Lipidy: definícia, štruktúra, funkcia a príklady

Lipidy zahŕňajú skupinu zlúčenín, ako sú tuky, oleje, steroidy a vosky nachádzajúce sa v živých organizmoch. Prokaryoty aj eukaryoty majú lipidy, ktoré majú biologicky veľa dôležitých úloh, ako je tvorba membrány, ochrana, izolácia, skladovanie energie, delenie buniek a ďalšie. V medicíne lipidy označujú tuky v krvi.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Lipidy označujú tuky, oleje, steroidy a vosky nachádzajúce sa v živých organizmoch. Lipidy slúžia rôznym funkciám medzi druhmi, napríklad na ukladanie, ochranu, izoláciu, bunkové delenie a ďalšie dôležité biologické úlohy.

Lipidy sú vyrobené z triglyceridu, ktorý je vyrobený z alkoholu glycerolu a mastných kyselín. Dodatky k tejto základnej štruktúre poskytujú veľkú rozmanitosť lipidov. Doteraz bolo objavených viac ako 10 000 druhov lipidov a mnohé z nich pracujú s obrovskou rozmanitosťou proteínov pre bunkový metabolizmus a transport materiálu. Lipidy sú podstatne menšie ako bielkoviny.

Mastné kyseliny sú jedným typom lipidov a slúžia ako stavebné prvky aj pre ďalšie lipidy. Mastné kyseliny obsahujú karboxylové (-COOH) skupiny viazané na uhlíkový reťazec s pripojenými vodíkmi. Tento reťazec je nerozpustný vo vode. Mastné kyseliny môžu byť nasýtené alebo nenasýtené. Nasýtené mastné kyseliny majú jednoduché uhlíkové väzby, zatiaľ čo nenasýtené mastné kyseliny majú dvojité uhlíkové väzby. Ak sa nasýtené mastné kyseliny spoja s triglyceridmi, vzniknú pri izbovej teplote tuhé tuky. Je to preto, lebo ich štruktúra spôsobuje, že sa navzájom pevne spájajú. Naproti tomu nenasýtené mastné kyseliny v kombinácii s triglyceridmi majú tendenciu poskytovať tekuté oleje. Zlomená štruktúra nenasýtených tukov poskytuje pri izbovej teplote voľnejšiu a tekutejšiu látku.

Fosfolipidy sú vyrobené z triglyceridu s fosfátovou skupinou substituovanou za mastnú kyselinu. Môžu byť opísané ako vozidlá s nabitou hlavou a uhľovodíkovým chvostom. Ich hlavy sú hydrofilné alebo milujúce vodu, zatiaľ čo ich chvosty sú hydrofóbne alebo odpudzujú vodu.

Ďalším príkladom lipidu je cholesterol. Cholesteroly sú usporiadané do tuhých kruhových štruktúr s piatimi alebo šiestimi atómami uhlíka, s pripojenými vodíkmi a pružným uhľovodíkovým zakončením. Prvý kruh obsahuje hydroxylovú skupinu, ktorá siaha do vodného prostredia bunkových membrán živočíchov. Zvyšok molekuly je však nerozpustný vo vode.

Polynenasýtené mastné kyseliny (PUFA) sú lipidy, ktoré napomáhajú tekutosti membrány. PUFA sa podieľajú na bunkovej signalizácii súvisiacej s nervovým zápalom a energetickým metabolizmom. Môžu poskytnúť neuroprotektívne účinky ako omega-3 mastné kyseliny a v tomto zložení pôsobia protizápalovo. Pre omega-6 mastné kyseliny môžu PUFA spôsobiť zápal.

Steroly sú lipidy nachádzajúce sa v rastlinných membránach. Glykolipidy sú lipidy spojené s uhľohydrátmi a sú súčasťou bunkových lipidových zásob.

Lipidy majú v organizmoch niekoľko úloh. Lipidy tvoria ochranné bariéry. Zahŕňajú bunkové membrány a časť štruktúry bunkových stien v rastlinách. Lipidy zabezpečujú skladovanie energie pre rastliny a zvieratá. Pomerne často lipidy fungujú popri bielkovinách. Lipidové funkcie môžu byť ovplyvnené zmenami v ich skupinách polárnych hláv a tiež v ich bočných reťazcoch.

Fosfolipidy tvoria základ pre lipidové dvojvrstvy, ktoré majú amfipatickú povahu a tvoria bunkové membrány. Vonkajšia vrstva interaguje s vodou, zatiaľ čo vnútorná vrstva existuje ako pružná olejovitá látka. Kvapalná povaha bunkových membrán napomáha ich funkcii. Lipidy netvoria len plazmatické membrány, ale aj bunkové kompartmenty, ako je jadrový obal, endoplazmatické retikulum (ER), Golgiho aparát a vezikuly.

Lipidy sa tiež podieľajú na delení buniek. Deliace sa bunky regulujú obsah lipidov v závislosti od bunkového cyklu. Na aktivite bunkového cyklu sa podieľa najmenej 11 lipidov. Sfingolipidy hrajú úlohu v cytokinéze počas medzifázy. Pretože výsledkom bunkového delenia je napätie plazmatickej membrány, zdá sa, že lipidy pomáhajú s mechanickými aspektmi delenia, ako je napríklad tuhosť membrány.

Lipidy poskytujú ochranné bariéry pre špecializované tkanivá, ako sú nervy. Ochranný myelínový obal obklopujúci nervy obsahuje lipidy.

Lipidy poskytujú najväčšie množstvo energie zo spotreby, pričom majú viac ako dvojnásobné množstvo energie ako bielkoviny a sacharidy. Telo štiepi tuky pri trávení, niektoré pre okamžitú potrebu energie a iné pre ukladanie. Telo využíva lipidy na ukladanie cvičení pomocou lipáz na odbúravanie týchto lipidov a nakoniec na výrobu väčšieho množstva adenozíntrifosfátu (ATP) v energetických bunkách.

V rastlinách poskytujú oleje zo semien, ako sú triacylglyceroly (TAG), skladovanie potravy pre klíčenie a rast semien v krytosemenných rastlinách aj v gymnospermoch. Tieto oleje sú uložené v olejových telieskach (OB) a chránené fosfolipidmi a bielkovinami nazývanými oleozíny. Všetky tieto látky sú produkované endoplazmatickým retiklom (ER). Olejové telo púčiky z ER.

Lipidy dodávajú rastlinám potrebnú energiu pre ich metabolické procesy a signály medzi bunkami. Floém, ktorý je jednou z hlavných transportných častí rastlín (spolu s xylémom), obsahuje napríklad lipidy ako cholesterol, sitosterol, kamposterol, stigmasterol a niekoľko rôznych lipofilných hormónov a molekuly. Rôzne lipidy môžu hrať úlohu v signalizácii poškodenia rastliny. Fosfolipidy v rastlinách tiež pôsobia ako reakcia na environmentálne stresory rastlín, ako aj ako reakcia na patogénne infekcie.

U zvierat lipidy slúžia aj ako izolácia od životného prostredia a ako ochrana životne dôležitých orgánov. Lipidy tiež poskytujú vztlak a hydroizoláciu.

Lipidy nazývané ceramidy, ktoré sú založené na sfingoidoch, plnia dôležité funkcie pre zdravie pokožky. Pomáhajú formovať pokožku, ktorá slúži ako vonkajšia vrstva pokožky a chráni pred okolitým prostredím a zabraňuje strate vody. Ceramidy pôsobia ako prekurzory metabolizmu sfingolipidov; v pokožke dochádza k aktívnemu metabolizmu lipidov. Sfingolipidy tvoria štrukturálne a signálne lipidy nachádzajúce sa v koži. Sfingomyelíny vyrobené z ceramidov prevládajú v nervovom systéme a pomáhajú prežiť motorické neuróny.

Lipidy tiež zohrávajú úlohu v bunkovej signalizácii. V centrálnom a periférnom nervovom systéme lipidy riadia tekutosť membrán a napomáhajú prenosu elektrického signálu. Lipidy pomáhajú stabilizovať synapsie.

Lipidy sú nevyhnutné pre rast, zdravý imunitný systém a reprodukciu. Lipidy umožňujú telu ukladať vitamíny v pečeni, ako sú vitamíny A, D, E a K. rozpustné v tukoch. Cholesterol slúži ako prekurzor hormónov ako estrogén a testosterón. Ďalej vyrába žlčové kyseliny, ktoré rozpúšťajú tuk. Pečeň a črevá tvoria približne 80 percent cholesterolu, zatiaľ čo zvyšok sa získava z potravy.

Všeobecne sú živočíšne tuky nasýtené, a teda tuhé, zatiaľ čo rastlinné oleje majú tendenciu byť nenasýtené, a preto tekuté. Zvieratá nemôžu produkovať nenasýtené tuky, takže tieto tuky musia konzumovať od výrobcov, ako sú rastliny a riasy. Zvieratá, ktoré konzumujú týchto rastlinných konzumentov (napríklad ryby so studenou vodou), zase získavajú tieto prospešné tuky. Nenasýtené tuky sú najzdravšie tuky, ktoré konzumujú, pretože znižujú riziko chorôb. Medzi príklady týchto tukov patria oleje ako olivový a slnečnicový olej, semená, orechy a ryby. Listová zelená zelenina je tiež dobrým zdrojom stravovacích nenasýtených tukov. Mastné kyseliny v listoch sa používajú v chloroplastoch.

Trans-tuky sú čiastočne hydrogenované mastné oleje, ktoré sa podobajú nasýteným tukom. Trans-tuky, ktoré sa predtým používali pri varení, sa dnes považujú za nezdravé pri konzumácii.

Nasýtené tuky by sa mali konzumovať menej ako nenasýtené tuky, pretože nasýtené tuky môžu zvyšovať riziko ochorenia. Príklady nasýtených tukov zahŕňajú červené mäso zo zvierat a mastné mliečne výrobky, ako aj kokosový olej a palmový olej.

Keď odborníci v zdravotníctve označujú lipidy ako krvné tuky, opisuje to druh tukov, o ktorých sa často hovorí v súvislosti s kardiovaskulárnym zdravím, najmä s cholesterolom. Lipoproteíny pomáhajú pri transporte cholesterolu v tele. Lipoproteín s vysokou hustotou (HDL) označuje cholesterol, ktorý je „dobrým“ tukom. Slúži na odstránenie zlého cholesterolu v pečeni. Medzi „zlé“ cholesterolu patria LDL, IDL, VLDL a určité triglyceridy. Zlé tuky zvyšujú riziko srdcového infarktu a mozgovej príhody v dôsledku ich hromadenia ako plaku, čo môže viesť k upchatiu tepien. Preto je rovnováha lipidov rozhodujúca pre zdravie.

Zápalové ochorenia kože môžu mať úžitok z konzumácie určitých lipidov, ako sú kyselina eikosapentaénová (EPA) a kyselina docsahexaenová (DHA). Ukázalo sa, že EPA mení profil ceramidu pokožky.

S lipidmi v ľudskom tele súvisí množstvo chorôb. Hypertriglyceridémia, stav vysokých triglyceridov v krvi, môže viesť k pankreatitíde. Na zníženie triglyceridov účinkuje množstvo liekov, napríklad enzýmami, ktoré odbúravajú krvné tuky. Vysoká redukcia triglyceridov sa zistila aj u niektorých jedincov doplnením liekov prostredníctvom rybieho oleja.

Hypercholesterolémia (vysoká hladina cholesterolu v krvi) môže byť získaná alebo genetická. Jedinci s familiárnou hypercholesterolémiou majú mimoriadne vysoké hodnoty cholesterolu, ktoré nie je možné regulovať pomocou liekov. To výrazne zvyšuje riziko srdcového infarktu a mozgovej príhody, pretože mnoho ľudí zomiera pred dosiahnutím veku 50 rokov.

Genetické choroby, ktoré vedú k vysokej akumulácii lipidov v cievach, sa označujú ako choroby ukladania lipidov. Toto nadmerné ukladanie tuku vedie k nepriaznivým účinkom na mozog a ďalšie časti tela. Niektoré príklady chorôb ukladania lipidov zahŕňajú Fabryho chorobu, Gaucherovu chorobu, Niemann-Pickovu chorobu, Sandhoffovu chorobu a Tay-Sachs. Bohužiaľ, veľa z týchto chorôb ukladania lipidov vedie k ochoreniu a smrti v mladom veku.

Lipidy tiež zohrávajú úlohu pri chorobách motorických neurónov (MND), pretože tieto stavy sú charakterizované nielen degeneráciou a smrťou motorických neurónov, ale aj problémami s metabolizmom lipidov. U MND sa menia štruktúrne lipidy centrálneho nervového systému, čo ovplyvňuje membrány aj bunkovú signalizáciu. Napríklad k hypermetabolizmu dochádza pri amyotrofickej laterálnej skleróze (ALS). Zdá sa, že existuje súvislosť medzi výživou (v tomto prípade nedostatočným príjmom lipidových kalórií) a rizikom vzniku ALS. Vyššie lipidy zodpovedajú lepším výsledkom pre pacientov s ALS. Lieky zamerané na sfingolipidy sa považujú za liečbu pacientov s ALS. Je potrebný ďalší výskum, aby sa lepšie pochopili príslušné mechanizmy a poskytli sa správne možnosti liečby.

Pri spinálnej svalovej atrofii (SMA), genetickom autozomálne recesívnom ochorení, sa lipidy nepoužívajú správne na energiu. Jednotlivci SMA majú vysoký obsah tukov v prostredí s nízkym kalorickým príjmom. Dysfunkcia lipidového metabolizmu preto opäť hrá hlavnú úlohu pri chorobe motorických neurónov.

Existujú dôkazy o tom, že omega-3 mastné kyseliny hrajú priaznivú úlohu pri takých degeneratívnych ochoreniach, ako sú Alzheimerova a Parkinsonova choroba. To sa nepreukázalo v prípade ALS, a v skutočnosti sa opačný účinok toxicity zistil na myších modeloch.

Vedci pokračujú v objavovaní nových lipidov. V súčasnosti sa lipidy neskúmajú na úrovni proteínov, a preto sú menej pochopené. Väčšina súčasnej lipidovej klasifikácie sa spoliehala na chemikov a biofyzikov, s dôrazom skôr na štruktúru ako na funkciu. Ďalej bolo náročné vylúčiť lipidové funkcie kvôli ich tendencii kombinovať sa s proteínmi. Je tiež ťažké objasniť funkciu lipidov v živých bunkách. Nukleárna magnetická rezonancia (NMR) a hmotnostná spektrometria (MS) poskytujú určitú identifikáciu lipidov pomocou výpočtového softvéru. Na získanie prehľadu o lipidových mechanizmoch a funkciách je však potrebné lepšie rozlíšenie v mikroskopii. Namiesto analýzy skupiny lipidových extraktov budú na izoláciu lipidov z ich proteínových komplexov potrebné špecifickejšie MS. Označenie izotopom môže slúžiť na zlepšenie vizualizácie, a teda identifikácie.

Je zrejmé, že lipidy okrem svojich známych štruktúrnych a energetických charakteristík zohrávajú úlohu aj v dôležitých motorických funkciách a signalizácii. Pretože sa technológia zlepšuje na identifikáciu a vizualizáciu lipidov, bude potrebný ďalší výskum na zistenie funkcie lipidov. Dúfame, že sa nakoniec dajú navrhnúť markery, ktoré by príliš nenarušili funkciu lipidov. Schopnosť manipulovať s funkciou lipidov na subcelulárnych úrovniach by mohla poskytnúť prielom vo výskume. To by mohlo spôsobiť revolúciu vo vede rovnakým spôsobom, aký má výskum bielkovín. Na druhej strane by sa mohli vyrobiť nové lieky, ktoré by potenciálne pomohli tým, ktorí trpia poruchami lipidov.