Липиди - Биология

Липиди (от гръцки λίπος lípos "Fett", ударение върху втората сричка: Устнаiде) е колективно наименование на напълно или поне до голяма степен неразтворими във вода (хидрофобни) природни вещества, които от друга страна се разтварят много добре в хидрофобни (или липофилни) разтворители като хексан поради ниската им полярност. Неразтворимостта им във вода се дължи главно на дългите въглеводородни остатъци, които имат повечето липиди. Те са грубо разделени на осапуниваеми и неосапуниваеми липиди. [1]

В живите организми липидите се използват главно като структурни компоненти в клетъчните мембрани, като складове за енергия или като сигнални молекули. Повечето биологични липиди са амфифилни, т.е. те имат липофилен въглеводороден остатък и полярна хидрофилна главна група, поради което образуват мицели или мембрани в полярни разтворители като вода. Терминът „мазнини“ често се използва като синоним на липиди, но мазнините (триглицеридите) са само подгрупа на липидите.

Липидите могат да бъдат разделени на седем групи: мастни киселини, триацилглицериди (мазнини и мастни масла), восъци, фосфолипиди, сфинголипиди, липополизахариди и изопреноиди (стероиди, каротеноиди и др.)

Мастни киселини, триацилглицериди (мазнини и мастни масла) и восъци

Триацилглицеролите (триглицеридите) съставляват основната част от хранителните липиди с повече от 90 процента. Те са важен доставчик на енергия (1 g мазнина съдържа 38,9 kJ енергия, 1 g захар само 17,2 kJ). В допълнение, триглицеридите образуват най-важния енергиен запас на тялото (захарта, т.е. глюкозата, от друга страна, се съхранява в много по-малки количества от гликогена в черния дроб и мускулите), те са добра защита срещу студа в кожата и също така я предпазват от нараняване. Всички важни органи са защитени от слой мазнина.

Мастни киселини

Мастните киселини са предимно неразклонени монокарбоксилни киселини, които се състоят от въглеводородна верига с карбоксилна група в единия край (виж снимката).

Прави се разлика между наситени мастни киселини, в които няма двойни връзки, и ненаситени мастни киселини, които имат една или повече двойни връзки (в природата обикновено в цис позиция, а не в конюгация една с друга). Най-простата наситена мастна киселина е маслената киселина само с четири въглеродни атома.

Важни представители на ненаситените мастни киселини са олеиновата киселина (мононенаситена) и арахидоновата киселина (четирикратно ненаситената). Животинският организъм може да синтезира ненаситени мастни киселини само с ограничения. Следователно всички онези мастни киселини, които трябва да се консумират с храната, се наричат незаменими мастни киселини (виж по-долу). Колкото повече двойни връзки съдържа една мастна киселина, толкова по-ниска е нейната точка на топене.

Триацилглицерин (мазнини и мастни масла)

Вижте основните статии Мазнини и мазни масла, както и триацилглицероли.

Както беше споменато по-горе, триацилглицеролите представляват най-голямата група диетични липиди.Те се състоят от глицерол и три мастни киселини, естерифицирани с глицерол. Ако те са течни при стайна температура (20 ° C), те се наричат масла, ако са твърди като мазнини. Както вече споменахме, това са важни енергийни запаси за животни и растения. Ако триацилглицеролите се разделят чрез осапуняване, се образуват глицерол и съответните соли на мастните киселини.

Восъци

Восъците са единични естери на мастни киселини и като такива се различават от тройните естери на мазнините и маслата. Както киселинната, така и алкохолната част на восъците имат дълго наситени алкилни групи. За разлика от триглицеридите, восъците са по-малко „мазни“, а също и по-твърди и по-порести.

Друго определение (Германско общество за мазнини) разглежда восъците като клас вещества, който се определя изключително от техните механично-физични свойства. Според тази дефиниция восъците могат да се месят при 20 ° C, твърди до крехки и твърди, имат груба до фина кристална структура, на цвят са полупрозрачни до непрозрачни (непрозрачни), но не са подобни на стъкло, над 40 ° C те се топят без разлагане, малко над При точката си на топене те са леко течни (не много вискозни), имат силно зависима от температурата консистенция и разтворимост и могат да бъдат полирани под леко налягане.

Мембранообразуващи липиди

Мембранообразуващите липиди са тези, които имат хидрофилна и хидрофобна част - тоест амфифилна. Това им позволява да образуват или мицели (сферични агрегати от амфифилни молекули, които спонтанно се събират в дисперсионна среда), или двойни липидни слоеве в полярни разтворители като вода - като хидрофилната част винаги взаимодейства с полярния разтворител. С изключение на мембраните на археите, всички биомембрани, които отделят съдържанието на клетката от околната среда, се състоят от тези двойни липидни слоеве. Следователно мембранообразуващите липиди са едно от основните изисквания за клетъчното образуване и следователно за живота.

Фосфолипиди

Сфинголипиди

Сфинголипидите също са част от клетъчните мембрани. Основната им структура се състои от мастна киселина и сфингозин. Те са разделени на групите керамиди, сфингомиелини и гликолипиди. Сфинголипидите се намират в нервната тъкан, те играят важна роля в предаването на сигнала и взаимодействието на отделните клетки.

Гликолипиди

Гликолипидите са безфосфатни, съдържащи сфингозин липиди със съдържание на въглехидрати, гликозидно свързани към 1-хидрокси групата на сфингозина. Те често образуват външната страна на биологичните мембрани, като съдържанието на въглехидрати е представено върху клетъчната мембрана. Смята се, че те играят роля в комуникацията и взаимодействието между отделните клетки. Гликолипидите се делят на цереброзиди, ганглиозиди и сулфатиди.

Изопреноиди

Изопреноидите (също терпеноиди) са съединения, които се основават на изопренови единици. Съединенията, които се броят сред липидите, са стероидите и каротеноидите. Естествените стероиди принадлежат към тритерпеноидните производни (тритерпеноид означава, че се състои от 30 въглеродни атома), тъй като всички те са биосинтезирани от сквален. Каротиноидите се броят сред тетратерпеноидните производни (40 въглеродни атома), те се получават от ликопен.

Стероиди

Всички стероиди имат като основна структура система от четири, обикновено омрежени въглеродни пръстени, три шестоъгълни и един петоъгълен. Най-известният представител на стероидите е холестеролът, който е един от стеролите. Наред с други неща, той е съществен компонент на всички клетъчни мембрани, с изключение на вътрешната мембрана на митохондриите, и следователно може да се брои сред мембранните липиди в по-широк смисъл. Обикновено е в естерифицирана форма като холестеролов естер на мастните киселини. Спектърът на мастните киселини на естерите на холестерола в живо същество е силно зависим от диетата му.

Жлъчните киселини, които участват в храносмилането, имат хидрофобна и хидрофилна част, така че могат да покриват мазнините и по този начин да улесняват усвояването им в храносмилателния тракт.

Стероидите също включват половите хормони, произведени в яйчниците и тестисите. Те контролират размножаването и развитието на вторични полови белези. Женските полови хормони са прогестерон и естроген, мъжките андрогени (напр. Тестостерон и андростерон).

Други примери са други зоологически градини, мико и фитостероли и техните естери като. Б. ергостерол, витамин D и сърдечни гликозиди (напр. Дигиталис и строфантин). Фитостероли като Б. β-ситостерол, стигмастерол и кампестерол и техните естери се срещат все по-често в човешкия серум при вегетарианска диета.

Каротеноиди

Каротеноидите са продукти на полимеризация на изопрен, които се произвеждат изключително в растения, бактерии и гъбички и са отговорни за жълтия до червеникав цвят на растенията (напр. В морковите и доматите). Техните физиологични задачи са поглъщане на светлина и защита срещу оксидативен стрес, тъй като те могат да функционират като радикални чистачи. [2] Каротеноидите могат също да бъдат погълнати от животни чрез храна и следователно са отговорни за цвета на яйчния жълтък и масло, наред с други неща. [3] Те обикновено се състоят от ненаситени въглеводородни вериги и техните продукти на окисление и са съставени от осем изопренови единици. По този начин това са тетратерпени с размер на скелета от 40 въглеродни атома. [4] Те са разделени на каротини и ксантофили, с ксантофили, за разлика от каротините, съдържащи кислородсъдържащи групи. [5] Най-известният и най-разпространен каротеноид е β-каротинът, известен още като провитамин А. Той се превръща в ретинал (витамин А) в организма на хората и някои животни, което е важно изходно съединение за родопсин (зрителен пигмент) представлява, това е необходимо за визуалния процес.

Анализ

За качествения и количествения анализ на физико-химически много различни класове липиди се дава предпочитание на използването на хроматографски методи [6] С помощта на тънкослойна хроматография и HPLC, всички липидни класове могат да бъдат разделени един от друг. [7] Използването на газова хроматография обаче изисква отделянето на фосфолипидите, тъй като те не могат да се изпарят, без да се разлагат. Чрез свързването на хроматографския процес на разделяне с масспектрометрията [8] са възможни високоспецифични и силно чувствителни качествени и количествени определяния на отделни вещества от различните липидни класове.

Биологични функции

Биологичните функции на липидите са също толкова разнообразни, колкото и химическата им структура. Те служат като

Гориво (β-окисляване на мастни киселини)
Съхранение на енергия (триацилглицероли)
Мембранни градивни елементи (фосфолипиди)
Сигнални молекули (диацилглицерол; IP3 каскада)
Хормони (ейкозаноиди; простагландини и др.)
Мастноразтворими витамини (витамини A, D, E, K)
Кофактори (Долихол)
Пигменти (каротеноиди)

Докато някои липиди могат да се образуват от човешкото тяло в самия метаболизъм на мазнините, други трябва да се приемат с храна. Следователно те се наричат основни липиди определен.

Незаменими мастни киселини

Така наречените есенциални мастни киселини са полиненаситени и трябва да се поглъщат с храната, тъй като при бозайниците и хората не могат да бъдат въведени двойни връзки между техния край и деветия въглероден атом по време на синтеза на мастни киселини. Те включват омега-6 мастните киселини и омега-3 мастните киселини. Представителите на основните омега-3 мастни киселини включват линоленова киселина, ейкозапентаенова киселина и докозахексаенова киселина; Съответните омега-6 мастни киселини включват линолова киселина и арахидонова киселина. Ейкозаноидите се синтезират от арахидонова киселина; това са важни тъканни хормони и медиатори в тялото. Омега-9 мастните киселини не са от съществено значение, тъй като те могат да бъдат синтезирани от омега-3 и омега-6 мастни киселини. Възможни източници на омега-3 и омега-6 мастни киселини в храната са риба, ленено семе, соево масло, конопено масло, тиквени семки или орехи.

Незаменимите мастни киселини играят важна роля в много метаболитни процеси. Има доказателства, че недостатъците или дисбалансите в приема на есенциални мастни киселини са причина за множество заболявания.

Мастноразтворими витамини

Мастноразтворимите витамини са:

Витамин А, терпен, който играе важна роля в зрителния процес, от една страна, и в растежа, функцията и структурата на кожата и лигавиците, от друга,
Витамин D, прохормон (стероид), е отговорен за регулирането на концентрациите на калций и фосфор в кръвта и следователно е от решаващо значение за стабилността на костите,
Витамин Е, терпеноид с антиоксидантно действие и
Витамин К, терпеноид, който помага за съсирването на кръвта.

Липидомика

Извиква се изследване на всички липиди, открити в клетка или организъм Липидомика (липидомика). Той е сравним с протеомиката, която се занимава с изследването на всички протеини, срещащи се в организма и клетката. Целта на тази субдисциплинарна наука е както да регистрира всички липиди, така и да определи тяхната функция в биологичен, физиологичен или физически контекст. В липидомиката за характеризиране на липидите се използват техники като масспектроскопия (MS), ядрено-магнитна резонансна спектроскопия (NMR) или флуоресцентна спектроскопия. Масспектроскопските методи изглеждат особено подходящи, които имат висока чувствителност и при които йонизацията на молекулите не ги кара да се разпадат до голяма степен. Подходящ и щадящ йонизационен метод за това е нано-електроспрей йонизационната масспектрометрия. [9] Изследванията в областта на липидомиката имат за цел да определят ролята на липидите при много метаболитни заболявания като затлъстяване, атеросклероза, инсулт, високо кръвно налягане и диабет. Бързо нарастващото поле на липидомиката допълва областите на геномиката и протеомиката и заедно с тях определя системната биология. [10]