Lipidek: Meghatározás, felépítés, funkció és példák

A lipidek olyan vegyületek csoportját tartalmazzák, mint az élőlényekben található zsírok, olajok, szteroidok és viaszok. A prokarióták és az eukarióták egyaránt rendelkeznek lipidekkel, amelyek biológiailag számos fontos szerepet játszanak, például membránképződés, védelem, szigetelés, energiatárolás, sejtosztódás és még sok más. Az orvostudományban a lipidek a vérzsírokra utalnak.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

A lipidek az élő organizmusokban található zsírokat, olajokat, szteroidokat és viaszokat jelölik. A lipidek többféle funkciót töltenek be fajonként, az energiatárolás, védelem, szigetelés, sejtosztódás és más fontos biológiai szerepek szempontjából.

A lipidek trigliceridből készülnek, amelyet alkohol-glicerinből és zsírsavakból állítanak elő. Ennek az alapstruktúrának a kiegészítései nagy változatosságot eredményeznek a lipidekben. Eddig több mint 10 000 féle lipidet fedeztek fel, és sokan sokféle fehérjével dolgoznak a sejtek anyagcseréje és az anyagszállítás érdekében. A lipidek lényegesen kisebbek, mint a fehérjék.

A zsírsavak egyfajta lipidek, és más lipidek építőkövei is. A zsírsavak karboxil- (-COOH) csoportokat tartalmaznak, amelyek szénlánchoz vannak kötve hidrogénnel. Ez a lánc vízben oldhatatlan. A zsírsavak lehetnek telítettek vagy telítetlenek. A telített zsírsavaknak egyszeri, míg a telítetlen zsírsavaknak kettős szénatomja van. Ha a telített zsírsavak kombinálódnak trigliceridekkel, ez szobahőmérsékleten szilárd zsírokat eredményez. Ennek oka, hogy szerkezetük miatt szorosan összecsomagolódnak. Ezzel szemben a telítetlen zsírsavak trigliceridekkel kombinálva általában folyékony olajokat eredményeznek. A telítetlen zsírok összetört szerkezete lazább, folyékonyabb anyagot eredményez szobahőmérsékleten.

A foszfolipidek olyan trigliceridből készülnek, amelynek foszfátcsoportja zsírsavval helyettesített. Úgy írhatjuk le, hogy töltött fejük és szénhidrogén faruk van. Fejük hidrofil vagy vízszerető, farkuk viszont hidrofób vagy a vizet taszító.

A lipid másik példája a koleszterin. A koleszterinek öt vagy hat szénatomot tartalmazó merev gyűrűs szerkezetekbe rendeződnek, hidrogénatomokkal és rugalmas szénhidrogén farokkal. Az első gyűrű egy hidroxilcsoportot tartalmaz, amely kiterjed az állati sejtmembránok vízkörnyezetébe. A molekula többi része azonban vízben oldhatatlan.

A többszörösen telítetlen zsírsavak (PUFA-k) olyan lipidek, amelyek elősegítik a membrán folyékonyságát. A PUFA-k részt vesznek az ideggyulladással és az energetikai anyagcserével kapcsolatos sejtjelzésben. Omega-3 zsírsavakként neuroprotektív hatásokat képesek biztosítani, és ebben a készítményben gyulladáscsökkentők. Az omega-6 zsírsavak esetében a PUFA-k gyulladást okozhatnak.

A szterolok a növényi membránokban található lipidek. A glikolipidek a szénhidrátokhoz kapcsolódó lipidek, és a sejtes lipidkészletek részét képezik.

A lipidek több szerepet játszanak az organizmusokban. A lipidek védőgátakat alkotnak. A sejtmembránokat és a növények sejtfalak szerkezetének egy részét tartalmazzák. A lipidek energiatárolást biztosítanak a növényeknek és állatoknak. A lipidek gyakran a fehérjék mellett működnek. A lipidfunkciókat befolyásolhatják a poláris fejcsoportok változásai, valamint az oldalláncaik.

A foszfolipidek alkotják az amfipatikus jellegű lipid kettős rétegek alapját, amelyek a sejtmembránokat alkotják. A külső réteg kölcsönhatásba lép a vízzel, míg a belső réteg rugalmas olajos anyagként létezik. A sejtmembránok folyékony természete elősegíti működésüket. A lipidek nemcsak a plazmamembránokat alkotják, hanem a sejtek rekeszeit is, például a mag burkolatát, az endoplazmatikus retikulumot (ER), a Golgi-készüléket és a vezikulumokat.

A lipidek szintén részt vesznek a sejtosztódásban. Az osztódó sejtek a sejtciklustól függően szabályozzák a lipidtartalmat. Legalább 11 lipid vesz részt a sejtciklus aktivitásában. A szfingolipidek szerepet játszanak a citokinezisben az interfázis alatt. Mivel a sejtosztódás plazma membránfeszültséget eredményez, úgy tűnik, hogy a lipidek segítenek az osztódás mechanikai szempontjaiban, például a membránmerevségben.

A lipidek védőgátakat képeznek a speciális szövetek, például az idegek számára. Az idegeket körülvevő védő mielinburok lipideket tartalmaz.

A lipidek adják a legnagyobb mennyiségű energiát a fogyasztásból, több mint kétszer annyi energiával rendelkeznek, mint fehérjék és szénhidrátok. A test az emésztés során lebontja a zsírokat, egyeseket azonnali energiaigényre, másokat tárolásra. A test a testmozgáshoz szükséges lipidtartalomra támaszkodik, lipázok felhasználásával lebontja ezeket a lipideket, és végül több adenozin-trifoszfátot (ATP) állít elő a sejtek energiaellátásához.

Növényekben a magolajok, például a triacil-glicerin (TAG) táplálékot tárolnak a magok csírázása és növekedése érdekében mind az orrpórákban, mind a tornateremekben. Ezeket az olajokat olaj testekben (OB) tárolják, és foszfolipidek, valamint az oleozineknak nevezett fehérjék védik. Mindezeket az anyagokat az endoplazmatikus retikulum (ER) állítja elő. Az olaj testrügyei az ER-ből.

A lipidek megadják a növényeknek az anyagcsere-folyamataikhoz szükséges energiát és a sejtek közötti jeleket. A flóra, a növények egyik fő szállító része (a xilemmel együtt) tartalmaz lipideket mint koleszterin, szitoszterin, kamposzterin, stigmaszterin és számos változó lipofil hormon és molekulák. A különféle lipidek szerepet játszhatnak a növény károsodásának jelzésében. A növényekben található foszfolipidek a növények környezeti stresszoraira, valamint a kórokozók fertőzésére is reagálnak.

Az állatoknál a lipidek a környezettől való szigetelésként és a létfontosságú szervek védelméül is szolgálnak. A lipidek felhajtót és vízszigetelést is biztosítanak.

A keramidok nevű lipidek, amelyek szfingoid alapúak, fontos funkciókat látnak el a bőr egészsége szempontjából. Segítik az epidermisz kialakulását, amely a legkülső bőrrétegként szolgál, amely véd a környezettől és megakadályozza a vízvesztést. A keramidok a szfingolipid-anyagcsere prekurzoraként működnek; aktív lipid anyagcsere történik a bőrön belül. A szfingolipidek alkotják a bőrben található strukturális és jelző lipideket. A keramidokból készült szfingomielinek elterjedtek az idegrendszerben, és segítik a motoros idegsejtek túlélését.

A lipidek a sejtjelzésben is szerepet játszanak. A központi és perifériás idegrendszerben a lipidek szabályozzák a membránok folyékonyságát és segítik az elektromos jelátviteleket. A lipidek segítenek stabilizálni a szinapszisokat.

A lipidek nélkülözhetetlenek a növekedéshez, az egészséges immunrendszerhez és a szaporodáshoz. A lipidek lehetővé teszik a test számára, hogy vitaminokat tároljon a májban, például zsírban oldódó A, D, E és K vitaminokat. A koleszterin olyan hormonok prekurzoraként szolgál, mint az ösztrogén és a tesztoszteron. Epesavakat is készít, amelyek feloldják a zsírt. A máj és a belek a koleszterin hozzávetőlegesen 80 százalékát teszik ki, míg a maradékot az ételből nyerik.

Az állati zsírok általában telítettek és ezért szilárdak, míg a növényi olajok általában telítetlenek és ezért folyékonyak. Az állatok nem képesek telítetlen zsírokat termelni, ezért ezeket a zsírokat olyan termelőktől kell fogyasztani, mint a növények és az algák. Azok a növények, amelyek fogyasztják ezeket a növényi fogyasztókat (például a hideg vizes halakat), viszont megszerzik ezeket a hasznos zsírokat. A telítetlen zsírok fogyasztása a legegészségesebb, mivel csökkentik a betegségek kockázatát. Ilyen zsírok lehetnek például olajok, például olíva- és napraforgóolajok, valamint magvak, diófélék és halak. A leveles zöldségfélék az étrendben telítetlen zsírok jó forrásai is. A levelekben található zsírsavakat kloroplasztokban használják.

A transzzsírok részben hidrogénezett alapolajok, amelyek hasonlítanak a telített zsírokra. Korábban a főzés során használt transz-zsírokat ma egészségtelennek tekintik a fogyasztás szempontjából.

A telített zsírokat kevesebbet kell fogyasztani, mint a telítetlen zsírokat, mivel a telített zsírok növelhetik a betegség kockázatát. A telített zsírok közé tartozik a vörös állati hús és a zsíros tejtermékek, valamint a kókuszolaj és a pálmaolaj.

Amikor az orvosi szakemberek a lipideket vérzsíroknak nevezik, ez leírja a szív- és érrendszeri egészséggel kapcsolatban gyakran megvitatott zsírokat, különösen a koleszterint. A lipoproteinek elősegítik a koleszterin szervezetbe jutását. A nagy sűrűségű lipoprotein (HDL) a koleszterinre utal, amely „jó” zsír. Segít a rossz koleszterin májban történő eltávolításában. A „rossz” koleszterinek közé tartozik az LDL, IDL, VLDL és bizonyos trigliceridek. A rossz zsírok megnövelik a szívroham és a stroke kockázatát, mivel plakkként halmozódnak fel, ami eltömődött artériákhoz vezethet. Ezért a lipidek egyensúlya létfontosságú az egészség szempontjából.

A gyulladásos bőrbetegségeknek előnyös lehet bizonyos lipidek, például az eikozapentaénsav (EPA) és a doksahexaénsav (DHA) fogyasztása. Az EPA kimutatta, hogy megváltoztatja a bőr ceramid profilját.

Számos betegség kapcsolódik az emberi test lipidjeihez. A hipertrigliceridémia, a magas trigliceridszint a vérben, hasnyálmirigy-gyulladáshoz vezethet. Számos gyógyszer dolgozik a trigliceridek csökkentésében, például a vérzsírokat lebontó enzimek révén. Magas trigliceridszint-csökkenést találtak egyes embereknél a halolajon keresztül történő orvosi kiegészítéssel is.

A hiperkoleszterinémia (magas vér koleszterinszint) megszerezhető vagy genetikai eredetű. A családi hiperkoleszterinémiában szenvedő egyének rendkívül magas koleszterinszinttel rendelkeznek, amelyet nem lehet gyógyszeres úton szabályozni. Ez nagymértékben növeli a szívroham és a stroke kockázatát, sok ember meghal, mielőtt elérné 50 éves korát.

Azokat a genetikai betegségeket, amelyek magas lipidfelhalmozódást eredményeznek az ereken, lipidtároló betegségnek nevezzük. Ez a túlzott zsírraktározás káros hatással van az agyra és a test más részeire. A lipidtároló betegségek néhány példája a Fabry-betegség, a Gaucher-kór, a Niemann-Pick-betegség, a Sandhoff-betegség és a Tay-Sachs. Sajnos ezek közül a lipidtároló betegségek közül sok fiatalon betegségeket és halált okoz.

A lipidek szerepet játszanak a motoros idegsejtek betegségében (MND) is, mivel ezeket a körülményeket nemcsak motoros idegsejtek degenerációja és halála jellemzi, hanem a lipid anyagcserével kapcsolatos problémák is. Az MND-kben a központi idegrendszer szerkezeti lipidjei megváltoznak, és ez mind a membránokat, mind a sejtek szignalizációját érinti. Például hipermetabolizmus fordul elő amiotróf laterális szklerózis (ALS) esetén. Úgy tűnik, hogy van összefüggés a táplálkozás (ebben az esetben nincs elegendő lipid kalória fogyasztása) és az ALS kialakulásának kockázata között. A magasabb lipidszintek megfelelnek az ALS-betegek jobb eredményeinek. A szfingolipideket megcélzó gyógyszereket ALS-betegek kezelésének tekintik. További kutatásokra van szükség az érintett mechanizmusok jobb megértéséhez és a megfelelő kezelési lehetőségek biztosításához.

A gerinc izom atrófiájában (SMA), amely egy autoszomális recesszív genetikai betegség, a lipideket nem használják fel megfelelően az energiához. Az SMA egyének magas zsírtömeggel rendelkeznek alacsony kalóriabevitel mellett. Ezért ismét a lipid anyagcsere diszfunkciója játszik nagy szerepet egy motoros neuron betegségben.

Bizonyíték van arra, hogy az omega-3 zsírsavak jótékony szerepet játszanak olyan degeneratív betegségekben, mint az Alzheimer- és a Parkinson-kór. Ez nem bizonyult az ALS esetében, sőt az egérmodellekben a toxicitás ellentétes hatását tapasztalták.

A tudósok továbbra is felfedezik az új lipideket. Jelenleg a lipideket nem tanulmányozzák a fehérjék szintjén, ezért kevésbé érthetőek. A jelenlegi lipidosztályozás nagy része kémikusokra és biofizikusokra támaszkodik, a funkció helyett a struktúrára helyezve a hangsúlyt. Ezenkívül nagy kihívást jelent a lipidfunkciók kiküszöbölése a fehérjékkel való kombinációra való hajlam miatt. Az élő sejtekben nehéz meghatározni a lipid funkciót is. A nukleáris mágneses rezonancia (NMR) és a tömegspektrometria (MS) a lipidek azonosítását eredményezi a számítástechnikai szoftver segítségével. A lipidmechanizmusok és funkciók betekintése érdekében azonban jobb felbontásra van szükség mikroszkópiában. A lipidkivonatok egy csoportjának elemzése helyett specifikusabb MS-re lesz szükség a lipidek fehérjekomplexjeikből történő izolálásához. Az izotópjelölés javíthatja a vizualizációt és ezáltal az azonosítást.

Nyilvánvaló, hogy a lipidek ismert szerkezeti és energetikai jellemzőik mellett szerepet játszanak a fontos motoros funkciókban és a jelzésben. Ahogy javul a lipidek azonosításának és vizualizálásának technológiája, további kutatásokra lesz szükség a lipidek működésének megállapításához. Végül az a remény, hogy olyan markereket lehet kialakítani, amelyek nem zavarják túlzottan a lipid funkciót. A lipidfunkció szubcelluláris szinten történő manipulációja áttörést jelenthet a kutatásban. Ez ugyanúgy forradalmasíthatja a tudományt, mint a fehérje-kutatás. Viszont új gyógyszerek készülhetnek, amelyek potenciálisan segítenek a lipid rendellenességekben szenvedőknek.