Lipidi: definicija, struktura, funkcija i primjeri

Lipidi čine skupinu spojeva poput masti, ulja, steroida i voska koji se nalaze u živim organizmima. I prokarioti i eukarioti posjeduju lipide koji u biološkom smislu igraju mnoge važne uloge, poput stvaranja membrane, zaštite, izolacije, pohrane energije, diobe stanica i još mnogo toga. U medicini se lipidi odnose na masnoće u krvi.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Lipidi označavaju masti, ulja, steroide i voskove koji se nalaze u živim organizmima. Lipidi imaju više funkcija u vrstama, za pohranu energije, zaštitu, izolaciju, diobu stanica i druge važne biološke uloge.

Lipidi su izrađeni od triglicerida koji je napravljen od alkoholnog glicerola, plus masne kiseline. Dodaci ovoj osnovnoj strukturi daju veliku raznolikost lipida. Do sada je otkriveno preko 10 000 vrsta lipida, a mnogi rade s velikom raznolikošću bjelančevina za stanični metabolizam i transport materijala. Lipidi su znatno manji od proteina.

Masne kiseline su jedna vrsta lipida i služe kao gradivni blokovi i za druge lipide. Masne kiseline sadrže karboksilne (-COOH) skupine vezane na ugljikov lanac s vezanim vodikovima. Ovaj lanac je netopiv u vodi. Masne kiseline mogu biti zasićene ili nezasićene. Zasićene masne kiseline imaju jednostruke ugljične veze, dok nezasićene masne kiseline imaju dvostruke ugljične veze. Kada se zasićene masne kiseline kombiniraju s trigliceridima, to rezultira čvrstim mastima na sobnoj temperaturi. To je zato što ih njihova struktura tjera da se čvrsto spakuju. Nasuprot tome, nezasićene masne kiseline u kombinaciji s trigliceridima teže davanju tekućih ulja. Izvijena struktura nezasićenih masti daje rahliju, fluidniju tvar na sobnoj temperaturi.

Fosfolipidi su izrađeni od triglicerida s fosfatnom skupinom zamijenjenom masnom kiselinom. Mogu se opisati kao da imaju nabijenu glavu i rep ugljikovodika. Glave su im hidrofilne ili vole vodu, dok su repovi hidrofobni ili odbijaju vodu.

Još jedan primjer lipida je kolesterol. Kolesteroli su raspoređeni u krute prstenaste strukture s pet ili šest atoma ugljika, s povezanim vodikovima i fleksibilnim ugljikovodičnim repom. Prvi prsten sadrži hidroksilnu skupinu koja se proteže u vodeno okruženje membrana životinjskih stanica. Ostatak molekule je, međutim, netopiv u vodi.

Polinezasićene masne kiseline (PUFA) su lipidi koji pomažu u fluidnosti membrane. PUFA sudjeluju u signalima stanica povezanim s neuralnom upalom i energetskim metabolizmom. Oni mogu pružiti neuroprotektivne učinke kao omega-3 masne kiseline, a u ovoj su formulaciji protuupalni. Za omega-6 masne kiseline, PUFA mogu izazvati upalu.

Steroli su lipidi koji se nalaze u biljnim membranama. Glikolipidi su lipidi povezani s ugljikohidratima i dio su staničnih bazena lipida.

Lipidi igraju nekoliko uloga u organizmima. Lipidi čine zaštitne barijere. Sadrže stanične membrane i dio strukture staničnih stijenki biljaka. Lipidi biljkama i životinjama pružaju skladište energije. Često lipidi funkcioniraju zajedno s proteinima. Na funkcije lipida mogu utjecati promjene njihovih polarnih skupina glava, kao i bočni lanci.

Fosfolipidi čine temelj dvoslojnih slojeva lipida, svojom amfipatičkom prirodom, koji čine stanične membrane. Vanjski sloj komunicira s vodom, dok unutarnji sloj postoji kao fleksibilna uljna tvar. Tekuća priroda staničnih membrana pomaže u njihovoj funkciji. Lipidi ne čine samo plazma membrane, već i stanične odjeljke kao što su nuklearna ovojnica, endoplazmatski retikulum (ER), Golgijev aparat i vezikule.

Lipidi također sudjeluju u diobi stanica. Dijeleće reguliraju sadržaj lipida ovisno o staničnom ciklusu. Najmanje 11 lipida uključeno je u aktivnost staničnog ciklusa. Sphingolipidi igraju ulogu u citokinezi tijekom interfaze. Budući da dioba stanica rezultira napetošću plazmatske membrane, čini se da lipidi pomažu u mehaničkim aspektima diobe poput krutosti membrane.

Lipidi pružaju zaštitne barijere za specijalizirana tkiva poput živaca. Zaštitna mijelinska ovojnica koja okružuje živce sadrži lipide.

Lipidi pružaju najveću količinu energije iz potrošnje, imaju više od dvostruko veće količine energije od bjelančevina i ugljikohidrata. Tijelo razgrađuje masti u probavi, neke za neposredne potrebe za energijom, a druge za skladištenje. Tijelo se oslanja na skladište lipida za vježbanje koristeći lipaze za razgradnju tih lipida i na kraju da stvori više adenozin trifosfata (ATP) za napajanje stanica.

U biljkama sjemenska ulja poput triacilglicerola (TAG) pružaju skladište hrane za klijanje i rast sjemenja i u kritosemenici i u golosjemenjačama. Ta su ulja pohranjena u uljnim tijelima i zaštićena fosfolipidima i proteinima zvanim oleozini. Sve ove tvari proizvode endoplazmatski retikulum (ER). Uljno tijelo pupa od ER.

Lipidi daju biljkama potrebnu energiju za njihove metaboličke procese i signale između stanica. Floem, jedan od glavnih prijenosnih dijelova biljaka (zajedno s ksilemom), sadrži takve lipide kao kolesterol, sitosterol, kamposterol, stigmasterol i nekoliko različitih lipofilnih hormona i molekule. Razni lipidi mogu igrati ulogu u signaliziranju kada je biljka oštećena. Fosfolipidi u biljkama također djeluju kao odgovor na stresore iz okoliša na biljkama, kao i kao odgovor na infekcije patogenima.

Lipidi kod životinja također služe kao izolacija od okoliša i kao zaštita vitalnih organa. Lipidi pružaju uzgon i hidroizolaciju.

Lipidi zvani keramidi, koji se temelje na sfingoidi, obavljaju važne funkcije za zdravlje kože. Oni pomažu u formiranju epiderme, koja služi kao najudaljeniji sloj kože koji štiti od okoliša i sprječava gubitak vode. Ceramidi djeluju kao preteča metabolizma sfingolipida; unutar kože dolazi do aktivnog metabolizma lipida. Sphingolipidi čine strukturne i signalne lipide koji se nalaze u koži. Sfingomijelini, izrađeni od keramida, prevladavaju u živčanom sustavu i pomažu motornim neuronima da prežive.

Lipidi također igraju ulogu u staničnoj signalizaciji. U središnjem i perifernom živčanom sustavu, lipidi kontroliraju fluidnost membrana i pomažu u prijenosu električnih signala. Lipidi pomažu stabilizirati sinapse.

Lipidi su neophodni za rast, zdrav imunološki sustav i reprodukciju. Lipidi omogućuju tijelu da u jetri pohrani vitamine poput vitamina A, D, E i K. topivih u mastima. Holesterol služi kao preteča za hormone kao što su estrogen i testosteron. Također stvara žučne kiseline koje otapaju masnoću. Jetra i crijeva čine približno 80 posto kolesterola, dok se ostatak dobiva hranom.

Općenito, životinjske masti su zasićene i stoga krute, dok biljna ulja imaju tendenciju da budu nezasićena i stoga tekuća. Životinje ne mogu proizvoditi nezasićene masnoće, pa se te masti moraju konzumirati od proizvođača kao što su biljke i alge. Zauzvrat, životinje koje jedu one biljne potrošače (poput ribe s hladnom vodom) dobivaju te korisne masti. Nezasićene masti su najzdravije masti za jesti jer smanjuju rizik od bolesti. Primjeri ovih masti uključuju ulja poput maslinovog i suncokretovog ulja, kao i sjemenke, orašaste plodove i ribu. Lisnato zeleno povrće također je dobar izvor nezasićenih prehrambenih masti. Masne kiseline u lišću koriste se u kloroplastima.

Trans-masti su djelomično hidrogenirana plan-ulja koja podsjećaju na zasićene masti. Ranije korištene u kuhanju, transmasti se danas smatraju nezdravima za konzumaciju.

Zasićene masti treba unositi manje od nezasićenih masti, jer zasićene masti mogu povećati rizik od bolesti. Primjeri zasićenih masti uključuju crveno životinjsko meso i masne mliječne proizvode, kao i kokosovo ulje i palmino ulje.

Kada medicinski radnici nazivaju lipide masnoćama u krvi, to opisuje vrste masti o kojima se često raspravlja u vezi sa zdravljem kardiovaskularnog sustava, posebno kolesterola. Lipoproteini pomažu u prijenosu kolesterola kroz tijelo. Lipoprotein visoke gustoće (HDL) odnosi se na kolesterol koji je "dobra" masnoća. Služi za uklanjanje lošeg kolesterola putem jetre. "Loši" kolesteroli uključuju LDL, IDL, VLDL i određene trigliceride. Loše masti povećavaju rizik od srčanog i moždanog udara zbog nakupljanja u obliku plaka, što može dovesti do začepljenja arterija. Stoga je ravnoteža lipida presudna za zdravlje.

Upalna stanja kože mogu imati koristi od konzumacije određenih lipida kao što su eikozapentaenska kiselina (EPA) i doksaheksaenojska kiselina (DHA). Dokazano je da EPA mijenja ceramidni profil kože.

Brojne bolesti povezane su s lipidima u ljudskom tijelu. Hipertrigliceridemija, stanje visokih triglicerida u krvi, može dovesti do pankreatitisa. Brojni lijekovi djeluju na smanjenje triglicerida, poput enzima koji razgrađuju masnoće u krvi. Visoko smanjenje triglicerida također je utvrđeno kod nekih osoba medicinskim dodacima putem ribljeg ulja.

Hiperkolesterolemija (povišeni kolesterol u krvi) može biti stečena ili genetska. Pojedinci s obiteljskom hiperkolesterolemijom posjeduju izvanredno visoke vrijednosti kolesterola koje se ne mogu kontrolirati lijekovima. To uvelike povećava rizik od srčanog i moždanog udara, jer mnogi pojedinci umiru prije nego što napune 50 godina.

Genetske bolesti koje rezultiraju visokim nakupljanjem lipida na krvnim žilama nazivaju se bolestima skladištenja lipida. Ovo prekomjerno skladištenje masti donosi štetne posljedice za mozak i druge dijelove tijela. Neki primjeri bolesti skladištenja lipida uključuju Fabryjevu bolest, Gaucherovu bolest, Niemann-Pickovu bolest, Sandhoffovu bolest i Tay-Sachsa. Nažalost, mnoge od ovih bolesti skladištenja lipida rezultiraju bolešću i smrću u mladoj dobi.

Lipidi također igraju ulogu u bolestima motornih neurona (MND), jer ta stanja karakteriziraju ne samo degeneracija i smrt motornih neurona već i problemi s metabolizmom lipida. U MND-ima se mijenjaju strukturni lipidi središnjeg živčanog sustava, a to utječe i na membrane i na staničnu signalizaciju. Na primjer, hipermetabolizam se javlja kod amiotrofične lateralne skleroze (ALS). Čini se da postoji veza između prehrane (u ovom slučaju, nedovoljnog unosa lipidnih kalorija) i rizika za razvoj ALS-a. Viši lipidi odgovaraju boljim ishodima za bolesnike s ALS-om. Lijekovi koji ciljaju sfingolipide smatraju se liječenjem bolesnika s ALS-om. Potrebno je više istraživanja kako bi se bolje razumjeli uključeni mehanizmi i pružile odgovarajuće mogućnosti liječenja.

U spinalnoj mišićnoj atrofiji (SMA), genetskoj autosomno recesivnoj bolesti, lipidi se ne koriste pravilno za energiju. SMA pojedinci posjeduju visoku masnu masu u okruženju s niskim unosom kalorija. Stoga, opet, disfunkcija metabolizma lipida igra glavnu ulogu u bolesti motornog neurona.

Postoje dokazi da omega-3 masne kiseline igraju blagotvornu ulogu u takvim degenerativnim bolestima kao što su Alzheimerova i Parkinsonova bolest. To se nije pokazalo kao slučaj s ALS-om, a zapravo je na modelima miša pronađen suprotan učinak toksičnosti.

Znanstvenici nastavljaju otkrivati ​​nove lipide. Trenutno se lipidi ne proučavaju na razini proteina i stoga se manje razumiju. Većina trenutne klasifikacije lipida oslanjala se na kemičare i biofizičare, s naglaskom na strukturi, a ne na funkciji. Uz to, izazov je izazivati ​​lipidne funkcije zbog njihove sklonosti kombiniranju s proteinima. Također je teško rasvijetliti funkciju lipida u živim stanicama. Nuklearna magnetska rezonanca (NMR) i masena spektrometrija (MS) daju određenu lipidnu identifikaciju uz pomoć računalnog softvera. Međutim, potrebna je bolja rezolucija u mikroskopiji kako bi se dobio uvid u mehanizme i funkcije lipida. Umjesto da analizira skupinu lipidnih ekstrakata, za izolaciju lipida iz njihovih proteinskih kompleksa trebat će specifičniji MS. Označavanje izotopa može poslužiti za poboljšanje vizualizacije, a time i identifikacije.

Jasno je da lipidi, pored svojih poznatih strukturnih i energetskih karakteristika, igraju ulogu u važnim motoričkim funkcijama i signalizaciji. Kako se tehnologija poboljšava za prepoznavanje i vizualizaciju lipida, bit će potrebno više istraživanja kako bi se utvrdila funkcija lipida. Na kraju se nada da bi se mogli stvoriti markeri koji ne bi pretjerano remetili funkciju lipida. Mogućnost manipulacije lipidnom funkcijom na subcelularnoj razini mogla bi pružiti napredak u istraživanju. To bi moglo revolucionirati znanost na gotovo isti način kao što su to učinila istraživanja proteina. Zauzvrat, mogli bi se stvoriti novi lijekovi koji bi potencijalno mogli pomoći onima koji pate od poremećaja lipida.