Vsebina
- TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
- Struktura lipidov
- Primeri lipidov
- Funkcije lipidov
- Lipidi in zdravje
- V teku raziskovanje lipida
Lipidi sestavljajo skupino spojin, kot so maščobe, olja, steroidi in voski, ki jih najdemo v živih organizmih. Tako prokarioti kot evkarioti imajo lipide, ki imajo biološko veliko pomembnih vlog, kot so tvorba membrane, zaščita, izolacija, shranjevanje energije, delitev celic in drugo. 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 opravljajo več funkcij v različnih vrstah, za shranjevanje energije, zaščito, izolacijo, delitev celic in druge pomembne biološke vloge.
Struktura lipidov
Lipidi so narejeni iz triglicerida, ki je narejen iz alkoholnega glicerola, in maščobnih kislin. Dodatki tej osnovni strukturi prinašajo veliko raznolikost lipidov. Doslej so odkrili več kot 10.000 vrst lipidov in mnogi delajo z ogromno raznolikostjo beljakovin za celični metabolizem in transport materiala. Lipidi so bistveno manjši od beljakovin.
Primeri lipidov
Maščobne kisline so ena vrsta lipidov in služijo tudi kot gradniki drugih lipidov. Maščobne kisline vsebujejo karboksilne (-COOH) skupine, vezane na ogljikovo verigo s pritrjenimi vodiki. Ta veriga je netopna v vodi. Maščobne kisline so lahko nasičene ali nenasičene. Nasičene maščobne kisline imajo enojne ogljikove vezi, medtem ko imajo nenasičene maščobne kisline dvojne ogljikove vezi. Kadar se nasičene maščobne kisline kombinirajo s trigliceridi, nastanejo trdne maščobe pri sobni temperaturi. To je zato, ker se zaradi njihove strukture tesno spakirajo. Nasprotno pa nenasičene maščobne kisline v kombinaciji s trigliceridi prinašajo tekoča olja. Razgibana struktura nenasičenih maščob daje ohlapnejšo in bolj tekočo snov pri sobni temperaturi.
Fosfolipidi so narejeni iz trigliceridov s fosfatno skupino, substituirano v maščobni kislini. Lahko jih opišemo z napolnjeno glavo in repom iz ogljikovodika. Njihove glave so hidrofilne ali vodoljubne, medtem ko so njihovi repi hidrofobni ali odbijajo vodo.
Drugi primer lipidov je holesterol. Holesteroli so razporejeni v toge obročne strukture s petimi ali šestimi atomi ogljika, s pritrjenimi vodiki in gibkim ogljikovodikovim repom. Prvi obroč vsebuje hidroksilno skupino, ki se razprostira v vodnih okoljih živalskih celičnih membran. Preostali del molekule pa je v vodi netopen.
Polinenasičene maščobne kisline (PUFA) so lipidi, ki pomagajo pri membranski fluidnosti. PUFA-ji sodelujejo v celični signalizaciji, povezani z nevronskim vnetjem in energijskim metabolizmom. Zagotavljajo lahko nevroprotektivne učinke kot omega-3 maščobne kisline 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.
Funkcije lipidov
Lipidi imajo v organizmih več vlog. Lipidi tvorijo zaščitne pregrade. Vsebujejo celične membrane in del strukture celičnih sten v rastlinah. Lipidi zagotavljajo shranjevanje energije rastlinam in živalim. Dokaj pogosto lipidi delujejo poleg beljakovin. Na lipidne funkcije lahko vplivajo spremembe njihovih skupin polarnih glav, pa tudi stranskih verig.
Fosfolipidi s svojo amfipatično naravo tvorijo temelje lipidnih dvoslojev, ki tvorijo celične membrane. Zunanja plast deluje z vodo, medtem ko notranja plast obstaja kot prožna mastna snov. Tekočina narave celičnih membran pomaga pri njihovem delovanju. Lipidi ne sestavljajo samo plazemskih membran, ampak tudi celične oddelke, kot so jedrska ovojnica, endoplazemski retikulum (ER), Golgijev aparat in vezikule.
Lipidi sodelujejo tudi pri delitvi celic. Delitvene celice uravnavajo vsebnost lipidov glede na celični cikel. Vsaj 11 lipidov je vključenih v aktivnost celičnega cikla. Sfingolipidi igrajo vlogo pri citokinezi med interfazo. Ker delitev celic povzroči napetost v plazemski membrani, 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 od porabe, saj imajo več kot dvakrat več energije kot beljakovine in ogljikovi hidrati. Telo v prebavi razgradi maščobe, nekatere za takojšnje potrebe po energiji in druge za shranjevanje. Telo črpa za shranjevanje lipidov za vadbo z lipazami za razgradnjo teh lipidov in sčasoma naredi več adenozin trifosfata (ATP) do močnih celic.
V rastlinah semenska olja, kot so triacilgliceroli (TAG), zagotavljajo shranjevanje hrane za kalitev in rast semena tako v drevesu kot v gimnospermih. Ta olja so shranjena v oljnih telesih (OB) in zaščitena s fosfolipidi in proteini, imenovanimi oleosini. Vse te snovi proizvaja endoplazemski retikulum (ER). Telo olja se brsti 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 lipide, kot so holesterol, sitosterol, kamposterol, stigmasterol in več različnih lipofilnih hormonov in molekul. Različni lipidi lahko igrajo vlogo pri signalizaciji, ko je rastlina poškodovana. Fosfolipidi v rastlinah delujejo tudi kot odgovor na okoljske stresorje na rastlinah in kot odziv na okužbe s patogeni.
Lipidi pri živalih služijo tudi kot izolacija iz okolja in kot zaščita vitalnih organov. Lipidi zagotavljajo tudi plovnost in hidroizolacijo.
Lipidi, imenovani ceramidi, ki temeljijo na sfingoidih, 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. Sfingolipidi tvorijo strukturne in signalne lipide, ki jih najdemo v koži. Sfingomijelini, izdelani iz ceramidov, prevladujejo v živčnem sistemu in pomagajo motoričnim nevronom preživeti.
Lipidi imajo tudi vlogo pri celični signalizaciji. V centralnem in perifernem živčnem sistemu lipidi nadzorujejo fluidnost membran in pomagajo pri prenosu električnega signala. Lipidi pomagajo stabilizirati sinapse.
Lipidi so bistveni za rast, zdrav imunski sistem in razmnoževanje. Lipidi telesu omogočajo, da shranjuje vitamine v jetrih, kot so v maščobi topni vitamini A, D, E in K. Holesterol služi kot predhodnik hormonov, kot sta estrogen in testosteron. Prav tako naredi žolčne kisline, ki raztapljajo maščobo. Jetra in črevesje tvorijo približno 80 odstotkov holesterola, preostanek pa dobimo iz hrane.
Lipidi in zdravje
Na splošno so živalske maščobe nasičene in zato trdne, rastlinska olja pa so običajno nenasičena in zato tekoča. Živali ne morejo proizvajati nenasičenih maščob, zato morajo te maščobe zaužiti proizvajalci, kot so rastline in alge. Živali, ki jedo te rastlinske porabnike (na primer hladnovodne ribe), pridobijo koristne maščobe. Nenasičene maščobe so najbolj zdrave maščobe, ki jih jemo, saj zmanjšujejo tveganje za nastanek 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. Prej maščobe, ki so se prej uporabljale pri kuhanju, se danes štejejo kot nezdrave za uživanje.
Nasičene maščobe je treba zaužiti manj kot nenasičene maščobe, saj lahko nasičene maščobe povečajo tveganje za bolezen. Primeri nasičenih maščob vključujejo rdeče živalsko meso in maščobne mlečne izdelke, pa tudi kokosovo olje in palmovo olje.
Kadar medicinski strokovnjaki lipide navajajo kot maščobe v krvi, to opisuje vrsto maščob, o katerih se pogosto razpravlja o zdravju srca in ožilja, zlasti o holesterolu. Lipoproteini pomagajo pri prenašanju holesterola v telesu. Lipoprotein visoke gostote (HDL) se nanaša na holesterol, ki je "dobra" maščoba. Služi za odstranjevanje slabega holesterola preko jeter. Med "slabe" holesterole spadajo LDL, IDL, VLDL in nekateri trigliceridi. Slabe maščobe povečajo tveganje za srčni infarkt in možgansko kap zaradi kopičenja v plaki, kar lahko vodi do zamašenih arterij. Zato je ravnovesje lipidov ključnega pomena za zdravje.
Vnetna stanja kože lahko koristijo uživanju nekaterih lipidov, kot so eikozapentaenojska kislina (EPA) in doksaheksaenojska kislina (DHA). Dokazano je, da EPA spreminja profil ceramida kože.
Številne bolezni so povezane z lipidi v človeškem telesu. Hipertrigliceridemija, stanje visokih trigliceridov v krvi, lahko privede do pankreatitisa. Številna zdravila delujejo na zmanjšanje trigliceridov, na primer z encimi, ki razgrajujejo maščobe v krvi. Pri nekaterih ljudeh je bilo ugotovljeno tudi veliko znižanje trigliceridov z medicinskim dopolnjevanjem z ribjim oljem.
Hiperholesterolemija (visok holesterol v krvi) je lahko pridobljena ali genetska. Posamezniki z družinsko hiperholesterolemijo imajo izjemno visoke vrednosti holesterola, ki jih ni mogoče nadzorovati z zdravili. To močno poveča tveganje za srčni infarkt in možgansko kap, saj mnogi posamezniki umrejo pred 50. letom starosti.
Genetske bolezni, ki imajo za posledico veliko kopičenje lipidov na krvnih žilah, se imenujejo bolezni shranjevanja lipidov. To prekomerno shranjevanje maščob škoduje možganov in drugih delov telesa. Nekaj primerov bolezni shranjevanja lipidov so Fabryjeva bolezen, Gaucherjeva bolezen, Niemann-Pickova bolezen, Sandhoffova bolezen in Tay-Sachs. Na žalost mnoge od teh bolezni shranjevanja lipidov v mladosti povzročijo bolezni in smrt.
Lipidi igrajo tudi vlogo pri boleznih motoričnih nevronov (MND), saj za ta stanja ni značilna samo degeneracija in smrt motoričnih nevronov, temveč tudi težave z metabolizmom lipidov. Pri MND se strukturni lipidi centralnega živčnega sistema spremenijo, kar vpliva tako na membrane kot na celično signalizacijo. Na primer, hipermetabolizem se pojavi z amiotrofično lateralno sklerozo (ALS). Zdi se, da obstaja povezava med prehrano (v tem primeru ne zaužijemo dovolj lipidnih kalorij) in tveganjem za nastanek ALS. Višji lipidi ustrezajo boljšim rezultatom za bolnike z ALS. Zdravila, ki ciljajo na sfingolipide, veljajo za zdravljenje bolnikov z ALS. Potrebno je več raziskav, da bi bolje razumeli vpletene mehanizme in zagotovili ustrezne možnosti zdravljenja.
Pri spinalni mišični atrofiji (SMA), genetski avtosomno recesivni bolezni, se lipidi ne uporabljajo pravilno za energijo. Posamezniki SMA imajo visoko maščobno maso v nizkem kaloričnem vnosu. Zato disfunkcija metabolizma lipidov ponovno igra pomembno vlogo pri bolezni motoričnih nevronov.
Obstajajo dokazi za omega-3 maščobne kisline, ki imajo koristno vlogo pri degenerativnih boleznih, kot so Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen. To ni dokazano za ALS, pravzaprav pa so pri mišjih modelih našli nasprotni učinek toksičnosti.
V teku raziskovanje lipida
Znanstveniki nadaljujejo z odkrivanjem novih lipidov.Trenutno lipidov ne preučujemo na ravni beljakovin in jih zato manj razumemo. Velik del sedanje klasifikacije lipidov se je opiral na kemike in biofizike, s poudarkom na strukturi in ne na funkciji. Poleg tega je izziv, da bi dražil lipidne funkcije zaradi svoje nagnjenosti k združevanju z beljakovinami. Prav tako je težko razjasniti delovanje lipidov v živih celicah. Jedrska magnetna resonanca (NMR) in masna spektrometrija (MS) prinašata nekaj lipidne identifikacije s pomočjo računalniške programske opreme. Vendar pa je za boljšo vpogled v lipidne mehanizme in funkcije potrebna boljša ločljivost pri mikroskopiji. Namesto da bi analizirali skupino lipidnih ekstraktov, bo za izolacijo lipidov iz njihovih proteinskih kompleksov potrebna bolj specifična MS. Označevanje izotopov lahko izboljša izboljšanje vizualizacije in s tem identifikacije.
Jasno je, da lipidi poleg svojih znanih strukturnih in energijskih lastnosti igrajo pomembno vlogo pri pomembnih motoričnih funkcijah in signalizaciji. Ker se tehnologija izboljšuje za prepoznavanje in vizualizacijo lipidov, bo potrebnih še več raziskav, da se ugotovi delovanje lipidov. Sčasoma je upanje, da bi lahko oblikovali markerje, ki ne bi pretirano motili funkcije lipidov. Sposobnost manipuliranja funkcije lipidov na podceličnih ravneh bi lahko pomenila raziskovalni preboj. To bi lahko spremenilo znanost na skoraj enak način kot raziskovanje beljakovin. Po drugi strani bi lahko pripravili nova zdravila, ki bi potencialno pomagala tistim, ki trpijo zaradi motenj lipidov.