Lipide - Biologie

Lipidele (din greacă λίπος lípos „Fett”, accentuare pe a doua silabă: Buzeeude) este un nume colectiv pentru substanțe naturale complet sau cel puțin în mare măsură insolubile în apă (hidrofobe), care, pe de altă parte, se dizolvă foarte bine în solvenți hidrofobi (sau lipofili), cum ar fi hexanul, datorită polarității lor scăzute. Insolubilitatea lor în apă se datorează în principal reziduurilor lungi de hidrocarburi pe care le au majoritatea lipidelor. Acestea sunt aproximativ împărțite în lipide saponificabile și nesaponificabile. [1]

În organismele vii, lipidele sunt utilizate în principal ca componente structurale în membranele celulare, ca stocuri de energie sau ca molecule de semnal. Majoritatea lipidelor biologice sunt amfifile, adică au un reziduu de hidrocarburi lipofile și un grup de capete hidrofile polare, motiv pentru care formează micele sau membrane în solvenți polari, cum ar fi apa. Termenul „grăsime” este adesea folosit ca sinonim pentru lipide, dar grăsimile (trigliceridele) sunt doar un subgrup de lipide.

Lipidele pot fi împărțite în șapte grupe: acizi grași, triacilgliceride (grăsimi și uleiuri grase), ceruri, fosfolipide, sfingolipide, lipopolizaharide și izoprenoizi (steroizi, carotenoizi etc.)

Acizi grași, triacilgliceride (grăsimi și uleiuri grase) și ceruri

Triacilglicerolii (trigliceridele) constituie partea principală a lipidelor dietetice cu peste 90%. Sunt un furnizor important de energie (1 g grăsime conține 38,9 kJ de energie, 1 g zahăr doar 17,2 kJ). În plus, trigliceridele formează cel mai important depozit de energie al organismului (zahărul, adică glucoza, pe de altă parte, este stocat în cantități mult mai mici decât glicogenul din ficat și mușchi), acestea sunt o bună protecție împotriva frigului din piele și, de asemenea, îl protejează de răniri. Toate organele importante sunt protejate de un strat de grăsime.

Acizi grași

Acizii grași sunt în majoritate acizi monocarboxilici neramificați care constau dintr-un lanț de hidrocarburi cu o grupă carboxi la un capăt (a se vedea imaginea).

Se face distincția între acizii grași saturați, în care nu există legături duble, și acizii grași nesaturați, care au una sau mai multe legături duble (în natură, de obicei, în poziția cis și nu în conjugare între ele). Cel mai simplu acid gras saturat este acidul butiric cu doar patru atomi de carbon.

Reprezentanții importanți ai acizilor grași nesaturați sunt acidul oleic (monoinsaturat) și acidul arahidonic (de patru ori nesaturat). Organismul animal poate sintetiza acizi grași nesaturați doar cu restricții. Prin urmare, toți acizii grași care trebuie consumați cu alimente sunt numiți acizi grași esențiali (vezi mai jos). Cu cât un acid gras conține mai multe legături duble, cu atât punctul său de topire este mai mic.

Triacilglicerină (grăsimi și uleiuri grase)

Vezi articolele principale grăsimi și uleiuri grase și triacilgliceroli.

După cum s-a menționat mai sus, triacilglicerolii reprezintă cel mai mare grup de lipide din dietă, constând din glicerol și trei acizi grași esterificați cu glicerol. Dacă sunt lichide la temperatura camerei (20 ° C), acestea sunt denumite uleiuri, dacă sunt solide ca grăsimi. După cum sa menționat deja, acestea sunt depozite importante de energie pentru animale și plante. Dacă triacilglicerolii se împart prin saponificare, se formează glicerol și sărurile corespunzătoare ale acizilor grași.

Ceară

Cearele sunt esteri unici ai acizilor grași și ca atare diferă de esterii tripli ai grăsimilor și uleiurilor. Atât părțile acide, cât și cele alcoolice ale cerurilor au grupări alchil saturate de mult timp. Spre deosebire de trigliceride, cerurile sunt mai puțin „uleioase” și, de asemenea, mai dure și mai poroase.

O altă definiție (Societatea Germană pentru Știința Grăsimilor) vede cerurile ca o clasă de substanțe care este definită exclusiv prin proprietățile lor mecanico-fizice. Conform acestei definiții, cerurile sunt frământabile la 20 ° C, solide până la fragile și dure, au o structură grosieră până la fin cristalină, de culoare sunt translucide până la opace (opace), dar nu asemănătoare sticlei, peste 40 ° C se topesc fără descompunere, puțin mai sus La punctul lor de topire sunt ușor lichide (nu foarte vâscoase), au o consistență și solubilitate puternic dependente de temperatură și pot fi lustruite sub presiune ușoară.

Lipide formatoare de membrane

Lipidele care formează membrană sunt acelea care au o parte hidrofilă și o parte hidrofobă - adică sunt amfifile. Acest lucru le permite să formeze fie micele (agregate sferice ale moleculelor amfifile care se asamblează spontan într-un mediu de dispersie), fie straturi duble de lipide în solvenți polari, cum ar fi apa - cu partea hidrofilă care interacționează întotdeauna cu solventul polar. Cu excepția membranelor archaea, toate biomembranele care separă conținutul unei celule de mediu sunt alcătuite din aceste straturi duble de lipide. Lipidele care formează membrană sunt, prin urmare, una dintre cerințele de bază pentru formarea celulelor și, prin urmare, pentru viață.

Fosfolipide

Sfingolipide

Sfingolipidele fac, de asemenea, parte din membranele celulare. Structura lor de bază constă dintr-un acid gras și sfingozină. Acestea sunt împărțite în grupurile de ceramide, sfingomieline și glicolipide. Sfingolipidele se găsesc în țesutul nervos, joacă un rol important în transmiterea semnalului și în interacțiunea celulelor individuale.

Glicolipide

Glicolipidele sunt lipide fără fosfat, care conțin sfingozină, cu un conținut de carbohidrați legat glicozidic de gruparea 1-hidroxi a sfingozinei. Ele formează adesea exteriorul membranelor biologice, conținutul lor de carbohidrați fiind prezentat pe membrana celulară. Se crede că acestea joacă un rol în comunicarea și interacțiunea dintre celulele individuale. Glicolipidele sunt împărțite în cerebrozide, gangliozide și sulfatide.

Izoprenoizi

Izoprenoizii (și terpenoizii) sunt compuși care se bazează pe unități de izopren. Compușii care se numără printre lipide sunt steroizii și carotenoizii. Steroizii naturali aparțin derivaților triterpenoizi (triterpenoid înseamnă că este format din 30 de atomi de carbon), deoarece toți sunt biosintezați din squalen. Carotenoizii sunt numărați printre derivații tetraterpenoizi (40 de atomi de carbon), sunt derivați din licopen.

Steroizi

Toți steroizii au ca structură de bază un sistem de patru inele de carbon, de obicei trans-legate, trei hexagonale și unul pentagonal. Cel mai cunoscut reprezentant al steroizilor este colesterolul, care este unul dintre steroli. Printre altele, este, de asemenea, o componentă esențială a tuturor membranelor celulare, cu excepția membranei interioare a mitocondriilor și, prin urmare, poate fi, de asemenea, numărată printre lipidele membranei în sens mai larg. Este de obicei sub formă esterificată ca esteri ai colesterolului acizilor grași. Spectrul acizilor grași ai esterilor colesterolului într-o ființă vie depinde în mare măsură de dieta sa.

Acizii biliari, care sunt implicați în digestia grăsimilor, au o parte hidrofobă și o parte hidrofilă, astfel încât să poată acoperi grăsimile și astfel să faciliteze absorbția lor în tractul digestiv.

Steroizii includ, de asemenea, hormonii sexuali produși în ovare și testicule. Acestea controlează reproducerea și dezvoltarea caracteristicilor sexuale secundare. Hormonii sexuali feminini sunt progesteron și estrogen, androgeni masculini (de exemplu, testosteron și androsteron).

Alte exemple sunt alte grădini zoologice, myco și fitosteroli și esterii lor, cum ar fi. B. ergosterol, vitamina D și glicozide cardiace (de exemplu, digitală și strofantină). Fitosteroli precum B. β-sitosterolul, stigmasterolul și campesterolul și esterii acestora apar din ce în ce mai mult în serul uman într-o dietă vegetariană.

Carotenoizi

Carotenoizii sunt produse de polimerizare a izoprenului, care sunt produse exclusiv în plante, bacterii și ciuperci și sunt responsabile de culoarea galben-roșiatică a plantelor (de exemplu, în morcovi și roșii). Sarcinile lor fiziologice sunt absorbția luminii și protecția împotriva stresului oxidativ, deoarece pot funcționa ca eliminatori radicali. [2] Carotenoidele pot fi, de asemenea, ingerate de animale prin alimente și, prin urmare, sunt responsabile de culoarea gălbenușului și a untului, printre altele. [3] Acestea constau în principal din lanțuri de hidrocarburi nesaturate și din produsele lor de oxidare și sunt formate din opt unități de izopren. Astfel, este vorba de tetraterpene cu dimensiunea scheletului de 40 de atomi de carbon. [4] Acestea sunt împărțite în caroten și xantofile, cu xantofile, spre deosebire de caroten, care conțin grupe care conțin oxigen. [5] Cel mai cunoscut și cel mai frecvent carotenoid este β-carotenul, cunoscut și sub numele de provitamina A. Se transformă în retină (o vitamină A) în organismul oamenilor și al unor animale, care este un important compus inițial pentru rodopsină (un pigment vizual) reprezintă, acest lucru este necesar pentru procesul vizual.

Analize

Pentru analiza calitativă și cantitativă a claselor fizico-chimice foarte diferite de lipide, se preferă utilizarea metodelor cromatografice [6] Cu ajutorul cromatografiei în strat subțire și HPLC, toate clasele de lipide pot fi separate una de alta. [7] Cu toate acestea, utilizarea cromatografiei gazoase necesită separarea fosfolipidelor, deoarece acestea nu pot fi evaporate fără a fi descompuse. Prin cuplarea procesului de separare cromatografică cu spectrometria de masă [8], sunt posibile determinări calitative și cantitative foarte specifice și foarte sensibile ale substanțelor individuale din diferitele clase de lipide.

Funcții biologice

Funcțiile biologice ale lipidelor sunt la fel de diverse ca și structura lor chimică. Ele servesc ca

• Combustibil (β-oxidarea acizilor grași)
• Depozitarea energiei (triacilgliceroli)
• Blocuri de construcție a membranei (fosfolipide)
• Molecule de semnal (diacilglicerol; cascadă IP3)
• Hormoni (eicosanoizi; prostaglandine etc.)
• Vitamine liposolubile (vitaminele A, D, E, K)
• Cofactori (Dolichol)
• Pigmenți (carotenoizi)

În timp ce unele lipide pot fi formate de corpul uman în metabolismul grăsimii în sine, altele trebuie ingerate cu alimente. Prin urmare, acestea sunt numite lipide esențiale desemnat.

Acizi grași esențiali

Așa-numiții acizi grași esențiali sunt polinesaturați și trebuie ingerați cu alimente, deoarece la mamifere și oameni nu se pot introduce duble legături între capătul lor și cel de-al nouălea atom de carbon în timpul sintezei acizilor grași. Acestea includ acizii grași omega-6 și acizii grași omega-3. Reprezentanții acizilor grași esențiali omega-3 includ acidul linolenic, acidul eicosapentaenoic și acidul docosahexaenoic; Acizii grași omega-6 corespunzători includ acidul linoleic și acidul arahidonic. Eicosanoidele sunt sintetizate din acid arahidonic; aceștia sunt hormoni tisulari importanți și mediatori în organism. Acizii grași omega-9 nu sunt esențiali, deoarece pot fi sintetizați din acizii grași omega-3 și omega-6. Sursele posibile de acizi grași omega-3 și omega-6 din alimente sunt peștele, semințele de in, uleiul de soia, uleiul de cânepă, semințele de dovleac sau nucile.

Acizii grași esențiali joacă un rol important în multe procese metabolice. Există dovezi că deficiențele sau dezechilibrele în aportul de acizi grași esențiali sunt cauza a numeroase boli.

Vitamine liposolubile

Vitaminele liposolubile sunt:

• Vitamina A, o terpenă care joacă un rol important în procesul vizual, pe de o parte, și în creșterea, funcția și structura pielii și a membranelor mucoase, pe de altă parte.,
• Vitamina D, un prohormon (steroid), este responsabil pentru reglarea concentrațiilor de calciu și fosfor din sânge și, prin urmare, are o importanță crucială pentru stabilitatea oaselor,
• Vitamina E, un terpenoid cu efecte antioxidante și
• Vitamina K, un terpenoid care ajută la formarea cheagurilor de sânge.

Lipidomică

Cercetarea tuturor lipidelor găsite într-o celulă sau organism este numită Lipidomică (lipidomică). Este comparabil cu proteomica, care se ocupă cu cercetarea tuturor proteinelor care apar în organism și celulă. Scopul acestei științe subdisciplinare este atât de a înregistra toate lipidele, cât și de a determina funcția acestora într-un context biologic, fiziologic sau fizic. În lipidomică, tehnici precum spectroscopia de masă (MS), spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară (RMN) sau spectroscopia de fluorescență sunt utilizate pentru a caracteriza lipidele. Metodele spectroscopice de masă par deosebit de potrivite, care au o sensibilitate ridicată și în care ionizarea moleculelor nu le face să se dezintegreze în mare măsură. O metodă de ionizare adecvată și ușoară pentru aceasta este spectrometria de masă de ionizare nano-electrospray. [9] Cercetările din domeniul lipidomicii vizează determinarea rolului lipidelor în multe boli metabolice, cum ar fi obezitatea, ateroscleroza, accidentul vascular cerebral, hipertensiunea arterială și diabetul. Zona de lipidomică în creștere rapidă completează domeniile genomicii și proteomicii și, odată cu acestea, definește biologia sistemelor. [10]

---