Липиди: Определение, структура, функция и примери

Липидите включват група съединения като мазнини, масла, стероиди и восъци, открити в живите организми. Както прокариотите, така и еукариотите притежават липиди, които играят много важни роли в биологично отношение, като образуване на мембрани, защита, изолация, съхранение на енергия, клетъчно делене и др. В медицината липидите се отнасят до мазнините в кръвта.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Липидите означават мазнини, масла, стероиди и восъци, намиращи се в живите организми. Липидите изпълняват множество функции за различните видове, за съхранение на енергия, защита, изолация, клетъчно делене и други важни биологични роли.

Липидите са направени от триглицерид, който е направен от алкохолния глицерол, плюс мастните киселини. Добавките към тази основна структура дават голямо разнообразие в липидите. Досега са открити над 10 000 вида липиди и много от тях работят с огромно разнообразие от протеини за клетъчен метаболизъм и транспорт на материали. Липидите са значително по-малки от протеините.

Мастните киселини са един вид липиди и служат като градивни елементи и за други липиди. Мастните киселини съдържат карбоксилни (-COOH) групи, свързани към въглеродна верига с прикрепени водороди. Тази верига е неразтворима във вода. Мастните киселини могат да бъдат наситени или ненаситени. Наситените мастни киселини имат единични въглеродни връзки, докато ненаситените мастни киселини имат двойни въглеродни връзки. Когато наситените мастни киселини се комбинират с триглицеридите, това води до твърди мазнини при стайна температура. Това е така, защото тяхната структура ги кара да се опаковат здраво. За разлика от тях, ненаситените мастни киселини, комбинирани с триглицериди, обикновено дават течни масла. Извитата структура на ненаситените мазнини дава по-хлабаво и по-течно вещество при стайна температура.

Фосфолипидите са направени от триглицерид с фосфатна група, заместена с мастна киселина. Те могат да бъдат описани като имащи заредена глава и въглеводородна опашка. Главите им са хидрофилни или водолюбиви, докато опашките им са хидрофобни или отблъскващи водата.

Друг пример за липид е холестеролът. Холестеролите се подреждат в твърди пръстеновидни структури от пет или шест въглеродни атома, с прикрепени водороди и гъвкава въглеводородна опашка. Първият пръстен съдържа хидроксилна група, която се простира във водната среда на мембраните на животинските клетки. Останалата част от молекулата обаче е неразтворима във вода.

Полиненаситените мастни киселини (PUFA) са липиди, които спомагат за мембранната течливост. PUFAs участват в клетъчната сигнализация, свързана с невронно възпаление и енергиен метаболизъм. Те могат да осигурят невропротективни ефекти като омега-3 мастни киселини и в тази формулировка те са противовъзпалителни. За омега-6 мастните киселини PUFAs могат да причинят възпаление.

Стерилите са липиди, намиращи се в растителните мембрани. Гликолипидите са липиди, свързани с въглехидрати и са част от клетъчните липидни басейни.

Липидите играят няколко роли в организмите. Липидите изграждат защитни бариери. Те включват клетъчни мембрани и част от структурата на клетъчните стени в растенията. Липидите осигуряват съхранение на енергия за растенията и животните. Доста често липидите функционират заедно с протеините. Функциите на липидите могат да бъдат засегнати от промени в техните полярни групи глави, както и от техните странични вериги.

Фосфолипидите формират основата на липидните бислоеве с тяхната амфипатична природа, които изграждат клетъчните мембрани. Външният слой взаимодейства с вода, докато вътрешният слой съществува като гъвкаво маслено вещество. Течната природа на клетъчните мембрани спомага за тяхната функция. Липидите съставят не само плазмените мембрани, но и клетъчните отделения като ядрената обвивка, ендоплазмения ретикулум (ER), апарата на Голджи и везикулите.

Липидите също участват в клетъчното делене. Разделящите клетки регулират съдържанието на липиди в зависимост от клетъчния цикъл. Най-малко 11 липиди участват в активността на клетъчния цикъл. Сфинголипидите играят роля в цитокинезата по време на интерфаза. Тъй като клетъчното делене води до напрежение на плазмената мембрана, изглежда, че липидите помагат при механични аспекти на разделянето, като скованост на мембраната.

Липидите осигуряват защитни бариери за специализирани тъкани като нерви. Защитната миелинова обвивка около нервите съдържа липиди.

Липидите осигуряват най-голямо количество енергия от консумацията, като имат повече от два пъти по-голямо количество енергия от протеините и въглехидратите. Тялото разгражда мазнините в храносмилането, някои за непосредствени нужди от енергия, а други за съхранение. Тялото използва за съхранение на липиди за упражнения, като използва липази, за да разгради тези липиди и в крайна сметка да направи повече аденозин трифосфат (АТФ) за захранване на клетките.

В растенията семенните масла като триацилглицероли (TAG) осигуряват съхранение на храна за покълване и растеж на семена както в покритосеменните, така и в голосеменните растения. Тези масла се съхраняват в маслени тела (OB) и са защитени от фосфолипиди и протеини, наречени олеозини. Всички тези вещества се произвеждат от ендоплазмения ретикулум (ER). Масленото тяло пъпки от ER.

Липидите дават на растенията необходимата енергия за техните метаболитни процеси и сигнали между клетките. Флоемата, една от основните транспортни части на растенията (заедно с ксилемата), съдържа такива липиди като холестерол, ситостерол, кампостерол, стигмастерол и няколко различни липофилни хормони и молекули. Различните липиди могат да играят роля в сигнализирането, когато растението е повредено. Фосфолипидите в растенията също действат в отговор на стресови фактори от околната среда върху растенията, както и в отговор на патогенни инфекции.

При животните липидите служат също като изолация от околната среда и като защита на жизненоважни органи. Липидите също осигуряват плаваемост и хидроизолация.

Липидите, наречени керамиди, които са базирани на сфингоиди, изпълняват важни функции за здравето на кожата. Те помагат за образуването на епидермиса, който служи като най-външния кожен слой, който предпазва от околната среда и предотвратява загубата на вода. Керамидите действат като предшественици за метаболизма на сфинголипидите; активен метаболизъм на липидите се случва в кожата. Сфинголипидите съставляват структурни и сигнални липиди, открити в кожата. Сфингомиелините, направени от керамиди, са широко разпространени в нервната система и помагат на моторните неврони да оцелеят.

Липидите също играят роля в клетъчната сигнализация. В централната и периферната нервна система липидите контролират течливостта на мембраните и подпомагат предаването на електрически сигнал. Липидите помагат за стабилизиране на синапсите.

Липидите са от съществено значение за растежа, здравата имунна система и репродукцията. Липидите позволяват на тялото да съхранява витамини в черния дроб, като мастноразтворимите витамини A, D, E и K. Холестеролът служи като предшественик на хормони като естроген и тестостерон. Също така произвежда жлъчни киселини, които разтварят мазнините. Черният дроб и червата съставляват приблизително 80 процента от холестерола, докато останалото се получава от храната.

Обикновено животинските мазнини са наситени и следователно твърди, докато растителните масла са склонни да бъдат ненаситени и следователно течни. Животните не могат да произвеждат ненаситени мазнини, така че тези мазнини трябва да се консумират от производители като растения и водорасли. На свой ред животните, които ядат тези консуматори на растения (като риба със студена вода), получават тези полезни мазнини. Ненаситените мазнини са най-здравословните мазнини за консумация, тъй като намаляват риска от заболявания. Примери за тези мазнини включват масла като маслинови и слънчогледови масла, както и семена, ядки и риба. Зелените листни зеленчуци също са добри източници на ненаситени с храната мазнини. Мастните киселини в листата се използват в хлоропластите.

Трансмазнините са частично хидрогенирани планови масла, които приличат на наситени мазнини. По-рано използвани в готвенето, транс-мазнините сега се считат за нездравословни за консумация.

Наситените мазнини трябва да се консумират по-малко от ненаситените мазнини, тъй като наситените мазнини могат да увеличат риска от заболяване. Примери за наситени мазнини включват червено животинско месо и мазни млечни продукти, както и кокосово масло и палмово масло.

Когато медицинските специалисти наричат ​​липидите кръвни мазнини, това описва вида мазнини, които често се обсъждат по отношение на сърдечно-съдовото здраве, особено холестерола. Липопротеините подпомагат транспорта на холестерол през тялото. Липопротеинът с висока плътност (HDL) се отнася до холестерола, който е „добра“ мазнина. Той служи за отстраняване на лошия холестерол чрез черния дроб. “Лошите” холестероли включват LDL, IDL, VLDL и някои триглицериди. Лошите мазнини увеличават риска от инфаркт и инсулт поради натрупването им като плака, което може да доведе до запушване на артериите. Следователно балансът на липидите е от решаващо значение за здравето.

Възпалителните кожни заболявания могат да се възползват от консумацията на някои липиди като ейкозапентаенова киселина (EPA) и доксахексаенова киселина (DHA). Доказано е, че EPA променя церамидния профил на кожата.

Редица заболявания са свързани с липидите в човешкото тяло. Хипертриглицеридемията, състояние на високи триглицериди в кръвта, може да доведе до панкреатит. Редица лекарства работят за намаляване на триглицеридите, например чрез ензими, които разграждат мазнините в кръвта. Висока редукция на триглицеридите е установена и при някои индивиди чрез медицински добавки чрез рибено масло.

Хиперхолестеролемия (висок холестерол в кръвта) може да бъде придобита или генетична. Хората с фамилна хиперхолестеролемия имат изключително високи стойности на холестерола, които не могат да бъдат контролирани чрез лекарства. Това значително увеличава риска от инфаркт и инсулт, като много хора умират преди да навършат 50 години.

Генетичните заболявания, които водят до високо натрупване на липиди в кръвоносните съдове, се наричат ​​болести за съхранение на липиди. Това прекомерно съхранение на мазнини води до вредни последици за мозъка и други части на тялото. Някои примери за болести за съхранение на липиди включват болестта на Фабри, болестта на Гоше, болестта на Ниман-Пик, болестта на Сандхоф и Тей-Сакс. За съжаление, много от тези заболявания за съхранение на липиди водят до заболяване и смърт в ранна възраст.

Липидите също играят роля при заболявания на моторните неврони (MND), тъй като тези състояния се характеризират не само с дегенерация и смърт на моторни неврони, но и с проблеми с липидния метаболизъм. При MNDs структурните липиди на централната нервна система се променят и това засяга както мембраните, така и клетъчната сигнализация. Например, хиперметаболизмът се проявява при амиотрофична латерална склероза (ALS). Изглежда, че има връзка между храненето (в този случай не се консумират достатъчно липидни калории) и риска от развитие на ALS. По-високите липиди съответстват на по-добри резултати за пациентите с ALS. Лекарствата, насочени към сфинголипиди, се считат за лечение на пациенти с АЛС. Необходими са повече изследвания, за да се разберат по-добре механизмите и да се осигурят подходящи възможности за лечение.

При гръбначно-мускулната атрофия (SMA), генетично автозомно-рецесивно заболяване, липидите не се използват правилно за енергия. Хората от SMA притежават висока мастна маса при нискокалоричен прием. Следователно, отново дисфункцията на липидния метаболизъм играе основна роля в заболяването на двигателния неврон.

Съществуват доказателства за омега-3 мастни киселини, които играят благоприятна роля при такива дегенеративни заболявания като болестта на Алцхаймер и Паркинсон. Не е доказано, че това е така при ALS и всъщност обратният ефект на токсичността е установен при модели на мишки.

Учените продължават да откриват нови липиди. Понастоящем липидите не се изследват на ниво протеини и следователно са по-малко разбрани. Голяма част от настоящата класификация на липидите разчита на химици и биофизици, с акцент върху структурата, а не върху функцията. Освен това е предизвикателство да се дразнят липидните функции поради тяхната тенденция да се комбинират с протеини. Също така е трудно да се изясни липидната функция в живите клетки. Ядрено-магнитен резонанс (NMR) и масспектрометрия (MS) дават известна идентификация на липидите с помощта на изчислителен софтуер. Необходима е обаче по-добра разделителна способност при микроскопия, за да се придобие представа за липидните механизми и функции. Вместо да се анализира група липидни екстракти, ще са необходими по-специфични МС за изолиране на липиди от техните протеинови комплекси. Изотопното етикетиране може да послужи за подобряване на визуализацията и следователно идентификацията.

Ясно е, че липидите, в допълнение към известните си структурни и енергийни характеристики, играят роля във важни двигателни функции и сигнализация. Тъй като технологията се подобрява за идентифициране и визуализиране на липиди, ще са необходими повече изследвания за установяване на липидната функция. В крайна сметка надеждата е, че могат да бъдат създадени маркери, които да не нарушават прекомерно липидната функция. Възможността да се манипулира липидната функция на субклетъчни нива може да осигури пробив в изследванията. Това би могло да революционизира науката по същия начин, както изследванията на протеините. На свой ред могат да се направят нови лекарства, които потенциално биха помогнали на тези, които страдат от липидни нарушения.