LIPIDY: VLASTNOSTI, PRÍKLADY, FUNKCIE, KLASIFIKÁCIA - BIOLÓGIE - 2025

Tieto lipidy sú skupina heterogénnych makromolekúl, vrátane tukov, olejov, steroly, vosky a podobne, ktoré zdieľajú charakteristiku, že sú čiastočne vo vode nerozpustný (hydrofóbna) a dobre rozpustný v nepolárnych rozpúšťadlách, ako je éter, benzén, acetón, chloroform.

Doteraz boli všetky zlúčeniny nerozpustné vo vode a rozpustné v organických rozpúšťadlách považované za lipidy. Avšak dnes má mnoho ďalších zlúčenín, ktoré nie sú lipidy, tieto vlastnosti, niektoré z nich sú terpény, určité vitamíny a karotenoidy.

Lipidy sú základné zložky bunkových membrán, a teda aj plazmatickej membrány (Zdroj: Jpablo cad / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0), prostredníctvom Wikimedia Commons).

Slovo „lipid“ pochádza z gréckeho slova „lipos“, čo znamená tuk. Niektorí autori považujú za lipidy iba tie molekuly, ktoré sú produktmi alebo derivátmi mastných kyselín, najmä vrátane všetkých zlúčenín klasifikovaných ako oleje a tuky.

Lipidové zlúčeniny sú prítomné vo všetkých živých bytostiach na Zemi, dokonca aj niektoré vírusy majú tieto molekuly v kapside.

Predpokladá sa, že lipidy boli súčasťou prvých uhlíkových zlúčenín, ktoré sa vytvorili počas vzniku života a sú základnými molekulami pre „komplexizáciu“ života.

V súčasnosti je v skupine lipidov známe veľké množstvo rôznych zlúčenín, z ktorých každá má rôzne funkcie a vlastnosti.

Tieto sú klasifikované v závislosti od skupiny substituentov, ktorá tvorí jej kostru (a jej samotnú kostru) a tiež podľa jej funkcií (štruktúra, skladovanie, signalizácia, ochrana atď.).

Všeobecné vlastnosti lipidov

Reťazec atómov uhlíka viazaný na atómy vodíka

Väčšina lipidov má ako svoju centrálnu štruktúru reťazec atómov uhlíka viazaný na atómy vodíka, ktorý je známy ako „mastná kyselina“.

Ak sú všetky atómy uhlíka mastnej kyseliny nasýtené atómami vodíka, hovorí sa o „nasýtenej mastnej kyseline“.

Ak sa naopak dva alebo viac atómov uhlíka v rovnakom reťazci spoja pomocou dvojitej alebo trojitej väzby, potom sa mastná kyselina považuje za „nenasýtenú“, pretože dehydratáciou stratila 2 alebo viac atómov uhlíka. vodík.

Vysoký bod topenia

Lipidy majú vysokú molekulovú hmotnosť, ktorá im dáva vysokú teplotu topenia

Teplota topenia lipidov je vyššia v lipidoch, ktoré obsahujú viac atómov uhlíka. Táto teplota topenia sa však znižuje, keď lipidy obsahujú mastné kyseliny s nenasýtenými uhľovodíkovými reťazcami.

Sú to amfipatické molekuly

Všetky lipidy majú polárnu alebo hydrofilnú časť a ďalšiu nepolárnu alebo hydrofóbnu časť predstavovanú alifatickými reťazcami mastných kyselín, ktoré ich tvoria.

Väčšina lipidových molekúl sa navzájom spája vodíkovou väzbou a van der Waalsovými interakciami medzi svojimi uhľovodíkovými reťazcami.

Majú dobrú odolnosť proti mechanickému namáhaniu

Väzby vytvorené medzi atómami uhlíka a vodíka dávajú lipidom určitú fyzikálnu odolnosť proti mechanickému stresu. Ďalej, keď sú lipidy čiastočne nerozpustné vo vode, je ťažké sa rozpadať vo vodných médiách.

Funkcie lipidov

Lipidy majú veľkú rozmanitosť biologických funkcií, ktoré sa líšia podľa veľkého počtu chemických štruktúr nachádzajúcich sa v tejto skupine.

energický

Vo väčšine stavovcov a mnohých bezstavovcov sú lipidy hlavnými formami ukladania energie a transportu mastných kyselín v bunkách.

V stavovcoch sa lipidy absorbované potravou ukladajú do tukového tkaniva vo forme mastných kyselín a slúžia ako tepelná izolačná látka pre orgány a podkožné tkanivá.

Mastné kyseliny sú špecializované lipidy na ukladanie energie vo vnútri živých organizmov, pretože ich oxidácia uvoľňuje veľké množstvo energie vo forme ATP. To sa deje prostredníctvom procesu nazývaného „β-oxidácia mastných kyselín“, ktorý vykonávajú takmer všetky bunky živých organizmov.

štrukturálne

Fosfolipidy a steroly sú nevyhnutnými zložkami biologických membrán buniek a ich organel (v eukaryotických bunkách).

Mnoho malých lipidových molekúl na povrchu membrán slúži ako pigmenty na absorbovanie svetla, zatiaľ čo iné slúžia ako kotvy pre niektoré membránové proteíny, ktoré sa pripájajú k povrchu.

enzymatická

Mnoho lipidov je kofaktormi pri enzymatickej katalýze alebo pôsobia ako elektronické transportéry v elektrochemických gradientoch.

Iní sa zúčastňujú na rýchlom množení depolarizačných vĺn v tele zvierat, čo samozrejme súvisí so špecializovanými nervovými bunkami.

Klasifikácia lipidov

Lipidy možno rozdeliť do štyroch veľkých skupín: tuky a oleje, fosfolipidy, vosky, steroly, terpény a eikosanoidy.

Tuky a oleje

Do tejto skupiny patria mastné kyseliny, ktoré sú zvyčajne najbežnejšími štruktúrnymi prvkami na tvorbu komplexnejších lipidov, ako sú napríklad fosfolipidy a vosky.

Tuky sú všeobecne zlúčeniny tvorené mastnými kyselinami viazanými na molekulu glycerolu na každom z jeho 3 atómov uhlíka prostredníctvom väzieb esterového typu, a preto sú všeobecne známe ako triglyceridy.

fosfolipidy

Fosfolipidy sú hlavnými zložkami bunkových membrán. Sú to lipidy zložené z glycerolového alebo sfingozínového hlavného reťazca, na ktorý sú esterifikované dve molekuly mastných kyselín a fosfátová skupina schopná reagovať a viazať sa na rôzne alkoholické molekuly.

Podľa kostry, na ktorej sú "postavené" fosfolipidy, môžu to byť glycerofosfolipidy alebo fosfoesfingolipidy.

Glycerolipidy alebo fosfolipidy (Zdroj: Yo / public domain, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Existuje ďalšia skupina lipidov, ktorá je podobná fosfolipidom a je známa ako skupina e sfingolipidov. Sú to lipidy vybudované na sfingozínovom základnom reťazci, ku ktorému sú pomocou amidových väzieb pripojené dve mastné kyseliny a uhľohydrát alebo iná polárna zlúčenina.

vosky

Cetylpalmitát, typický ester vosku

Vosky sú lipidy vyrobené z alkoholov s dlhým reťazcom esterifikovaných na mastné kyseliny s dlhým reťazcom.

Fungujú pri poťahovaní povrchových štruktúr rastlín a živočíchov a sú spravidla v tuhej forme, preto sa uvádza, že sú úplne nerozpustné vo vode alebo vo vodných roztokoch.

steroly

Všeobecná štruktúra sterolov a ich derivátov. Zdroj: Vakcinátor

Sú to veľké lipidy zložené zo 4 cyklických uhľovodíkových jednotiek a nie z mastných kyselín s priamym reťazcom. Niektoré majú funkčnú skupinu -OH, takže spadajú pod klasifikáciu alkoholov. Cholesterol a jeho deriváty sú veľmi dôležité.

Terpény a eikosanoidy

Chemická štruktúra myrcénu, monoterpénu (Zdroj: Jan Herold, Leyo / Public Domain, prostredníctvom Wikimedia Commons

Ďalšími dvoma typmi lipidov sú terpény a eikozanoidy. Terpény, na rozdiel od bežných lipidov, nie sú zložené z mastných kyselín, ale z opakujúcich sa jednotiek s 5 atómami uhlíka známych ako „izoprénové jednotky“.

Jeho klasifikácia v skupine lipidov má veľa spoločného s hydrofóbnym charakterom a jeho nerozpustnosťou vo vode alebo v polárnych rozpúšťadlách.

Eikozanoidy sú na druhej strane lipidy, ktoré sú výsledkom metabolizmu niektorých mastných kyselín a sú prekurzormi dôležitých hormónov pre človeka a iné cicavce, ako sú napríklad prostaglandíny.

Príklady lipidov

Ako už bolo uvedené, v prírode existuje veľká rozmanitosť zlúčenín s lipidovými charakteristikami, takže iba niektoré z najdôležitejších príkladov budú uvedené ďalej.

Kyselina palmitová

Je to nasýtená mastná kyselina s dlhým reťazcom (16 atómov uhlíka). Je hlavnou rezervnou látkou stavovcov a je produkovaný endogénne lipogenézou.

Táto mastná kyselina slúži ako molekula bázy pre syntézu ďalších zlúčenín. Oxidáciou iba 1 molu tejto zlúčeniny sa získa asi 2,59 mólu ATP, čo predstavuje veľký prísun energie pre stavovce, najmä na rozdiel od oxidácie uhľohydrátov a proteínov.

cholesterol

Chemická štruktúra cholesterolu (Zdroj: Guillem d'Occam. Modifikovaná Alejandrom Porto. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Je to lipid, ktorý patrí do skupiny sterolov a nachádza sa v bunkovej membráne takmer všetkých buniek. Prítomnosť týchto molekúl v plazmatickej membráne je nevyhnutná na reguláciu jej tuhosti, zakrivenia a flexibility.

Má strednú kostru s 27 atómami uhlíka. Je to však molekula zložená z aromatických kruhov, ktorá jej poskytuje omnoho vyššiu tvrdosť, odolnosť a tuhosť v porovnaní s inými lipidmi. Tento lipid je predchodcom mnohých živočíšnych hormónov.

U ľudí je cholesterol nevyhnutný pre syntézu testosterónu a iných vysoko relevantných pohlavných hormónov.

fosfatidylcholín

Patrí do skupiny fosfolipidov a je prítomný v plazmatickej membráne prakticky všetkých buniek. Bežne má reťazec kyseliny palmitovej a je primárne syntetizovaný v pečeni stavovcov.

Táto zlúčenina je nevyhnutná pre syntézu cholesterolu a pre typickú flexibilitu buniek. Mnoho proteínov, ktoré sa viažu na bunkovú membránu, sa špecificky priľne k polárnej hlave tohto lipidu.

sfingomyelín

Štruktúra sfingomyelínu (Zdroj: Jag123 na anglickej Wikipédii, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Nachádza sa v bunkovej membráne všetkých organizmov a mnohé štúdie sa zameriavajú na jeho funkciu a štruktúru, pretože je tiež súčasťou myelínového obalu, ktorý pokrýva axóny neurónov u zvierat.

Sfingomyelín patrí do skupiny sfingolipidov a u ľudí je to najpočetnejší sfingolipid v celom tele. Vyznačuje sa svojou sfingozínovou kostrou, ktorá je spojená amidovou väzbou s polárnou skupinou, zvyčajne fosfatidyletanolamínom.

steroidy

Základná štruktúra steroidu (Zdroj: Hati na nemeckej Wikipédii / Public Domain, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Ďalším príkladom lipidov sú steroidy. Prírodné steroidy sú prítomné v tele a môžu zahŕňať cholesterol, ktorý je najbežnejším typom, estrogén, testosterón, žlčové soli nachádzajúce sa v črevnej žlči a kortizol, chemickú látku vylučovanú v tele.

estrogén

Takzvaný ženský hormón je lipid; je produkovaný predovšetkým vaječníkmi a je zodpovedný za udržiavanie ženských sekundárnych sexuálnych charakteristík.

testosterón

Takzvaný mužský hormón je lipid; je produkovaný predovšetkým semenníkmi a je zodpovedný za udržiavanie mužských sekundárnych sexuálnych charakteristík.

vitamíny

Vo vode rozpustné vitamíny sú lipidy; väčšina z nich je uložená v pečeni alebo v iných orgánoch tela. Napríklad:

• Vitamín A, ktorý je dôležitý pre imunitné funkcie, videnie a reprodukciu. Nachádza sa vo farebnom ovocí a zelenine, plnotučnom mlieku a pečeni.
• Vitamín D, ktorý sa používa na zlepšenie absorpcie vápnika, zinku, fosfátov, železa a horčíka v črevách. Môže sa získať z určitých potravín a vystavených slnečnému žiareniu.
• Vitamín E chráni srdce a pomáha telu chrániť sa pred voľnými radikálmi; preto pomáha udržiavať bunky zdravé. Nachádza sa v rastlinných olejoch, semenách a orechoch.
• Vitamín K umožňuje zrážaniu krvi a môže napomáhať pevnosti kostí u starších ľudí. Nachádza sa v špenáte, kapusta, šaláte, petržlenu, ružičkách, brokolici, kapuste, pečeni, mäse, vajciach, cereáliách a rybách.

Dôležitosť pre živé bytosti

Lipidy sú súčasťou životne dôležitých biomolekúl, pretože bez ich vývoja by sa život, ako vieme, nevyvíjal, pretože existencia lipidových membrán je možná iba vďaka týmto látkam.

Lipidy, ako už bolo uvedené, sú zapojené do takmer všetkých známych fyziologických procesov, od ochrany bunky proti vírusovým infekciám po výrobu a ukladanie energie.

Pôsobia tiež ako izolátory, takže elektrické stimuly sú účinne prenášané medzi nervovými bunkami a hromadenie lipidov v tele niektorých zvierat je dôležité pre ukladanie energie a ochranu pred nízkymi teplotami alebo mechanickým stresom.

Referencie

1. Brady, S. (2011). Základná neurochémia: princípy molekulárnej, bunkovej a lekárskej neurobiológie. Akademická tlač.
2. Ha, CE a Bhagavan, NV (2011). Základy lekárskej biochémie: s klinickými prípadmi. Academic Press.
3. Litwack, G. (2017). Ľudská biochémia. Academic Press.
4. Nelson, D., & Cox, M. Lehninger. (2000). Základy biochémie, 3.
5. Sargent, JR, Tocher, DR, a Bell, JG (2003). Lipidy. In Nutrition Fish (str. 181 - 257). Academic Press.