Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

3.7: Wat zijn lipiden?
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
What are Lipids?
 
TRANSCRIPT

3.7: What are Lipids?

3.7: Wat zijn lipiden?

Overview

Lipids are a group of structurally and functionally diverse organic compounds that are insoluble in water. Certain classes of lipids, such as fats, phospholipids, and steroids are crucial to all living organisms. They function as structural components of cellular membranes, energy reservoirs, and signaling molecules.

Lipids are a Diverse Group of Hydrophobic Molecules

Lipids are structurally and functionally diverse group of hydrocarbons. Hydrocarbons are chemical compounds that consist of carbon and hydrogen atoms. The carbon-carbon and carbon-hydrogen bonds are nonpolar, which means that the electrons between the atoms are shared equally. The individual nonpolar bonds impart an overall nonpolar characteristic to the hydrocarbon compound. Additionally, nonpolar compounds are hydrophobic, or “water-hating.” This means they do not form hydrogen bonds with water molecules, rendering them nearly insoluble in water.

Depending on the chemical composition, lipids can be divided into different classes. The biologically important classes of lipids are fats, phospholipids, and steroids.

Fat Is a Triester of Fatty Acids and Glycerol

The hydrocarbon backbone of fat has three carbon atoms. Each carbon carries a hydroxyl (–OH) group, making it glycerol. To form a fat, each of the hydroxyl groups of glycerol is linked to a fatty acid. A fatty acid is a long hydrocarbon chain with a carboxyl group (–COOH) at one end. The carboxyl group of the fatty acid and the hydroxyl group of the glycerol form a stable bond with the release of a water molecule. The resulting molecule is called an ester (–COOR). Fat is an ester of glycerol and three fatty acids; hence it is also referred to as triglyceride. The three constituent fatty acids can be identical or different and are usually 12-18 carbons long.

Saturated Versus Unsaturated Fats

Fats are either saturated or unsaturated depending on the presence or absence of double bonds in the hydrocarbon chains of their fatty acids. If a fatty acid chain does not have double bonds between the carbon atoms, the individual carbon atoms bind a maximum number of hydrogens. Such a fatty acid is completely saturated with hydrogen, and is called a saturated fatty acid. On the other hand, if the fatty acid contains one or more double bonded carbon atoms, the fatty acid is called unsaturated fatty acid.

Fats that contain all saturated fatty acids are called saturated fats. Fats obtained from animal sources, for instance, butter, milk, cheese, and lard, are mostly saturated. Fats from fish or plant sources are often unsaturated, like olive oil, peanut oil, and cod liver oil. The absence of double bonds in the hydrocarbon chains of saturated fatty acids, making them flexible. The flexible fatty acid chains can pack tightly with each other; hence saturated fats are mostly solid at room temperature.

Most naturally occurring unsaturated fatty acids are in “cis” conformation, meaning that the hydrogen atoms adjacent to the carbon-oxygen double bond are on the same side. The presence of cis-double bonds causes a bend in the hydrocarbon chain which makes the long hydrocarbon chain less flexible and difficult to pack. As a consequence, most unsaturated fatty acids are liquid at room temperature.

Fats are a long-term energy reservoir in many organisms. If the need arises, the organism breaks down fats to produce energy. In animals, fat provides cushioning around vital organs, and a subcutaneous layer of fat insulates the body from external temperatures.

Phospholipids Are an Integral Part of Cellular Membranes

Phospholipids are critical to the cell as they are major constituents of cell membranes. Phospholipids are structurally similar to fats but contain only two fatty acids linked to glycerol instead of three. The fatty acid residues can be saturated or unsaturated. In phospholipids, the third hydroxyl group of glycerol is linked to a negatively charged phosphate group.

An additional functional group attached to the phosphate group can lead to diverse chemical properties of phospholipids. Most common additives are small polar groups like choline or serine.

Phospholipids are amphipathic molecules, meaning they have parts that are hydrophobic and others that are hydrophilic, or water-loving. When phospholipids are added to water, they spontaneously form a bilayer, a thin film that is two phospholipid molecules thick. This self-organization takes place because the polar heads are attracted to water, while the hydrophobic fatty acids are buried in the center of the layer to evade contact with water. Such phospholipid bilayer forms the cell membrane in all living organisms. It compartmentalizes the fluids on the interior and exterior of the cell. Embedded in the bilayer are proteins and steroids, another class of lipids. Additional phospholipid bilayers may further compartmentalize the interior of the eukaryotic cell, for instance, the lysosome and endoplasmic reticulum.

Steroids Consist of a Four Ring Structure

Steroids are another biologically important class of lipids. Steroids are composed of four carbon rings that are fused to each other. Steroids vary amongst each other based on the chemical groups attached to the carbon rings. Although steroids are structurally different, they are hydrophobic and insoluble in water. Steroids reduce the fluidity of the cell membrane. They also function as signaling molecules within the cell. Cholesterol is the most common steroid and is synthesized by the liver. It is present in the cell membrane and is a precursor of sex hormones in animals.

Overzicht

Lipiden zijn een groep van structureel en functioneel diverse organische verbindingen die onoplosbaar zijn in water. Bepaalde klassen lipiden, zoals vetten, fosfolipiden en steroïden, zijn cruciaal voor alle levende organismen. Ze functioneren als structurele componenten van celmembranen, energiereservoirs en signaalmoleculen.

Lipiden zijn een diverse groep hydrofobe moleculen

Lipiden zijn structureel en functioneel diverse koolwaterstoffen. Koolwaterstoffen zijn chemische verbindingen die bestaan uit koolstof- en waterstofatomen. De koolstof-koolstof- en koolstof-waterstofbindingen zijn niet-polair , wat betekent dat de elektronen tussen de atomen gelijkelijk worden verdeeld. De afzonderlijke niet-polaire bindingen verlenen de koolwaterstofverbinding een algemeen niet-polair kenmerk. Bovendien polaire verbindingen zijn hydrofoob of “water-haten.” Dit betekent dat ze geen waterstofbruggen vormen met watermoleculen, waardoor ze bijna onoplosbaar zijne in water.

Afhankelijk van de chemische samenstelling kunnen lipiden worden onderverdeeld in verschillende klassen. De biologisch belangrijke klassen van lipiden zijn vetten, fosfolipiden en steroïden.

Vet is een triester van vetzuren en glycerol

De koolwaterstofruggengraat van vet heeft drie koolstofatomen. Elke koolstof bevat een hydroxylgroep (–OH), waardoor het glycerol is. Om een vet te vormen, wordt elk van de hydroxylgroepen van glycerol aan een vetzuur gekoppeld. Een vetzuur is een lange koolwaterstofketen met aan één uiteinde een carboxylgroep (-COOH). De carboxylgroep van het vetzuur en de hydroxylgroep van de glycerol vormen een stabiele binding met de afgifte van een watermolecuul. Het resulterende molecuul wordt een ester (–COOR) genoemd. Vet is een ester van glycerol en drie vetzuren; daarom wordt het ook wel triglyceride genoemd. De drie samenstellende vetzuren kunnen identiek of verschillend zijn en zijn gewoonlijk 12-18 koolstofatomen lang.

Verzadigde versus onverzadigde vetten

Vetten zijn eizijn verzadigd of onverzadigd, afhankelijk van de aanwezigheid of afwezigheid van dubbele bindingen in de koolwaterstofketens van hun vetzuren. Als een vetzuurketen geen dubbele bindingen tussen de koolstofatomen heeft, binden de individuele koolstofatomen een maximum aantal waterstofatomen. Zo'n vetzuur is volledig verzadigd met waterstof en wordt een verzadigd vetzuur genoemd. Aan de andere kant, als het vetzuur een of meer dubbelgebonden koolstofatomen bevat, wordt het vetzuur onverzadigd vetzuur genoemd.

Vetten die alle verzadigde vetzuren bevatten, worden verzadigde vetten genoemd. Vetten die worden verkregen uit dierlijke bronnen, bijvoorbeeld boter, melk, kaas en reuzel, zijn meestal verzadigd. Vetten uit vis of plantaardige bronnen zijn vaak onverzadigd, zoals olijfolie, arachideolie en levertraan. De afwezigheid van dubbele bindingen in de koolwaterstofketens van verzadigde vetzuren, maakt ze flexibel. De flexibele vetzuurketens kunnen strak met elkaar worden verpakt; daarom zijn verzadigde vetten bij kamertemperatuur meestal vastperatuur.

De meeste natuurlijk voorkomende onverzadigde vetzuren zijn in " cis " -conformatie, wat betekent dat de waterstofatomen grenzend aan de koolstof-zuurstof dubbele binding aan dezelfde kant zijn. De aanwezigheid van cis- dubbele bindingen veroorzaakt een buiging in de koolwaterstofketen waardoor de lange koolwaterstofketen minder flexibel en moeilijk in te pakken is. Als gevolg hiervan zijn de meeste onverzadigde vetzuren vloeibaar bij kamertemperatuur.

Vetten zijn in veel organismen een langdurig energiereservoir. Als de behoefte zich voordoet, breekt het organisme vetten af om energie te produceren. Bij dieren zorgt vet voor demping rond vitale organen en een onderhuidse vetlaag isoleert het lichaam tegen externe temperaturen.

Fosfolipiden zijn een integraal onderdeel van celmembranen

Fosfolipiden zijn essentieel voor de cel, aangezien ze hoofdbestanddelen zijn van celmembranen. Fosfolipiden zijn structureel vergelijkbaar met vetten, maar bevatten slechts twee vetzuren die aan glycerol zijn gekoppeld in plaats van drie. ThDe vetzuurresten kunnen verzadigd of onverzadigd zijn. In fosfolipiden is de derde hydroxylgroep van glycerol gekoppeld aan een negatief geladen fosfaatgroep.

Een extra functionele groep die aan de fosfaatgroep is gehecht, kan leiden tot diverse chemische eigenschappen van fosfolipiden. De meest voorkomende toevoegingen zijn kleine polaire groepen zoals choline of serine.

Fosfolipiden zijn amfipatische moleculen, wat betekent dat ze onderdelen die hydrofoob zijn en anderen die hydrofiel of water-houdende zijn hebben. Wanneer fosfolipiden aan water worden toegevoegd, vormen ze spontaan een dubbellaag, een dunne film die twee fosfolipidemoleculen dik is. Deze zelforganisatie vindt plaats doordat de poolkoppen worden aangetrokken door water, terwijl de hydrofobe vetzuren in het midden van de laag worden begraven om contact met water te vermijden. Zo'n fosfolipide dubbellaag vormt het celmembraan in alle levende organismen. Het verdeelt de vloeistoffen aan de binnen- en buitenkant van de cel. Ingebed in de bilayer zijn eiwitten en steroïden, een andere klasse van lipiden. Extra fosfolipide dubbellaagse lagen kunnen het inwendige van de eukaryote cel verder compartimenteren, bijvoorbeeld het lysosoom en het endoplasmatisch reticulum.

Steroïden bestaan uit een structuur met vier ringen

Steroïden zijn een andere biologisch belangrijke klasse van lipiden. Steroïden zijn samengesteld uit vier koolstofringen die met elkaar zijn versmolten. Steroïden variëren van elkaar op basis van de chemische groepen die aan de koolstofringen zijn bevestigd. Hoewel steroïden structureel verschillend zijn, zijn ze hydrofoob en onoplosbaar in water. Steroïden verminderen de vloeibaarheid van het celmembraan. Ze functioneren ook als signaalmoleculen in de cel. Cholesterol is de meest voorkomende steroïde en wordt gesynthetiseerd door de lever. Het is aanwezig in het celmembraan en is een voorloper van geslachtshormonen bij dieren.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter