Lipidit käsittävät ryhmän yhdisteitä, kuten rasvoja, öljyjä, steroideja ja vahoja, joita esiintyy elävissä organismeissa. Sekä prokaryooteilla että eukaryooteilla on lipidejä, joilla on monia tärkeitä rooleja biologisesti, kuten kalvojen muodostuminen, suojaus, eristys, energian varastointi, solujen jakautuminen ja paljon muuta. Lääketieteessä lipidit tarkoittavat verirasvoja.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Lipidit tarkoittavat elävissä organismeissa esiintyviä rasvoja, öljyjä, steroideja ja vahoja. Lipideillä on useita toimintoja eri lajeilla energian varastointiin, suojaamiseen, eristämiseen, solujen jakautumiseen ja muihin tärkeisiin biologisiin tehtäviin.
Lipidien rakenne
Lipidit on valmistettu triglyseridistä, joka on valmistettu alkoholiglyserolista sekä rasvahapoista. Lisäykset tähän perusrakenteeseen tuottavat suurta monimuotoisuutta lipideissä. Tähän mennessä on löydetty yli 10000 erilaista lipidiä, ja monet työskentelevät valtavan monipuolisten proteiinien kanssa solujen aineenvaihduntaan ja materiaalien kuljettamiseen. Lipidit ovat huomattavasti pienempiä kuin proteiinit.
Esimerkkejä lipideistä
Rasvahapot ovat yhtä lipidityyppiä ja ne ovat rakennuspalikoita myös muille lipideille. Rasvahapot sisältävät karboksyyli (-COOH) -ryhmiä sitoutuneena hiiliketjuun kiinnittyneiden vetyjen kanssa. Tämä ketju on veteen liukenematon. Rasvahapot voivat olla tyydyttyneitä tai tyydyttymättömiä. Tyydyttyneillä rasvahapoilla on yksi hiilisidos, kun taas tyydyttymättömillä rasvahapoilla on kaksoishiilisidokset. Kun tyydyttyneet rasvahapot yhdistyvät triglyseridien kanssa, tuloksena on kiinteitä rasvoja huoneenlämmössä. Tämä johtuu siitä, että niiden rakenne saa heidät pakkautumaan tiiviisti yhteen. Sen sijaan tyydyttymättömät rasvahapot yhdessä triglyseridien kanssa tuottavat yleensä nestemäisiä öljyjä. Tyydyttymättömien rasvojen taittunut rakenne tuottaa löysemmän, juoksevamman aineen huoneenlämpötilassa.
Fosfolipidit valmistetaan triglyseridistä, jonka fosfaattiryhmä on korvattu rasvahapolla. Niiden voidaan kuvata olevan varautuneen pään ja hiilivetyhännän. Heidän päänsä ovat hydrofiilisiä tai vettä rakastavia, kun taas heidän pyrstönsä ovat hydrofobisia tai hylkivät vettä.
Toinen esimerkki lipidistä on kolesteroli. Kolesterolit järjestyvät jäykiksi rengasrakenteiksi, joissa on viisi tai kuusi hiiliatomia, joihin on kiinnitetty vetyjä ja joustava hiilivetyhäntä. Ensimmäinen rengas sisältää hydroksyyliryhmän, joka ulottuu eläin solukalvojen vesiympäristöihin. Loput molekyylistä ovat kuitenkin veteen liukenemattomia.
Monityydyttymättömät rasvahapot (PUFA: t) ovat lipidejä, jotka auttavat kalvon juoksevuudessa. PUFA: t osallistuvat hermotulehdukseen ja energiseen aineenvaihduntaan liittyvään solun signalointiin. Ne voivat tarjota neuroprotektiivisia vaikutuksia omega-3-rasvahappoina, ja tässä formulaatiossa ne ovat anti-inflammatorisia. Omega-6-rasvahappojen PUFA-yhdisteet voivat aiheuttaa tulehdusta.
Sterolit ovat lipidejä, joita löytyy kasvien kalvoista. Glykolipidit ovat hiilihydraatteihin sitoutuneita lipidejä ja ovat osa solun lipidipooleja.
Lipidien toiminnot
Lipideillä on useita rooleja organismeissa. Lipidit muodostavat suojaavia esteitä. Ne käsittävät solukalvot ja osan kasvien soluseinien rakenteesta. Lipidit varastoivat energiaa kasveille ja eläimille. Melko usein lipidit toimivat proteiinien rinnalla. Lipiditoimintoihin voivat vaikuttaa niiden polaaristen pään ryhmien muutokset ja niiden sivuketjut.
Fosfolipidit muodostavat perustan lipidikaksoiskerroksille amfipaattisella luonteellaan, jotka muodostavat solukalvot. Ulkokerros on vuorovaikutuksessa veden kanssa, kun taas sisempi kerros on joustava öljyinen aine. Solukalvojen nestemäinen luonne auttaa niiden toimintaa. Lipidit eivät muodosta vain plasmakalvoja, vaan myös solutiloja, kuten ydinvaipan, endoplasman verkkokalvon (ER), Golgi-laitteen ja rakkulat.
Lipidit osallistuvat myös solujen jakautumiseen. Jakavat solut säätelevät lipidipitoisuutta solusyklistä riippuen. Ainakin 11 lipidiä osallistuu solusyklin aktiivisuuteen. Sfingolipideillä on rooli sytokineesissä interfaasin aikana. Koska solujen jakautuminen johtaa plasmamembraanijännitykseen, lipidit näyttävät auttavan jakautumisen mekaanisissa näkökohdissa, kuten kalvon jäykkyydessä.
Lipidit tarjoavat suojaesteitä erikoistuneille kudoksille, kuten hermoille. Hermoja ympäröivä suojaava myeliinivaippa sisältää lipidejä.
Lipidit tuottavat eniten energiaa kulutuksesta, ja niiden energiamäärä on yli kaksinkertainen proteiineina ja hiilihydraateina. Keho hajottaa rasvat ruoansulatuksessa, jotkut välittömiä energiantarpeita varten ja toiset varastointiin. Keho käyttää lipidivarastoa liikuntaa varten käyttämällä lipaaseja näiden lipidien hajottamiseksi ja lopulta enemmän adenosiinitrifosfaattia (ATP) tuottamaan soluja.
Kasveissa siemenöljyt, kuten triasyyliglyserolit (TAG), tarjoavat ruoan varastoinnin siementen itävyydelle ja kasvulle sekä alkiospermoissa että voimistelussa. Näitä öljyjä varastoidaan öljykappaleissa (OB) ja suojataan fosfolipideillä ja proteiineilla, joita kutsutaan oleosiiniksi. Kaikki nämä aineet tuotetaan endoplasmisessa verkkokalvossa (ER). ER-öljykappaleen silmut.
Lipidit antavat kasveille tarvittavaa energiaa aineenvaihduntaan ja solujen välisiin signaaleihin. Flemmi, yksi kasvien tärkeimmistä kuljetusosista (ksyleemin ohella), sisältää sellaisia lipidejä kuten kolesteroli, sitosteroli, kamposteroli, stigmasteroli ja useita erilaisia lipofiilisiä hormoneja ja molekyylejä. Eri lipideillä voi olla merkitys signaloinnissa, kun kasvi on vaurioitunut. Kasvien fosfolipidit toimivat myös vastauksena kasvien ympäristöstressoreihin sekä vastauksena taudinaiheuttajien infektioihin.
Eläimissä lipidit toimivat myös eristeenä ympäristöstä ja suojaavat elintärkeitä elimiä. Lipidit tarjoavat myös kelluvuuden ja vedenpitävyyden.
Keramidiksi kutsutut lipidit, jotka ovat sfingoidipohjaisia, suorittavat tärkeitä tehtäviä ihon terveydelle. Ne auttavat muodostamaan orvaskeden, joka toimii uloimmassa ihokerroksessa, joka suojaa ympäristöstä ja estää vesihäviön. Keramidit toimivat sfingolipidimetabolian edeltäjinä; aktiivinen lipidimetabolia tapahtuu ihossa. Sfingolipidit muodostavat ihossa esiintyviä rakenteellisia ja signaloivia lipidejä. Keramidista valmistetut sfingomyeliinit ovat yleisiä hermostossa ja auttavat motorisia hermosoluja selviytymään.
Lipideillä on myös rooli solujen signaloinnissa. Keski- ja ääreishermostossa lipidit säätelevät kalvojen juoksevuutta ja auttavat sähköisen signaalin siirrossa. Lipidit auttavat stabiloimaan synapseja.
Lipidit ovat välttämättömiä kasvulle, terveelle immuunijärjestelmälle ja lisääntymiselle. Lipidien avulla keho voi varastoida vitamiineja, kuten rasvaliukoisia A-, D-, E- ja K-vitamiineja. Kolesteroli toimii hormonien, kuten estrogeenin ja testosteronin, edeltäjänä. Se tuottaa myös sappihappoja, jotka liuottavat rasvaa. Maksa ja suolet muodostavat noin 80 prosenttia kolesterolista, kun taas loput saadaan ruoasta.
Lipidit ja terveys
Eläinrasvat ovat yleensä tyydyttyneitä ja siten kiinteitä, kun taas kasviöljyt ovat yleensä tyydyttymättömiä ja siten nestemäisiä. Eläimet eivät voi tuottaa tyydyttymättömiä rasvoja, joten nämä rasvat on kulutettava tuottajilta, kuten kasveilta ja levistä. Eläimet, jotka syövät näitä kasvien kuluttajia (kuten kylmävesikalat), puolestaan saavat näitä hyödyllisiä rasvoja. Tyydyttymättömät rasvat ovat terveellisimpiä syötäviä rasvoja, koska ne vähentävät sairauksien riskiä. Esimerkkejä näistä rasvoista ovat öljyt, kuten oliivi- ja auringonkukkaöljyt, sekä siemenet, pähkinät ja kala. Lehtivihreät vihannekset ovat myös hyviä ruokavalion tyydyttymättömien rasvojen lähteitä. Lehtien rasvahappoja käytetään kloroplastissa.
Transrasvat ovat osittain hydrattuja öljyjä, jotka muistuttavat tyydyttyneitä rasvoja. Aikaisemmin ruoanlaitossa käytettyjä transrasvoja pidetään nyt epäterveellisinä kulutukseen.
Tyydyttyneitä rasvoja tulisi käyttää vähemmän kuin tyydyttymättömiä rasvoja, koska tyydyttyneet rasvat voivat lisätä taudin riskiä. Esimerkkejä tyydyttyneistä rasvoista ovat punainen eläimen liha ja rasvaiset maitotuotteet sekä kookosöljy ja palmuöljy.
Kun lääketieteen ammattilaiset kutsuvat lipidejä verirasvoiksi, tämä kuvaa sellaisia rasvoja, joista keskustellaan usein sydän- ja verisuoniterveydestä, erityisesti kolesterolista. Lipoproteiinit auttavat kuljettamaan kolesterolia elimistössä. Suuritiheyksinen lipoproteiini (HDL) viittaa kolesteroliin, joka on "hyvä" rasva. Se auttaa poistamaan huonoa kolesterolia maksan kautta. "Huonoihin" kolesteroleihin kuuluvat LDL, IDL, VLDL ja tietyt triglyseridit. Huonot rasvat lisäävät sydänkohtauksen ja aivohalvauksen riskiä, koska ne kertyvät plakkiksi, mikä voi johtaa tukkeutuneisiin valtimoihin. Siksi lipidien tasapaino on elintärkeää terveydelle.
Tulehdukselliset iho-olosuhteet voivat hyötyä tiettyjen lipidien, kuten eikosapentaeenihapon (EPA) ja doksaheksaeenihapon (DHA), kulutuksesta. EPA: n on osoitettu muuttavan ihon ceramidiprofiilia.
Useat sairaudet liittyvät lipideihin ihmiskehossa. Hypertriglyseridemia, veren triglyseridipitoisuus, voi johtaa haimatulehdukseen. Useat lääkkeet pyrkivät vähentämään triglyseridejä, kuten entsyymit, jotka hajottavat verirasvoja. Joillakin yksilöillä on havaittu myös korkea triglyseridipitoisuuden väheneminen lääkinnällisillä lisäaineilla kalaöljyn kautta.
Hyperkolesterolemia (korkea veren kolesteroli) voi olla hankittu tai geneettinen. Perheen hyperkolesterolemiaa sairastavilla henkilöillä on poikkeuksellisen korkeat kolesteroliarvot, joita ei voida hallita lääkityksen avulla. Tämä lisää huomattavasti sydänkohtauksen ja aivohalvauksen riskiä, ja monet ihmiset kuolevat ennen 50 vuoden ikää.
Geneettisiin sairauksiin, jotka johtavat korkeaan lipidien kertymiseen verisuoniin, viitataan lipidien varastointisairauksina. Tämä liiallinen rasvan varastointi tuottaa haitallisia vaikutuksia aivoihin ja muihin kehon osiin. Joitakin esimerkkejä lipidien varastointisairauksista ovat Fabryn tauti, Gaucherin tauti, Niemann-Pickin tauti, Sandhoffin tauti ja Tay-Sachs. Valitettavasti monet näistä lipidien varastointisairauksista johtavat sairauksiin ja kuolemaan nuorena.
Lipideillä on myös merkitys motoristen hermosairauksien (MND) suhteen, koska näille tiloille ei ole tunnusomaista vain motoristen hermosolujen rappeutuminen ja kuolema, vaan myös lipidien aineenvaihdunnan ongelmat. MND: ssä keskushermoston rakenteelliset lipidit muuttuvat, ja tämä vaikuttaa sekä kalvoihin että solujen signalointiin. Esimerkiksi hypermetaboliaa esiintyy amyotrofisen lateraaliskleroosin (ALS) kanssa. Ravitsemuksen (tässä tapauksessa ei ole tarpeeksi kulutettuja lipidikaloreita) ja ALS: n kehittymisen riskin välillä näyttää olevan yhteys. Korkeammat lipidit vastaavat parempia tuloksia ALS-potilailla. Sfingolipideihin kohdistuvia lääkkeitä pidetään ALS-potilaiden hoitona. Lisää tutkimusta tarvitaan ymmärtämään paremmin mekanismeja ja tarjoamaan oikeat hoitovaihtoehdot.
Selkärangan lihasatrofiassa (SMA), joka on geneettinen autosomaalinen resessiivinen sairaus, lipidejä ei käytetä kunnolla energiaksi. SMA-yksilöillä on korkea rasvamassa alhaisessa kalorien saannissa. Siksi taas lipidimetabolian toimintahäiriöllä on tärkeä rooli motorisen hermosairauden yhteydessä.
On todisteita siitä, että omega-3-rasvahapoilla on hyödyllinen rooli sellaisissa rappeuttavissa sairauksissa kuin Alzheimerin ja Parkinsonin taudit. Tämän ei ole osoitettu olevan ALS: n kohdalla, ja hiirimalleissa on todettu toksisuuden päinvastainen vaikutus.
Jatkuva lipiditutkimus
Tutkijat jatkavat uusien lipidien löytämistä. Tällä hetkellä lipidejä ei tutkita proteiinien tasolla, ja siksi ne ovat vähemmän ymmärrettyjä. Suuri osa nykyisestä lipidiluokituksesta perustuu kemisteihin ja biofyysikoihin, painottaen rakennetta eikä toimintaa. Lisäksi on ollut haastavaa kiusata lipiditoimintoja, koska ne pyrkivät yhdistymään proteiineihin. Elävien solujen lipiditoimintaa on myös vaikea selvittää. Ydinmagneettinen resonanssi (NMR) ja massaspektrometria (MS) tuottavat jonkin verran lipiditunnistusta laskentaohjelmiston avulla. Parempaa resoluutiota mikroskopiassa tarvitaan kuitenkin saadaksesi käsityksen lipidimekanismeista ja toiminnoista. Lipidiuuteryhmän analysoinnin sijaan tarvitaan spesifisempää MS: ää eristämään lipidit proteiinikomplekseistaan. Isotooppimerkinnät voivat parantaa visualisointia ja siten tunnistamista.
On selvää, että lipideillä on tunnettujen rakenteellisten ja energisten ominaisuuksiensa lisäksi tärkeä rooli tärkeissä motorisissa toiminnoissa ja signaloinnissa. Kun tekniikka paranee lipidien tunnistamiseksi ja visualisoimiseksi, tarvitaan enemmän tutkimusta lipidien toiminnan varmistamiseksi. Lopulta toivotaan, että sellaiset markkerit voitaisiin suunnitella, jotka eivät häiritse liikaa lipidien toimintaa. Mahdollisuus manipuloida lipiditoimintaa solutasolla voisi tarjota läpimurron tutkimuksessa. Tämä voi mullistaa tieteen samalla tavalla kuin proteiinitutkimuksessa. Puolestaan voitaisiin valmistaa uusia lääkkeitä, jotka voivat auttaa lipidihäiriöistä kärsiviä.