LIPIDY: CHARAKTERYSTYKA, PRZYKŁADY, FUNKCJE, KLASYFIKACJA - BIOLOGIA - 2025

Te lipidy należą do grupy heterogenicznych makrocząsteczek w tym tłuszcze, oleje, woski, sterole, etc., które mają tę właściwość, że jest częściowo nierozpuszczalne w wodzie (hydrofobowe) i odpowiednie rozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach, takich jak między innymi eter, benzen, aceton, chloroform.

Wcześniej wszystkie związki nierozpuszczalne w wodzie i rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych były uznawane za lipidy. Jednak obecnie wiele innych związków, które nie są lipidami, ma te właściwości, niektóre z nich to terpeny, niektóre witaminy i karotenoidy.

Lipidy są podstawowymi składnikami błon komórkowych, a zatem także błony plazmatycznej (źródło: Jpablo cad / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0), za Wikimedia Commons)

Słowo „lipid” pochodzi od greckiego słowa „lipos”, które oznacza tłuszcz. Niektórzy autorzy za lipidy uznają tylko te cząsteczki, które są produktami lub pochodnymi kwasów tłuszczowych, w tym głównie wszystkie związki sklasyfikowane jako oleje i tłuszcze.

Związki lipidowe są obecne we wszystkich żywych istotach na Ziemi, nawet niektóre wirusy mają te cząsteczki w swoich kapsydach.

Uważa się, że lipidy były częścią pierwszych związków węgla, które powstały podczas powstania życia i są podstawowymi cząsteczkami dla „kompleksowania” życia.

Obecnie w grupie lipidów znanych jest bardzo wiele różnych związków, z których każdy ma inne funkcje i właściwości.

Są one klasyfikowane w zależności od grupy podstawników tworzących jego szkielet (i sam szkielet), a także w zależności od jego funkcji (strukturalna, magazynująca, sygnalizacyjna, ochronna itp.).

Ogólna charakterystyka lipidów

Łańcuch atomów węgla związanych z atomami wodoru

Większość lipidów ma centralną strukturę łańcucha atomów węgla połączonych z atomami wodoru, który jest znany jako „kwas tłuszczowy”

Jeśli wszystkie atomy węgla w kwasie tłuszczowym są nasycone atomami wodoru, mówi się, że jest to „nasycony kwas tłuszczowy”.

Z drugiej strony, jeśli dwa lub więcej atomów węgla w tym samym łańcuchu jest połączonych ze sobą wiązaniem podwójnym lub potrójnym, kwas tłuszczowy określa się jako „nienasycony”, ponieważ stracił 2 lub więcej atomów węgla w wyniku odwodornienia. wodór.

Wysoka temperatura topnienia

Lipidy mają wysoką masę cząsteczkową, która zapewnia im wysoką temperaturę topnienia

Temperatura topnienia lipidów jest wyższa w lipidach zawierających więcej atomów węgla. Ale ta temperatura topnienia spada, gdy lipidy zawierają kwasy tłuszczowe z nienasyconymi łańcuchami węglowodorowymi.

Są to cząsteczki amfipatyczne

Wszystkie lipidy mają część polarną lub hydrofilową i inną część niepolarną lub hydrofobową, reprezentowaną przez alifatyczne łańcuchy kwasów tłuszczowych, które je tworzą.

Większość cząsteczek lipidów łączy się ze sobą poprzez wiązania wodorowe i interakcje van der Waalsa między ich łańcuchami węglowodorowymi.

Mają dobrą odporność na obciążenia mechaniczne

Wiązania utworzone między atomami węgla i wodoru nadają lipidom pewną odporność fizyczną na naprężenia mechaniczne. Ponadto, będąc częściowo nierozpuszczalnymi w wodzie, asocjacje lipidów są trudne do rozpadu w środowisku wodnym.

Funkcje lipidów

Lipidy mają bardzo różnorodne funkcje biologiczne, tak zróżnicowane, jak duża liczba struktur chemicznych występujących w tej grupie.

Energetyczny

U większości kręgowców i wielu bezkręgowców lipidy są głównymi formami magazynowania energii i transportu kwasów tłuszczowych w komórkach.

U kręgowców lipidy wchłaniane z pożywieniem magazynowane są w tkance tłuszczowej w postaci kwasów tłuszczowych i tam służą jako substancja termoizolacyjna dla narządów i tkanki podskórnej.

Kwasy tłuszczowe to wyspecjalizowane lipidy do magazynowania energii w organizmach żywych, ponieważ ich utlenianie uwalnia duże ilości energii w postaci ATP. Odbywa się to poprzez proces zwany „β-oksydacją kwasów tłuszczowych”, który jest przeprowadzany przez prawie wszystkie komórki żywych organizmów.

Strukturalny

Fosfolipidy i sterole są niezbędnymi składnikami błon biologicznych komórek i ich organelli (w komórkach eukariotycznych).

Wiele małych cząsteczek lipidów na powierzchni błon służy jako pigmenty pochłaniające światło, podczas gdy inne służą jako kotwice dla niektórych białek błon, które przyczepiają się do powierzchni.

Enzymatyczny

Wiele lipidów jest kofaktorami w katalizie enzymatycznej lub działa jako transportery elektroniczne w gradientach elektrochemicznych.

Inni biorą udział w szybkiej propagacji fal depolaryzacji w organizmie zwierząt, co jest oczywiście związane z wyspecjalizowanymi komórkami nerwowymi.

Klasyfikacja lipidów

Lipidy można podzielić na cztery duże grupy: tłuszcze i oleje, fosfolipidy, woski, sterole oraz terpeny i eikozanoidy.

Tłuszcze i oleje

Ta grupa obejmuje kwasy tłuszczowe, które są zwykle najpowszechniejszymi elementami strukturalnymi do tworzenia bardziej złożonych lipidów, takich jak na przykład fosfolipidy i woski.

Tłuszcze są na ogół związkami składającymi się z kwasów tłuszczowych połączonych z cząsteczką glicerolu na każdym z jej 3 atomów węgla poprzez wiązania typu estrowego, dlatego są ogólnie znane jako trójglicerydy.

Fosfolipidy

Fosfolipidy to główne składniki błon komórkowych. Są to lipidy złożone ze szkieletu glicerolowego lub sfingozyny, do którego estryfikowane są dwie cząsteczki kwasów tłuszczowych oraz grupy fosforanowej zdolnej do reagowania i wiązania się z różnymi cząsteczkami alkoholu.

Zgodnie ze szkieletem, na którym „zbudowane” są fosfolipidy, mogą to być glicerofosfolipidy lub fosfoesfingolipidy.

Glicerolipidy lub fosfolipidy (źródło: Yo / Public domain, za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Istnieje inna grupa lipidów podobna do fosfolipidów i znana jako grupa e- sfingolipidów. Są to lipidy zbudowane na szkielecie sfingozyny, do którego przy pomocy wiązań amidowych są przyłączone dwa kwasy tłuszczowe i węglowodan lub inny związek polarny.

Woski

Palmitynian cetylu, typowy ester wosku

Woski to lipidy zbudowane na długołańcuchowych alkoholach zestryfikowanych do długołańcuchowych kwasów tłuszczowych.

Działają w powlekaniu powierzchni struktur ciała roślin i zwierząt i na ogół występują w postaci stałej, dlatego mówi się, że są całkowicie nierozpuszczalne w wodzie lub roztworach wodnych.

Sterole

Ogólna budowa steroli i ich pochodnych. Źródło: Vaccinationist

Są to duże lipidy złożone z 4 cyklicznych jednostek węglowodorowych, a nie z prostołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Niektóre mają grupę funkcyjną -OH, więc podlegają klasyfikacji alkoholi. Duże znaczenie ma cholesterol i jego pochodne.

Terpeny i eikozanoidy

Struktura chemiczna mircenu, monoterpenu (źródło: Jan Herold, Leyo / Public domain, za Wikimedia Commons

Dwa inne typy lipidów to terpeny i eikozanoidy. Terpeny, w przeciwieństwie do bardziej powszechnych lipidów, nie składają się z kwasów tłuszczowych, ale z powtarzających się jednostek 5 atomów węgla, znanych jako „jednostki izoprenowe”.

Zaliczenie go do grupy lipidów ma wiele wspólnego z hydrofobowym charakterem i nierozpuszczalnością w wodzie lub rozpuszczalnikach polarnych.

Z drugiej strony, eikozanoidy są lipidami, które powstają w wyniku metabolizmu niektórych kwasów tłuszczowych i są prekursorami ważnych hormonów dla człowieka i innych ssaków, takich jak prostaglandyny.

Przykłady lipidów

Jak już wspomniano, w przyrodzie występuje duża różnorodność związków o właściwościach lipidowych, więc poniżej zostaną wymienione tylko niektóre z najważniejszych przykładów.

Kwas palmitynowy

Jest to nasycony kwas tłuszczowy o długim łańcuchu (16 atomów węgla). Jest główną substancją rezerwową kręgowców i jest wytwarzana endogennie przez lipogenezę.

Ten kwas tłuszczowy służy jako podstawowa cząsteczka do syntezy innych związków. Ponadto utlenianie zaledwie 1 mola tego związku daje około 2,59 mola ATP, co stanowi duże źródło energii dla kręgowców, zwłaszcza w przeciwieństwie do utleniania węglowodanów i białek.

Cholesterol

Struktura chemiczna cholesterolu (źródło: Guillem d'Occam. Zmodyfikowane przez Alejandro Porto. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) przez Wikimedia Commons)

Jest to lipid należący do grupy steroli, znajdujący się w błonie komórkowej prawie wszystkich komórek. Obecność tych cząsteczek w błonie komórkowej ma zasadnicze znaczenie dla regulacji jej sztywności, krzywizny i elastyczności.

Ma centralny szkielet złożony z 27 atomów węgla. Jest to jednak cząsteczka złożona z pierścieni aromatycznych, co nadaje jej znacznie większą twardość, odporność i sztywność w porównaniu z innymi lipidami. Ten lipid jest prekursorem wielu hormonów zwierzęcych.

U ludzi cholesterol jest niezbędny do syntezy testosteronu i innych wysoce istotnych hormonów płciowych.

Fosfatydylocholina

Należy do grupy fosfolipidów i występuje w błonie komórkowej praktycznie wszystkich komórek. Zwykle ma łańcuch kwasu palmitynowego i jest syntetyzowany głównie w wątrobie kręgowców.

Związek ten jest niezbędny do syntezy cholesterolu i do typowej elastyczności komórek. Wiele białek, które wiążą się z błoną komórkową, przylega specyficznie do polarnej głowy tego lipidu.

Sfingomielina

Struktura sfingomieliny (źródło: Jag123 z angielskiej Wikipedii, za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Występuje w błonie komórkowej wszystkich organizmów i wiele badań dotyczyło jego funkcji i struktury, ponieważ jest również częścią otoczki mielinowej, która pokrywa aksony neuronów u zwierząt.

Sfingomielina należy do grupy sfingolipidów i u ludzi jest to najobficiej występujący sfingolipid w całym organizmie. Charakteryzuje się szkieletem sfingozyny, który jest połączony wiązaniem amidowym z grupą polarną, zwykle fosfatydyloetanoloaminą.

Steroidy

Podstawowa struktura steroidu (źródło: Hati w niemieckiej Wikipedii / domenie publicznej, za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Innym przykładem lipidów są steroidy. Naturalne steroidy są obecne w organizmie i mogą obejmować cholesterol, który jest najpowszechniejszym typem, estrogen, testosteron, sole żółci występujące w żółci jelitowej oraz kortyzol, substancję chemiczną wydzielaną przez organizm.

Estrogen

Tak zwany żeński hormon jest lipidem; jest wytwarzana głównie przez jajniki i jest odpowiedzialna za utrzymanie drugorzędnych cech płciowych u kobiet.

Testosteron

Tak zwany męski hormon jest lipidem; jest wytwarzana głównie przez jądra i odpowiada za utrzymanie drugorzędnych cech płciowych u mężczyzn.

Witaminy

Witaminy rozpuszczalne w wodzie to lipidy; większość z nich jest przechowywana w wątrobie lub innych narządach organizmu. Na przykład:

• Witamina A, która jest ważna dla funkcji odpornościowych, widzenia i reprodukcji. Można go znaleźć w kolorowych owocach i warzywach, pełnym mleku i wątrobie.
• Witamina D, stosowana w celu poprawy wchłaniania wapnia, cynku, fosforanów, żelaza i magnezu w jelitach. Można go uzyskać z niektórych produktów spożywczych i wystawionych na działanie promieni słonecznych.
• Witamina E chroni serce i pomaga organizmowi chronić się przed wolnymi rodnikami; dlatego pomaga w utrzymaniu zdrowych komórek. Można go znaleźć w olejach roślinnych, nasionach i orzechach.
• Witamina K umożliwia krzepnięcie krwi i może wspomagać wytrzymałość kości u osób starszych. Można go znaleźć w szpinaku, jarmużu, sałacie, pietruszce, brukselce, brokułach, kapuście, wątrobie, mięsie, jajach, zbożach i rybach.

Znaczenie dla żywych istot

Lipidy są częścią niezbędnych biocząsteczek do życia, ponieważ bez ich rozwoju nie rozwinąłoby się życie, jakie znamy, ponieważ istnienie błon lipidowych jest możliwe tylko dzięki tym substancjom.

Lipidy, jak omówiono wcześniej, biorą udział w prawie wszystkich znanych procesach fizjologicznych, od ochrony komórki przed infekcją wirusową po produkcję i magazynowanie energii.

Działają również jako izolatory, dzięki czemu bodźce elektryczne są skutecznie przenoszone między komórkami nerwowymi, a gromadzenie lipidów w organizmie niektórych zwierząt jest ważne dla magazynowania energii i ochrony przed niskimi temperaturami lub stresem mechanicznym.

Bibliografia

1. Brady, S. (2011). Podstawy neurochemii: podstawy neurobiologii molekularnej, komórkowej i medycznej. Prasa akademicka.
2. Ha, CE i Bhagavan, NV (2011). Podstawy biochemii medycznej: z przypadkami klinicznymi. Academic Press.
3. Litwack, G. (2017). Biochemia człowieka. Academic Press.
4. Nelson, D. i Cox, M. Lehninger. (2000). Zasady biochemii, 3.
5. Sargent, JR, Tocher, DR i Bell, JG (2003). Lipidy. W żywieniu ryb (s. 181-257). Academic Press.