Lipiden: definitie, structuur, functie en voorbeelden

Lipiden omvatten een groep verbindingen zoals vetten, oliën, steroïden en wassen die in levende organismen worden aangetroffen. Zowel prokaryoten als eukaryoten bezitten lipiden, die biologisch veel belangrijke rollen spelen, zoals membraanvorming, bescherming, isolatie, energieopslag, celdeling en meer. In de geneeskunde verwijzen lipiden naar bloedvetten.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Lipiden duiden vetten, oliën, steroïden en wassen aan die in levende organismen worden aangetroffen. Lipiden hebben meerdere functies voor verschillende soorten, voor energieopslag, bescherming, isolatie, celdeling en andere belangrijke biologische rollen.

Lipiden zijn gemaakt van een triglyceride dat is gemaakt van de alcohol glycerol, plus vetzuren. Toevoegingen aan deze basisstructuur leveren een grote diversiteit aan lipiden op. Er zijn tot nu toe meer dan 10.000 soorten lipiden ontdekt en veel werken met een enorme diversiteit aan eiwitten voor cellulair metabolisme en materiaaltransport. Lipiden zijn aanzienlijk kleiner dan eiwitten.

Vetzuren zijn één type lipide en dienen ook als bouwstenen voor andere lipiden. Vetzuren bevatten carboxyl (-COOH) groepen gebonden aan een koolstofketen met daaraan gekoppelde waterstofatomen. Deze keten is onoplosbaar in water. Vetzuren kunnen verzadigd of onverzadigd zijn. Verzadigde vetzuren hebben enkele koolstofbindingen, terwijl onverzadigde vetzuren dubbele koolstofbindingen hebben. Wanneer verzadigde vetzuren worden gecombineerd met triglyceriden, resulteert dit in vaste vetten bij kamertemperatuur. Dit komt omdat hun structuur ervoor zorgt dat ze stevig in elkaar zitten. Daarentegen hebben onverzadigde vetzuren gecombineerd met triglyceriden de neiging om vloeibare oliën op te leveren. De geknikte structuur van onverzadigde vetten levert bij kamertemperatuur een lossere, meer vloeibare substantie op.

Fosfolipiden zijn gemaakt van een triglyceride met een fosfaatgroep in de plaats van een vetzuur. Ze kunnen worden beschreven als een geladen kop en een koolwaterstofstaart. Hun koppen zijn hydrofiel of waterminnend, terwijl hun staarten hydrofoob of waterafstotend zijn.

Een ander voorbeeld van een lipide is cholesterol. Cholesterolen rangschikken zich in stijve ringstructuren van vijf of zes koolstofatomen, met waterstofatomen eraan en een flexibele koolwaterstofstaart. De eerste ring bevat een hydroxylgroep die zich uitstrekt in wateromgevingen van dierlijke celmembranen. De rest van het molecuul is echter onoplosbaar in water.

Meervoudig onverzadigde vetzuren (PUFA's) zijn lipiden die helpen bij de vloeibaarheid van het membraan. PUFA's nemen deel aan celsignalering gerelateerd aan neurale ontsteking en energetisch metabolisme. Ze kunnen neuroprotectieve effecten bieden als omega-3-vetzuren en in deze formulering zijn ze ontstekingsremmend. Voor omega-6-vetzuren kunnen PUFA's ontstekingen veroorzaken.

Sterolen zijn lipiden die worden aangetroffen in plantenmembranen. Glycolipiden zijn lipiden gekoppeld aan koolhydraten en maken deel uit van cellulaire lipidenpools.

Lipiden spelen verschillende rollen in organismen. Lipiden vormen beschermende barrières. Ze omvatten celmembranen en een deel van de structuur van celwanden in planten. Lipiden zorgen voor energieopslag voor planten en dieren. Heel vaak functioneren lipiden naast eiwitten. Lipidefuncties kunnen worden beïnvloed door veranderingen in hun polaire kopgroepen en door hun zijketens.

Fosfolipiden vormen de basis voor lipidedubbellagen, met hun amfipathische aard, die celmembranen vormen. De buitenste laag staat in wisselwerking met water, terwijl de binnenste laag bestaat als een flexibele olieachtige substantie. De vloeibare aard van celmembranen helpt bij hun functie. Lipiden vormen niet alleen plasmamembranen, maar ook cellulaire compartimenten zoals de nucleaire envelop, endoplasmatisch reticulum (ER), Golgi-apparaat en blaasjes.

Lipiden nemen ook deel aan celdeling. Delende cellen reguleren het lipidengehalte afhankelijk van de celcyclus. Ten minste 11 lipiden zijn betrokken bij celcyclusactiviteit. Sfingolipiden spelen een rol bij cytokinese tijdens interfase. Omdat celdeling resulteert in spanning in het plasmamembraan, lijken lipiden te helpen bij mechanische aspecten van deling, zoals membraanstijfheid.

Lipiden bieden beschermende barrières voor gespecialiseerde weefsels zoals zenuwen. De beschermende myelineschede die de zenuwen omringt, bevat lipiden.

Lipiden leveren de grootste hoeveelheid energie uit consumptie, met meer dan twee keer zoveel energie als eiwitten en koolhydraten. Het lichaam breekt vetten af ​​tijdens de spijsvertering, sommige voor onmiddellijke energiebehoeften en andere voor opslag. Het lichaam maakt gebruik van de lipidenopslag voor lichaamsbeweging door lipasen te gebruiken om die lipiden af ​​te breken en uiteindelijk om meer adenosinetrifosfaat (ATP) aan te maken om cellen van energie te voorzien.

In planten bieden zaadoliën zoals triacylglycerolen (TAG's) voedselopslag voor zaadkieming en groei in zowel angiospermen als gymnospermen. Deze oliën worden opgeslagen in olielichamen (OB's) en beschermd door fosfolipiden en eiwitten die oleosines worden genoemd. Al deze stoffen worden geproduceerd door het endoplasmatisch reticulum (ER). Het olielichaam komt uit de ER.

Lipiden geven planten de nodige energie voor hun stofwisselingsprocessen en signalen tussen cellen. Het floëem, een van de belangrijkste transportdelen van planten (samen met het xyleem), bevat lipiden zoals zoals cholesterol, sitosterol, camposterol, stigmasterol en verschillende variërende lipofiele hormonen en moleculen. De verschillende lipiden kunnen een rol spelen bij het signaleren wanneer een plant beschadigd is. Fosfolipiden in planten werken ook als reactie op omgevingsstressoren op de planten en als reactie op pathogene infecties.

Bij dieren dienen lipiden ook als isolatie van de omgeving en als bescherming voor vitale organen. Lipiden zorgen ook voor drijfvermogen en waterdichtheid.

Lipiden, ceramiden genaamd, die op sfingoïden zijn gebaseerd, vervullen belangrijke functies voor de gezondheid van de huid. Ze helpen bij het vormen van de opperhuid, die dient als de buitenste huidlaag die beschermt tegen de omgeving en waterverlies voorkomt. Ceramiden werken als voorlopers voor het metabolisme van sfingolipiden; actief lipidenmetabolisme vindt plaats in de huid. Sphingolipiden vormen structurele en signaallipiden die in de huid worden aangetroffen. Sfingomyelines, gemaakt van ceramiden, komen veel voor in het zenuwstelsel en helpen motorneuronen te overleven.

Lipiden spelen ook een rol bij celsignalering. In het centrale en perifere zenuwstelsel regelen lipiden de vloeibaarheid van membranen en helpen ze bij elektrische signaaloverdracht. Lipiden helpen de synapsen te stabiliseren.

Lipiden zijn essentieel voor groei, een gezond immuunsysteem en voortplanting. Lipiden zorgen ervoor dat het lichaam vitamines in de lever kan opslaan, zoals de in vet oplosbare vitamines A, D, E en K. Cholesterol dient als voorloper van hormonen zoals oestrogeen en testosteron. Het maakt ook galzuren, die vet oplossen. De lever en darmen maken ongeveer 80 procent van cholesterol, terwijl de rest wordt verkregen uit voedsel.

Over het algemeen zijn dierlijke vetten verzadigd en daarom vast, terwijl plantaardige oliën de neiging hebben onverzadigd en dus vloeibaar te zijn. Dieren kunnen geen onverzadigde vetten produceren, dus die vetten moeten worden geconsumeerd door producenten zoals planten en algen. Op hun beurt krijgen dieren die die planten consumeren (zoals koudwatervissen) die heilzame vetten binnen. Onverzadigde vetten zijn de gezondste vetten om te eten, omdat ze het risico op ziekten verminderen. Voorbeelden van deze vetten zijn oliën zoals olijf- en zonnebloemolie, maar ook zaden, noten en vis. Groene bladgroenten zijn ook goede bronnen van onverzadigde vetten in de voeding. De vetzuren in bladeren worden gebruikt in chloroplasten.

Transvetten zijn gedeeltelijk gehydrogeneerde planoliën die lijken op verzadigde vetten. Transvetten werden vroeger gebruikt bij het koken, maar worden nu als ongezond beschouwd voor consumptie.

Verzadigde vetten moeten minder worden geconsumeerd dan onverzadigde vetten, omdat verzadigde vetten het ziekterisico kunnen verhogen. Voorbeelden van verzadigde vetten zijn rood dierlijk vlees en vette zuivelproducten, maar ook kokosolie en palmolie.

Wanneer medische professionals verwijzen naar lipiden als bloedvetten, beschrijft dit het soort vetten dat vaak wordt besproken met betrekking tot cardiovasculaire gezondheid, met name cholesterol. Lipoproteïnen helpen bij het transport van cholesterol door het lichaam. High-density lipoproteïne (HDL) verwijst naar cholesterol dat een "goed" vet is. Het dient om slechte cholesterol via de lever te verwijderen. De "slechte" cholesterolen omvatten LDL, IDL, VLDL en bepaalde triglyceriden. Slechte vetten verhogen het risico op hartaanvallen en beroertes doordat ze zich ophopen als plaque, wat kan leiden tot verstopte slagaders. Daarom is een balans van lipiden cruciaal voor de gezondheid.

Inflammatoire huidaandoeningen kunnen baat hebben bij de consumptie van bepaalde lipiden zoals eicosapentaeenzuur (EPA) en docsahexaeenzuur (DHA). Van EPA is aangetoond dat het het ceramideprofiel van de huid verandert.

Een aantal ziekten houdt verband met lipiden in het menselijk lichaam. Hypertriglyceridemie, een toestand van hoge triglyceriden in het bloed, kan leiden tot pancreatitis. Een aantal geneesmiddelen werkt om triglyceriden te verminderen, bijvoorbeeld door enzymen die bloedvetten afbreken. Bij sommige personen is ook een hoge triglyceridenreductie gevonden door medische suppletie via visolie.

Hypercholesterolemie (hoog cholesterolgehalte in het bloed) kan worden verworven of genetisch bepaald. Personen met familiaire hypercholesterolemie hebben buitengewoon hoge cholesterolwaarden die niet met medicatie onder controle kunnen worden gehouden. Dit verhoogt het risico op een hartaanval en beroerte aanzienlijk, waarbij veel mensen overlijden voordat ze de leeftijd van 50 jaar hebben bereikt.

Genetische ziekten die resulteren in een hoge vetophoping op bloedvaten worden lipidestapelingsziekten genoemd. Deze overmatige vetopslag heeft nadelige gevolgen voor de hersenen en andere delen van het lichaam. Enkele voorbeelden van lipidestapelingsziekten zijn de ziekte van Fabry, de ziekte van Gaucher, de ziekte van Niemann-Pick, de ziekte van Sandhoff en Tay-Sachs. Helaas leiden veel van deze lipidenstapelingsziekten op jonge leeftijd tot ziekte en overlijden.

Lipiden spelen ook een rol bij motorneuronziekten (MND's), aangezien deze aandoeningen niet alleen worden gekenmerkt door motorneurondegeneratie en overlijden, maar ook door problemen met het lipidenmetabolisme. Bij MND's veranderen de structurele lipiden van het centrale zenuwstelsel, en dit beïnvloedt zowel membranen als celsignalering. Hypermetabolisme treedt bijvoorbeeld op bij amyotrofische laterale sclerose (ALS). Er lijkt een verband te bestaan ​​tussen voeding (in dit geval niet genoeg geconsumeerde lipide-calorieën) en het risico op het ontwikkelen van ALS. Hogere lipiden komen overeen met betere resultaten voor ALS-patiënten. Geneesmiddelen die gericht zijn op sfingolipiden worden overwogen als behandelingen voor ALS-patiënten. Er is meer onderzoek nodig om de betrokken mechanismen beter te begrijpen en om de juiste behandelingsopties te bieden.

Bij spinale musculaire atrofie (SMA), een genetische autosomaal recessieve ziekte, worden lipiden niet goed gebruikt voor energie. SMA-individuen hebben een hoge vetmassa bij een lage calorie-inname. Daarom speelt een disfunctie van het lipidenmetabolisme opnieuw een belangrijke rol bij een motorneuronziekte.

Er zijn aanwijzingen dat omega-3-vetzuren een gunstige rol spelen bij degeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson. Dit is niet bewezen voor ALS, en in feite is het tegenovergestelde effect van toxiciteit gevonden in muismodellen.

Wetenschappers blijven nieuwe lipiden ontdekken. Momenteel worden lipiden niet bestudeerd op het niveau van eiwitten en daarom minder begrepen. Veel van de huidige classificatie van lipiden was gebaseerd op scheikundigen en biofysici, met de nadruk op structuur in plaats van functie. Bovendien was het een uitdaging om lipidefuncties te plagen vanwege hun neiging om te combineren met eiwitten. Het is ook moeilijk om de lipidenfunctie in levende cellen op te helderen. Kernmagnetische resonantie (NMR) en massaspectrometrie (MS) leveren enige lipide-identificatie op met behulp van computersoftware. Een betere resolutie in microscopie is echter nodig om inzicht te krijgen in lipidenmechanismen en -functies. In plaats van een groep lipide-extracten te analyseren, is er meer specifieke MS nodig om lipiden uit hun eiwitcomplexen te isoleren. Isotopenlabeling kan dienen om de visualisatie en daarmee de identificatie te verbeteren.

Het is duidelijk dat lipiden, naast hun bekende structurele en energetische eigenschappen, een rol spelen bij belangrijke motorische functies en signalering. Naarmate de technologie verbetert voor het identificeren en visualiseren van lipiden, zal meer onderzoek nodig zijn om de functie van lipiden vast te stellen. Uiteindelijk is de hoop dat markers kunnen worden ontworpen die de lipidenfunctie niet overdreven verstoren. Het kunnen manipuleren van de lipidenfunctie op subcellulair niveau zou een doorbraak in het onderzoek kunnen zijn. Dit zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de wetenschap op vrijwel dezelfde manier als eiwitonderzoek. Op hun beurt zouden er nieuwe medicijnen kunnen worden gemaakt die mogelijk mensen kunnen helpen die aan lipidenstoornissen lijden.