Lipidek - biológia

Lipidek (görög λίπος lípos "Fett", a második szótag hangsúlyozása: Ajakénde) a teljesen vagy legalábbis nagyrészt vízben oldhatatlan (hidrofób) természetes anyagok gyűjtőneve, amelyek viszont alacsony polaritásuk miatt nagyon jól oldódnak hidrofób (vagy lipofil) oldószerekben, például hexánban. Oldhatatlanságuk vízben elsősorban a hosszú szénhidrogén-maradványoknak köszönhető, amelyek a legtöbb lipidben vannak. Nagyjából szappanosítható és nem szappanosítható lipidekre vannak osztva. [1]

Élő organizmusokban a lipideket főként a sejtmembránok szerkezeti komponenseiként, energiatárolóként vagy szignálmolekulaként használják. A legtöbb biológiai lipid amfifil, azaz lipofil szénhidrogén-maradékkal és poláris hidrofil fejcsoporttal rendelkezik, ezért micellákat vagy membránokat képeznek poláros oldószerekben, például vízben. A „zsír” kifejezést gyakran használják a lipidek szinonimájaként, de a zsírok (trigliceridek) csak a lipidek egyik alcsoportját jelentik.

A lipideket hét csoportba sorolhatjuk: zsírsavak, triacil-gliceridek (zsírok és zsíros olajok), viaszok, foszfolipidek, szfingolipidek, lipopoliszacharidok és izoprenoidok (szteroidok, karotinoidok stb.)

Zsírsavak, triacil-gliceridek (zsírok és zsíros olajok) és viaszok

A triacil-glicerinek (trigliceridek) alkotják az étrendi lipidek fő részét, több mint 90 százalékkal. Fontos energiaszolgáltatók (1 g zsír 38,9 kJ energiát tartalmaz, 1 g cukor csak 17,2 kJ). Ezenkívül a trigliceridek alkotják a szervezet legfontosabb energiatárolóját (a cukrot, azaz a glükózt viszont sokkal kisebb mennyiségben tárolják, mint a glikogént a májban és az izmokban), jó védelmet nyújtanak a bőr hidegével szemben, és védik a sérülésektől is. Minden fontos szervet zsírréteg véd.

Zsírsavak

A zsírsavak többnyire elágazó monokarbonsavak, amelyek szénhidrogénláncból állnak, egyik végén karboxicsoporttal (lásd a képet).

Különbséget tesznek telített zsírsavak, amelyekben nincsenek kettős kötések, és telítetlen zsírsavak, amelyek egy vagy több kettős kötéssel rendelkeznek (a természetben általában cisz helyzetben vannak, és nem konjugálódnak egymással). A legegyszerűbb telített zsírsav a vajsav, amelynek csak négy szénatomja van.

A telítetlen zsírsavak fontos képviselői az olajsav (egyszeresen telítetlen) és az arachidonsav (négyszeresen telítetlenek). Az állati organizmus csak korlátozás nélkül képes szintetizálni a telítetlen zsírsavakat. Ezért mindazokat a zsírsavakat, amelyeket étkezés közben el kell fogyasztani, esszenciális zsírsavaknak nevezzük (lásd alább). Minél több kettős kötést tartalmaz egy zsírsav, annál alacsonyabb az olvadáspontja.

Triacil-glicerin (zsírok és zsíros olajok)

Lásd a zsírok és zsíros olajok, valamint a triacil-glicerin fő cikkeit.

Mint fent említettük, a triacil-glicerinek jelentik az étrendi lipidek legnagyobb csoportját, amelyek glicerinből és három glicerinnel észterezett zsírsavból állnak. Ha szobahőmérsékleten (20 ° C) folyékonyak, olajoknak nevezzük őket, ha szilárdak, mint zsírok. Mint már említettük, ezek az állatok és a növények fontos energiatárolói. Ha a triacil-glicerineket szappanosítással hasítják, akkor a glicerin és a megfelelő zsírsav-sók képződnek.

Viaszok

A viaszok a zsírsavak egyes észterei, és mint ilyenek különböznek a zsírok és olajok hármas észtereitől. A viaszok sav- és alkoholrészeinek egyaránt hosszú a telített alkilcsoportja. A trigliceridekkel ellentétben a viaszok kevésbé „olajosak”, keményebbek és porózusabbak is.

Egy másik definíció (a német zsírtudományi társaság) a viaszokat olyan anyagcsoportnak tekinti, amelyet kizárólag mechanikai-fizikai tulajdonságai határoznak meg. E meghatározás szerint a viaszok 20 ° C-on gyúrhatók, szilárdak, törékenyek és kemények, durva vagy finom kristályos szerkezetűek, színükben áttetszőek és átlátszatlanok (átlátszatlanok), de nem üvegszerűek, 40 ° C felett bomlás nélkül olvadnak, kissé fent Olvadáspontjuknál kissé folyékonyak (nem túl viszkózusak), erősen hőmérsékletfüggő konzisztenciájúak és oldhatók, enyhe nyomáson csiszolhatók.

Membránképző lipidek

A membránképző lipidek azok, amelyeknek hidrofil és hidrofób része van - vagyis amfifil. Ez lehetővé teszi számukra, hogy akár micellákat (amfifil molekulák gömbös aggregátumait, amelyek spontán összegyűlnek egy diszperziós közegben), akár kettős lipidrétegeket képezzenek poláros oldószerekben, például vízben - a hidrofil rész mindig kölcsönhatásba lép a poláris oldószerrel. Az archaea membránjai kivételével az összes biomembrán, amely elválasztja a sejt tartalmát a környezettől, ezekből a kettős lipidrétegekből áll. A membránképző lipidek tehát a sejtképzés és így az élet egyik alapvető követelményei.

Foszfolipidek

Szfingolipidek

A szfingolipidek szintén a sejtmembránok részét képezik. Alapszerkezetük zsírsavból és szfingozinból áll. Keramidok, szfingomielinek és glikolipidek csoportjaira vannak felosztva. A szfingolipidek az idegszövetben találhatók, fontos szerepet játszanak a jelátvitelben és az egyes sejtek kölcsönhatásában.

Glikolipidek

A glikolipidek foszfátmentes, szfingozintartalmú lipidek, amelyek szénhidrátkomponens glikozidszerűen kötődnek a szfingozin 1-hidroxi-csoporthoz. Gyakran képezik a biológiai membránok külső részét, szénhidráttartalmuk a sejtmembránon jelenik meg. Úgy gondolják, hogy ezek szerepet játszanak az egyes sejtek közötti kommunikációban és interakcióban. A glikolipidek cerebrozidokra, gangliozidokra és szulfatidokra oszlanak.

Izoprenoidok

Az izoprenoidok (terpenoidok is) olyan vegyületek, amelyek izoprén egységeken alapulnak. A lipidek közé tartoznak a szteroidok és a karotinoidok. A természetben előforduló szteroidok a triterpenoid származékokhoz tartoznak (a triterpenoid azt jelenti, hogy 30 szénatomból áll), mivel mindegyikük szkvalénből bioszintetizált. A karotinoidok a tetraterpenoid származékok (40 szénatom) közé tartoznak, likopinból származnak.

Szteroidok

Valamennyi szteroid alapstruktúrája négy, általában transz-kapcsolt széngyűrűből áll, három hatszögletű és egy ötszög alakú. A szteroidok legismertebb képviselője a koleszterin, amely az egyik szterin. Többek között az összes sejtmembrán elengedhetetlen alkotóeleme, a mitokondrium belső membránja kivételével, ezért tágabb értelemben a membrán lipidjei közé is sorolható. Általában észterezett formában van, mint a zsírsavak koleszterin-észtere. A koleszterin-észterek zsírsavainak spektruma egy élőlényben erősen függ az étrendjétől.

Az epesavak, amelyek részt vesznek a zsíremésztésben, hidrofób és hidrofil részekkel rendelkeznek, így bevonhatják a zsírokat, és így megkönnyítik azok felszívódását az emésztőrendszerben.

A szteroidok tartalmazzák a petefészekben és a herékben termelődő nemi hormonokat is. Ellenőrzik a szaporodást és a másodlagos nemi jellemzők kialakulását. A női nemi hormonok a progeszteron és az ösztrogén, a férfi androgének (pl. Tesztoszteron és androszteron).

További példák más állatkert, myco és fitoszterolok és észtereik, például z. B. ergoszterin, D-vitamin és szívglikozidok (pl. Digitalisz és sztrofantin). Fitoszterolok, mint pl B. β-szitoszterin, stigmaszterin, kampeszterin és észterei vegetáriánus étrendben egyre gyakrabban fordulnak elő az emberi szérumban.

Karotinoidok

A karotinoidok az izoprén polimerizációs termékei, amelyek kizárólag növényekben, baktériumokban és gombákban termelődnek, és felelősek a növények sárga vagy vöröses színéért (pl. Sárgarépában és paradicsomban). Fiziológiai feladataik a fényelnyelés és az oxidatív stressz elleni védelem, mivel gyökfogóként működhetnek. [2] A karotinoidokat az állatok táplálékkal is elfogyaszthatják, és így többek között felelősek a tojássárgája és a vaj színéért. [3] Ezek többnyire telítetlen szénhidrogénláncokból és oxidációs termékeikből állnak, és nyolc izoprén egységből állnak. Így tetraterpénekről van szó, amelyek csontvázmérete 40 szénatom. [4] Karotinokra és xantofilokra vannak osztva, a karantinokkal ellentétben xantofillak, amelyek oxigéntartalmú csoportokat tartalmaznak. [5] A legismertebb és leggyakoribb karotinoid a β-karotin, más néven A provitamin. Emberek és egyes állatok szervezetében retinává (A-vitamin) alakul át, ami a rodopsin (vizuális pigment) fontos kiindulási vegyülete. képviseli, ez a vizuális folyamathoz szükséges.

Analitika

A lipidek fiziko-kémiailag nagyon különböző osztályainak kvalitatív és kvantitatív elemzéséhez előnyben részesítjük a kromatográfiás módszereket [6]. A vékonyréteg-kromatográfia és a HPLC segítségével az összes lipidosztály elválasztható egymástól. [7] A gázkromatográfia alkalmazása azonban megköveteli a foszfolipidek szétválasztását, mivel ezeket nem lehet elpárologtatni bontás nélkül. A kromatográfiai elválasztási folyamat tömegspektrometriával való összekapcsolásával [8] rendkívül specifikus és rendkívül érzékeny kvalitatív és kvantitatív meghatározások lehetségesek a különféle lipidosztályok egyes anyagai számára.

Biológiai funkciók

A lipidek biológiai funkciói ugyanolyan változatosak, mint kémiai szerkezetük. Ők szolgálják

• Üzemanyag (zsírsavak β-oxidációja)
• Energiatárolás (triacil-glicerin)
• Membrán építőelemek (foszfolipidek)
• Szignálmolekulák (diacilglicerin, IP3 kaszkád)
• Hormonok (eikozanoidok, prosztaglandinok stb.)
• Zsírban oldódó vitaminok (A, D, E, K vitamin)
• Kofaktorok (Dolichol)
• Pigmentek (karotinoidok)

Míg egyes lipideket az emberi test képezhet a zsíranyagcsere során, addig másokat étellel kell bevinni. Ezért ezeket hívják esszenciális lipidek kijelölt.

Esszenciális zsírsavak

Az úgynevezett esszenciális zsírsavak többszörösen telítetlenek, és táplálékkal kell fogyasztani, mivel emlősökben és emberekben a zsírsavszintézis során nem lehet kettős kötés a végük és a kilencedik szénatom között. Ezek közé tartoznak az omega-6 zsírsavak és az omega-3 zsírsavak. Az esszenciális omega-3 zsírsavak képviselői közé tartozik a linolénsav, az eikozapentaénsav és a dokozahexaénsav; A megfelelő omega-6 zsírsavak közé tartozik a linolsav és az arachidonsav. Az eikozanoidokat arachidonsavból szintetizálják; ezek fontos szöveti hormonok és mediátorok a szervezetben. Az omega-9 zsírsavak nem nélkülözhetetlenek, mivel szintetizálhatók omega-3 és omega-6 zsírsavakból. Az élelmiszerekben az omega-3 és omega-6 zsírsavak lehetséges forrásai a hal, a lenmag, a szójaolaj, a kenderolaj, a tökmag vagy a dió.

Az esszenciális zsírsavak fontos szerepet játszanak számos anyagcsere-folyamatban. Bizonyíték van arra, hogy az esszenciális zsírsavak bevitelének hiányosságai vagy egyensúlyhiánya számos betegség oka.

Zsírban oldódó vitaminok

A zsírban oldódó vitaminok a következők:

• Az A-vitamin, egy terpén, amely fontos szerepet játszik egyrészt a vizuális folyamatban, másrészt a bőr és a nyálkahártyák növekedésében, működésében és felépítésében,
• A D-vitamin, egy prohormon (szteroid), felelős a vér kalcium- és foszforkoncentrációjának szabályozásáért, ezért döntő fontosságú a csontstabilitás szempontjából,
• E-vitamin, antioxidáns hatású terpenoid és
• K-vitamin, egy terpenoid, amely segíti a vérrögképződést.

Lipidomika

A sejtekben vagy organizmusokban található összes lipid kutatását nevezzük Lipidomika (lipidomika). Összehasonlítható a proteomikával, amely a szervezetben és a sejtben előforduló összes fehérje kutatásával foglalkozik. Ennek a szubdiszciplináris tudománynak az a célja, hogy mind az összes lipidet feljegyezze, mind pedig meghatározza azok működését biológiai, fiziológiai vagy fizikai összefüggésben. A lipidomikában olyan technikákat alkalmaznak, mint tömegspektroszkópia (MS), magmágneses rezonancia-spektroszkópia (NMR) vagy fluoreszcencia-spektroszkópia a lipidek jellemzésére. Különösen alkalmasnak tűnnek a tömegspektroszkópiai módszerek, amelyek nagy érzékenységgel rendelkeznek, és amelyekben a molekulák ionizációja nem okozza nagyrészt szétesését. Erre alkalmas és kíméletes ionizációs módszer a nanoelektrospray ionizációs tömegspektrometria. [9] A lipidomika területén végzett kutatás célja a lipidek szerepének meghatározása számos anyagcsere-betegségben, például elhízásban, érelmeszesedésben, stroke-ban, magas vérnyomásban és cukorbetegségben. A lipidomika gyorsan növekvő területe kiegészíti a genomika és a proteomika területeit, és ezekkel együtt meghatározza a rendszerbiológiát. [10]

---