Co to są lipidy?

Przegląd

Lipidy to grupa zróżnicowanych strukturalnie i funkcjonalnie związków organicznych, które są nierozpuszczalne w wodzie. Niektóre klasy lipidów, takie jak tłuszcze, fosfolipidy i sterydy, mają kluczowe znaczenie dla wszystkich żywych organizmów. Funkcjonują jako składniki strukturalne błon komórkowych, rezerwuarów energii i cząsteczek sygnałowych.

Lipidy to zróżnicowana grupa cząsteczek hydrofobowych

Lipidy to strukturalnie i funkcjonalnie zróżnicowana grupa węglowodorów. Węglowodory to związki chemiczne, które składają się z atomów węgla i wodoru. Wiązania węgiel-węgiel i węgiel-wodór są niepolarne, co oznacza, że elektrony między atomami są równo podzielone. Poszczególne wiązania niepolarne nadają związkowi węglowodorowemu ogólną charakterystykę niepolarną. Ponadto związki niepolarne są hydrofobowe, czyli “nienawidzące wody”. Oznacza to, że nie tworzą wiązań wodorowych z cząsteczkami wody, co czyni je prawie nierozpuszczalnymi w wodzie.

W zależności od składu chemicznego lipidy można podzielić na różne klasy. Biologicznie ważnymi klasami lipidów są tłuszcze, fosfolipidy i sterydy.

Tłuszcz jest triestrem kwasów tłuszczowych i glicerolu

Węglowodorowy szkielet tłuszczu ma trzy atomy węgla. Każdy węgiel przenosi grupę hydroksylową (–OH), co czyni go glicerolem. Aby utworzyć tłuszcz, każda z grup hydroksylowych glicerolu jest połączona z kwasem tłuszczowym. Kwas tłuszczowy to długi łańcuch węglowodorowy z grupą karboksylową (–COOH) na jednym końcu. Grupa karboksylowa kwasu tłuszczowego i grupa hydroksylowa glicerolu tworzą stabilne wiązanie z uwalnianiem cząsteczki wody. Otrzymana cząsteczka nazywana jest estrem (–COOR). Tłuszcz jest estrem glicerolu i trzech kwasów tłuszczowych; stąd jest również określany jako trójglicerydy. Trzy wchodzące w skład nich kwasy tłuszczowe mogą być identyczne lub różne i zwykle mają długość 12-18 atomów węgla.

Tłuszcze nasycone a nienasycone

Tłuszcze są nasycone lub nienasycone w zależności od obecności lub braku wiązań podwójnych w łańcuchach węglowodorowych ich kwasów tłuszczowych. Jeśli łańcuch kwasu tłuszczowego nie ma podwójnych wiązań między atomami węgla, poszczególne atomy węgla wiążą maksymalną liczbę wodorów. Taki kwas tłuszczowy jest całkowicie nasycony wodorem i nazywany jest nasyconym kwasem tłuszczowym. Z drugiej strony, jeśli kwas tłuszczowy zawiera jeden lub więcej podwójnie związanych atomów węgla, kwas tłuszczowy nazywa się nienasyconym kwasem tłuszczowym.

Tłuszcze, które zawierają wszystkie nasycone kwasy tłuszczowe, nazywane są tłuszczami nasyconymi. Tłuszcze pozyskiwane ze źródeł zwierzęcych, na przykład masła, mleka, sera i smalcu, są w większości nasycone. Tłuszcze z ryb lub źródeł roślinnych są często nienasycone, takie jak oliwa z oliwek, olej arachidowy i olej z wątroby dorsza. Brak wiązań podwójnych w łańcuchach węglowodorowych nasyconych kwasów tłuszczowych, dzięki czemu są one elastyczne. Elastyczne łańcuchy kwasów tłuszczowych mogą być ze sobą ciasno upakowane; W związku z tym tłuszcze nasycone są w większości stałe w temperaturze pokojowej.

Większość naturalnie występujących nienasyconych kwasów tłuszczowych ma konformację “cis“, co oznacza, że atomy wodoru sąsiadujące z podwójnym wiązaniem węgiel-tlen znajdują się po tej samej stronie. Obecność wiązań cis-double powoduje wygięcie łańcucha węglowodorowego, co sprawia, że długi łańcuch węglowodorowy jest mniej elastyczny i trudny do upakowania. W konsekwencji większość nienasyconych kwasów tłuszczowych jest płynna w temperaturze pokojowej.

Tłuszcze są długotrwałym rezerwuarem energii w wielu organizmach. Jeśli zajdzie taka potrzeba, organizm rozkłada tłuszcze w celu wytworzenia energii. U zwierząt tłuszcz zapewnia amortyzację wokół ważnych narządów, a podskórna warstwa tłuszczu izoluje ciało od temperatur zewnętrznych.

Fosfolipidy są integralną częścią błon komórkowych

Fosfolipidy mają kluczowe znaczenie dla komórki, ponieważ są głównymi składnikami błon komórkowych. Fosfolipidy są strukturalnie podobne do tłuszczów, ale zawierają tylko dwa kwasy tłuszczowe związane z glicerolem zamiast trzech. Reszty kwasów tłuszczowych mogą być nasycone lub nienasycone. W fosfolipidach trzecia grupa hydroksylowa glicerolu jest połączona z ujemnie naładowaną grupą fosforanową.

Dodatkowa grupa funkcyjna przyłączona do grupy fosforanowej może prowadzić do zróżnicowanych właściwości chemicznych fosfolipidów. Najczęstszymi dodatkami są małe grupy polarne, takie jak cholina lub seryna.

Fosfolipidy są cząsteczkami amfipatycznymi, co oznacza, że mają części, które są hydrofobowe, a inne hydrofilowe lub kochające wodę. Kiedy fosfolipidy są dodawane do wody, spontanicznie tworzą dwuwarstwę, cienką warstwę o grubości dwóch cząsteczek fosfolipidów. Ta samoorganizacja ma miejsce, ponieważ głowy polarne są przyciągane przez wodę, podczas gdy hydrofobowe kwasy tłuszczowe są zakopane w środku warstwy, aby uniknąć kontaktu z wodą. Taka dwuwarstwa fosfolipidowa tworzy błonę komórkową we wszystkich organizmach żywych. Dzieli płyny na przedziały wewnątrz i na zewnątrz komórki. W dwuwarstwie osadzone są białka i steroidy, inna klasa lipidów. Dodatkowe dwuwarstwy fosfolipidowe mogą dodatkowo dzielić wnętrze komórki eukariotycznej, na przykład lizosom i retikulum endoplazmatyczne.

Sterydy składają się z czterech pierścieni strukturalnych

Sterydy są kolejną biologicznie ważną klasą lipidów. Sterydy składają się z czterech pierścieni węglowych, które są połączone ze sobą. Sterydy różnią się między sobą w oparciu o grupy chemiczne dołączone do pierścieni węglowych. Mimo, że sterydy są strukturalnie różne, są hydrofobowe i nierozpuszczalne w wodzie. Sterydy zmniejszają płynność błony komórkowej. Działają również jako cząsteczki sygnałowe w komórce. Cholesterol jest najczęstszym sterydem i jest syntetyzowany przez wątrobę. Jest obecny w błonie komórkowej i jest prekursorem hormonów płciowych u zwierząt.