Lipid

Lipide sind eine Klasse kohlenwasserstoffhaltiger organischer Verbindungen. Lipide werden durch die Tatsache kategorisiert, dass sie in unpolaren Lösungsmitteln (wie Ether und Chloroform) löslich und in Wasser relativ unlöslich sind. Lipidmoleküle haben diese Eigenschaften, weil sie hauptsächlich aus bestehen Kohlenstoff . Manche Lipide dienen der Energiespeicherung, andere dienen als strukturelle Bestandteile von Zellmembranen, wieder andere sind wichtige Hormone oder enthalten essentielle Fettsäuren. Obwohl der Begriff Lipid oft als Synonym für Fett verwendet wird, ist letzteres eigentlich eine Untergruppe von Lipiden, die als Triglyceride bezeichnet werden.

Lipidfunktion

  • Struktur der Zellmembran
    • Bildet eine Barriere für die Zelle (die Phospholipid-Doppelschicht).
    • Steuert die Fluidität der Membran.
    • Steuert den Materialfluss in und aus der Zellmembran.
  • Energiespeicherung (z. B. im Fettgewebe gespeicherte Fette)
    • Lipide sind effektiv bei der Speicherung von Energie. Sie enthalten aufgrund ihres hohen Verhältnisses von Kohlenstoff zu Sauerstoff (weniger Sauerstoff als in Kohlenhydraten) mehr Energie als beispielsweise Kohlenhydrate, was bedeutet, dass jede aufgebrochene Bindung in einer Oxidationsreaktion stattfindet; aber der Katabolismus wird größer sein, da mehr Sauerstoff aus der Umgebung verbraucht wird, da weniger gespeichert wird.
  • Lipidhormone wie Steroide und Eicosanoide vermitteln die Kommunikation zwischen Zellen.
  • Signaltransduktion - Funktion bei der Übertragung von Informationen in Zellen.
  • Lipid Vitamine - für den Stoffwechsel benötigt



Struktur

Fettsäuren und Glyceride

Fettsäuren können chemisch als langkettige Monocarbonsäuren beschrieben werden und haben eine allgemeine Struktur von CH 3 (CH zwei ) n COH. Die Länge der Kette reicht normalerweise von 12 bis 24, immer mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffen. Wenn die Kohlenstoffkette keine Doppelbindungen enthält, wird sie als gesättigt bezeichnet. Wenn es eine oder mehrere solcher Bindungen enthält, ist es ungesättigt. Das Vorhandensein von Doppelbindungen verringert im Allgemeinen den Schmelzpunkt von Fettsäuren. Darüber hinaus können ungesättigte Fettsäuren entweder in geometrischen cis- oder trans-Isomeren vorkommen. In den meisten natürlich vorkommenden Fettsäuren liegen die Doppelbindungen in der cis-Konfiguration vor.

Glyceride sind Lipide, die eine Glycerol(Propan-1,2,3-triol)-Kernstruktur mit einer oder mehreren Fettacylgruppen besitzen, die von Fettsäuren abgeleitete Ketten sind, die durch Esterbindungen an das Glycerolgerüst gebunden sind. Glyceride mit drei Acylgruppen (Triglyceride oder Neutralfette) sind die Hauptspeicherform von Fett in Tieren und Pflanzen.

Eine wichtige Art von Molekülen auf Glyceridbasis, die in biologischen Membranen, wie der Plasmamembran der Zelle und den intrazellulären Membranen von Organellen, zu finden sind, sind die Phosphoglyceride oder Glycerophospholipide. Dies sind Phospholipide, die einen Glycerolkern enthalten, der mit zwei von Fettsäuren abgeleiteten 'Schwänzen' durch Ester- oder seltener Etherbindungen und mit einer 'Kopf'-Gruppe durch eine Phosphatesterbindung verbunden ist. Die Kopfgruppen der in biologischen Membranen vorkommenden Phospholipide sind Phosphatidylcholin (Lecithin), Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin und Phosphatidylinositol. Diese Phospholipide unterliegen einer Vielzahl von Reaktionen in der Zelle: Beispielsweise können durch enzymkatalysierte Hydrolyse polare Kopfgruppen oder Fettsäureschwänze von bestimmten Phospholipiden freigesetzt werden, um sekundäre Botenstoffe zu erzeugen, die an der Signalübertragung beteiligt sind. Im Fall von Phosphatidylinositol kann die Kopfgruppe durch die Zugabe von ein bis drei Phosphatmolekülen enzymatisch modifiziert werden, was einen weiteren Mechanismus der Zellsignalisierung darstellt. Während Phospholipide der Hauptbestandteil von biologischen Membranen sind, werden andere Nicht-Glycerid-Lipidkomponenten wie Sphingolipide und Sterole (wie Cholesterin in Tierzellmembranen) ebenfalls in biologischen Membranen gefunden.

Eine biologische Membran ist eine Form einer Lipiddoppelschicht, ebenso wie ein Liposom. Die Bildung von Lipiddoppelschichten ist ein spontaner Vorgang, wenn die oben beschriebenen Glycerophospholipide in Wasser gegeben werden. In einem wässrigen Milieu neigen die polaren Köpfe von Lipiden dazu, sich in Richtung der polaren, wässrigen Umgebung zu orientieren, während die hydrophoben Schwänze dazu neigen, ihren Kontakt mit Wasser zu minimieren. Die unpolaren Schwänze von Lipiden () neigen dazu, sich zusammenzuballen und eine Lipiddoppelschicht (1) oder eine Mizelle (2) zu bilden. Die Polköpfe () sind der wässrigen Umgebung zugewandt. Mizellen bilden sich, wenn einschwänzige amphiphile Lipide in ein polares Milieu gebracht werden, während sich Lipiddoppelschichten bilden, wenn zweischwänzige Phospholipide in eine polare Umgebung gebracht werden (Abb. 2). Micellen sind 'einschichtige' Kugeln und können nur eine bestimmte Größe erreichen, während Doppelschichten erheblich größer sein können. Sie können auch Tubuli bilden. Doppelschichten, die sich auf sich selbst zurückfalten, bilden eine Hohlkugel, die ein separates wässriges Kompartiment umschließt, das die Grundlage biologischer Membranen darstellt.

Mizellen und Doppelschichten trennen sich vom polaren Milieu durch einen Prozess, der als 'hydrophober Effekt' bekannt ist. Beim Auflösen einer unpolaren Substanz in einer polaren Umgebung werden die polaren Moleküle (d. h. Wasser in einer wässrigen Lösung) um die gelöste unpolare Substanz herum geordneter, da die polaren Moleküle keine Wasserstoffbrückenbindungen mit dem unpolaren Molekül bilden können. Daher bilden die polaren Wassermoleküle in einer wässrigen Umgebung einen geordneten 'Clathrat'-Käfig um das gelöste unpolare Molekül. Trennen sich jedoch die unpolaren Moleküle von der polaren Flüssigkeit, so wird die Entropie (Unordnungszustand) der polaren Moleküle in der Flüssigkeit nimmt zu. Dies ist im Wesentlichen eine Form der Phasentrennung, ähnlich der spontanen Trennung von Öl und Wasser in zwei getrennte Phasen, wenn man sie zusammenfügt.

  Abbildung 2: Selbstorganisation von Lipiden. Links ist eine Lipiddoppelschicht und rechts eine Mizelle dargestellt.   Vergrößern Figur 2: Selbstorganisation von Lipiden. Links ist eine Lipiddoppelschicht und rechts eine Mizelle dargestellt.

Die Selbstorganisation hängt von der Konzentration des in Lösung vorliegenden Lipids ab. Unterhalb der kritischen Mizellenkonzentration bilden die Lipide eine einzelne Schicht auf der Flüssigkeitsoberfläche und werden in Lösung dispergiert. Bei der ersten kritischen Mizellenkonzentration (CMC-I) organisieren sich die Lipide in kugelförmigen Mizellen, bei der zweiten kritischen Mizellenkonzentration (CMC-II) in langgestreckten Röhren und am lamellaren Punkt (LM oder CMC-III) in gestapelten Lamellen Rohre. Die CMC hängt von der chemischen Zusammensetzung ab, hauptsächlich vom Verhältnis der Kopffläche zur Schwanzlänge.

Ernährung und Gesundheit

Lipide spielen vielfältige und wichtige Rollen in Ernährung und die Gesundheit . Viele Lipide sind absolut lebensnotwendig. Es besteht jedoch auch ein beträchtliches Bewusstsein dafür, dass abnormale Werte bestimmter Lipide, insbesondere Cholesterin (bei Hypercholesterinämie) und in jüngerer Zeit Transfettsäuren, Risikofaktoren für Herzerkrankungen und andere Krankheiten sind.

Der Tagesbedarf an Lipiden beträgt 382 Gramm pro Tag.