Lipider: Definition, struktur, funktion och exempel

Lipider innefattar en grupp av föreningar såsom fetter, oljor, steroider och vaxer som finns i levande organismer. Både prokaryoter och eukaryoter har lipider, som spelar många viktiga roller biologiskt, såsom membranbildning, skydd, isolering, energilagring, celldelning och mer. I medicin hänvisar lipider till blodfetter.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Lipider betecknar fetter, oljor, steroider och vaxer som finns i levande organismer. Lipider har flera funktioner för olika arter, för energilagring, skydd, isolering, celldelning och andra viktiga biologiska roller.

Lipider är gjorda av en triglycerid som är gjord av alkoholglycerolen, plus fettsyror. Tillägg till denna grundläggande struktur ger stor mångfald i lipider. Över 10 000 sorters lipider har hittills upptäckts, och många arbetar med en enorm mångfald proteiner för cellulär metabolism och materialtransport. Lipider är betydligt mindre än proteiner.

Fettsyror är en typ av lipid och fungerar också som byggstenar för andra lipider. Fettsyror innehåller karboxyl- (-COOH) -grupper bundna till en kolkedja med fästa väten. Denna kedja är vattenolöslig. Fettsyror kan vara mättade eller omättade. Mättade fettsyror har enstaka kolbindningar, medan omättade fettsyror har dubbla kolbindningar. När mättade fettsyror kombineras med triglycerider resulterar detta i fasta fetter vid rumstemperatur. Detta beror på att deras struktur får dem att packa ihop tätt. Däremot tenderar omättade fettsyror i kombination med triglycerider att ge flytande oljor. Den kinkade strukturen hos omättade fetter ger en lösare, mer flytande substans vid rumstemperatur.

Fosfolipider är gjorda av en triglycerid med en fosfatgrupp ersatt av en fettsyra. De kan beskrivas som att de har ett laddat huvud och kolvätesvans. Deras huvuden är hydrofila eller vattenälskande, medan deras svansar är hydrofoba eller avstötande mot vatten.

Ett annat exempel på en lipid är kolesterol. Kolesteroler ordnas i styva ringstrukturer med fem eller sex kolatomer, med väten fästa och en flexibel kolvätsvans. Den första ringen innehåller en hydroxylgrupp som sträcker sig in i vattenmiljöer hos djurcellmembran. Resten av molekylen är emellertid vattenolöslig.

Fleromättade fettsyror (PUFA) är lipider som hjälper till med membranfluiditet. PUFA deltar i cellsignalering relaterad till neural inflammation och energisk metabolism. De kan ge neuroskyddande effekter som omega-3-fettsyror, och i denna formulering är de antiinflammatoriska. För omega-6-fettsyror kan PUFA orsaka inflammation.

Steroler är lipider som finns i växtmembran. Glykolipider är lipider kopplade till kolhydrater och ingår i cellulära lipidpooler.

Lipider spelar flera roller i organismer. Lipider utgör skyddshinder. De innefattar cellmembran och en del av strukturen hos cellväggar i växter. Lipider ger energilagring till växter och djur. Ganska ofta fungerar lipider tillsammans med proteiner. Lipidfunktioner kan påverkas av förändringar i deras polära huvudgrupper såväl som av deras sidokedjor.

Fosfolipider utgör grunden för lipiddubbelskikt, med sin amfipatiska natur, som utgör cellmembran. Det yttre lagret samverkar med vatten medan det inre lagret existerar som en flexibel oljig substans. Den flytande karaktären hos cellmembran hjälper till att fungera. Lipider utgör inte bara plasmamembran utan också cellulära fack som kärnhölje, endoplasmatisk retikulum (ER), Golgi-apparat och blåsor.

Lipider deltar också i celldelning. Delande celler reglerar lipidinnehållet beroende på cellcykeln. Minst 11 lipider är involverade i cellcykelaktivitet. Sfingolipider spelar en roll i cytokinese under interfas. Eftersom celldelning resulterar i plasmamembranspänning verkar lipider hjälpa till med mekaniska aspekter av delning såsom membranstyvhet.

Lipider ger skyddande barriärer för specialvävnader som nerver. Det skyddande myelinhöljet som omger nerverna innehåller lipider.

Lipider ger den största mängden energi från konsumtion, med mer än dubbelt så mycket energi som proteiner och kolhydrater. Kroppen bryter ner fetter i matsmältningen, en del för omedelbar energibehov och andra för lagring. Kroppen bygger på lipidlagring för träning genom att använda lipaser för att bryta ner dessa lipider och så småningom för att göra mer adenosintrifosfat (ATP) för att driva celler.

I växter tillhandahåller fröoljor som triacylglyceroler (TAG) matlagring för frögroning och tillväxt i både angiospermer och gymnospermer. Dessa oljor lagras i oljekroppar (OB) och skyddas av fosfolipider och proteiner som kallas oleosiner. Alla dessa ämnen produceras av endoplasmatisk retikulum (ER). Oljekroppen knoppar från ER.

Lipider ger växter nödvändig energi för sina metaboliska processer och signaler mellan celler. Floomen, en av de viktigaste transportdelarna av växter (tillsammans med xylem), innehåller sådana lipider som kolesterol, sitosterol, camposterol, stigmasterol och flera olika lipofila hormoner och molekyler. De olika lipiderna kan spela en roll för signalering när en växt skadas. Fosfolipider i växter fungerar också som svar på miljöstressorer på växterna såväl som som svar på patogeninfektioner.

Hos djur fungerar lipider också som isolering från miljön och som skydd för vitala organ. Lipider ger också flytkraft och vattentätning.

Lipider som kallas ceramider, som är sfingoidbaserade, har viktiga funktioner för hudens hälsa. De hjälper till att bilda epidermis, som fungerar som det yttersta hudlagret som skyddar mot miljön och förhindrar vattenförlust. Ceramider fungerar som föregångare för sfingolipidmetabolism; aktiv lipidmetabolism förekommer i huden. Sfingolipider utgör strukturella och signalerande lipider som finns i huden. Sfingomyeliner, tillverkade av ceramider, är vanliga i nervsystemet och hjälper motorneuroner att överleva.

Lipider spelar också en roll i cellsignalering. I det centrala och perifera nervsystemet styr lipider membranets flytbarhet och hjälper till med elektriska signalöverföringar. Lipider hjälper till att stabilisera synapser.

Lipider är viktiga för tillväxt, ett hälsosamt immunsystem och reproduktion. Lipider tillåter kroppen att lagra vitaminer i levern såsom de fettlösliga vitaminerna A, D, E och K. Kolesterol fungerar som en föregångare för hormoner som östrogen och testosteron. Det gör också gallsyror som löser upp fett. Levern och tarmarna utgör cirka 80 procent av kolesterolet, medan resten erhålls från maten.

Generellt är animaliska fetter mättade och därför fasta, medan växtoljor tenderar att vara omättade och därför flytande. Djur kan inte producera omättade fetter, så dessa fetter måste konsumeras från producenter som växter och alger. I sin tur får djur som äter de växtkonsumenterna (som kallvattenfisk) de fördelaktiga fetterna. Omättade fetter är de hälsosammaste fetterna att äta eftersom de minskar risken för sjukdomar. Exempel på dessa fetter inkluderar oljor såsom olivolja och solrosolja, såväl som frön, nötter och fisk. Bladgröna grönsaker är också bra källor till omättade fetter i kosten. Fettsyrorna i bladen används i kloroplaster.

Transfetter är delvis hydrerade planoljor som liknar mättade fetter. Transfetter som tidigare använts vid matlagning anses nu vara ohälsosamma för konsumtion.

Mättade fetter bör konsumeras mindre än omättade fetter eftersom mättade fetter kan öka sjukdomsrisken. Exempel på mättade fetter inkluderar rött animaliskt kött och feta mejeriprodukter samt kokosnötolja och palmolja.

När sjukvårdspersonal hänvisar till lipider som blodfetter beskriver detta vilken typ av fetter som ofta diskuteras angående kardiovaskulär hälsa, särskilt kolesterol. Lipoproteiner hjälper till att transportera kolesterol genom kroppen. Högdensitetslipoprotein (HDL) avser kolesterol som är ett “bra” fett. Det hjälper till att avlägsna dåligt kolesterol via levern. De ”dåliga” kolesterolerna inkluderar LDL, IDL, VLDL och vissa triglycerider. Dåliga fetter ökar hjärtinfarkt och strokerisk på grund av deras ansamling som plack, vilket kan leda till igensatta artärer. Därför är en balans mellan lipider avgörande för hälsan.

Inflammatoriska hudförhållanden kan dra nytta av konsumtionen av vissa lipider såsom eikosapentaensyra (EPA) och docsahexaensyra (DHA). EPA har visat sig förändra hudens ceramidprofil.

Ett antal sjukdomar är relaterade till lipider i människokroppen. Hypertriglyceridemi, ett tillstånd med höga triglycerider i blodet, kan leda till pankreatit. Ett antal läkemedel arbetar för att minska triglycerider, t.ex. genom enzymer som bryter ner blodfetter. Hög triglyceridreduktion har också konstaterats hos vissa individer genom medicinsk tillskott via fiskolja.

Hyperkolesterolemi (högt kolesterol i blodet) kan förvärvas eller genetiskt. Individer med familjär hyperkolesterolemi har utomordentligt höga kolesterolvärden som inte kan kontrolleras via medicinering. Detta ökar risken för hjärtinfarkt och stroke kraftigt, med många individer som dör innan de fyllt 50 år.

Genetiska sjukdomar som resulterar i hög lipidackumulering i blodkärlen kallas lipidlagringssjukdomar. Denna överdrivna fettlagring ger skadliga effekter för hjärnan och andra delar av kroppen. Några exempel på lipidlagringssjukdomar inkluderar Fabry-sjukdomen, Gauchers sjukdom, Niemann-Pick-sjukdomen, Sandhoff-sjukdomen och Tay-Sachs. Tyvärr leder många av dessa lipidförvaringssjukdomar till sjukdom och död i ung ålder.

Lipider spelar också en roll vid motorneuronsjukdomar (MND), eftersom dessa tillstånd inte bara kännetecknas av motorisk neurondegeneration och död utan också problem med lipidmetabolism. I MND förändras centrala nervsystemets strukturella lipider, och detta påverkar både membran och cellsignalering. Till exempel inträffar hypermetabolism med amyotrofisk lateral skleros (ALS). Det verkar finnas en koppling mellan näring (i detta fall inte tillräckligt med lipidkalorier som konsumeras) och risk för att utveckla ALS. Högre lipider motsvarar bättre resultat för ALS-patienter. Läkemedel som riktar sig till sfingolipider betraktas som behandlingar för ALS-patienter. Mer forskning behövs för att bättre förstå de involverade mekanismerna och för att tillhandahålla lämpliga behandlingsalternativ.

I spinal muskelatrofi (SMA), en genetisk autosomal recessiv sjukdom, används inte lipider ordentligt för energi. SMA-individer har hög fettmassa i ett lågt kaloriintag. Därför spelar dysfunktion av lipidmetabolism återigen en viktig roll i en motorneuronsjukdom.

Det finns bevis för omega-3-fettsyror som spelar en fördelaktig roll i sådana degenerativa sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons sjukdomar. Detta har inte visat sig vara fallet för ALS, och faktiskt har motsatt effekt av toxicitet hittats i musmodeller.

Forskare fortsätter att upptäcka nya lipider. För närvarande studeras inte lipider på proteinnivå och förstås därför mindre. Mycket av den nuvarande lipidklassificeringen förlitar sig på kemister och biofysiker, med betoning på struktur snarare än funktion. Dessutom har det varit utmanande att reta ut lipidfunktioner på grund av deras tendens att kombinera med proteiner. Det är också svårt att klargöra lipidfunktionen i levande celler. Kärnmagnetisk resonans (NMR) och masspektrometri (MS) ger viss lipididentifiering med hjälp av datorprogramvara. Men bättre upplösning i mikroskopi behövs för att få insikt i lipidmekanismer och funktioner. I stället för att analysera en grupp lipidextrakt kommer mer specifik MS att behövas för att isolera lipider från deras proteinkomplex. Isotopmärkning kan förbättra visualiseringen och därmed identifieringen.

Det är tydligt att lipider, förutom deras kända strukturella och energiska egenskaper, spelar en roll i viktiga motorfunktioner och signalering. Eftersom tekniken förbättras för att identifiera och visualisera lipider, kommer mer forskning att behövas för att fastställa lipidfunktionen. Så småningom är förhoppningen att markörer skulle kunna utformas som inte skulle störa lipidfunktionen alltför mycket. Att kunna manipulera lipidfunktionen på subcellulära nivåer kan ge ett forskningsgenombrott. Detta kan revolutionera vetenskapen på ungefär samma sätt som proteinforskning har. I sin tur kan nya läkemedel tillverkas som potentiellt skulle hjälpa dem som lider av lipidstörningar.