Lipidy: definice, struktura, funkce a příklady

Lipidy zahrnují skupinu sloučenin, jako jsou tuky, oleje, steroidy a vosky nacházející se v živých organismech. Prokaryoty i eukaryoty mají lipidy, které hrají biologicky mnoho důležitých rolí, jako je tvorba membrány, ochrana, izolace, akumulace energie, dělení buněk a další. V medicíně lipidy odkazují na krevní tuky.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Lipidy označují tuky, oleje, steroidy a vosky nacházející se v živých organismech. Lipidy plní různé funkce napříč druhy, pro skladování energie, ochranu, izolaci, dělení buněk a další důležité biologické role.

Lipidy jsou vyrobeny z triglyceridů, které jsou vyrobeny z alkoholu glycerolu a mastných kyselin. Dodatky k této základní struktuře poskytují velkou rozmanitost lipidů. Dosud bylo objeveno přes 10 000 druhů lipidů a mnoho z nich pracuje s obrovskou rozmanitostí proteinů pro buněčný metabolismus a transport materiálu. Lipidy jsou podstatně menší než bílkoviny.

Mastné kyseliny jsou jedním typem lipidů a slouží jako stavební kameny i pro jiné lipidy. Mastné kyseliny obsahují karboxylové (-COOH) skupiny vázané na uhlíkový řetězec s připojenými vodíky. Tento řetězec je nerozpustný ve vodě. Mastné kyseliny mohou být nasycené nebo nenasycené. Nasycené mastné kyseliny mají jednoduché uhlíkové vazby, zatímco nenasycené mastné kyseliny mají dvojné uhlíkové vazby. Když se nasycené mastné kyseliny spojí s triglyceridy, výsledkem jsou pevné tuky při pokojové teplotě. Je to proto, že jejich struktura způsobí, že se těsně spojí. Naproti tomu nenasycené mastné kyseliny v kombinaci s triglyceridy mají tendenci poskytovat kapalné oleje. Zlomená struktura nenasycených tuků poskytuje při pokojové teplotě volnější a tekutější látku.

Fosfolipidy jsou vyrobeny z triglyceridů s fosfátovou skupinou substituovanou mastnou kyselinou. Lze je popsat tak, že mají nabitou hlavu a uhlovodíkový ocas. Jejich hlavy jsou hydrofilní nebo milující vodu, zatímco jejich ocasy jsou hydrofobní nebo odpuzují vodu.

Dalším příkladem lipidu je cholesterol. Cholesteroly jsou uspořádány do tuhých kruhových struktur o pěti nebo šesti atomech uhlíku, s připojenými vodíky a flexibilním uhlovodíkovým ocasem. První kruh obsahuje hydroxylovou skupinu, která sahá do vodního prostředí buněčných membrán zvířat. Zbytek molekuly je však nerozpustný ve vodě.

Polynenasycené mastné kyseliny (PUFA) jsou lipidy, které napomáhají tekutosti membrány. PUFA se účastní buněčné signalizace související s nervovým zánětem a energetickým metabolismem. Mohou poskytovat neuroprotektivní účinky jako omega-3 mastné kyseliny a v této formulaci působí protizánětlivě. U omega-6 mastných kyselin mohou PUFA způsobit zánět.

Steroly jsou lipidy nacházející se v rostlinných membránách. Glykolipidy jsou lipidy spojené se sacharidy a jsou součástí buněčných lipidových zásob.

Lipidy hrají v organismech několik rolí. Lipidy tvoří ochranné bariéry. Zahrnují buněčné membrány a část struktury buněčných stěn v rostlinách. Lipidy zajišťují skladování energie rostlin a živočichů. Poměrně často lipidy fungují vedle proteinů. Lipidové funkce mohou být ovlivněny změnami jejich skupin polárních hlav, jakož i jejich postranních řetězců.

Fosfolipidy tvoří díky své amfipatické povaze základ lipidových dvojvrstev, které tvoří buněčné membrány. Vnější vrstva interaguje s vodou, zatímco vnitřní vrstva existuje jako pružná olejovitá látka. Tekutá povaha buněčných membrán napomáhá jejich funkci. Lipidy tvoří nejen plazmatické membrány, ale také buněčné kompartmenty, jako je jaderný obal, endoplazmatické retikulum (ER), Golgiho aparát a vezikuly.

Lipidy se také podílejí na dělení buněk. Dělicí se buňky regulují obsah lipidů v závislosti na buněčném cyklu. Na aktivitě buněčného cyklu se podílí alespoň 11 lipidů. Sfingolipidy hrají roli v cytokinéze během mezifáze. Protože buněčné dělení vede k napětí plazmatické membrány, zdá se, že lipidy pomáhají s mechanickými aspekty dělení, jako je tuhost membrány.

Lipidy poskytují ochranné bariéry pro specializované tkáně, jako jsou nervy. Ochranný myelinový obal obklopující nervy obsahuje lipidy.

Lipidy poskytují největší množství energie ze spotřeby, přičemž mají více než dvojnásobné množství energie než bílkoviny a sacharidy. Tělo štěpí tuky trávením, některé pro okamžitou energetickou potřebu a jiné pro skladování. Tělo čerpá z lipidů uložení pro cvičení pomocí lipáz k rozpadu těchto lipidů a nakonec k výrobě více adenosintrifosfátu (ATP) do energetických buněk.

V rostlinách zajišťují semenné oleje, jako jsou triacylglyceroly (TAG), skladování potravin pro klíčení a růst semen jak v krytosemenných rostlinách, tak v gymnospermech. Tyto oleje jsou uloženy v ropných tělesech (OB) a jsou chráněny fosfolipidy a bílkovinami zvanými oleosiny. Všechny tyto látky jsou produkovány endoplazmatickým retikulem (ER). Olejové tělo pupeny z ER.

Lipidy dodávají rostlinám potřebnou energii pro jejich metabolické procesy a signály mezi buňkami. Floém, jeden z hlavních transportních částí rostlin (spolu s xylemem), obsahuje například lipidy jako cholesterol, sitosterol, kamposterol, stigmasterol a několik různých lipofilních hormonů a molekuly. Různé lipidy mohou hrát roli při signalizaci poškození rostliny. Fosfolipidy v rostlinách také fungují v reakci na environmentální stresory rostlin a také v reakci na patogenní infekce.

U zvířat lipidy slouží také jako izolace od životního prostředí a jako ochrana životně důležitých orgánů. Lipidy také poskytují vztlak a hydroizolaci.

Lipidy zvané ceramidy, které jsou na bázi sfingoidů, plní důležité funkce pro zdraví pokožky. Pomáhají vytvářet epidermis, která slouží jako nejvzdálenější vrstva pokožky, která chrání před prostředím a zabraňuje ztrátě vody. Ceramidy působí jako prekurzory metabolismu sfingolipidů; aktivní metabolismus lipidů se vyskytuje v kůži. Sfingolipidy tvoří strukturní a signální lipidy nacházející se v kůži. Sfingomyeliny vyrobené z ceramidů převládají v nervovém systému a pomáhají motorickým neuronům přežít.

Lipidy také hrají roli v buněčné signalizaci. V centrálním a periferním nervovém systému lipidy regulují tekutost membrán a pomáhají při přenosu elektrického signálu. Lipidy pomáhají stabilizovat synapse.

Lipidy jsou nezbytné pro růst, zdravý imunitní systém a reprodukci. Lipidy umožňují tělu ukládat vitamíny v játrech, jako jsou vitamíny A, D, E a K. rozpustné v tucích. Cholesterol slouží jako prekurzor hormonů, jako je estrogen a testosteron. Vyrábí také žlučové kyseliny, které rozpouštějí tuk. Játra a střeva tvoří přibližně 80 procent cholesterolu, zbytek se získává z potravy.

Obecně platí, že živočišné tuky jsou nasycené, a proto pevné, zatímco rostlinné oleje bývají nenasycené, a proto tekuté. Zvířata nemohou produkovat nenasycené tuky, takže tyto tuky musí být konzumovány od producentů, jako jsou rostliny a řasy. Na druhé straně zvířata, která konzumují tyto rostlinné konzumenty (například ryby se studenou vodou), získávají tyto prospěšné tuky. Nenasycené tuky jsou nejzdravější tuky ke konzumaci, protože snižují riziko onemocnění. Mezi příklady těchto tuků patří oleje jako olivový a slunečnicový olej, semena, ořechy a ryby. Listová zelená zelenina je také dobrým zdrojem nenasycených tuků ve stravě. Mastné kyseliny v listech se používají v chloroplastech.

Trans-tuky jsou částečně hydrogenované mastné oleje, které se podobají nasyceným tukům. Trans-tuky, které se dříve používaly při vaření, jsou nyní považovány za nezdravé pro konzumaci.

Nasycené tuky by měly být konzumovány méně než nenasycené tuky, protože nasycené tuky mohou zvyšovat riziko onemocnění. Příklady nasycených tuků zahrnují červené zvířecí maso a mastné mléčné výrobky, stejně jako kokosový olej a palmový olej.

Když lékaři označují lipidy jako krevní tuky, popisuje to druh tuků, o nichž se často diskutuje ohledně kardiovaskulárního zdraví, zejména cholesterolu. Lipoproteiny pomáhají při transportu cholesterolu tělem. Lipoprotein s vysokou hustotou (HDL) označuje cholesterol, který je „dobrým“ tukem. Slouží k odstranění špatného cholesterolu v játrech. Mezi „špatné“ cholesterolu patří LDL, IDL, VLDL a určité triglyceridy. Špatné tuky zvyšují riziko infarktu a mozkové mrtvice v důsledku jejich hromadění jako plaku, což může vést k ucpání tepen. Proto je rovnováha lipidů zásadní pro zdraví.

Zánětlivá onemocnění kůže mohou těžit z konzumace určitých lipidů, jako je kyselina eikosapentaenová (EPA) a kyselina docsahexaenová (DHA). Bylo prokázáno, že EPA mění ceramidový profil pokožky.

S lipidy v lidském těle souvisí řada onemocnění. Hypertriglyceridemie, stav vysokých triglyceridů v krvi, může vést k pankreatitidě. Řada léků působí na snížení triglyceridů, například enzymy, které odbourávají krevní tuky. U některých jedinců bylo také zjištěno vysoké snížení triglyceridů doplňováním léků pomocí rybího oleje.

Hypercholesterolemie (vysoká hladina cholesterolu v krvi) může být získaná nebo genetická. Jedinci s familiární hypercholesterolemií mají mimořádně vysoké hodnoty cholesterolu, které nelze léčit. To výrazně zvyšuje riziko srdečního infarktu a mozkové mrtvice, přičemž mnoho jedinců umírá před dosažením věku 50 let.

Genetická onemocnění, která vedou k vysoké akumulaci lipidů na cévách, se označují jako nemoci ukládání lipidů. Toto nadměrné ukládání tuku vede ke škodlivým účinkům na mozek a další části těla. Mezi příklady nemocí pro ukládání lipidů patří Fabryho choroba, Gaucherova choroba, Niemann-Pickova choroba, Sandhoffova choroba a Tay-Sachs. Bohužel, mnoho z těchto onemocnění ukládání lipidů vede k nemoci a smrti v mladém věku.

Lipidy také hrají roli při onemocněních motorických neuronů (MND), protože tyto stavy se vyznačují nejen degenerací a smrtí motorických neuronů, ale také problémy s metabolizmem lipidů. U MND se mění strukturní lipidy centrálního nervového systému, což ovlivňuje membrány i buněčnou signalizaci. Například k hypermetabolismu dochází u amyotrofické laterální sklerózy (ALS). Zdá se, že existuje souvislost mezi výživou (v tomto případě nedostatkem spotřebovaných lipidových kalorií) a rizikem vzniku ALS. Vyšší lipidy odpovídají lepším výsledkům u pacientů s ALS. Léky zaměřené na sfingolipidy jsou považovány za léčbu pacientů s ALS. Je zapotřebí dalšího výzkumu, aby bylo možné lépe porozumět zapojeným mechanismům a poskytnout správné možnosti léčby.

Při spinální svalové atrofii (SMA), genetické autozomálně recesivní nemoci, se lipidy nepoužívají správně pro energii. Jednotlivci SMA mají vysokou tukovou hmotnost při nastavení nízkého kalorického příjmu. Dysfunkce lipidového metabolismu tedy opět hraje hlavní roli při onemocnění motorických neuronů.

Existují důkazy o tom, že omega-3 mastné kyseliny hrají prospěšnou roli u takových degenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba. To se neprokázalo, že by tomu tak bylo u ALS, a ve skutečnosti byl u myších modelů zjištěn opačný účinek toxicity.

Vědci pokračují v objevování nových lipidů. V současné době nejsou lipidy studovány na úrovni proteinů, a jsou proto méně známé. Velká část současné klasifikace lipidů se spoléhala na chemiky a biofyziky, s důrazem spíše na strukturu než na funkci. Kromě toho bylo náročné dráždit lipidové funkce kvůli jejich tendenci kombinovat se s proteiny. Je také obtížné objasnit funkci lipidů v živých buňkách. Nukleární magnetická rezonance (NMR) a hmotnostní spektrometrie (MS) poskytují určitou lipidovou identifikaci pomocí výpočetního softwaru. Pro získání vhledu do lipidových mechanismů a funkcí je však zapotřebí lepší rozlišení v mikroskopii. Spíše než analyzovat skupinu lipidových extraktů bude k izolaci lipidů z jejich proteinových komplexů zapotřebí specifičtější MS. Označení izotopů může sloužit ke zlepšení vizualizace a tím i identifikace.

Je jasné, že lipidy kromě svých známých strukturních a energetických charakteristik hrají roli v důležitých motorických funkcích a signalizaci. Jak se technologie zlepšuje pro identifikaci a vizualizaci lipidů, bude zapotřebí další výzkum, aby se zjistila funkce lipidů. Nakonec se doufá, že by mohly být navrženy markery, které by příliš nenarušily funkci lipidů. Schopnost manipulovat s funkcí lipidů na subcelulárních úrovních by mohla poskytnout průlom ve výzkumu. To by mohlo znamenat převrat ve vědě stejným způsobem jako má výzkum bílkovin. Mohly by být zase vyrobeny nové léky, které by potenciálně pomohly těm, kteří trpí poruchami lipidů.