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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

UE: Übungen im Experimentalvortragfür Lehramtskandidaten

Thema: Lipide ·

Vortrag vom: 12.06.96

Veranstaltungsleiter: Dr. J ButenuthDr. E. GerstnerProf H Pers!

Vortragende: Karin Goldbach

Chemie in der Schule: www.chids.de

Gliederung:

Seite

1. Einteilung der Lipide 4

2. Triglyceride 5

- Eigenschaften- Nachweis der Bestandteile- Vorkommen und Gewinnung

- Fettabbau

- Fettverderb

3. Phospholipide 14- Lecithin (Wirkung und Nachweis)

4. Steroide 17- Cholesterin (Nachweis)

5. Literaturverzeichnis 22

2


Übersicht über die Versuche:

SeiteVl : Eigenschaften der Fette 5

V2: Nachweis der Fettbestandteile 7-Glycerin-Fettsäuren

V3: Fettabbau durch Pankreaslipase 11

V4: Fettverderb - Bestimmung desSäuregehaltes von Fritierfett 13

V5:Lecithin als Emulgator 16

V6: Nachweis von Lecithin im Eigelb 16

V7: Nachweis des Cholesterins imEigelb 18

V8: Nachweis des Cholesterins inGallensteinen 20

3


1. Einteilung der Lipide

In diesem Vortrag möchte ich den Schwerpunkt vor allem aufdie Bedeutung derFette für den Menschen legen und werde somit schon vorab eineEinschränkung, was den Gesamtbereich der Lipide betrifft, vornehmen.

Man pflegt die eigentlichen Fette mit den .fettähnlichen " Verbindungen zurGruppe der Lipide zusammenzufassen. Das Hauptkriteriumfür dieZugehörigkeit einer Substanz zu den Lipiden sind die Löslichkeitseigenschaften.Lipide sind in Wasser unlöslich; sie können in wäßrigem Medium lediglichkolloidale oder micellare Lösungen bilden. Sie sind dagegen in organischenLösungsmitteln wie Benzol, Ether, Chloroform oder Chloroform - Methanol Gemischen (dieses Gemisch gilt als das universelle Lipidlosungsmittel) löslich.Ferner ist die Zusammenfassung so verschiedener Verbindungen zur Gruppeder Lipide insofern sinnvoll, da die Gruppe der Lipide im Stoffwechsel großeGemeinsamkeiten aufweisen: Sie werden ausnahmslos aus aktivierterEssigsäure aufgebaut; viele enthalten langkettige Fettsäuren alsHauptkomponente, sie werden oft im Stoffwechsel durch relativ einfacheReaktionen ineinander überführt.Da sich diese Klasse von Stoffen nicht durch charakteristische Bausteine oderBindungen auszeichnet wie z.B. die Proteine, die aus Aminosäuren bestehenund durch Peptidbindungen charakterisiert sind, möchte ich kurz eine grobeEinteilung der Lipide in Gruppen vornehmen, wobei die einfachsteKlassifizierung aufihrer Grundstruktur beruht:

Einteilung der Lipide:

a) Komplexe Lipide (verseifbar)

- Glyceride / Acylglyceride

- Phosphoglyceride / Glycerophosphatideweitere Komponenten: Serin

CholinEthanolamin

- SphingolipideBestandteile: ein Molekül Fettsäure

ein Molekül Sphingosineine polare Gruppe

- WachseGrundgerüst: unpolarer Alkohol mit großem Molekulargewicht

4


b) Einfache Lipide (nicht verseifbar)- Terpene aus Isopreneinheiten

aufgebaut

- SteroideGrundgerüst:Perhydrocyclopentanophenantren

CH~H I - /H"c == c- C-=. C <, H~I/ I I

H

In meinem Vortrag werde ich anhand der Triglyceride die charakteristischenEigenschaften der Lipide zeigen, anschließend mich genauer mit denTriglyceriden beschäftigen, mich ferner mit den Phosphoglyceriden undabschließend mit den Steroiden näher beschäftigen.

2. Triglvceride

Die Triglyceride und Wachse, die zu den Neutralfetten zählen, bilden in Wasserungeordnete Strukturen, während z.B. die Phospholipide als polare Lipide imWasser geordnete Strukturen aufweisen. Die Steroide sind zum größten TeilNeutrallipide, jedoch bilden die Gallensäuren als amphiphile Moleküle eineAusnahme.Mit demfolgenden Versuch soll die Unloslichkeit der Triglyceride in Wasserl1ndderen Löslichkeit in dem unpolaren Lösungsmittel Chloroform gezeigtwerden. Ferner soll gezeigt werden, daß sich Fette mit unpolaren Farbstoffenanfärben lassen.

Versuch 1: Eigenschaften der Fette

Chemikalien: Olivenöl, Wasser, Chloroform, Sudan 111 (in Ethanol gelöst)Geräte: Reagenzgläser

a) In einem Reagenzglas werden gleiche Mengen an Olivenöl und Wasserzusammengegeben und anschließend geschüttelt.Beobachtung: Das Öl löst sich nicht im Wasser, es entsteht eine feineVerteilung der unpolaren Öltröpfchen im polaren Wasser (Emulsion). Nachkurzer Zeit erfolgt schon Entmischung.

5Chemie in der Schule: www.chids.de

b) In einem Reagenzglas werden gleiche Mengen an Olivenöl und Chloroformgemischt und geschüttelt.Beobachtung: Das Olivenöl löst sich in Chloroform, es entstehen auch nachlängerer Zeit keine zwei Phasen.

c) Zu einigen Millilitern Olivenöl wird ein unpolarer Farbstoff (Sudan 111), derin Ethanol gelöst ist, hinzugegeben und anschließend geschüttelt.Beobachtung: Vor dem Schütteln ist die alkoholische Phase rot gefärbt,während nach dem Schütteln und Entmischen der beiden Phasen dasOlroenölangefärbt~t

Geschichtlicher Rückblick:

Fette sind bereits seit der Steinzeit bekannt und werden seither hauptsächlichals Nahrungsmittel verwendet. Die chemische Aufklärung der Konstitution derFette begannjedoch erst mit den Versuchen Scheeles, der um 1750 ausOlivenöl Glycerin gewann. Aufdiesem Befund aufbauend erkannte Chevreul um1815, daß Fette eine Verbindung der Fettsäuren und Glycerin sind. Somit giltChevreul als der eigentliche Begründer der Fettchemie.

In den natürlichen Fetten kommt das Glycerin meist mit verschiedenenFettsäuren verestert vor, so daß gemischte Glyceride vorliegen. Je nachdemwieviele Hydroxylgruppen des Glycerids verestert sind, liegen Mono-, Di- oderTriglyceride vor. In der Natur kommen die Triglyceride am häufigsten vor,allerdings liegen meist Gemische von verschiedenen Triglyceriden vor.

Struktur: . 0/- ~H2C --- 0 --- C --- R j

I 0/- ~HC --- 0 --- C --- R2

I _ ,/51H2C --- 0 --- C --- R3

Rb R 2, R3 =

Langkettige Kohlenwasserstoffketten

Sehr häufig sind die Stearinsäure (CJSH3602) und die Palmitinsäure (Cl~3202)

als Vertreter der gesättigten Fettsäuren (ohne Doppelbindung) vorhanden,während es die Ölsäure (cis-9-0ctadecensäure) bei den ungesättigtenFettsäuren (mit Doppelbindung) ist.Als wichtige Fettsäuren sind noch Linol- und Linolensäure zu nennen, auchwenn sie nur in geringen Mengen vorkommen, so sind sie doch für diemenschliche Ernährung notwendig, da sie vom Körper nicht synthetisiertwerden können. Es sind essentielle Fettsäuren.

6


Versuch 2,· Nachweis der Fettbestandteile

Aufdie von Chevreul entdeckten Bestandteile der Triglyceride möchte inmeinem nächsten Versuch eingehen, indem ich die Fettsäuren und das Glycerinnachweisen möchte. Zum Nachweis wird das Fett verseift, d.h. dieEsterbindungen werden im alkalischen gelöst:

Chemikalien:5 ml Olivenöl, 32 ml 10% ige alkoholische KOH Lösung, konz. HCI, Glycerin,10%ige CUS04 - Lösung, KOH - Lösung (c=2mol/l)

Durchführung:1m 100ml- Erlenmeyerkolben werden 5ml Olivenöl vorgegeben, dazu 32ml deralkoholischen KOH - Lösung und die Lösung wird während dem Erwärmen imWasserbad ständig magnetisch gerührt. Die entstandene Trübung verschwindetnach der Zugabe der KOH nach etwa 10min.

Nachweis der abgelaufenen Verseifungsreaktion:Eine Probe der Seifenlösung wird mit Wasser verdünnt und unter Schüttelnentsteht eine Trübung und starke Schaumbildung ist zu beobachten {SeifeI}.

Nachweis der Fettsäuren:Zu der entstandenen Seifenlösung gibt man konzentrierte HCI, wobei derSchaum sich sofort auflöst und sich ein weißer dichter Niederschlag bildet.Die im Olivenöl enthaltenen Ester lassen sich in basischer Lösunghydrolisieren. Es entstehen neben Glycerin die Alkalisalze der höherenFettsäuren. Da die entstandenen Fettsäuren wasserunlöslich sind, können diesedurch Zugabe von konz. Hel nachgewiesen werden.

.../~\ C!i l

R-C-OR' :;,=~.. R-C-OR'

(I~

OH-IO-H

1~

/~R-OH + R-C -"'-oAJkohol ~


HOH~

I

Nachweis des Glycerins:2ml der Verseifungslösung werden mit 10ml Wasser verdünnt und mit 2ml der10% igen CuSO4 - Lösung versetzt. Tropfenweise fügt man anschließend 10 mlder KOH - Lösung dazu.Genauso wird mit 2ml Wasser (Blindprobe) und mit 1ml Glycerin (Vergleich)verfahren.Im Falle der Verseifungslösung und der Vergleichslösung bildet sich einedunkelblaue gefärbte Lösung} während sich bei der Blindprobe ein blaugrünerNiederschlag von Kupferhydroxid abscheidet.Bei der Verseifung eines Fettes (Olivenöl) entsteht Glycerin, welches durchChelatbildung nachgewiesen werden kann.Es bildet sich ein Chelatkomplex mit folgender Konstitution:

CHpH

Hf // CH

(0/ /-~ h

He-- 0 I~"'__ : ~~~~:.,0/

.. Cu2+

~C-- 0 I>~/~ ""''".:'''''0'' .- '\:

HC/ 2

ICHpH

Dabei ist das Kupferkation sechsfach koordiniert, d.h. von sechsSauerstoffatomen der Triglyceridmoleküle umgeben. Die Anwesenheit von OH-Ionen erhöht die Acidität der OH - Gruppen des Glycerins, so daß der obigeKomplex nach folgender Gleichung gebildet wird:

H2C- OH

IHC - OH + 6 OH + (Cu2+)aq -----> [Cu (Glyl]4- + 6 H20

IH2C- OH

Bei der quantitativen Durchführung der Verseifung kann man dieVerseifungszahI, eine Kennzahl für die Fette, die zur Charakterisierung vonFetten verwendet wird, bestimmen.


Funktion der Fette.·

Die Haupt/unktion der Fette, nämlich die als Nahrungsmittel, liegt in ihrerEigenschaft als effiziente Energiequelle für den Menschen, wobei mit denFetten etwa 40% des täglichen Nahrungsbedarfgedeckt wird. Die Verbrennungvon einem Gramm Fett liefert die Energie von 39,6 kllmol, währendKohlenhydrate (17,5 kllmol) und Proteine (18,6 k.I/mol) nur etwa die Hälfte derEnergie liefern. Dabei ist noch zu beachten, daß die Substratspeicherung desKörpers bezüglich Kohlenhydraten und Proteinen begrenzt ist. DieKohlenhydratvorräte würden nur die Energie für 24 h ergeben, während dieEnergiespeicherung in Form von Triglyceriden, bei dem Anteil des Fettgewebesvon 12% des Gesamtkorpergewichts, den Energiebedarffür 37 Tage liefert. BeiÜbergewicht kann die Energie bis zu 220 Tagen ausreichen.Weitere Funktionen sind die Wärmeisolation in Form subkutanen Fettgewebes;Fette werden im Körper als Träger vonfettlöslichen Vitaminen verwendet;durch die Nahrung wird der Bedarfan essentiellen Fettsäuren gedeckt, undmehr oder weniger besitzen die Fette Polsterfunktionfür ungeschützte Organe.

Vorkommen der Fette.'

Die Fette sind in den Zellen der Pjlanzensamen in Form mikroskopischerkleiner Tröpfchen oder als feine, im Plasma verteilte Emulsionen oder auch inForm von unregelmäßigen, festen Schollen verteilt, z.B. in Raps, Lein, Erdnuß,Mohn, Walnuß, Baumwolle, Ricinus, Kakaobohnen und HanfNicht selten können auch andere Pjlanzenteile Fette enthalten.· so findet manz.B. im Olivenkern 12%, im Olivenfruchtfleisch hingegen 30-60% Olivenöl.Kleine Fettmengen lassen sich auch in Wurzeln, Zweigen, Rinden, Blättern undBlüten nachweisen. Die Fähigkeit zur Fettbildung ist nicht aufdie höherenPjlanzen beschränkt, man kann auch bei vielen Einzellern, primitiven Pilzenund dergleichen Öltröpfchen nachweisen.Die tierischen Fette finden sich gewöhnlich in weißlichen oder gelblichenMassen vor, die von Bindegewebe umschlossen sind.Sie sind in den lebenden Gewebszellen der Warmblüter wegen der hohenKörpertemperatur jlüssig oder nahezujlüssig.


Gewinnung:

Die Fettgewinnung aus Schlachttieren erfolgt im Allgemeinen durchAusschmelzen, entweder mit direkter Erhitzung oder mit heißem Wasserdampf.Milchfett wird durch zentrifugieren gewonnen und meist auf Butter verarbeitet,während flüssige oder halbflüssige Fette durch Abpressen und / oderExtrahieren erhalten werden. Je nach Verwendungszweck werden die rohenFette noch speziellen Reinigungsprozessen unterworfen (Raffination), wobeidurch Klären, Filtration, Bleichen, Behandlung mit Natronlauge, Schwefelsäureusw. störende Verunreinigungen beseitigt werden.

Durch unterschiedliche Behandlung der Fette verändern sich diese; so behältz.B. kaltgepreßtes Olivenöl seinen natürlichen Gehalt an Doppelbindungen, dabei der Bearbeitung nur Temperaturen im Bereich von 30-50°C angewendetwerden, die der gewohnten Umgebungstemperatur der Olivenfrüchteentsprechen.Ende des 19. Jahrhunderts wurden durch die Einführung von hydraulischenPressen und der Extraktion größere Ausbeuten erreicht, allerdings mit demNachteil, daß dabei höhere Temperaturen benötigt wurden und fernerLösungsmittel bei der Extraktion angewendet und nachher wieder entferntwerden mußten, wodurch der Anteil an ungesättigten Fettsäuren abnahm.

Die folgende Abbildung einer Ölmühle aus dem 16. Jahrhundert entspricht inetwa den Grundvorgängen der heutigen Kaltpressung:

B 298.1 Olgewinnung im 16. Jahrhundert


Zur Ölgewinnung:Die Früchte werden in eine Stehwanne geschüttet und mit einem rotierendenMühlstein zerquetscht (Kollergang). Um Öl aus dem Brei zu gewinnen, wird erin siebartige Körbe gefüllt und zwischen Platten einer Gewindepresseausgepresst. Zur Steigerung der Ausbeute wird der Fruchtbrei vor der Pressungin einem Kessel leicht erwärmt. Da das Öl, das aus der Presse kommt, meistVerunreinigungen aufweist, wird es vor dem Abtransport bzw. vor derLagerung noch abfiltriert.

Fettabbau:

Versuch 3: Fettabbau durch Pankreaslipase

Die Fette werden über Nahrungsmittel aufgenommen, können aber dann nichtin der Form weiterverarbeitet werden, in der sie aufgenommen wurden, d.h. siemüssen erst ab- bzw. umgebaut werden. Diese Hydrolyse der Fette erfolgt vorallem im Dünndarm durch das Enzym Pankreaslipase, das durch dieGallensäure aktiviert wird.

H2C - 0 - CO - C17H35

I LipaseHC - 0 - CO - C1sH31 + 3 H20 -------->

IH2C - 0 - CO - C3H7

H2C - OH + C17H3SCOOH

IHC - 0 - CO - C15H31

IH2C - OH + C3H7COOH

Man weiß mittlerweile, daß von den drei Esterbindungen der Nahrungsfettedurch die Pankreaslipase lediglich die beiden am C - Atom 1 und am C - Atom3 gespalten werden können-.Das entstandene Monoglycerid hat amphiphilen Charakter, d.h. es kannMicelien ausbilden, welche dann transportiert werden können und die auch inder Lage sind, andere Moleküle, wie weitere Fette, fettlösliche Vitamine undähnliches, einzuschließen und mitzutransportieren.Bereits innerhalb der Darmwand erfolgt Resynthese zu körpereigenem,artspezifischem Fett.

Die Triglycerid - Hydrolyse ist von einigen Faktoren abhängig:

• Enzym Lipase: Die wichtigste tierische Lipase ist die Pankreaslipase. Siewird in der Bauchspeicheldrüse gebildet, kommt aber auch in der Leber, imMagen und in der Muskulatur vor. Ihre hydrolysierende Kraft steigt mit der

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Kettenlänge der Fettsäuren und insgesamt mit dem Gehalt an ungesättigtenFettsäuren. Die für den folgenden Versuch verwendete Pankreaslipase stelltvon der chemischen Struktur her ein Protein dar und gilt als kolloidwasserlöslich. Das von ihr zu spaltende Fett dagegen ist wasserunlöslich, die"Vermittlung" eines Emulgators daher unerläßlich.

• Salze der Gallensäuren: Die Emulgatorwirkung wird im Darmtrakt durch denGallensaft zu Wege gebracht. Ferner aktivieren die gallensauren Salze dieLipase, so daß ihnen eine erhebliche Rolle bei der Fettverdauung zukommt.

• Bestimmte Reaktionsbedingungen: Die Lipase benötigt zur Entfaltung ihrervollen Wirkung einen bestimmten pH- Bereich, der (in der Literatur nichtganz einheitlich angegeben) im schwach alkalischen Bereich um pH=8 liegt.Körpertemperatur muß nicht in jedem Fall eingehalten werden, da auch beiZimmertemperatur gute Ergebnisse erzielt werden. Reaktionsbeschleunigungdurch leichtes Erwärmen ist möglich, mehr als 60°C verträgt die Lipase nicht.

Versuchsdurchführung:

Chemikalien:Sml reines Olivenöl, Pankreaslipase (0,5% ig), Gallensaft - Lösung (2,smlRindergalle in 500ml Wasser), Gummi arabicum (1% ig), Phenolphthalein, sehrverdünnte NaOH

Im 250ml Becherglas werden Sml Olivenöl und lOml Gummi arabicum Lösung zusammengegeben. Mit dem Magnetrührer wird zunächst gemischt,dann kommen 50ml der blaß-gelb gefärbten Gallenlösung dazu und 5 TropfenPhenolphthalein. Mit der Einstabmeßkette des elektrischen pH-Meters mißt maneinen Ausgangs-pH, er liegt bei 2 bis 3.Mit sehr verdünnter Natronlauge wird auf 8,5 eingestellt. Die üblichePhenolphthaleinfärbung tritt dabei auf.Bei laufendem Magnetrührwerk setzt man nun sml Pankreaslipase zu. Nach 1Minute schon ist die Rotfärbung verschwunden und der am pR-Meßgerätablesbare Wert unter pH=7 gefallen. Nach einigen weiteren Minuten sinkt derpH weiter bis zu pH=s.

Ergebnis:Die durch die Lipaseeinwirkung in Freiheit gesetzten Fettsäuren haben eindeutlich saures Milieu geschaffen, was auf kolorimetrischem Weg(Phenolphthalein) und mit dem elektrischen pH - Meter nachgewiesen wurde.


Fettverderb:

Werden die Fette nicht sofort als Nahrungsmittel weiterverwendet, sondern erstlängere Zeit an feuchten Orten gelagert, oder für andere Zweckeweiterverwendet, kann es zum Fettverderb kommen. Der Geruch vonverdorbenem Fett oder ranziger Butter dürfte bekannt sein.Der Fettverderb kann einerseits durch biologische und enzymatische Prozesse,wie z.B. dem oxidativen Abbau durch Lipoxygenasen oder durch Enzyme, diedurch Schimmelpilze gebildet werden, erfolgen. Zum anderen durch chemischeProzesse, wie hydrolytische und autoxidative Vorgänge und durchPolymerisation.Im folgenden Versuch möchte ich den hydrolytischen Vörgang desFettverderbs näher erläutern.

Versuch 4: Fettverderb - Bestimmung des Säuregehaltes von Fritierfett

Die hydrolytische Spaltung ist an die Gegenwart von Wasser gebunden, d.h.Wasser wird mit den Triglyceriden zur Reaktion gebracht. Dieses kann z.B. inFruchtfleischfetten der Fall sein, da sie nicht in wasserfreiem Zustand anfallenoder aber beim Gebrauch von Fetten z.B. beim Fritieren.

Reaktionsablauf:

01- ~H C-O-C-R2 -

01- ~

H C-O-C-R2 -

01- ~H C-O-C-R )2 - (----H 02

H-C-OH +~ 01

3 R-C:;;.'" OH

Die dabei freiwerdenden Säuren bedingen eine erhöhte Säurezahl.Dieser Versuch soll zeigen, daß der Gehalt an freien Säuren in gebrauchtemFritierfett höher ist als in frischem Fritierfett.

Geräte:2 Erlenmeyerkolben, Bürette, Trichter, Magnetrührer, Rührfische


Chemikalien:30ml Petrolether, alkoholische NaOH (c=O,lmol/l) (O,4g NaOH in 100mlEthanol), je lOg Fritierfett, Phenolphthalein

Durchführung:Im Erlenmeyerkolben werden je lOg der Fettproben in 15ml Petrolether gelöst.Als Indikator werden 10 Tropfen Phenolphthalein zugefügt.Die Lösung wird unter Rühren mit der alkoholischen NaOH - Lösung titriert.

Ergebnis:Verbrauch an NaOH bei frischem Fritierfett:Verbrauch an NaOH bei gebrauchtem Fritierfett:

1,2 ml3,3 ml

Bei dem gebrauchten Fritierfett ist der Gehalt an freien Fettsäuren etwa dreimalso hoch wie bei dem frischen Fett. Je nach Qualität des gebrauchten Fettes wirddie drei bis fünffache Menge an Natronlauge gegenüber frischem Fritierfett zurNeutralisation benötigt.

3. Phospholipide

Die Phospholipide sind chemische Phosphodiester. Die Phosphorsäure isteinerseits mit einem Sphingosin- oder Glycerin-Derivat (meist Diacylglycerin),andererseits mit Cholin, Ethanolamin, Serin, Inosit oder Glycerin verestert.Als Vertreter der Phospholipide möchte ich das Lecithin vorstellen, das ausGlycerin verestert mit zwei Fettsäuren und Phosphorsäure besteht, wobei diePhosphorsäure noch zusätzlich mit Cholin verestert ist.

Struktur: a - Lecithin (von griech.: lekithos == Dotter)

14


In der Natur kommt vor allem die gezeigte o. -Konfiguration vor; beim ßLecithin ist der Phosphorsäurecholinrest an die mittelständige OH-Gruppe desGlycerins gebunden. Aus der Verschiedenheit der Fettsäurereste R] und R2

ergibt sich eine große Zahl verschiedener Lecithine und man erhält bei derExtraktion aus biologischem Material immer Gemische.

Vorkommen:Lecithin ist ein Bestandteil der Zellmembranen aller Lebewesen, kommt fernerbesonders reichlich in Eidottern (Name!), Hirn undpflanzlichen Samenzellenvor.

Eigenschaften:Lecithin hat aufgrund seinem hydrophoben Anteil, den langenKohlenwasserstoffketten der Fettsäuren und dem hydrophilen Anteil, derPhosphorsäure verestert mit dem Cholin, amphiphilen Charakter.Diese Eigenschaft bringt es in die Lage in polaren Lösungsmitteln wie Wassergeordnete Strukturen zu bilden. Die Moleküle ordnen sich an der ÖI-WasserGrenzfläche so an, daß die polaren Gruppen in die wäßrige, die unpolarenGruppen in die Ölphase ragen:

monomolekv./are.5 eh ic1t.1-

l1/ce/len

Bei einer kritischen Konzentration an polaren Lipiden in wäßrigen Lösungenentstehen Micelien, die wie schon oben erwähnt bei der Fettverdauung einegroße Rolle spielen:

~~~~~

Die Phospholipide bilden jedoch auch Doppelschichten aus, deren Strukturendie Grundlage aller biologischen Membranen sind:

1>oppd.sch i'-hf

Die Stabilität der geordneten Strukturen beruht au/ThermodynamischenEffekten, wobei aufgrund hydrophober und hydrophiler Wechselwirkungenenergiearme und stabile Strukturen entstehen.


Verwendung:Aufgrund seiner amphiphilen Eigenschaft wird Lecithin auch als Emulgatoreingesetzt, z.B. in der Nahrungsmittelindustrie zur Herstellung von Margarine,Schokolade, Backwaren aber auch für kosmetische Zwecke.Diese Wirkungsweise des Lecithins als Emulgator möchte ich in meinemnächsten Versuch zeigen:

Versuch 5: Lecithin als Emulgator

Ein mit gleichen Teilen an Olivenöl und Wasser gefülltes Reagenzglas wird gutgeschüttelt. Nach kurzer Zeit kann man erkennen, daß sich wieder zwei Phasenbilden (siehe Versuch I}. Gibt man jedoch etwa einen Milliliter einerLecithinlosung hinzu, schüttelt dann, so bleibt die entstandene Emulsionfüreinige Zeit stabil, es bilden sich keine zwei Phasen mehr.

Der Mensch nimmt Lecithin aber auch mit der täglichen Nahrung auf, z.B. mitdem Frühstücksei am Morgen. Das im Eigelb enthaltene Lecithin soll mit demNächsten Versuch chromatographisch nachgewiesen werden.

Versuch 6: Nachweis des Lecithins im Eigelb

Chemikalien.· Aceton, Chloroform, Methanol, Phosphor-AmmoniummolybdatSprühreagenz (7g Ammoniummolybdat und 0,5g Hydrazinsuljatin 900ml Wasser und 100ml konzentrierter Schwefelsäure lösen)

a) Trennung der Komponenten des EigelbsMan gibt zwei Eigelb in ein Becherglas aufeinem Magnetrührer mitRührfisch, fügt 100ml kaltes Aceton hinzu und homogenisiert eine Minutelang. Dann nutscht man ab und behandelt den Rückstand nochmals mit1OOml Aceton. Nachdem das Aceton wiederum abgenutscht worden ist, kannman erkennen, daß die gelbe Farbe aus dem Rückstandfast vollständigverschwunden ist. Er enthält vor allem die denaturierten Eiweiße und dasLecithin, das in Aceton unlöslich ist. Im gelben Filtrat sind dagegen, wie dieFarbe schon anzeigt, die Carotinoide enthalten, außerdem der größte Teilder Fette und Fettsäuren sowie die Steroide.

b) ChromatographieEine Spatelspitze des Rückstandes wird in Chloroform gelöst und aufDCKarten aufgetragen. Zum Vergleich wird noch reines Lecithin aufgetragen.Zur Trennung wird mit zwei Laufmitteln gearbeitet, bis zur Hälfte verwendetman ein Gemisch aus CHCI3:CHJOH:H20 (60:35:8). Nachdem dasChromatogramm wieder vollständig getrocknet ist, wird das zweiteLaufmittel benutzt, und zwar Chloroform.


Entwickelt wird das Chromatogramm mit dem PhosphorAmmoniummolybdat-Sprühreagenz. Beim anschließenden Erwärmen imTrockenschrank (40°C) kann manfeststellen, das Lecithin im Eigelbvorhanden ist, die Rf-Werte stimmen überein (0,17).

4. Steroide

Steroide sind Derivate eines gesättigten tetracyclischen Kohlenwasserstoffs, desPerhydrocyclopentanophenantren. Es gibt eine sehr große Zahl verschiedenerSteroide mit sehr bestimmten Funktionen und Aktivitäten. Sie unterscheidensich in Anzahl und Lage von Doppelbindungen sowie in Art, Zahl und Lage vonfunktionellen Gruppen.Cholesterin gehört zu einer großen Untergruppe der Steroide, den SteroIen. Siesind Alkohole mit einer Hydroxylgruppe und einer verzweigten aliphatischenSeitenkette.

Struktur: Cholesterin (Cholesterol, 5-Cholesten-3 ß-01)

Cholesterin besitzt eine große Bedeutungfür den Menschen, da es diebiogenetische Vorstufe von Gallensäuren, Vitamin D3, Androsteron,Testosteron, Progesteron u.a. ist. Außerdem kommt dem Cholesterin die Rolleals Hautschutzsubstanz, Quellungsregulator und Nervenisolator zu, aber auchals Membranbaustein. In myelinierten Nerven dienen nichtpolare Lipide alselektrische Isolatoren, die die rasche Weiterleitung von Depolarisationswellenermöglichen.

Insgesamt enthält der menschliche Körper durchschnittlich 0,32% Cholesterin,teils frei, teils mit Fettsäure verestert. Täglich werden im Körper desErwachsenen ca. 1-2g Cholesterin synthetisiert und bei fettarmer Kost 0,04ILlg, beifettreicher Kost bis 1,4g Cholesterin über Nahrungsmittel wie Fleisch,Butter u.a. aufgenommen.


Ferner wird Cholesterin auch als ein Bestandteil des Eis, was ich im nächstenVersuch zeigen möchte, dem Körper zugeführt.

Versuch 7: Nachweis des Cholesterins im Ei

Die Isolierung des Cholesterins erfolgt wie bei der Isolierung des Lecithins(siehe Versuch 6). 1m Gegensatz zum Lecithin ist esjedoch im Filtrat und nichtim Rückstand vorhanden. Mit Hilfe einer Farbreaktion soll es im Filtratnachgewiesen werden:

Chemikalien: konz. Schwefelsäure, FeCl3 in Eisessig gelöst

Durchführung:Einige Milliliter konzentrierter Schwefelsäure werden in einem Reagenzglas mitein paar Tropfen FeCI3, gelöst in Eisessig, versetzt. Darüber schichtet manvorsichtig das Filtrat.

Ergebnis:An der Phasengrenze bildet sich ein braunvioletter Ring, der das Cholesterinanzeigt.

Der Mechanismus dieser Reaktion ist nicht eindeutig zu erklären, dennochmöchte ich ansatzweise eine mögliche Erklärung zeigen.(Mechanismus siehe folgende Seite)Da die Farbigkeit durch entstehende konjugierte 7t -Systeme hervorgerufenwird, müßten innerhalb der Moleküle solche entstehen.Die alkoholische OH-Gruppe wird durch die Fe3

+ oxidiert, wobei durchanschließende Keto-Enol-Tautomerie ein Dien entsteht. Da innerhalb einesMoleküls nicht genügend konjugierte Doppelbindungen aufgebaut werdenkönnen , müssen sich die Moleküle untereinander verknüpfen, wobei dann durchweitere Deprotonierungen und Dehydrierungen Polyene entstehen können , diebereits farbige Verbindungen ergeben.Das gezeigte Polyen ist jedoch noch nicht in der Lage eine braunviolette Farbehervorzurufen, somit muß es zu weiteren Verknüpfungen und Verzweigungenvon verschiedenen Molekülen kommen, damit es zur Ausbildung dieser Farbekommen kann.


Mechanismus der Cholesterin-Nachweis-Reaktion:

HHO HO l'

OH~ HO

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Eine erhöhte Cholesterin-Aufnahme kann zu Ablagerungen in den Blutgefäßenführen, was ein Risikofaktor für Herz-KreislauJ-Erkrankungen darstellt. Fernerwird die Möglichkeit zur Ausbildung von Gallensteinen erhöht, die zum Teil nuraus Cholesterin bestehen.Die Entdeckung des Cholesterins (ca. 1770) wird verschiedenen Autorenzugeschrieben. Chevreul versuchte 1812 vergeblich Cholesterin zu verseifenund prägte so den Namen (von griech.: chole = Galle und stereos = starr).Daß die Gallensteine aus Cholesterin bestehen, möchte ich in meinem letztenVersuch nachweisen:

Versuch 8: Nachweis des Cholesterins in Gallensteinen

Chemikalien:Ether, Choroform, konz Schwefelsäure, Essigsäureanhydrid

Geräte:Mörser und Pistill, Filter und Filterpapier, Reagenzglas, Erlenmeyerkolben,Fön, Tropfpipette

Durchführung:Ein Gallenstein wird im Mörser zerrieben und mit 5 ml Ether versetzt. Nacheinigen Minuten wird abfiltriert und der Rückstand noch zweimal mit je 2 mlEther gewaschen. Anschließend wird der Ether mit dem kalten Föneingedampft. Der Rückstand wird in etwa 10 ml Chloroform aufgenommen undmit 1 ml Essigsäureanhydrid versetzt. Nach dem Schütteln gibt man einigeTropfen konzentrierter Schwefelsäure dazu, wodurch die Reaktion eingeleitetwird.Beobachtung:Nach dem Umschüttelnfärbt sich die Lösung - je nach Cholesteringehalt - vonRosa über Blau zu Grün.

Diese Farbreaktion wurde nach Liebermann-Burchard benannt.Sterine mit einer ungesättigten Bindung im aromatischen Kern geben mitstarken Säuren charakteristische Farbreaktionen, wobei der genaueMechanismus noch nicht geklärt ist.Im folgenden möchte ich einen möglichen Reaktionsmechanismus vorstellen,was aber auch nur eine Vermutung ist.Dabei wird die alkoholische OH-Gruppe durch das Essigsäureanhydridsubstituiert, wobei durch anschließende Eliminierung ein Dien entsteht. Auchhier kommt es wieder zu Verknüpfungen und Verzweigungen, wodurch dieFarbigkeit hervorgerufen werden kann.


Mechanismus der Liebermann-Burchard-Reaktion:

'--0' '7)'

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Literaturverzeichnis:

Karlson, Peter: Kurzes Lehrbuch der Biochemie für Mediziner undNaturwissenschaftler - 12. AuflageGeorg Thieme Verlag Stuttgart

Lehninger,A.L.: Biochemie - 2. Auflage

Praxis der Naturwissenschaften Chemie: (Aulis- Verlag)• Ludwig Kotter: Fett-Nachweisreaktionen (1974)• Ludwig Kotter: Die Verdauung der Fette (1977)• Ludwig Kotter: Die Galle, ein Kapitel aus der

physiologischenChemie (1977)• Helmut Wolter: Berichte: Fettverderb durch Lipoxygenasen

(1980)• Günzler Eberhard: Nachweis von Glycerin als

Fettbestandteil (1982)• Wolfgang Kugel: Die Bestimmung der Iodzahl im

Schülerversuch (1984)• H.-J Bader: Gebrauchte Fritierfette als Rohstoffquelle

(1984)

Römpps: Chemie - Lexikon

Kleber, Schlee, Schöpp: Biochemisches Praktikum - 2. Auflage

Ullmanns-Enzyklopädie der technischen Chemie, Band 11, Fette und Öle

Bauer-Moll: Organische Analytik

Brieskorn, HerrigtDer Chemismus der Farbreaktion nach LiebermannBurchard aus.Archiv der Pharmazie und Berichte derdeutschen pharmazeutischen Gesellschaft (Okt.1959)

Unterlagen zur Lehrerfortbildung "Lebensmittel ": Versuche zum 1. Kurstag,Fette und Öle

Schormüller, J: Handbuch der Lebensmittelchemie

Morrison, Boyd: Lehrbuch der organischen Chemie


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