ester (ví dụ: cholesterol ester) và sphingolipid (thành phần quan trọng của màng tế bào thần kinh). Chúng đóng vai trò đa dạng trong các chức năng sinh học khác nhau, từ bảo vệ bề mặt đến truyền tín hiệu tế bào.