Lipidi: opredelitev, zgradba, delovanje in primeri

Lipidi sestavljajo skupino spojin, kot so maščobe, olja, steroidi in voski, ki jih najdemo v živih organizmih. Tako prokarionti kot evkarionti imajo lipide, ki imajo biološko veliko pomembnih vlog, kot so tvorba membran, zaščita, izolacija, shranjevanje energije, delitev celic in še več. V medicini se lipidi nanašajo na maščobe v krvi.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Lipidi označujejo maščobe, olja, steroide in voske, ki jih najdemo v živih organizmih. Lipidi imajo različne funkcije pri vrstah, in sicer za shranjevanje energije, zaščito, izolacijo, delitev celic in druge pomembne biološke vloge.

Lipidi so narejeni iz triglicerida, ki je izdelan iz alkoholnega glicerola in maščobnih kislin. Dodatki k tej osnovni strukturi dajejo veliko raznolikost lipidov. Do zdaj je bilo odkritih več kot 10.000 vrst lipidov, mnogi pa sodelujejo z veliko raznolikostjo beljakovin za celični metabolizem in transport snovi. Lipidi so bistveno manjši od beljakovin.

Maščobne kisline so ena vrsta lipidov in služijo kot gradniki tudi za druge lipide. Maščobne kisline vsebujejo karboksilne (-COOH) skupine, vezane na ogljikovo verigo s priloženimi vodiki. Ta veriga je netopna v vodi. Maščobne kisline so lahko nasičene ali nenasičene. Nasičene maščobne kisline imajo enojne ogljikove vezi, nenasičene pa dvojne. Ko se nasičene maščobne kisline kombinirajo s trigliceridi, nastanejo trdne maščobe pri sobni temperaturi. To je zato, ker zaradi njihove strukture tesno spakirajo. Nasprotno pa nenasičene maščobne kisline v kombinaciji s trigliceridi ponavadi dajejo tekoča olja. Prepognjena struktura nenasičenih maščob daje ohlapnejšo, bolj tekočo snov pri sobni temperaturi.

Fosfolipidi so narejeni iz trigliceridov s fosfatno skupino, nadomeščeno z maščobno kislino. Lahko jih opišemo kot napolnjeno glavo in ogljikovodikov rep. Njihove glave so hidrofilne ali vodoljubne, medtem ko so njihovi repi hidrofobni ali vodoodbojni.

Drug primer lipidov je holesterol. Holesteroli so razporejeni v toge obročaste strukture s petimi ali šestimi atomi ogljika s pritrjenimi vodiki in prožnim ogljikovodikovim repom. Prvi obroč vsebuje hidroksilno skupino, ki se razteza v vodno okolje membran živalskih celic. Preostali del molekule pa je netopen v vodi.

Polinenasičene maščobne kisline (PUFA) so lipidi, ki pomagajo pri membranski tekočini. PUFA sodelujejo pri celični signalizaciji, povezani z nevronskim vnetjem in energijskim metabolizmom. Zagotavljajo lahko nevroprotektivne učinke kot maščobne kisline omega-3 in v tej formulaciji delujejo protivnetno. Za omega-6 maščobne kisline lahko PUFA povzročijo vnetje.

Steroli so lipidi, ki jih najdemo v rastlinskih membranah. Glikolipidi so lipidi, povezani z ogljikovimi hidrati in so del celičnih lipidnih bazenov.

Lipidi imajo v organizmih več vlog. Lipidi tvorijo zaščitne ovire. Vključujejo celične membrane in nekaj struktur celičnih sten v rastlinah. Lipidi rastlinam in živalim omogočajo shranjevanje energije. Pogosto lipidi delujejo skupaj z beljakovinami. Na funkcije lipidov lahko vplivajo spremembe njihovih skupin polarnih glav kot tudi stranskih verig.

Fosfolipidi tvorijo temelj lipidnih dvoslojev s svojo amfipatično naravo, ki tvorijo celične membrane. Zunanja plast komunicira z vodo, medtem ko notranja plast obstaja kot prožna oljna snov. Tekoča narava celičnih membran pomaga pri njihovi funkciji. Lipidi sestavljajo ne samo plazemske membrane, temveč tudi celične oddelke, kot so jedrna ovojnica, endoplazemski retikulum (ER), Golgijev aparat in mehurčki.

Lipidi sodelujejo tudi pri delitvi celic. Delitvene celice uravnavajo vsebnost lipidov glede na celični cikel. Vsaj 11 lipidov je vključenih v aktivnost celičnega cikla. Sphingolipidi igrajo vlogo pri citokinezi med interfazo. Ker delitev celic povzroči napetost plazemske membrane, se zdi, da lipidi pomagajo pri mehanskih vidikih delitve, kot je togost membrane.

Lipidi zagotavljajo zaščitne ovire za specializirana tkiva, kot so živci. Zaščitna mielinska ovojnica, ki obdaja živce, vsebuje lipide.

Lipidi zagotavljajo največ energije iz porabe, saj imajo več kot dvakrat več energije kot beljakovine in ogljikovi hidrati. Telo v prebavi razgrajuje maščobe, nekatere za takojšnje potrebe po energiji, druge pa za skladiščenje. Telo črpa iz shrambe lipidov za vadbo z uporabo lipaz, da razgradi te lipide in sčasoma ustvari več adenozin trifosfata (ATP) za napajanje celic.

V rastlinah semenska olja, kot so triacilgliceroli (TAG), omogočajo shranjevanje hrane za kalitev in rast semen v kritosemenkah in golosemenkah. Ta olja so shranjena v oljnih telesih in zaščitena s fosfolipidi in beljakovinami, imenovanimi oleozini. Vse te snovi proizvaja endoplazemski retikulum (ER). Oljno telo popka iz ER.

Lipidi dajejo rastlinam potrebno energijo za njihove presnovne procese in signale med celicami. Floem, eden glavnih transportnih delov rastlin (skupaj s ksilemom), vsebuje take lipide kot holesterol, sitosterol, kamposterol, stigmasterol in več različnih lipofilnih hormonov in molekul. Različni lipidi lahko igrajo vlogo pri signalizaciji, če je rastlina poškodovana. Fosfolipidi v rastlinah delujejo tudi kot odziv na okoljske stresorje na rastlinah, pa tudi kot odziv na patogene okužbe.

Lipidi pri živalih služijo tudi kot izolacija pred okoljem in kot zaščita vitalnih organov. Lipidi zagotavljajo vzgon in hidroizolacijo.

Lipidi, imenovani ceramidi, ki temeljijo na sfingoidi, opravljajo pomembne funkcije za zdravje kože. Pomagajo oblikovati povrhnjico, ki služi kot najbolj zunanja plast kože, ki ščiti pred okoljem in preprečuje izgubo vode. Ceramidi delujejo kot predhodniki za presnovo sfingolipidov; v koži se pojavi aktivna presnova lipidov. Sphingolipidi tvorijo strukturne in signalne lipide, ki jih najdemo v koži. Sfingomijelini, izdelani iz ceramidov, so razširjeni v živčnem sistemu in pomagajo motoričnim nevronom preživeti.

Lipidi imajo tudi vlogo pri celični signalizaciji. V centralnem in perifernem živčnem sistemu lipidi nadzorujejo pretočnost membran in pomagajo pri prenosu električnih signalov. Lipidi pomagajo stabilizirati sinapse.

Lipidi so bistvenega pomena za rast, zdrav imunski sistem in razmnoževanje. Lipidi telesu omogočajo shranjevanje vitaminov v jetrih, kot so v maščobah topni vitamini A, D, E in K. Holesterol je predhodnik hormonov, kot sta estrogen in testosteron. Izdeluje tudi žolčne kisline, ki topijo maščobe. Jetra in črevesje tvorijo približno 80 odstotkov holesterola, ostalo pa dobimo s hrano.

Na splošno so živalske maščobe nasičene in zato trdne, rastlinska olja pa so ponavadi nenasičena in zato tekoča. Živali ne morejo proizvajati nenasičenih maščob, zato jih je treba uživati ​​od proizvajalcev, kot so rastline in alge. Po drugi strani pa živali, ki jedo te rastlinske potrošnike (na primer ribe s hladno vodo), pridobijo te koristne maščobe. Nenasičene maščobe so najbolj zdrave maščobe za uživanje, saj zmanjšujejo tveganje za bolezni. Primeri teh maščob vključujejo olja, kot so oljčno in sončnično olje, pa tudi semena, oreški in ribe. Listnata zelena zelenjava je tudi dober vir prehranskih nenasičenih maščob. Maščobne kisline v listih se uporabljajo v kloroplastih.

Transmaščobe so delno hidrogenirana plan olja, ki spominjajo na nasičene maščobe. Pre-maščobe, ki so se prej uporabljale pri kuhanju, danes veljajo za nezdrave za uživanje.

Nasičenih maščob je treba uživati ​​manj kot nenasičenih maščob, saj lahko nasičene maščobe povečajo tveganje za nastanek bolezni. Primeri nasičenih maščob vključujejo rdeče živalsko meso in maščobne mlečne izdelke ter kokosovo olje in palmovo olje.

Ko zdravniki omenjajo lipide kot krvne maščobe, to opisuje vrste maščob, o katerih se pogosto razpravlja v zvezi z zdravjem srca in ožilja, zlasti holesterola. Lipoproteini pomagajo pri prenosu holesterola skozi telo. Lipoprotein visoke gostote (HDL) se nanaša na holesterol, ki je "dobra" maščoba. Služi za odstranjevanje slabega holesterola skozi jetra. Med "slabe" holesterole spadajo LDL, IDL, VLDL in nekateri trigliceridi. Slabe maščobe povečajo tveganje za srčni infarkt in možgansko kap zaradi kopičenja v obliki zobnih oblog, kar lahko povzroči zamašitev arterij. Zato je ravnovesje lipidov ključnega pomena za zdravje.

Vnetje kože lahko koristi uživanju nekaterih lipidov, kot sta eikozapentaenojska kislina (EPA) in doksaheksaenojska kislina (DHA). Dokazano je, da EPA spreminja ceramidni profil kože.

Številne bolezni so povezane z lipidi v človeškem telesu. Hipertrigliceridemija, stanje visokih trigliceridov v krvi, lahko privede do pankreatitisa. Številna zdravila delujejo za zmanjšanje trigliceridov, na primer z encimi, ki razgrajujejo maščobe v krvi. Visoko zmanjšanje trigliceridov je bilo pri nekaterih posameznikih ugotovljeno tudi z medicinskim dopolnjevanjem z ribje olje.

Hiperholesterolemija (povišan holesterol v krvi) je lahko pridobljena ali genetska. Posamezniki z družinsko hiperholesterolemijo imajo izredno visoke vrednosti holesterola, ki jih ni mogoče nadzorovati z zdravili. To močno poveča tveganje za srčni napad in možgansko kap, saj mnogi posamezniki umrejo pred 50. letom starosti.

Genetske bolezni, ki povzročajo veliko kopičenje lipidov na krvnih žilah, se imenujejo bolezni skladiščenja lipidov. To prekomerno skladiščenje maščob škodljivo vpliva na možgane in druge dele telesa. Nekateri primeri bolezni shranjevanja lipidov vključujejo Fabryjevo bolezen, Gaucherjevo bolezen, Niemann-Pickovo bolezen, Sandhoffovo bolezen in Tay-Sachsa. Na žalost številne od teh bolezni lipidov povzročajo bolezni in smrt v mladosti.

Lipidi igrajo vlogo tudi pri boleznih motoričnih nevronov (MND), saj za ta stanja niso značilni le degeneracija in smrt motoričnih nevronov, temveč tudi težave z metabolizmom lipidov. Pri MND se strukturni lipidi osrednjega živčevja spremenijo, kar vpliva na membrane in celično signalizacijo. Na primer, hipermetabolizem se pojavi pri amiotrofični lateralni sklerozi (ALS). Zdi se, da obstaja povezava med prehrano (v tem primeru premalo zaužitih kalorij lipidov) in tveganjem za razvoj ALS. Višji lipidi ustrezajo boljšim izidom pri bolnikih z ALS. Zdravila, ki ciljajo na sfingolipide, se obravnavajo kot zdravila za zdravljenje bolnikov z ALS. Potrebno je več raziskav, da bi bolje razumeli vključene mehanizme in zagotovili ustrezne možnosti zdravljenja.

Pri mišični atrofiji hrbtenice (SMA), genetski avtosomno recesivni bolezni, se lipidi ne uporabljajo pravilno za energijo. Posamezniki SMA imajo veliko maščob v nizkokaloričnem vnosu. Zato tudi pri motnjah motoričnega nevrona pri motnjah presnove lipidov igra glavno vlogo.

Obstajajo dokazi, da imajo omega-3 maščobne kisline koristno vlogo pri takih degenerativnih boleznih, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen. Izkazalo se je, da to ne velja za ALS, pravzaprav pa je bil pri modelih miši ugotovljen nasprotni učinek toksičnosti.

Znanstveniki še naprej odkrivajo nove lipide. Trenutno lipidov ne preučujejo na ravni beljakovin in so zato manj razumljivi. Veliko sedanje klasifikacije lipidov se je opiralo na kemike in biofizike, s poudarkom na strukturi in ne na funkciji. Poleg tega je bilo težko izzvati funkcije lipidov zaradi njihove nagnjenosti k kombiniranju z beljakovinami. Prav tako je težko razjasniti delovanje lipidov v živih celicah. Jedrska magnetna resonanca (NMR) in masna spektrometrija (MS) omogočata določitev lipidov s pomočjo računalniške programske opreme. Vendar pa je potrebna boljša ločljivost mikroskopije, da dobimo vpogled v lipidne mehanizme in funkcije. Namesto da bi analizirali skupino lipidnih ekstraktov, bodo za izolacijo lipidov iz njihovih beljakovinskih kompleksov potrebne bolj specifične MS. Označevanje z izotopi lahko pomaga izboljšati vizualizacijo in s tem identifikacijo.

Jasno je, da lipidi poleg svojih znanih strukturnih in energijskih lastnosti igrajo vlogo pri pomembnih motoričnih funkcijah in signalizaciji. Ko se tehnologija izboljšuje za prepoznavanje in vizualizacijo lipidov, bodo potrebne dodatne raziskave za ugotavljanje delovanja lipidov. Sčasoma upamo, da bi lahko oblikovali markerje, ki ne bi preveč motili delovanja lipidov. Zmožnost manipulacije lipidov na subcelularni ravni bi lahko pomenila raziskovalni preboj. To bi lahko revolucioniralo znanost na podoben način kot raziskave beljakovin. V zameno bi lahko pripravili nova zdravila, ki bi lahko pomagala tistim, ki trpijo zaradi lipidnih motenj.