Lipid - Den definitiva guiden | Biologisk ordbok (2023)

Definition

En lipid är en fet, oljig eller vaxliknande förening som är olöslig i vatten (hydrofob). Det är en kombination av glycerol och fettsyror. När de blandas i en vattenhaltig lösning sprids lipider till små droppar för att producera en emulsion. Lipider är indelade i åtta kategorier: glycerolipider, glycerofosfolipider, sfingolipider, fettacyler, sterollipider, prenollipider, sackarolipider och polyketider. En lipid har flera funktioner i människokroppen, från cellmembrankonstruktion till energilagring.

Lipidstruktur

Lipidmolekylens struktur beror på typen av lipid, men alla innehåller den grundläggande komponenten av fettsyran. En fettsyra är en rak kedja av fyra till tjugofyra kolatomer med väteatomer som löper längs kolkedjan och en karboxylgrupp (-COOH) i ena änden. Närvaron av karboxylgruppen tillhandahåller syrakomponenten.

Hur kolatomerna länkar samman avgör om en fettsyra är mättad eller omättad. Enkla, lågreaktivitetsbindningar producerar mättade fettsyror. Där en eller flera dubbel- eller trippelbindningar finns mellan två kolatomer är fettsyran omättad och har en högre nivå av reaktivitet med sin omgivning. Dubbel- eller trippelbindning på en enda kolmolekyl får kedjan att böjas till encisgestaltning.

Cisochtransär former av isomerer. Isomerer är molekyler med samma antal atomer av varje grundämne; dessa atomer kan emellertid ordnas på olika sätt. Olika arrangemang gör att molekyler beter sig på olika sätt. Till exempel,cisisomerer är tätare, mer lösliga i vissa lösningsmedel och har högre kokpunkt och lägre smältpunkter.

Cisbetyder angränsande och beskriver hur bindningar uppstår på samma sida av en atom. Detta gör molekylen tätare åt ena sidan. Atrans-isomer, där trans betyder tvärs över, har lika stora bindningar på båda sidor av en atom.

När encis-kedjan är tätare på ena sidan, den kommer att böjas. Detta kan ge en mer kompakt struktur, som i fallet med encisfettsyra. Sådana egenskaper och fördelningen av bundna molekyler ger upphov till de många olika lipidtyperna.

Fettsyror existerar sällan som enstaka molekyler och finns oftast i form av triglycerider (glycerolipider). En triglycerid är kombinationen av tre (tri) fettsyror och en enda glycerolmolekyl. Glycerol är en alkohol och kallas "fettets söta princip" när den först beskrevs 1783.

Triglycerider bildas genom att tre fettsyror binds till en glycerolmolekyl. Fosfolipider fäster på samma sätt men innehåller bara två fettsyror. Bindningarna är esterbindningar som bildas genom en kondensationsreaktion (se bilden ovan). Där tre fettsyror binder till glycerol frigörs tre molekyler vatten. Vid fosfolipidbildning frigörs två molekyler vatten.

En triglycerid har tre estergrupper och kallas ibland en tri-estermolekyl. Triglycerider som bildas avcis-isomerer är vanligtvis flytande (oljor) vid rumstemperatur; de medtrans-isomerer är vanligtvis fasta. De flesta transfetter anses vara ohälsosamma.

Kondensationsreaktionen kan vändas genom en hydrolysreaktion. När enzymet lipas är närvarande sker reversering mycket snabbare. Tillsats av vatten bryter esterbindningarna och producerar separata glycerol- och fettsyramolekyler.

Lipidsyntes

Lipidsyntes uppstår när ett djur konsumerar mer kolhydrater än vad som krävs för dess energibehov. Socker omvandlas till lipiddroppar som lagras i fettceller (fettceller).

Ämnet lipidmetabolism tenderar att vara förvirrande. Det är viktigt att förstå att det finns två processer – den första är energiproduktion i mitokondrierna när glukosnivåerna är låga; den andra är produktionen av lipidmolekyler (lipidsyntes) som används i olika funktioner i hela kroppen.

Lipidkatabolism

Kataboliska lipidereaktioner producerar energi från lagrade triglycerider. Dessa är energiproducerande processer. Fettsyror måste först separeras från glycerol inuti lipidceller. När de är fria reser de via blodomloppet till celler som innehåller mitokondrier. Eftersom fettsyror helst inte existerar som singulära molekyler i kroppen måste de binda till ett protein i blodet (albumin). Albumin är en serumfettsyratransportör.

Väl i cellens cytoplasma gör enzymer att fettsyrorna blir fettacyler. En fettacyl kan fästa till en coenzym A (CoA)-molekyl för att bilda acyl-CoA. Detta är en fettsyrakedja bunden till ett coenzym A - en reaktion som kallas CoA-acetylering. Endast i denna form kan lipider komma in i mitokondrierna.

Det är nu dags för en process som kallas beta-oxidation. Detta är prekursorsteget till Krebs-cykeln där intracellulär energi produceras. Kom ihåg att betaoxidation är ett steg i produktionen av energi från fetter när glukosnivåerna är låga. Glukosmetabolism är en mycket effektivare process och därför att föredra.

Intracellulär energiproduktion är extremt beroende av tillgången på acetyl-CoA. Under beta-oxidation förkortas acyl-CoA-molekyler tills endast mycket korta fettsyrakedjor finns kvar vid koenzym A-molekylen. Endast en acetyl-CoA-molekyl med två (ibland en) kol kan direkt användas i citronsyracykeln för att producera cellulär energi.

Lipidbiosyntes

Lipidanabolism beskriver produktionen av komplexa lipidmolekyler från enkla med energi i form av adenosintrifosfat (energikällan som produceras i citronsyracykeln). Eftersom det finns många olika typer av lipider, bildas olika molekyler av basiska fettsyror.

Det är acetyl-CoA som startar processen. Emellertid skiljer sig de nödvändiga enzymerna och till och med platsen från den kataboliska processen. Detta förhindrar att viktiga källor till acetyl-CoA utarmas i mitokondrierna. Utan lipidproduktion påverkas vår hälsa negativt, men en cells oförmåga att producera energi är betydligt mer skadlig.

Fettsyrasyntaser (FAS) är enzymkomplex som hjälper till att bygga upp fettsyrakedjor på acetyl-CoA. Dessa enzymer finns i enorma mängder i fettvävnad och lever.

I det endoplasmatiska retikulumet (ER) förlängs de feta acylkedjorna av acetyl-CoA med två kol i taget. När CoA frigörs och ersätts med glycerol blir fettsyror resultatet. Skillnaden mellan fettacyl och fettsyra är ryggradsmolekylen av CoA respektive glycerol.

Alla biosyntetiserade (producerade inuti kroppen) fettsyror ärtrans-fettsyror. Desaturasenzymer hjälper till att bildascis-isomerer vid en senare punkt inom akutmottagningen. Människor kan inte göra mycket långa omättade fettsyrakedjor (fleromättade fettsyror) och dessa essentiella lipider måste fås från kosten.

Vilka lipider som produceras beror på instruktioner i våra DNA- och cellsignaleringsprocesser. Olika lipidtyper och funktioner diskuteras senare.

Lipidperoxidation

Lipidperoxidation är en potentiellt skadlig mekanism om den får fortsätta utan reglering. När elektroner tas från cellmembranets lipider uppstår peroxidation. Reaktiva syrearter (ROS) reagerar för att producera en instabil fettsyraradikal (en fettsyra som saknar elektroner i valensskalet) och vatten.

Att bli mer stabil som krävs enligtoktettregel, reagerar fettsyraradikalen med syre. Trots det är även dessa radikaler instabila och de fortsätter att reagera – vanligtvis med varandra. Denna kedja av händelser stannar först när molekylen blir stabil (icke-radikal). Lipidperoxidation är en snöbollseffekt som endast kan stoppas av antioxidanter.

När processen inte stoppas uppstår skador i strukturer som innehåller lipider. Detta är oftast membranen i våra celler. Lipidperoxidation är känt för att spela en roll i cancerutveckling.

Lipidfunktioner i människokroppen

När man studerar lipidfunktioner i människokroppen är det lättare att titta på de olika kategorierna som nämns i lipiddefinitionen överst på denna sida. Lipidkategorier beskrivs enligt Lipid Metabolites and Pathways Strategy (LIPID MAPS) Lipidomics Gateway-klassificeringssystem.

Fettacylfunktion

Som vi redan har sett är fettacyler bundna till CoA viktiga komponenter för energiproduktion (lipidkatabolism) och lipidsyntes (lipidanabolism). Fettacyler är därförbyggstenar för varje lipidkategorii alla levande organismer, inklusive växter.

Ett exempel är användningen av fettacyler i syntesen av acylkarnitin som transporterar långkedjiga fettsyror in i mitokondrierna. Detta transportsystem kallas karnitinskytteln.

Glycerolipidfunktion

Glycerolipidstrukturen har redan diskuterats eftersom denna beskriver den vanligaste lipiden i människokroppen - triglyceriden. Det mesta av vårt kroppsfett lagras i form av oljiga triglyceriddroppar.

Det är också möjligt för en glycerolipid att vara en monoglycerid eller en diglycerid – en eller två fettsyrakedjor bundna till en glycerolmolekyl.

Glyceroglykolipider är en underklass av glycerolipider där andra enkla sockerarter, såsom galaktos, fäster på glycerolryggraden.

Glycerofosfolipidfunktion

Glycerofosfolipider är de vanligast citerade lipidexemplen i läroböcker eftersom dessa bildar lipiddubbelskiktet av cellmembran.

Fosfolipiddubbelskiktet producerar ett skyddande, delvis permeabelt membran runt cellcytoplasman. Inte bara fettsyror och glycerol utan även fosforsyra bestämmer egenskaperna hos denna lipidtyp.

Ett exempel på glycerofosfolipid är lecitin (fosfatidylkolin) som är sammansatt av fosforsyra, kolin, glycerol och två fettsyror. Olika former av lecitin existerar på grund av skillnader i isomerform, kedjelängd och grader av fettsyramättnad.

Lecitin används imatfetter och som hälsotillskott, även om lite forskning har gjorts om dess fysiologiska fördelar.

Sfingolipidfunktion

Sfingolipider innehåller inte alltid glycerol. Deras avgörande kännetecken är närvaron av aminosyror (sfingoida basryggrad) och en långkedjig fettacyl-CoA.

Denna molekyl kan också innehålla proteiner, fosforsyra och sockerarter. Sfingolipider har visat sig påverka strukturen av cellmembran och definiera hur dessa membran interagerar med omgivande vätskor och celler; de hjälper också till att bilda fagosomvesiklar.

En grupp av sfingolipider är ceramiderna, som ofta finns i hudvårdsprodukter. De ökar cellmembranets styrka, även i dermis.

Lipidomicsforskning har visat att akne ofta visar förändringar i hudytans lipider: högre nivåer av glycerofosfolipider, fettacyler och sterollipider, och lägre nivåer av prenollipider och sackarolipider.En studierapporterade också kortare ceramidkedjelängder hos män med akne.

Sackarolipidfunktion

När glycerol ersätts med sockerarter som glukosamin blir viktiga signalmolekyler resultatet. Huvudämnet för sackarolipidforskning idag är glykanen. Kdo₂-lipid A är en acylaminosockerglykan av sackarolipidklassen. Det fungerar inom vårt immunsystem och är viktigt för effektiv nervsignalöverföring.

Glykaner är sackaridenheter kopplade till lipid- eller proteinställningar. De täcker ytan på alla celler. Även om patogener kan känna igen och fästa vid dem, kan glykaner ändra form och förhindra ytterligare attacker. De antingen hindrar eller uppmuntrar cellmembraninteraktioner.

Lipidglykosylering – bindningen av lipid till socker – är ett sekundärt proteinbearbetningssteg inuti cellen som bestämmer proteinernas stabilitet och funktion. Genom att tillsätta fettsyror bildas olika fungerande proteiner.

Forskning utförd som reaktion på covid-19-pandeminhar visat att glykaner är viktiga för coronavirusets hölje och dess bindningsreceptor. Virala glykanbaserade receptorer har lipidbunden sialinsyra. När våra celler binder till sialinsyrorna i spikeproteinet ökar virusinfektionshastigheten i kroppen. Detta ökar också överföringshastigheten från djur till människor.

Polyketidfunktion

Polyketider blir populära antimikrobiella och till och med anti-cancermedel; många av våra antibiotika ingår i denna lipidklassificeringsgrupp.

Naturliga polyketider bildas från acyl-CoA men verkar bara förekomma i marina varelser som havssniglar och växter, svampar och bakterier. Människor verkar inte producera polyketider trots att de finns i kroppen. Istället produceras de av bakterierna inom oss.

Polyketider är en viktig komponent i ett brett spektrum av läkemedel. Ett exempel på ett polyketidlipidbaserat läkemedel är makrolidantibiotikumet erytromycin, som används för att behandla en mängd olika bakterieinfektioner.

Sterol Lipid Funktion

Sterollipider inkluderar steroidhormoner med viktiga signalroller. Alla våra binjure- och könshormoner är sterollipider. Steroider är en underkategori av prenollipider men är så strukturellt distinkta att de ges en egen kategori.

Är kolesterol en lipid? Säkert. Det är en sterollipid och föregångaren till alla steroidhormoner. Som med alla sterollipidstrukturer bildas kolesterol från kolväteringar.

Kolesterol är en extremt viktig lipid som finns i cellmembranen, hjärnan, gallan och flera vitaminer och hormoner. Det spelar en roll i intracellulär transport och signalering. Det finns också i höga kvantiter, tillsammans med sfingolipider, i cellmembranets lipidflottor (områden med mycket lipider). Lipidflottar är associerade med signaltransduktion, vesikulär transport, organisering av cytoskelettet och patogeninträde.

Medan högre kolesterolnivåer brukade ses som en hälsorisk,blodlipidpaneltestning är nu mer sannolikt att titta på förekomsten av förhöjda triglycerider för att förutsäga kardiovaskulär sjukdom.

En lipidprofil screenar för närvaron av triglycerider och kolesterol i blodserum. Den mäter också förhållandet mellan lipoproteiner med låg till hög densitet -LDL och HDL. Proteindelarna i dessa två molekyler är bärare för lipidkolesterolet.

Prenol Lipid Funktion

Prenollipider eller terpenoider utgör en grupp som innehåller kinoner och vissa vitaminer. Dessa lipider är resultatet av terpenenheter som själva bildas av två eller flera isoprenmolekyler. Isopren är det vanligaste syntetiserade kolvätet i människokroppen. Vi gör så mycket av det, det kan upptäckas i vår andedräkt. Fettsyror bundna till terpenenheter bildar prenollipider.

De fettlösliga vitaminerna A, D, E och K är alla prenollipider. De eteriska oljorna vi får från växter är också isoprenbaserade lipider. En annan grupp av prenollipider, kinonerna, är viktiga förintracellulär aerob metabolism i levande organismer. De är kända för att skydda återigen reaktiva syrearter (ROS) och på grund av detta är de antioxidanter. Det är därför som eteriska oljor används för att behandla en rad medicinska tillstånd (aromaterapi).

Bibliografi