Lipide: Definition, Struktur, Funktion & Beispiele

Lipide umfassen eine Gruppe von Verbindungen wie Fette, Öle, Steroide und Wachse, die in lebenden Organismen vorkommen. Sowohl Prokaryoten als auch Eukaryoten besitzen Lipide, die biologisch viele wichtige Rollen spielen, wie Membranbildung, Schutz, Isolierung, Energiespeicherung, Zellteilung und mehr. Lipide beziehen sich in der Medizin auf Blutfette.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Lipide bezeichnen Fette, Öle, Steroide und Wachse, die in lebenden Organismen vorkommen. Lipide erfüllen artenübergreifend mehrere Funktionen, zur Energiespeicherung, zum Schutz, zur Isolierung, zur Zellteilung und zu anderen wichtigen biologischen Funktionen.

Lipide bestehen aus einem Triglycerid, das aus dem Alkohol Glycerin und Fettsäuren hergestellt wird. Zusätze zu dieser Grundstruktur führen zu einer großen Vielfalt an Lipiden. Bisher wurden über 10.000 Arten von Lipiden entdeckt, und viele arbeiten mit einer großen Vielfalt an Proteinen für den Zellstoffwechsel und den Stofftransport. Lipide sind deutlich kleiner als Proteine.

Fettsäuren sind eine Art von Lipid und dienen auch als Bausteine ​​für andere Lipide. Fettsäuren enthalten Carboxylgruppen (-COOH), die an eine Kohlenstoffkette mit gebundenen Wasserstoffatomen gebunden sind. Diese Kette ist wasserunlöslich. Fettsäuren können gesättigt oder ungesättigt sein. Gesättigte Fettsäuren haben einfache Kohlenstoffbindungen, während ungesättigte Fettsäuren doppelte Kohlenstoffbindungen aufweisen. Wenn gesättigte Fettsäuren mit Triglyceriden kombiniert werden, führt dies bei Raumtemperatur zu festen Fetten. Dies liegt daran, dass ihre Struktur dazu führt, dass sie sich dicht zusammenpacken. Im Gegensatz dazu neigen ungesättigte Fettsäuren in Kombination mit Triglyceriden dazu, flüssige Öle zu ergeben. Die geknickte Struktur ungesättigter Fette ergibt bei Raumtemperatur eine lockerere, flüssigere Substanz.

Phospholipide bestehen aus einem Triglycerid, bei dem eine Fettsäure durch eine Phosphatgruppe ersetzt ist. Sie können mit einem geladenen Kopf und Kohlenwasserstoffschwanz beschrieben werden. Ihre Köpfe sind hydrophil oder wasserliebend, während ihre Schwänze hydrophob oder wasserabweisend sind.

Ein weiteres Beispiel für ein Lipid ist Cholesterin. Cholesterine ordnen sich zu starren Ringstrukturen mit fünf oder sechs Kohlenstoffatomen an, an denen Wasserstoffatome und ein flexibler Kohlenwasserstoffschwanz angebracht sind. Der erste Ring enthält eine Hydroxylgruppe, die sich in die Wasserumgebung von tierischen Zellmembranen erstreckt. Der Rest des Moleküls ist jedoch wasserunlöslich.

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) sind Lipide, die die Membranfluidität unterstützen. PUFAs nehmen an der Zellsignalisierung im Zusammenhang mit neuralen Entzündungen und dem Energiestoffwechsel teil. Sie können als Omega-3-Fettsäuren neuroprotektive Wirkungen entfalten und sind in dieser Formulierung entzündungshemmend. Bei Omega-6-Fettsäuren können PUFAs Entzündungen verursachen.

Sterole sind Lipide, die in Pflanzenmembranen vorkommen. Glykolipide sind an Kohlenhydrate gebundene Lipide und sind Teil von zellulären Lipidpools.

Lipide spielen in Organismen mehrere Rollen. Lipide bilden Schutzbarrieren. Sie umfassen Zellmembranen und einen Teil der Struktur von Zellwänden in Pflanzen. Lipide dienen Pflanzen und Tieren als Energiespeicher. Sehr oft funktionieren Lipide neben Proteinen. Lipidfunktionen können sowohl durch Veränderungen ihrer polaren Kopfgruppen als auch durch ihre Seitenketten beeinflusst werden.

Phospholipide bilden mit ihrer amphipathischen Natur die Grundlage für Lipiddoppelschichten, aus denen die Zellmembranen bestehen. Die äußere Schicht interagiert mit Wasser, während die innere Schicht als flexible ölige Substanz existiert. Die flüssige Natur der Zellmembranen unterstützt ihre Funktion. Lipide bilden nicht nur Plasmamembranen, sondern auch zelluläre Kompartimente wie die Kernhülle, das endoplasmatische Retikulum (ER), den Golgi-Apparat und Vesikel.

Lipide sind auch an der Zellteilung beteiligt. Sich teilende Zellen regulieren den Lipidgehalt abhängig vom Zellzyklus. Mindestens 11 Lipide sind an der Zellzyklusaktivität beteiligt. Sphingolipide spielen eine Rolle bei der Zytokinese während der Interphase. Da die Zellteilung zu einer Spannung der Plasmamembran führt, scheinen Lipide bei mechanischen Aspekten der Teilung wie der Membransteifigkeit zu helfen.

Lipide bieten Schutzbarrieren für spezialisierte Gewebe wie Nerven. Die schützende Myelinscheide, die die Nerven umgibt, enthält Lipide.

Lipide liefern die größte Energiemenge aus dem Verzehr, da sie mehr als doppelt so viel Energie haben wie Proteine ​​​​und Kohlenhydrate. Der Körper baut Fette bei der Verdauung ab, einige für den unmittelbaren Energiebedarf und andere für die Speicherung. Der Körper nutzt die Lipidspeicher für das Training, indem er Lipasen verwendet, um diese Lipide abzubauen und schließlich mehr Adenosintriphosphat (ATP) zu produzieren, um die Zellen mit Energie zu versorgen.

In Pflanzen bieten Samenöle wie Triacylglycerine (TAGs) einen Nahrungsspeicher für die Samenkeimung und das Wachstum sowohl bei Angiospermen als auch bei Gymnospermen. Diese Öle werden in Ölkörpern (OBs) gespeichert und durch Phospholipide und Proteine, die Oleosine genannt werden, geschützt. Alle diese Stoffe werden vom Endoplasmatischen Retikulum (ER) produziert. Die Ölkörperknospen aus der Notaufnahme.

Lipide geben Pflanzen die notwendige Energie für ihre Stoffwechselprozesse und Signale zwischen den Zellen. Das Phloem, neben dem Xylem einer der wichtigsten Transportbestandteile von Pflanzen, enthält Lipide wie z wie Cholesterin, Sitosterol, Camposterol, Stigmasterol und mehrere verschiedene lipophile Hormone und Moleküle. Die verschiedenen Lipide können eine Rolle bei der Signalgebung spielen, wenn eine Pflanze geschädigt ist. Phospholipide in Pflanzen wirken auch als Reaktion auf Umweltstressoren auf die Pflanzen sowie als Reaktion auf Pathogeninfektionen.

Bei Tieren dienen Lipide auch als Isolierung gegenüber der Umwelt und als Schutz für lebenswichtige Organe. Lipide sorgen für Auftrieb und Wasserdichtigkeit.

Lipide, sogenannte Ceramide, die auf Sphingoiden basieren, erfüllen wichtige Funktionen für die Gesundheit der Haut. Sie helfen, die Epidermis zu bilden, die als äußerste Hautschicht dient, die vor Umwelteinflüssen schützt und Wasserverlust verhindert. Ceramide wirken als Vorläufer für den Sphingolipid-Stoffwechsel; Der aktive Fettstoffwechsel findet in der Haut statt. Sphingolipide bilden Struktur- und Signallipide, die in der Haut vorkommen. Sphingomyeline, die aus Ceramiden hergestellt werden, sind im Nervensystem weit verbreitet und helfen den Motoneuronen zu überleben.

Lipide spielen auch eine Rolle bei der Zellsignalisierung. Im zentralen und peripheren Nervensystem kontrollieren Lipide die Fluidität der Membranen und helfen bei der elektrischen Signalübertragung. Lipide helfen, Synapsen zu stabilisieren.

Lipide sind essentiell für Wachstum, ein gesundes Immunsystem und die Fortpflanzung. Lipide ermöglichen es dem Körper, Vitamine wie die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K in der Leber zu speichern. Cholesterin dient als Vorläufer für Hormone wie Östrogen und Testosteron. Es bildet auch Gallensäuren, die Fett auflösen. Leber und Darm machen etwa 80 Prozent des Cholesterins aus, während der Rest aus der Nahrung gewonnen wird.

Generell sind tierische Fette gesättigt und daher fest, während pflanzliche Öle eher ungesättigt und daher flüssig sind. Tiere können keine ungesättigten Fette produzieren, daher müssen diese Fette von Produzenten wie Pflanzen und Algen konsumiert werden. Tiere, die diese Pflanzenkonsumenten (wie Kaltwasserfische) essen, gewinnen wiederum diese nützlichen Fette. Ungesättigte Fette sind die gesündesten Fette, da sie das Risiko von Krankheiten verringern. Beispiele für diese Fette umfassen Öle wie Oliven- und Sonnenblumenöle sowie Samen, Nüsse und Fisch. Grünes Blattgemüse ist auch eine gute Quelle für ungesättigte Fette in der Nahrung. Die Fettsäuren in Blättern werden in Chloroplasten verwendet.

Transfette sind teilweise gehärtete Planöle, die gesättigten Fetten ähneln. Früher in der Küche verwendet, gelten Transfette heute als ungesund für den Verzehr.

Gesättigte Fette sollten weniger konsumiert werden als ungesättigte Fette, da gesättigte Fette das Krankheitsrisiko erhöhen können. Beispiele für gesättigte Fette sind rotes Tierfleisch und fetthaltige Milchprodukte sowie Kokosöl und Palmöl.

Wenn Mediziner Lipide als Blutfette bezeichnen, beschreibt dies die Art von Fetten, die häufig in Bezug auf die kardiovaskuläre Gesundheit diskutiert werden, insbesondere Cholesterin. Lipoproteine ​​helfen beim Transport von Cholesterin durch den Körper. High-Density-Lipoprotein (HDL) bezieht sich auf Cholesterin, das ein „gutes“ Fett ist. Es dient dazu, schlechtes Cholesterin über die Leber zu entfernen. Zu den „schlechten“ Cholesterinen gehören LDL, IDL, VLDL und bestimmte Triglyceride. Schlechte Fette erhöhen das Herzinfarkt- und Schlaganfallrisiko, da sie sich als Plaque ansammeln, was zu verstopften Arterien führen kann. Daher ist ein Gleichgewicht der Lipide entscheidend für die Gesundheit.

Entzündliche Hauterkrankungen können von der Einnahme bestimmter Lipide wie Eicosapentaensäure (EPA) und Docsahexaensäure (DHA) profitieren. Es wurde gezeigt, dass EPA das Ceramidprofil der Haut verändert.

Eine Reihe von Krankheiten stehen im Zusammenhang mit Lipiden im menschlichen Körper. Hypertriglyzeridämie, ein Zustand hoher Triglyceride im Blut, kann zu Pankreatitis führen. Eine Reihe von Arzneimitteln wirkt, um Triglyceride zu reduzieren, beispielsweise durch Enzyme, die Blutfette abbauen. Bei einigen Personen wurde auch eine hohe Triglyceridreduktion durch medizinische Nahrungsergänzung über Fischöl festgestellt.

Hypercholesterinämie (hoher Cholesterinspiegel im Blut) kann erworben oder genetisch bedingt sein. Personen mit familiärer Hypercholesterinämie besitzen außerordentlich hohe Cholesterinwerte, die nicht medikamentös kontrolliert werden können. Dies erhöht das Herzinfarkt- und Schlaganfallrisiko erheblich, wobei viele Menschen sterben, bevor sie das 50. Lebensjahr erreicht haben.

Genetische Erkrankungen, die zu einer hohen Lipidakkumulation in Blutgefäßen führen, werden als Lipidspeicherkrankheiten bezeichnet. Diese übermäßige Fettspeicherung hat schädliche Auswirkungen auf das Gehirn und andere Teile des Körpers. Einige Beispiele für Lipidspeicherkrankheiten sind Morbus Fabry, Morbus Gaucher, Niemann-Pick-Krankheit, Sandhoff-Krankheit und Tay-Sachs. Leider führen viele dieser Lipidspeicherkrankheiten bereits in jungen Jahren zu Krankheit und Tod.

Lipide spielen auch bei Motoneuronerkrankungen (MNDs) eine Rolle, da diese Erkrankungen nicht nur durch die Degeneration und den Tod von Motoneuronen, sondern auch durch Probleme mit dem Fettstoffwechsel gekennzeichnet sind. Bei MNDs verändern sich die strukturellen Lipide des Zentralnervensystems, was sich sowohl auf die Membranen als auch auf die Zellsignale auswirkt. Hypermetabolismus tritt beispielsweise bei amyotropher Lateralsklerose (ALS) auf. Es scheint einen Zusammenhang zwischen der Ernährung (in diesem Fall nicht genügend aufgenommener Fettkalorien) und dem Risiko für die Entwicklung von ALS zu geben. Höhere Lipide entsprechen besseren Ergebnissen für ALS-Patienten. Medikamente, die auf Sphingolipide abzielen, werden als Behandlung für ALS-Patienten in Betracht gezogen. Es bedarf weiterer Forschung, um die beteiligten Mechanismen besser zu verstehen und geeignete Behandlungsoptionen bereitzustellen.

Bei der spinalen Muskelatrophie (SMA), einer genetischen autosomal-rezessiven Erkrankung, werden Lipide nicht richtig zur Energiegewinnung verwendet. SMA-Personen besitzen eine hohe Fettmasse bei einer niedrigen Kalorienaufnahme. Daher spielt auch hier eine Dysfunktion des Fettstoffwechsels eine wichtige Rolle bei einer Motoneuronerkrankung.

Es gibt Hinweise darauf, dass Omega-3-Fettsäuren eine positive Rolle bei degenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson spielen. Dies ist bei ALS nicht der Fall, und tatsächlich wurde in Mausmodellen der gegenteilige Effekt der Toxizität festgestellt.

Wissenschaftler entdecken weiterhin neue Lipide. Derzeit werden Lipide nicht auf Proteinebene untersucht und daher weniger verstanden. Ein Großteil der aktuellen Lipidklassifikation stützte sich auf Chemiker und Biophysiker, wobei der Schwerpunkt eher auf Struktur als auf Funktion lag. Darüber hinaus war es aufgrund ihrer Tendenz, sich mit Proteinen zu verbinden, schwierig, Lipidfunktionen herauszukitzeln. Es ist auch schwierig, die Lipidfunktion in lebenden Zellen aufzuklären. Kernspinresonanz (NMR) und Massenspektrometrie (MS) liefern eine gewisse Lipididentifizierung mit Hilfe von Computersoftware. Allerdings ist eine bessere Auflösung in der Mikroskopie erforderlich, um Einblicke in Lipidmechanismen und -funktionen zu gewinnen. Anstatt eine Gruppe von Lipidextrakten zu analysieren, werden spezifischere MS benötigt, um Lipide aus ihren Proteinkomplexen zu isolieren. Die Isotopenmarkierung kann dazu dienen, die Visualisierung und damit die Identifizierung zu verbessern.

Es ist klar, dass Lipide neben ihren bekannten strukturellen und energetischen Eigenschaften eine Rolle bei wichtigen motorischen Funktionen und Signalwegen spielen. Da sich die Technologie zur Identifizierung und Visualisierung von Lipiden verbessert, wird mehr Forschung benötigt, um die Lipidfunktion zu ermitteln. Schließlich besteht die Hoffnung, dass Marker entwickelt werden könnten, die die Lipidfunktion nicht übermäßig stören. Die Möglichkeit, die Lipidfunktion auf subzellulärer Ebene zu manipulieren, könnte einen Forschungsdurchbruch bedeuten. Dies könnte die Wissenschaft ähnlich revolutionieren wie die Proteinforschung. Im Gegenzug könnten neue Medikamente hergestellt werden, die möglicherweise Menschen helfen würden, die an Fettstoffwechselstörungen leiden.