Lipidai: apibrėžimas, struktūra, funkcija ir pavyzdžiai

Lipidai apima junginių, tokių kaip riebalai, aliejai, steroidai ir vaškai, randami gyvuose organizmuose, grupę. Tiek prokariotai, tiek eukariotai turi lipidų, kurie biologiškai atlieka daug svarbių vaidmenų, tokių kaip membranos formavimas, apsauga, izoliacija, energijos kaupimas, ląstelių dalijimasis ir dar daugiau. Medicinoje lipidai reiškia kraujo riebalus.

TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)

Lipidai žymi gyvuosiuose organizmuose esančius riebalus, aliejus, steroidus ir vaškus. Lipidai atlieka daug funkcijų įvairiose rūšyse - energijos kaupimui, apsaugai, izoliacijai, ląstelių dalijimuisi ir kitiems svarbiems biologiniams vaidmenims.

Lipidai gaminami iš triglicerido, kuris yra pagamintas iš alkoholio glicerolio ir riebalų rūgščių. Šios pagrindinės struktūros papildymai suteikia didelę lipidų įvairovę. Iki šiol atrasta daugiau nei 10 000 lipidų rūšių, ir daugelis jų dirba su daugybe baltymų ląstelių metabolizmui ir medžiagų transportavimui. Lipidai yra žymiai mažesni nei baltymai.

Riebalų rūgštys yra viena lipidų rūšis ir tarnauja kaip kitų lipidų sudedamoji dalis. Riebalų rūgštyse yra karboksilo (-COOH) grupių, sujungtų su anglies grandine su prijungtais vandeniliais. Ši grandinė netirpi vandenyje. Riebalų rūgštys gali būti sočios arba nesočios. Sočiosios riebalų rūgštys turi vieną anglies ryšį, o nesočiosios - dvigubas anglies jungtis. Kai sočiosios riebalų rūgštys derinamos su trigliceridais, kambario temperatūroje gaunami kietieji riebalai. Taip yra todėl, kad dėl jų struktūros jie sandariai susipina. Priešingai, nesočiosios riebalų rūgštys kartu su trigliceridais paprastai duoda skystus aliejus. Susisukusi nesočiųjų riebalų struktūra kambario temperatūroje suteikia laisvesnę, skystesnę medžiagą.

Fosfolipidai gaminami iš triglicerido, kurio fosfatų grupė yra pakeista riebalų rūgštimi. Juos galima apibūdinti kaip turinčius įkrautą galvą ir angliavandenilių uodegą. Jų galvos yra hidrofiliškos arba mėgstančios vandenį, o uodegos yra hidrofobiškos arba atstumia vandenį.

Kitas lipidų pavyzdys yra cholesterolis. Cholesteroliai išsidėstę į standias žiedo struktūras, sudarytas iš penkių ar šešių anglies atomų, su pritvirtintais vandeniliais ir lanksčia angliavandenilio uodega. Pirmajame žiede yra hidroksilo grupė, kuri tęsiasi į gyvūnų ląstelių membranų vandens aplinką. Tačiau likusi molekulės dalis netirpi vandenyje.

Polinesočiosios riebalų rūgštys (PUFA) yra lipidai, kurie padeda membranos skystumui. PUFA dalyvauja ląstelių signalizacijoje, susijusioje su nervų uždegimu ir energetine medžiagų apykaita. Jie gali sukelti neuroprotekcinį poveikį kaip omega-3 riebalų rūgštys, ir šioje kompozicijoje jie yra priešuždegiminiai. Dėl omega-6 riebalų rūgščių PUFA gali sukelti uždegimą.

Steroliai yra lipidai, esantys augalų membranose. Glikolipidai yra lipidai, susieti su angliavandeniais ir yra ląstelių lipidų telkinių dalis.

Lipidai organizmuose vaidina keletą vaidmenų. Lipidai sudaro apsauginius barjerus. Jie apima ląstelių membranas ir dalį augalų ląstelių sienelių struktūros. Lipidai suteikia energijos kaupimą augalams ir gyvūnams. Gana dažnai lipidai veikia kartu su baltymais. Lipidų funkcijoms gali turėti įtakos jų polinių galvos grupių pokyčiai, taip pat jų šoninės grandinės.

Fosfolipidai sudaro pagrindą lipidų dvisluoksnėms medžiagoms, kurių amfipatinis pobūdis sudaro ląstelių membranas. Išorinis sluoksnis sąveikauja su vandeniu, o vidinis sluoksnis egzistuoja kaip lanksti riebi medžiaga. Skystas ląstelių membranų pobūdis padeda jų funkcijai. Lipidai sudaro ne tik plazmos membranas, bet ir ląstelių skyrius, tokius kaip branduolio apvalkalas, endoplazminis tinklas (ER), „Golgi“ aparatas ir pūslelės.

Lipidai taip pat dalyvauja ląstelių dalijime. Dalijančios ląstelės reguliuoja lipidų kiekį priklausomai nuo ląstelių ciklo. Mažiausiai 11 lipidų dalyvauja ląstelių ciklo veikloje. Sfingolipidai vaidina vaidmenį citokinezėje tarpfazių metu. Kadangi ląstelių dalijimasis sukelia plazmos membranos įtempimą, lipidai, atrodo, padeda mechaniniams dalijimosi aspektams, tokiems kaip membranos standumas.

Lipidai apsaugo specialius audinius, pavyzdžiui, nervus. Apsauginiame mielino apvalkale, supančiame nervus, yra lipidų.

Lipidai teikia didžiausią suvartojamos energijos kiekį, turėdami daugiau nei dvigubai daugiau energijos nei baltymai ir angliavandeniai. Kūnas virškindamas skaido riebalus, vienus - neatidėliotinam energijos poreikiui, kitus - laikymui. Kūnas naudojasi lipidų atsargomis, kad galėtų sportuoti, naudodamas lipazes šiems lipidams skaidyti ir galiausiai gamindamas daugiau adenozino trifosfato (ATP) ląstelėms.

Augaluose sėklų aliejai, tokie kaip triacilgliceroliai (TAG), suteikia maisto saugyklą sėklų daigumui ir augimui tiek kampuose, tiek gimnospermose. Šie aliejai laikomi aliejaus kūnuose (OB) ir yra apsaugoti fosfolipidais bei baltymais, vadinamais oleozinais. Visas šias medžiagas gamina endoplazminis tinklas (ER). Aliejiniai kūno pumpurai iš ER.

Lipidai suteikia augalams reikalingos energijos medžiagų apykaitos procesams ir signalams tarp ląstelių. Flemoje, vienoje iš pagrindinių augalų transportavimo dalių (kartu su ksilemu), yra tokių lipidų kaip cholesterolis, sitosterolis, kamposterolis, stigmasterolis ir keli įvairūs lipofiliniai hormonai ir molekulės. Įvairūs lipidai gali vaidinti signalą, kai augalas yra pažeistas. Augaluose esantys fosfolipidai taip pat veikia reaguodami į augalų stresą sukeliančius veiksnius, taip pat reaguodami į patogenų infekcijas.

Gyvūnams lipidai taip pat tarnauja kaip izoliacija iš aplinkos ir apsaugo gyvybiškai svarbius organus. Lipidai taip pat užtikrina plūdrumą ir hidroizoliaciją.

Keramidais vadinami lipidai, kurių pagrindas yra sfingoidas, atlieka svarbias odos sveikatos funkcijas. Jie padeda formuotis epidermiui, kuris yra išorinis odos sluoksnis, apsaugantis nuo aplinkos ir apsaugantis nuo vandens netekimo. Keramidai veikia kaip sfingolipidų metabolizmo pirmtakai; aktyvi lipidų apykaita vyksta odoje. Sfingolipidai sudaro struktūrinius ir signalizuojančius lipidus, esančius odoje. Iš keramidų pagaminti sfingomielinai yra paplitę nervų sistemoje ir padeda motoriniams neuronams išgyventi.

Lipidai taip pat vaidina svarbų vaidmenį perduodant ląsteles. Centrinėje ir periferinėje nervų sistemose lipidai kontroliuoja membranų takumą ir padeda perduoti elektrinius signalus. Lipidai padeda stabilizuoti sinapses.

Lipidai yra būtini augimui, sveikai imuninei sistemai ir reprodukcijai. Lipidai leidžia organizmui kaupti vitaminus kepenyse, tokius kaip riebaluose tirpūs vitaminai A, D, E ir K. Cholesterolis yra hormonų, tokių kaip estrogenas ir testosteronas, pirmtakas. Taip pat gaminamos tulžies rūgštys, kurios tirpdo riebalus. Kepenys ir žarnos sudaro maždaug 80 procentų cholesterolio, o likusi dalis gaunama iš maisto.

Paprastai gyvūniniai riebalai yra sotūs ir todėl kieti, o augaliniai aliejai būna nesotūs ir todėl skysti. Gyvūnai negali gaminti nesočiųjų riebalų, todėl tuos riebalus reikia vartoti iš tokių gamintojų kaip augalai ir dumbliai. Savo ruožtu gyvūnai, valgantys tuos augalų vartotojus (pvz., Šalto vandens žuvis), gauna tų naudingų riebalų. Nesotieji riebalai yra sveikiausia valgyti riebalus, nes jie sumažina ligų riziką. Šių riebalų pavyzdžiai yra tokie aliejai kaip alyvuogių ir saulėgrąžų aliejus, taip pat sėklos, riešutai ir žuvis. Lapinės žaliosios daržovės taip pat yra geri maistinių nesočiųjų riebalų šaltiniai. Lapuose esančios riebalų rūgštys naudojamos chloroplastuose.

Trans-riebalai yra dalinai hidrinti planiniai aliejai, panašūs į sočiuosius riebalus. Anksčiau naudoti kulinarijoje trans-riebalai dabar laikomi nesveika vartoti.

Sotieji riebalai turėtų būti vartojami mažiau nei nesotieji, nes sotieji riebalai gali padidinti ligos riziką. Sočiųjų riebalų pavyzdžiai yra raudona gyvūnų mėsa ir riebūs pieno produktai, taip pat kokosų aliejus ir palmių aliejus.

Kai medicinos specialistai lipidus vadina kraujo riebalais, tai apibūdina dažnai širdies ir kraujagyslių, ypač cholesterolio, sveikatos klausimus. Lipoproteinai padeda pernešti cholesterolio kiekį organizme. Didelio tankio lipoproteinai (DTL) reiškia cholesterolį, kuris yra „geri“ riebalai. Tai padeda pašalinti blogąjį cholesterolį per kepenis. „Blogieji“ cholesteroliai yra MTL, IDL, VLDL ir tam tikri trigliceridai. Blogieji riebalai padidina širdies priepuolio ir insulto riziką, nes jie kaupiasi kaip apnašos, todėl gali užsikimšti arterijos. Todėl lipidų pusiausvyra yra labai svarbi sveikatai.

Uždegiminėms odos ligoms gali būti naudinga vartoti tam tikrus lipidus, tokius kaip eikozapentaeno rūgštis (EPA) ir doksaheksaeno rūgštis (DHA). Įrodyta, kad EPA keičia odos keramido profilį.

Nemažai ligų yra susijusios su žmogaus kūno lipidais. Hipertrigliceridemija - padidėjusio trigliceridų kiekio kraujyje būklė, gali sukelti pankreatitą. Nemažai vaistų siekia sumažinti trigliceridų kiekį, pavyzdžiui, fermentais, skaidančiais kraujo riebalus. Kai kuriems žmonėms nustatytas didelis trigliceridų kiekio sumažėjimas, vartojant medicininius priedus per žuvų taukus.

Hipercholesterolemija (padidėjęs cholesterolio kiekis kraujyje) gali būti įgyjamas arba genetinis. Asmenims, sergantiems šeimine hipercholesterolemija, yra nepaprastai didelės cholesterolio vertės, kurių negalima kontroliuoti vaistais. Tai labai padidina infarkto ir insulto riziką, nes daugelis žmonių miršta nesulaukę 50 metų.

Genetinės ligos, dėl kurių lipidai kaupiasi ant kraujagyslių, vadinamos lipidų kaupimosi ligomis. Dėl per didelio riebalų kaupimo kenksmingas poveikis smegenims ir kitoms kūno dalims. Keletas lipidų kaupimosi ligų pavyzdžių yra Fabry liga, Gaucher liga, Niemanno-Picko liga, Sandhoffo liga ir Tay-Sachsas. Deja, daugelis šių lipidų kaupimosi ligų jaunystėje sukelia ligas ir mirtį.

Lipidai taip pat vaidina vaidmenį motorinių neuronų ligose (MND), nes šioms sąlygoms būdinga ne tik motorinių neuronų degeneracija ir mirtis, bet ir lipidų apykaitos problemos. Esant MND, keičiasi centrinės nervų sistemos struktūriniai lipidai, ir tai veikia tiek membranas, tiek ląstelių signalizaciją. Pavyzdžiui, hipermetabolizmas pasireiškia sergant amiotrofine šonine skleroze (ALS). Atrodo, kad yra ryšys tarp mitybos (šiuo atveju nepakanka suvartojamų lipidų kalorijų) ir ALS išsivystymo rizikos. Aukštesni lipidai atitinka geresnius ALS pacientų rezultatus. Vaistai, nukreipti į sfingolipidus, laikomi ALS sergančių pacientų gydymu. Norint geriau suprasti susijusius mechanizmus ir suteikti tinkamas gydymo galimybes, reikia daugiau tyrimų.

Esant stuburo raumenų atrofijai (SMA), genetinei autosominei recesyvinei ligai, lipidai nėra tinkamai naudojami energijai. SMA asmenys turi didelę riebalų masę, vartodami mažai kalorijų. Todėl vėl lipidų apykaitos sutrikimas vaidina pagrindinį vaidmenį motorinių neuronų ligoje.

Yra įrodymų, kad omega-3 riebalų rūgštys atlieka naudingą vaidmenį degeneracinių ligų, tokių kaip Alzheimerio ir Parkinsono ligos, atveju. Nepatvirtinta, kad taip yra ALS atveju, ir iš tikrųjų pelių modeliuose buvo nustatytas priešingas toksiškumo poveikis.

Mokslininkai ir toliau atranda naujus lipidus. Šiuo metu lipidai nėra tiriami baltymų lygiu, todėl yra mažiau suprantami. Didžioji dalis dabartinės lipidų klasifikacijos buvo paremta chemikais ir biofizikais, akcentuojant struktūrą, o ne funkciją. Be to, buvo sudėtinga erzinti lipidų funkcijas dėl jų polinkio derintis su baltymais. Taip pat sunku išaiškinti lipidų funkciją gyvose ląstelėse. Branduolinis magnetinis rezonansas (BMR) ir masių spektrometrija (MS) leidžia šiek tiek identifikuoti lipidus naudojant kompiuterinę programinę įrangą. Tačiau norint geriau suprasti lipidų mechanizmus ir funkcijas, reikia geresnės skiriamosios gebos mikroskopijos metu. Užuot analizavus lipidų ekstraktų grupę, lipidams izoliuoti iš jų baltymų kompleksų reikės specifiškesnių MS. Izotopų ženklinimas gali padėti pagerinti vizualizaciją ir identifikavimą.

Akivaizdu, kad lipidai, be žinomų struktūrinių ir energetinių savybių, vaidina svarbias motorines funkcijas ir signalizaciją. Tobulėjant lipidų identifikavimo ir vizualizavimo technologijoms, norint nustatyti lipidų funkciją, reikės atlikti daugiau tyrimų. Galiausiai tikimasi, kad bus sukurti tokie žymekliai, kurie pernelyg nesutrikdytų lipidų funkcijos. Galimybė manipuliuoti lipidų funkcija subcelluliaciniame lygmenyje galėtų suteikti proveržį tyrime. Tai galėtų pakeisti mokslą panašiai kaip ir baltymų tyrimai. Savo ruožtu galėtų būti pagaminti nauji vaistai, kurie galėtų padėti tiems, kurie kenčia nuo lipidų sutrikimų.