Lipider: definisjon, struktur, funksjon og eksempler

Lipider består av en gruppe forbindelser som fett, oljer, steroider og voks som finnes i levende organismer. Både prokaryoter og eukaryoter har lipider, som spiller mange viktige roller biologisk, slik som membrandannelse, beskyttelse, isolasjon, energilagring, celledeling og mer. I medisin refererer lipider til blodfett.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Lipider betegner fett, oljer, steroider og voks som finnes i levende organismer. Lipider tjener flere funksjoner på tvers av arter, for energilagring, beskyttelse, isolasjon, celledeling og andre viktige biologiske roller.

Lipider er laget av et triglyserid som er laget av alkoholen glyserol, pluss fettsyrer. Tilsetninger til denne grunnleggende strukturen gir stort mangfold i lipider. Over 10 000 typer lipider har blitt oppdaget så langt, og mange jobber med et stort mangfold av proteiner for cellulær metabolisme og materialtransport. Lipider er betydelig mindre enn proteiner.

Fettsyrer er en type lipider og fungerer også som byggesteiner for andre lipider. Fettsyrer inneholder karboksyl (-COOH) grupper bundet til en karbonkjede med tilknyttede hydrogener. Denne kjeden er vannuoppløselig. Fettsyrer kan være mettede eller umettede. Mettede fettsyrer har enkle karbonbindinger, mens umettede fettsyrer har doble karbonbindinger. Når mettede fettsyrer kombineres med triglyserider, resulterer dette i fast fett ved romtemperatur. Dette er fordi strukturen deres får dem til å pakke sammen tett. I kontrast har umettede fettsyrer kombinert med triglyserider en tendens til å gi flytende oljer. Den kinkede strukturen til umettet fett gir en løsere, mer flytende substans ved romtemperatur.

Fosfolipider er laget av et triglyserid med en fosfatgruppe erstattet av en fettsyre. De kan beskrives som å ha et ladet hode og hydrokarbonhale. Hodene deres er hydrofile eller vannelskende, mens halene er hydrofobe eller frastøtende mot vann.

Et annet eksempel på lipid er kolesterol. Kolesteroler arrangeres i stive ringstrukturer med fem eller seks karbonatomer, med hydrogener festet og en fleksibel hydrokarbonhale. Den første ringen inneholder en hydroksylgruppe som strekker seg ut i vannmiljøer av dyrecellemembraner. Resten av molekylet er imidlertid vannuoppløselig.

Flerumettede fettsyrer (PUFA) er lipider som hjelper til med membranfluiditet. PUFA deltar i cellesignalering relatert til nevral betennelse og energisk metabolisme. De kan gi nevrobeskyttende effekter som omega-3 fettsyrer, og i denne formuleringen er de betennelsesdempende. For omega-6 fettsyrer kan PUFA forårsake betennelse.

Steroler er lipider som finnes i plantemembraner. Glykolipider er lipider knyttet til karbohydrater og er en del av cellulære lipidbassenger.

Lipider spiller flere roller i organismer. Lipider utgjør beskyttende barrierer. De består av cellemembraner og noe av strukturen til cellevegger i planter. Lipider gir energi til planter og dyr. Ganske ofte fungerer lipider sammen med proteiner. Lipidfunksjoner kan påvirkes av endringer i polarhodegruppene så vel som sidekjedene.

Fosfolipider danner grunnlaget for lipid-dobbeltlag, med sin amfipatiske natur, som utgjør cellemembraner. Det ytre laget samhandler med vann mens det indre laget eksisterer som en fleksibel oljeaktig substans. Den flytende naturen til cellemembraner hjelper til med deres funksjon. Lipider utgjør ikke bare plasmamembraner, men også cellulære rom som kjernekapslingen, endoplasmatisk retikulum (ER), Golgi-apparat og vesikler.

Lipider deltar også i celledeling. Delende celler regulerer lipidinnholdet avhengig av cellesyklusen. Minst 11 lipider er involvert i cellesyklusaktivitet. Sfingolipider spiller en rolle i cytokinese under interfase. Fordi celledeling resulterer i plasmamembranspenning, ser det ut til at lipider hjelper til med mekaniske aspekter av deling som membranstivhet.

Lipider gir beskyttende barrierer for spesialiserte vev som nerver. Den beskyttende myelinskjeden rundt nervene inneholder lipider.

Lipider gir den største mengden energi fra forbruk, og har mer enn dobbelt så mye energi som proteiner og karbohydrater. Kroppen bryter ned fett i fordøyelsen, noen for umiddelbar energibehov og andre for lagring. Kroppen trekker på lipidlagringen for trening ved å bruke lipaser for å bryte ned lipidene, og til slutt for å lage mer adenosintrifosfat (ATP) til å drive celler.

I planter gir frøoljer som triacylglyseroler (TAG) matlagring for frøspiring og vekst i både angiospermer og gymnospermer. Disse oljene lagres i oljelegemer (OB) og beskyttes av fosfolipider og proteiner som kalles oleosiner. Alle disse stoffene er produsert av endoplasmatisk retikulum (ER). Oljekroppen knopper fra ER.

Lipider gir planter den nødvendige energien for metabolske prosesser og signaler mellom cellene. Floemet, en av de viktigste transportdelene av planter (sammen med xylem), inneholder lipider slik som kolesterol, sitosterol, camposterol, stigmasterol og flere forskjellige lipofile hormoner og molekyler. De forskjellige lipidene kan spille en rolle i signaliseringen når en plante blir skadet. Fosfolipider i planter fungerer også som respons på miljøstressorer på plantene så vel som som respons på patogeninfeksjoner.

Hos dyr fungerer lipider også som isolasjon fra miljøet og som beskyttelse for vitale organer. Lipider gir også oppdrift og vanntetting.

Lipider kalt ceramides, som er sfingoidbaserte, utfører viktige funksjoner for hudens helse. De hjelper til med å danne overhuden, som fungerer som det ytterste hudlaget som beskytter mot miljøet og forhindrer vanntap. Ceramider fungerer som forløpere for sfingolipidmetabolisme; aktiv lipidmetabolisme forekommer i huden. Sfingolipider utgjør strukturelle og signaliserende lipider som finnes i huden. Sfingomyeliner, laget av ceramider, er utbredt i nervesystemet og hjelper motoriske nevroner å overleve.

Lipider spiller også en rolle i cellesignalering. I det sentrale og perifere nervesystemet kontrollerer lipider membranens fluiditet og hjelper til med elektriske signaloverføringer. Lipider hjelper til med å stabilisere synapser.

Lipider er essensielle for vekst, et sunt immunsystem og reproduksjon. Lipider tillater kroppen å lagre vitaminer i leveren, for eksempel de fettløselige vitaminene A, D, E og K. Kolesterol fungerer som en forløper for hormoner som østrogen og testosteron. Det lager også gallsyrer, som løser opp fett. Leveren og tarmene utgjør omtrent 80 prosent av kolesterolet, mens resten er hentet fra mat.

Generelt er animalsk fett mettet og derfor fast, mens planteoljer har en tendens til å være umettet og derfor flytende. Dyr kan ikke produsere umettet fett, så disse fettene må konsumeres fra produsenter som planter og alger. I sin tur får dyr som spiser disse planteforbrukerne (som kaldtvannsfisk) de fordelaktige fettene. Umettet fett er det sunneste fettet å spise da det reduserer risikoen for sykdommer. Eksempler på disse fettene inkluderer oljer som olivenolje og solsikkeoljer, så vel som frø, nøtter og fisk. Grønne grønnsaker er også gode kilder til umettet fett i kosten. Fettsyrene i bladene brukes i kloroplaster.

Trans-fett er delvis hydrogenerte planoljer som ligner mettet fett. Tidligere brukt i matlaging, anses transfett nå som usunt for forbruk.

Mettet fett bør konsumeres mindre enn umettet fett, da mettet fett kan øke sykdomsrisikoen. Eksempler på mettet fett inkluderer rødt dyrekjøtt og fete meieriprodukter samt kokosnøttolje og palmeolje.

Når medisinske fagpersoner omtaler lipider som blodfett, beskriver dette typen fett ofte diskutert angående kardiovaskulær helse, særlig kolesterol. Lipoproteiner hjelper til med å transportere kolesterol gjennom kroppen. High-density lipoprotein (HDL) refererer til kolesterol som er et “godt” fett. Det tjener til å fjerne dårlig kolesterol via leveren. De "dårlige" kolesterolene inkluderer LDL, IDL, VLDL og visse triglyserider. Dårlig fett øker hjerteinfarkt og hjerneslagrisiko på grunn av akkumulering som plakk, noe som kan føre til tette arterier. Derfor er en balanse av lipider avgjørende for helsen.

Inflammatoriske hudsykdommer kan ha nytte av inntaket av visse lipider som eikosapentaensyre (EPA) og doksaheksaensyre (DHA). EPA har vist seg å endre hudens ceramidprofil.

En rekke sykdommer er relatert til lipider i menneskekroppen. Hypertriglyseridemi, en tilstand av høye triglyserider i blodet, kan føre til pankreatitt. En rekke medisiner arbeider for å redusere triglyserider, for eksempel av enzymer som nedbryter blodfett. Høy triglyseridreduksjon har også blitt funnet hos noen individer ved medisinsk tilskudd via fiskeolje.

Hyperkolesterolemi (høyt kolesterol i blodet) kan anskaffes eller genetisk. Personer med familiær hyperkolesterolemi har ekstraordinært høye kolesterolverdier som ikke kan kontrolleres via medisiner. Dette øker risikoen for hjerteinfarkt og hjerneslag, med mange individer som dør før de fyller 50 år.

Genetiske sykdommer som resulterer i høy lipidakkumulering i blodårene blir referert til som lipidlagringssykdommer. Denne overdrevne fettlagringen gir skadelige effekter for hjernen og andre deler av kroppen. Noen eksempler på lipidlagringssykdommer inkluderer Fabry sykdom, Gauchers sykdom, Niemann-Pick sykdom, Sandhoff sykdom og Tay-Sachs. Dessverre resulterer mange av disse lipidlagringssykdommene i sykdom og død i ung alder.

Lipider spiller også en rolle i motorneuronsykdommer (MNDs), da disse tilstandene ikke bare er preget av motorisk neuron degenerasjon og død, men også problemer med lipidmetabolisme. I MND endrer sentralnervesystemets strukturelle lipider, og dette påvirker både membraner og cellesignalering. For eksempel forekommer hypermetabolisme med amyotrofisk lateral sklerose (ALS). Det ser ut til å være en sammenheng mellom ernæring (i dette tilfellet ikke nok lipidkalorier som forbrukes) og risiko for å utvikle ALS. Høyere lipider tilsvarer bedre resultater for ALS-pasienter. Legemidler som er rettet mot sfingolipider blir ansett som behandlinger for ALS-pasienter. Mer forskning er nødvendig for å bedre forstå mekanismene som er involvert og for å gi riktige behandlingsalternativer.

I spinal muskelatrofi (SMA), en genetisk autosomal recessiv sykdom, brukes ikke lipider riktig for energi. SMA-individer har høy fettmasse i et lavt kaloriinntak. Derfor spiller lipidmetabolismedysfunksjon igjen en viktig rolle i en motorneuronsykdom.

Det finnes bevis for omega-3 fettsyrer som spiller en gunstig rolle i slike degenerative sykdommer som Alzheimers og Parkinsons sykdommer. Dette har ikke vist seg å være tilfelle for ALS, og faktisk er motsatt effekt av toksisitet funnet i musemodeller.

Forskere fortsetter å oppdage nye lipider. For tiden studeres ikke lipider på proteinnivå og er derfor mindre forstått. Mye av den nåværende lipidklassifiseringen er avhengig av kjemikere og biofysikere, med vekt på struktur i stedet for funksjon. I tillegg har det vært utfordrende å erte lipidfunksjonene på grunn av deres tendens til å kombinere med proteiner. Det er også vanskelig å belyse lipidfunksjonen i levende celler. Kjernemagnetisk resonans (NMR) og massespektrometri (MS) gir litt lipididentifikasjon ved hjelp av dataprogramvare. Imidlertid er bedre oppløsning i mikroskopi nødvendig for å få innsikt i lipidmekanismer og funksjoner. I stedet for å analysere en gruppe lipideekstrakter, vil det være behov for mer spesifikk MS for å isolere lipider fra deres proteinkomplekser. Isotopmerking kan tjene til å forbedre visualisering og dermed identifisering.

Det er klart at lipider, i tillegg til deres kjente strukturelle og energiske egenskaper, spiller en rolle i viktige motorfunksjoner og signalisering. Etter hvert som teknologien forbedres for å identifisere og visualisere lipider, vil det være behov for mer forskning for å fastslå lipidfunksjonen. Til slutt er håpet at markører kan utformes som ikke vil forstyrre lipidfunksjonen. Å kunne manipulere lipidfunksjonen på subcellulære nivåer kan gi et gjennombrudd i forskningen. Dette kan revolusjonere vitenskapen på omtrent samme måte som proteinforskning har. I sin tur kan det lages nye medisiner som potensielt kan hjelpe de som lider av lipidforstyrrelser.