Lipīdi: definīcija, struktūra, funkcija un piemēri

Lipīdi satur tādu savienojumu grupu kā tauki, eļļas, steroīdi un vaski, kas atrodami dzīvos organismos. Gan prokariotiem, gan eikariotiem piemīt lipīdi, kuriem bioloģiski ir daudz svarīgu lomu, piemēram, membrānas veidošanās, aizsardzība, izolācija, enerģijas uzkrāšana, šūnu dalīšanās un citas. Medicīnā lipīdi attiecas uz asins taukiem.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Lipīdi apzīmē taukus, eļļas, steroīdus un vaskus, kas atrodami dzīvos organismos. Lipīdi dažādās sugās pilda vairākas funkcijas enerģijas uzkrāšanai, aizsardzībai, izolācijai, šūnu dalīšanai un citām svarīgām bioloģiskām lomām.

Lipīdi ir izgatavoti no triglicerīda, kas izgatavots no spirta glicerīna un taukskābēm. Šīs pamatstruktūras papildinājumi rada lielu lipīdu daudzveidību. Līdz šim ir atklāti vairāk nekā 10 000 lipīdu veidi, un daudzi strādā ar milzīgu olbaltumvielu daudzveidību šūnu metabolismam un materiālu transportēšanai. Lipīdi ir ievērojami mazāki nekā olbaltumvielas.

Taukskābes ir viens no lipīdu veidiem, un tās kalpo kā celtniecības elementi arī citiem lipīdiem. Taukskābes satur karboksilgrupas (-COOH), kas saistītas ar oglekļa ķēdi ar piesaistītiem ūdeņražiem. Šī ķēde ir ūdenī nešķīstoša. Taukskābes var būt piesātinātas vai nepiesātinātas. Piesātinātajām taukskābēm ir vienas oglekļa saites, turpretī nepiesātinātām taukskābēm ir dubultas oglekļa saites. Kad piesātinātās taukskābes apvienojas ar triglicerīdiem, istabas temperatūrā rodas cietie tauki. Tas ir tāpēc, ka to struktūra liek tiem cieši sapakoties. Turpretī nepiesātinātās taukskābes kombinācijā ar triglicerīdiem parasti rada šķidras eļļas. Nepiesātināto tauku sasmalcinātā struktūra istabas temperatūrā rada brīvāku, šķidrāku vielu.

Fosfolipīdi ir izgatavoti no triglicerīda ar fosfātu grupu, kurā aizvietota taukskābe. Tos var raksturot kā ar uzlādētu galvu un ogļūdeņraža asti. Viņu galvas ir hidrofilas vai ūdeni mīlošas, savukārt astes ir hidrofobas vai atgrūdošas pret ūdeni.

Vēl viens lipīdu piemērs ir holesterīns. Holesterīni sakārtojas stingrās gredzenu struktūrās ar pieciem vai sešiem oglekļa atomiem, ar piestiprinātiem ūdeņražiem un elastīgu ogļūdeņraža asti. Pirmais gredzens satur hidroksilgrupu, kas izplešas dzīvnieku šūnu membrānu ūdens vidē. Pārējā molekula tomēr ūdenī nešķīst.

Polinepiesātinātās taukskābes (PUFA) ir lipīdi, kas veicina membrānas plūstamību. PUFA piedalās šūnu signalizācijā, kas saistīta ar nervu iekaisumu un enerģētisko metabolismu. Tie var nodrošināt neiroprotektīvus efektus kā omega-3 taukskābes, un šajā formulējumā tie ir pretiekaisuma līdzekļi. Attiecībā uz omega-6 taukskābēm PUFA var izraisīt iekaisumu.

Steroli ir lipīdi, kas atrodas augu membrānās. Glikolipīdi ir lipīdi, kas saistīti ar ogļhidrātiem, un ir daļa no šūnu lipīdu kopām.

Lipīdi organismos spēlē vairākas lomas. Lipīdi veido aizsargbarjeras. Tie satur šūnu membrānas un daļu no šūnu sienu struktūras augos. Lipīdi nodrošina enerģijas uzkrāšanos augiem un dzīvniekiem. Diezgan bieži lipīdi darbojas līdzās olbaltumvielām. Lipīdu funkcijas var ietekmēt izmaiņas polārajās galvas grupās, kā arī sānu ķēdes.

Fosfolipīdi veido pamatu lipīdu divslāņiem ar amfipātisku raksturu, kas veido šūnu membrānas. Ārējais slānis mijiedarbojas ar ūdeni, bet iekšējais slānis pastāv kā elastīga eļļaina viela. Šūnu membrānu šķidrais raksturs veicina to darbību. Lipīdi veido ne tikai plazmas membrānas, bet arī šūnu nodalījumus, piemēram, kodola apvalku, endoplazmas retikulumu (ER), Golgi aparātu un vezikulas.

Lipīdi piedalās arī šūnu dalīšanās procesā. Dalošās šūnas regulē lipīdu saturu atkarībā no šūnu cikla. Šūnu cikla aktivitātē ir iesaistīti vismaz 11 lipīdi. Starpfāzes laikā sfingolipīdiem ir nozīme citokinēzē. Tā kā šūnu dalīšanās rezultātā notiek plazmas membrānas spriedze, šķiet, ka lipīdi palīdz mehāniskiem dalīšanās aspektiem, piemēram, membrānas stīvumam.

Lipīdi nodrošina aizsargbarjeras specializētiem audiem, piemēram, nerviem. Aizsargājošais mielīna apvalks, kas ieskauj nervus, satur lipīdus.

Lipīdi nodrošina vislielāko enerģijas daudzumu no patēriņa, jo enerģijas daudzums ir vairāk nekā divreiz lielāks par olbaltumvielām un ogļhidrātiem. Ķermenis šķeļ taukus gremošanas procesā, dažus - tūlītējām enerģijas vajadzībām, bet citus - uzglabāšanai. Ķermenis izmanto lipīdu uzglabāšanu vingrinājumiem, izmantojot lipāzes, lai noārdītu šos lipīdus un galu galā iegūtu vairāk adenozīna trifosfāta (ATP), lai darbinātu šūnas.

Augos sēklu eļļas, piemēram, triacilglicerīni (TAG), nodrošina pārtikas uzglabāšanu sēklu dīgtspējai un augšanai gan spermas, gan spermas spermās. Šīs eļļas tiek uzglabātas eļļas ķermeņos (OB) un aizsargātas ar fosfolipīdiem un olbaltumvielām, ko sauc par oleosīniem. Visas šīs vielas ražo endoplazmas tīklojums (ER). Eļļas ķermeņa pumpuri no ER.

Lipīdi dod augiem nepieciešamo enerģiju vielmaiņas procesiem un signāliem starp šūnām. Flēmā, kas ir viena no galvenajām augu transporta daļām (kopā ar ksilēmu), ir tādi lipīdi kā holesterīns, sitosterīns, kamposterols, stigmasterols un vairāki dažādi lipofīli hormoni un molekulas. Dažādiem lipīdiem var būt nozīme signālu sniegšanā, kad augs ir bojāts. Fosfolipīdi augos darbojas arī, reaģējot uz augu vides faktoriem, kā arī reaģējot uz patogēnu infekcijām.

Dzīvniekiem lipīdi kalpo arī kā izolācija no apkārtējās vides un kā svarīgu orgānu aizsardzība. Lipīdi nodrošina arī peldspēju un hidroizolāciju.

Lipīdi, ko sauc par keramīdiem un kuru pamatā ir sfingoīdi, veic svarīgas funkcijas ādas veselībai. Tie palīdz veidot epidermu, kas kalpo kā visattālākais ādas slānis, kas pasargā no apkārtējās vides un novērš ūdens zudumus. Keramīdi darbojas kā sfingolipīdu metabolisma prekursori; aktīva lipīdu vielmaiņa notiek ādā. Sfingolipīdi veido strukturālos un signālu lipīdus, kas atrodami ādā. No keramīdiem izgatavoti sfingomielīni ir izplatīti nervu sistēmā un palīdz motoriem neironiem izdzīvot.

Lipīdiem ir arī nozīme šūnu signālā. Centrālajā un perifērajā nervu sistēmā lipīdi kontrolē membrānu plūstamību un veicina elektrisko signālu pārraidi. Lipīdi palīdz stabilizēt sinapses.

Lipīdi ir nepieciešami izaugsmei, veselīgai imūnsistēmai un reprodukcijai. Lipīdi ļauj organismam aknās uzglabāt vitamīnus, piemēram, taukos šķīstošos A, D, E un K vitamīnus. Holesterīns kalpo kā tādu hormonu kā estrogēna un testosterona priekštecis. Tas arī ražo žultsskābes, kas izšķīdina taukus. Aknas un zarnas veido aptuveni 80 procentus holesterīna, savukārt pārējo iegūst no pārtikas.

Dzīvnieku tauki parasti ir piesātināti un tāpēc cieti, turpretī augu eļļas mēdz būt nepiesātinātas un tāpēc šķidras. Dzīvnieki nevar ražot nepiesātinātos taukus, tāpēc šie tauki ir jāpatērē no tādiem ražotājiem kā augi un aļģes. Savukārt dzīvnieki, kas ēd šos augu patērētājus (piemēram, aukstā ūdens zivis), iegūst šos derīgos taukus. Nepiesātinātie tauki ir veselīgākie uzturā lietotie tauki, jo tie samazina slimību risku. Šo tauku piemēri ir tādas eļļas kā olīvu un saulespuķu eļļas, kā arī sēklas, rieksti un zivis. Lapu zaļie dārzeņi ir arī labi uztura nepiesātināto tauku avoti. Lapās esošās taukskābes izmanto hloroplastos.

Trans-tauki ir daļēji hidrogenētas plānu eļļas, kas atgādina piesātinātos taukus. Iepriekš taukskābēs izmantotie taukskābji tagad tiek uzskatīti par neveselīgiem patēriņam.

Piesātinātie tauki jālieto mazāk nekā nepiesātinātie tauki, jo piesātinātie tauki var palielināt slimības risku. Piesātināto tauku piemēri ir sarkanā dzīvnieku gaļa un taukaini piena produkti, kā arī kokosriekstu eļļa un palmu eļļa.

Kad medicīnas speciālisti sauc lipīdus kā asins taukus, tas raksturo taukus, par kuriem bieži runā par sirds un asinsvadu veselību, īpaši holesterīnu. Lipoproteīni palīdz holesterīna transportēšanai organismā. Augsta blīvuma lipoproteīni (ABL) attiecas uz holesterīnu, kas ir “labi” tauki. Tas palīdz novērst slikto holesterīnu caur aknām. “Sliktie” holesterīni ietver ZBL, IDL, VLDL un dažus triglicerīdus. Sliktie tauki palielina sirdslēkmes un insulta risku, jo tie uzkrājas kā plāksne, kas var izraisīt artēriju aizsērēšanu. Tāpēc lipīdu līdzsvaram ir izšķiroša nozīme veselībā.

Iekaisīgas ādas slimības var gūt labumu no dažu lipīdu, piemēram, eikozapentaēnskābes (EPA) un doksaheksaēnskābes (DHA), patēriņa. Ir pierādīts, ka EPA maina ādas keramīda profilu.

Vairākas slimības ir saistītas ar cilvēka ķermeņa lipīdiem. Hipertrigliceridēmija - paaugstinātu triglicerīdu līmenis asinīs - var izraisīt pankreatītu. Lai samazinātu triglicerīdu līmeni, darbojas vairākas zāles, piemēram, ar fermentiem, kas noārda taukus asinīs. Dažiem indivīdiem ir konstatēta arī augsta triglicerīdu līmeņa samazināšanās, izmantojot medicīnisku piedevu, izmantojot zivju eļļu.

Hiperholesterinēmiju (augstu holesterīna līmeni asinīs) var iegūt vai ģenētiski. Personām ar ģimenes hiperholesterinēmiju ir ārkārtīgi augstas holesterīna vērtības, kuras nevar kontrolēt ar medikamentiem. Tas ievērojami palielina sirdslēkmes un insulta risku, daudziem cilvēkiem mirstot pirms 50 gadu vecuma sasniegšanas.

Ģenētiskās slimības, kas izraisa augstu lipīdu uzkrāšanos uz asinsvadiem, tiek sauktas par lipīdu uzglabāšanas slimībām. Šī pārmērīgā tauku uzkrāšanās rada kaitīgu ietekmi uz smadzenēm un citām ķermeņa daļām. Daži lipīdu uzglabāšanas slimību piemēri ir Fabri slimība, Gošē slimība, Nīmana-Pika slimība, Sandhofa slimība un Tay-Sachs. Diemžēl daudzas no šīm lipīdu uzglabāšanas slimībām jaunībā izraisa slimības un nāvi.

Lipīdiem ir nozīme arī motoro neironu slimībās (MND), jo šiem apstākļiem raksturīga ne tikai motoro neironu deģenerācija un nāve, bet arī problēmas ar lipīdu metabolismu. MND centrālās nervu sistēmas strukturālie lipīdi mainās, un tas ietekmē gan membrānas, gan šūnu signālu. Piemēram, hipermetabolisms notiek ar amiotrofo laterālo sklerozi (ALS). Šķiet, ka pastāv saikne starp uzturu (šajā gadījumā nav pietiekami daudz patērēto lipīdu kaloriju) un risku saslimt ar ALS. Augstāki lipīdi atbilst labākiem rezultātiem ALS pacientiem. Zāles, kuru mērķis ir sfingolipīdi, tiek uzskatītas par ALS pacientu ārstēšanu. Ir vajadzīgi vairāk pētījumu, lai labāk izprastu iesaistītos mehānismus un nodrošinātu pareizas ārstēšanas iespējas.

Mugurkaula muskuļu atrofijā (SMA), kas ir ģenētiska autosomāli recesīva slimība, lipīdi netiek pareizi izmantoti enerģijai. SMA indivīdiem ir augsta tauku masa ar zemu kaloriju daudzumu. Tāpēc atkal lipīdu metabolisma disfunkcijai ir galvenā loma motoru neironu slimībā.

Ir pierādījumi, ka omega-3 taukskābēm ir labvēlīga loma tādās deģeneratīvajās slimībās kā Alcheimera un Parkinsona slimības. Tas nav izrādījies ALS gadījumā, un faktiski peles modeļos ir atklāts pretējs toksicitātes efekts.

Zinātnieki turpina atklāt jaunus lipīdus. Pašlaik lipīdi netiek pētīti olbaltumvielu līmenī, un tāpēc tie ir mazāk saprotami. Liela daļa no pašreizējās lipīdu klasifikācijas balstījās uz ķīmiķiem un biofiziķiem, uzsverot struktūru, nevis funkciju. Turklāt ir grūti izaicināt lipīdu funkcijas, jo tām ir tendence apvienoties ar olbaltumvielām. Ir arī grūti noskaidrot lipīdu darbību dzīvās šūnās. Kodolmagnētiskā rezonanse (KMR) un masu spektrometrija (MS) nodrošina zināmu lipīdu identifikāciju ar skaitļošanas programmatūras palīdzību. Tomēr, lai gūtu ieskatu par lipīdu mehānismiem un funkcijām, ir nepieciešama labāka izšķirtspēja mikroskopijā. Tā vietā, lai analizētu lipīdu ekstraktu grupu, būs vajadzīgas specifiskākas MS, lai izolētu lipīdus no to olbaltumvielu kompleksiem. Izotopu marķēšana var palīdzēt vizualizēt un līdz ar to identificēt.

Ir skaidrs, ka lipīdiem papildus to zināmajām strukturālajām un enerģētiskajām īpašībām ir nozīme svarīgās motora funkcijās un signālā. Uzlabojoties tehnoloģijai lipīdu identificēšanai un vizualizēšanai, būs vajadzīgi vairāk pētījumu, lai pārliecinātos par lipīdu darbību. Galu galā ir cerība, ka varētu tikt izveidoti marķieri, kas pārmērīgi neizjauktu lipīdu darbību. Spēja manipulēt ar lipīdu funkciju subcellulārajos līmeņos varētu sniegt pētījumu izrāvienu. Tas varētu revolucionizēt zinātni līdzīgi kā olbaltumvielu pētījumi. Savukārt varētu izgatavot jaunas zāles, kas potenciāli palīdzētu tiem, kas cieš no lipīdu traucējumiem.