Липиды: определение, структура, функции и примеры

Липиды включают группу соединений, таких как жиры, масла, стероиды и воски, обнаруженные в живых организмах. И прокариоты, и эукариоты обладают липидами, которые играют важную биологическую роль, такую ​​как формирование мембран, защита, изоляция, накопление энергии, деление клеток и многое другое. В медицине липиды относятся к жирам в крови.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Липиды - это жиры, масла, стероиды и воски, содержащиеся в живых организмах. Липиды выполняют множество функций у разных видов, для хранения энергии, защиты, изоляции, деления клеток и других важных биологических функций.

Структура липидов

Липиды состоят из триглицерида, который состоит из спирта глицерина и жирных кислот. Дополнения к этой основной структуре приводят к большому разнообразию липидов. На данный момент открыто более 10 000 видов липидов, и многие из них работают с огромным разнообразием белков для клеточного метаболизма и транспорта материалов. Липиды значительно меньше белков.

Примеры липидов

Жирные кислоты - это один из типов липидов, которые также служат строительными блоками для других липидов. Жирные кислоты содержат карбоксильные (-COOH) группы, связанные с углеродной цепью с присоединенными атомами водорода. Эта цепь нерастворима в воде. Жирные кислоты могут быть насыщенными или ненасыщенными. Насыщенные жирные кислоты имеют одинарные углеродные связи, тогда как ненасыщенные жирные кислоты имеют двойные углеродные связи. Когда насыщенные жирные кислоты сочетаются с триглицеридами, это приводит к твердым жирам при комнатной температуре. Это потому, что их структура заставляет их плотно упаковываться. Напротив, ненасыщенные жирные кислоты в сочетании с триглицеридами имеют тенденцию давать жидкие масла. Изогнутая структура ненасыщенных жиров дает более рыхлое и жидкое вещество при комнатной температуре.

instagram story viewer

Фосфолипиды состоят из триглицерида с фосфатной группой, замещенной жирной кислотой. Их можно описать как имеющие заряженную голову и углеводородный хвост. Их головы гидрофильны или водолюбивы, тогда как их хвосты гидрофобны или отталкивают воду.

Другой пример липидов - холестерин. Холестерины образуют жесткие кольцевые структуры из пяти или шести атомов углерода с присоединенными атомами водорода и гибким углеводородным хвостом. Первое кольцо содержит гидроксильную группу, которая распространяется в водную среду мембран клеток животных. Однако остальная часть молекулы нерастворима в воде.

Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) - это липиды, которые способствуют текучести мембран. ПНЖК участвуют в передаче клеточных сигналов, связанных с нервным воспалением и энергетическим метаболизмом. Они могут оказывать нейрозащитное действие, как омега-3 жирные кислоты, и в этом составе они обладают противовоспалительным действием. Что касается жирных кислот омега-6, ПНЖК могут вызывать воспаление.

Стерины - это липиды, содержащиеся в мембранах растений. Гликолипиды - это липиды, связанные с углеводами, которые входят в состав липидных пулов клеток.

Функции липидов

Липиды играют в организмах несколько ролей. Липиды создают защитные барьеры. Они включают клеточные мембраны и часть структуры клеточных стенок растений. Липиды обеспечивают хранение энергии растениям и животным. Довольно часто липиды действуют вместе с белками. На функции липидов могут влиять изменения их полярных головных групп, а также их боковых цепей.

Фосфолипиды формируют основу липидных бислоев с их амфипатической природой, из которых состоят клеточные мембраны. Внешний слой взаимодействует с водой, в то время как внутренний слой существует в виде гибкого маслянистого вещества. Жидкая природа клеточных мембран помогает в их функции. Липиды составляют не только плазматические мембраны, но и клеточные компартменты, такие как ядерная оболочка, эндоплазматический ретикулум (ER), аппарат Гольджи и везикулы.

Липиды также участвуют в делении клеток. Делящиеся клетки регулируют содержание липидов в зависимости от клеточного цикла. По крайней мере, 11 липидов участвуют в активности клеточного цикла. Сфинголипиды играют роль в цитокинезе во время интерфазы. Поскольку деление клеток приводит к натяжению плазматической мембраны, липиды, по-видимому, помогают с механическими аспектами деления, такими как жесткость мембраны.

Липиды создают защитные барьеры для специализированных тканей, таких как нервы. Защитная миелиновая оболочка, окружающая нервы, содержит липиды.

Липиды обеспечивают наибольшее количество энергии от потребления, имея более чем в два раза больше энергии, чем белки и углеводы. Организм расщепляет жиры в процессе пищеварения, некоторые из которых используются для немедленных энергетических нужд, а другие для хранения. Организм использует запасы липидов для физических упражнений, используя липазы для расщепления этих липидов и, в конечном итоге, для производства большего количества аденозинтрифосфата (АТФ) для питания клеток.

В растениях масла из семян, такие как триацилглицерины (ТАГ), служат хранилищем пищи для прорастания семян и роста как покрытосеменных, так и голосеменных растений. Эти масла хранятся в масляных телах (ОВ) и защищены фосфолипидами и белками, называемыми олеозинами. Все эти вещества производятся эндоплазматическим ретикулумом (ЭР). Почки масляного тела из ER.

Липиды дают растениям необходимую энергию для их метаболических процессов и передачи сигналов между клетками. Флоэма, одна из основных транспортных частей растений (наряду с ксилемой), содержит такие липиды, как как холестерин, ситостерин, кампостерин, стигмастерин и несколько различных липофильных гормонов и молекулы. Различные липиды могут играть роль в передаче сигналов о повреждении растения. Фосфолипиды в растениях также действуют в ответ на стрессоры окружающей среды, воздействующие на растения, а также в ответ на инфекции, вызываемые патогенами.

У животных липиды также служат изоляцией от окружающей среды и защитой жизненно важных органов. Липиды также обеспечивают плавучесть и водонепроницаемость.

Липиды, называемые церамидами, на основе сфингоидов, выполняют важные функции для здоровья кожи. Они помогают формировать эпидермис, который служит внешним слоем кожи, защищающим от окружающей среды и предотвращающим потерю воды. Керамиды действуют как предшественники метаболизма сфинголипидов; в коже происходит активный липидный обмен. Сфинголипиды составляют структурные и сигнальные липиды, обнаруженные в коже. Сфингомиелины, изготовленные из керамидов, преобладают в нервной системе и помогают выжить мотонейронам.

Липиды также играют роль в передаче сигналов клетками. В центральной и периферической нервной системе липиды контролируют текучесть мембран и способствуют передаче электрических сигналов. Липиды помогают стабилизировать синапсы.

Липиды необходимы для роста, здоровой иммунной системы и репродукции. Липиды позволяют организму накапливать в печени витамины, такие как жирорастворимые витамины A, D, E и K. Холестерин служит предшественником таких гормонов, как эстроген и тестостерон. Он также вырабатывает желчные кислоты, которые растворяют жир. Печень и кишечник производят примерно 80 процентов холестерина, а остальное поступает с пищей.

Липиды и здоровье

Обычно животные жиры насыщенные и, следовательно, твердые, тогда как растительные масла имеют тенденцию быть ненасыщенными и, следовательно, жидкими. Животные не могут производить ненасыщенные жиры, поэтому эти жиры должны потребляться от производителей, таких как растения и водоросли. В свою очередь, животные, которые едят эти растения (например, холодноводную рыбу), получают эти полезные жиры. Ненасыщенные жиры - самые полезные для здоровья жиры, поскольку они снижают риск заболеваний. Примеры этих жиров включают масла, такие как оливковое и подсолнечное масла, а также семена, орехи и рыбу. Листовые зеленые овощи также являются хорошим источником пищевых ненасыщенных жиров. Жирные кислоты в листьях используются в хлоропластах.

Трансжиры - это частично гидрогенизированные растительные масла, напоминающие насыщенные жиры. Трансжиры, которые раньше использовались в кулинарии, теперь считаются вредными для здоровья.

Насыщенные жиры следует потреблять меньше, чем ненасыщенные, поскольку насыщенные жиры могут увеличить риск заболевания. Примеры насыщенных жиров включают красное мясо животных и жирные молочные продукты, а также кокосовое масло и пальмовое масло.

Когда медицинские работники называют липиды жирами крови, это относится к типу жиров, которые часто обсуждаются в отношении здоровья сердечно-сосудистой системы, особенно к холестерину. Липопротеины помогают переносить холестерин в организм. Липопротеины высокой плотности (ЛПВП) относятся к холестерину, который является «хорошим» жиром. Он помогает выводить плохой холестерин через печень. «Плохие» холестерины включают ЛПНП, ЛПОНП, ЛПОНП и некоторые триглицериды. Плохие жиры увеличивают риск сердечного приступа и инсульта из-за их накопления в виде бляшек, что может привести к закупорке артерий. Поэтому баланс липидов имеет решающее значение для здоровья.

При воспалительных заболеваниях кожи может помочь потребление определенных липидов, таких как эйкозапентаеновая кислота (EPA) и доксагексаеновая кислота (DHA). Было показано, что EPA изменяет профиль церамидов кожи.

Ряд заболеваний связан с липидами в организме человека. Гипертриглицеридемия, состояние высокого уровня триглицеридов в крови, может привести к панкреатиту. Ряд лекарств снижает уровень триглицеридов, например, за счет ферментов, разлагающих жиры в крови. У некоторых людей было обнаружено высокое снижение уровня триглицеридов при приеме медицинских добавок с рыбьим жиром.

Гиперхолестеринемия (высокий уровень холестерина в крови) может быть приобретенной или генетической. Люди с семейной гиперхолестеринемией обладают чрезвычайно высокими значениями холестерина, которые невозможно контролировать с помощью лекарств. Это значительно увеличивает риск сердечного приступа и инсульта, при этом многие люди умирают, не дожив до 50 лет.

Генетические заболевания, которые приводят к накоплению большого количества липидов в кровеносных сосудах, называются болезнями накопления липидов. Это чрезмерное накопление жира оказывает вредное воздействие на мозг и другие части тела. Некоторые примеры болезней накопления липидов включают болезнь Фабри, болезнь Гоше, болезнь Ниманна-Пика, болезнь Сандхоффа и болезнь Тея-Сакса. К сожалению, многие из этих болезней накопления липидов приводят к болезням и смерти в молодом возрасте.

Липиды также играют роль в заболеваниях двигательных нейронов (БДН), поскольку эти состояния характеризуются не только дегенерацией и гибелью двигательных нейронов, но и проблемами с метаболизмом липидов. При БДН изменяются структурные липиды центральной нервной системы, и это влияет как на мембраны, так и на передачу сигналов клеток. Например, гиперметаболизм возникает при боковом амиотрофическом склерозе (БАС). По-видимому, существует связь между питанием (в данном случае, недостаточным потреблением липидных калорий) и риском развития БАС. Более высокие липиды соответствуют лучшим результатам для пациентов с БАС. Лекарства, нацеленные на сфинголипиды, рассматриваются как средства лечения пациентов с БАС. Необходимы дополнительные исследования, чтобы лучше понять задействованные механизмы и предложить правильные варианты лечения.

При спинальной мышечной атрофии (СМА), генетическом аутосомно-рецессивном заболевании, липиды не используются должным образом для получения энергии. Люди с СМА обладают высокой жировой массой при низком потреблении калорий. Следовательно, опять же, дисфункция липидного обмена играет важную роль в заболевании двигательных нейронов.

Существуют доказательства того, что жирные кислоты омега-3 играют полезную роль при таких дегенеративных заболеваниях, как болезни Альцгеймера и Паркинсона. Доказано, что это не так для БАС, и фактически противоположный эффект токсичности был обнаружен на моделях мышей.

Текущие исследования липидов

Ученые продолжают открывать новые липиды. В настоящее время липиды не изучены на уровне белков и поэтому менее изучены. Большая часть нынешней классификации липидов опирается на химиков и биофизиков с упором на структуру, а не на функцию. Кроме того, было сложно выявить функции липидов из-за их тенденции соединяться с белками. Также трудно выяснить функцию липидов в живых клетках. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и масс-спектрометрия (МС) позволяют идентифицировать липиды с помощью компьютерного программного обеспечения. Однако для понимания механизмов и функций липидов необходимо лучшее разрешение микроскопии. Вместо анализа группы липидных экстрактов потребуется более специфический МС для выделения липидов из их белковых комплексов. Маркировка изотопов может улучшить визуализацию и, следовательно, идентификацию.

Ясно, что липиды, в дополнение к их известным структурным и энергетическим характеристикам, играют роль в важных моторных функциях и передаче сигналов. По мере совершенствования технологий идентификации и визуализации липидов потребуются дополнительные исследования для определения функции липидов. В конце концов, есть надежда, что можно будет разработать маркеры, которые не нарушали бы чрезмерно липидную функцию. Возможность манипулировать липидной функцией на субклеточных уровнях может стать прорывом в исследованиях. Это могло бы произвести революцию в науке так же, как и исследования белков. В свою очередь, могут быть созданы новые лекарства, которые потенциально могут помочь тем, кто страдает липидными нарушениями.

Teachs.ru
  • Доля
instagram viewer