Lipider

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til navigasjon Hopp til søk

Lipider og lipoider (fra det greske λίπος lípos "fett", stress på den andre stavelsen: Lip i de ) er samlingsnavn for helt eller i det minste stort sett vannoppløselige ( hydrofobe ) naturlige stoffer , som derimot er veldig gode på hydrofobe (eller lipofile ) på grunn av deres lave polaritet Løs opp løsemidler som heksan . Deres uløselighet i vann skyldes først og fremst de lange hydrokarbonrester som de fleste lipider har. De er grovt sett deles inn forsåpbare og ikke-forsåpbare lipider. [1]

I levende organismer brukes lipider hovedsakelig som strukturelle komponenter i cellemembraner , som energilagre eller som signalmolekyler . De fleste biologiske lipider er amfifile , det vil si at de har en lipofil hydrokarbonrest og en polær hydrofil hodegruppe, og derfor danner de miceller eller membraner i polare løsningsmidler som vann. Begrepet "fett" brukes ofte som et synonym for lipider, men fett ( triglyserider ) er bare en undergruppe av lipider.

Lipidene kan deles inn i syv stoffklasser: fettsyrer , triglyserider ( fett og fettoljer), voks , fosfolipider , sfingolipider , lipopolysakkarider og isoprenoider (steroider, karotenoider etc.). Stoffer av disse klassene som ikke er naturlige eller syntetiske blir vanligvis ikke referert til som lipider.

Fettsyrer, triacylglyseroler (fett og fete oljer) og voks

Fettsyrer

Både myristinsyre (en mettet fettsyre ) og myristolsyre (en umettet fettsyre ) har 14 karbonatomer. I motsetning til myristinsyre har myristolsyre en dobbeltbinding.

Fettsyrer er for det meste uforgrenede monokarboksylsyrer som består av en hydrokarbonkjede med en karboksygruppe i den ene enden (se bildet).

Det skilles mellom mettede fettsyrer, der det ikke er dobbeltbindinger , og umettede fettsyrer, som har en eller flere dobbeltbindinger (i naturen vanligvis i cis -posisjonen og ikke i konjugering med hverandre). Den enkleste mettede fettsyren er smørsyre med bare fire karbonatomer .

Viktige representanter for de umettede fettsyrene er oljesyre (enumettet) og arakidonsyre (firdoblet umettet). Dyrorganismen kan bare syntetisere umettede fettsyrer med begrensninger. Alle de fettsyrene som må konsumeres med mat kalles derfor essensielle fettsyrer (se nedenfor). Jo flere dobbeltbindinger en fettsyre inneholder, desto lavere er smeltepunktet.

Triacylglyseroler (fett og fete oljer)

Generell struktur av triacylglyseroler.
Sidekjedene R1, R2 og R3 representerer alkylradikaler med fettsyrene.

Se hovedartiklene Fett og fettoljer, samt triacylglyseroler .

Triacylglyserolene (triglyserider) utgjør hoveddelen av diettlipidene med mer enn 90 prosent. De er en viktig energileverandør (1 g fett inneholder 38,9 kJ energi, 1 g sukker bare 17,2 kJ). I tillegg danner triacylglyseroler kroppens viktigste energilagre (sukker, dvs. glukose, blir også omdannet til fett for lagring og bare lagret i relativt små mengder som en kortsiktig buffer som glykogen i lever og muskler), de er god beskyttelse mot kulde i huden og beskytter dette også mot skader. Alle viktige organer er beskyttet av et fettlag. Triacylglyseroler består av glyserol (glyserin) og tre fettsyrer forestret med glyserol. Hvis de er flytende ved romtemperatur (20 ° C) kalles de oljer, hvis de er faste som fett. Som allerede nevnt er dette viktige energilagre for dyr og planter. Hvis triacylglyseroler deles ved forsening , dannes glyserol og de tilsvarende salter av fettsyrene.

Voks

Ekte voks

Komponenter av bivoks som erstatning for voks

Voks er enkeltestere av fettsyrer og skiller seg som sådan fra trippelestere av fett og oljer. Både syre og alkohol deler av vokser har lange mettede alkylgrupper. I motsetning til triglyserider er voks mindre "fet" og også hardere og mer porøs.

Voks som en klasse av stoffer

En annen definisjon ( German Society for Fat Science ) ser på voks som en klasse av stoffer som utelukkende er definert av deres mekanisk-fysiske egenskaper. I henhold til denne definisjonen er vokser æltbare ved 20 ° C, faste til sprø og harde, de har en grov til fin krystallinsk struktur, når det gjelder farge er de gjennomskinnelige til ugjennomsiktige (ugjennomsiktige), men ikke glasslignende, over 40 ° C de smelter uten nedbrytning, litt over Ved smeltepunktet er de litt flytende (ikke veldig viskøse ), har en sterkt temperaturavhengig konsistens og oppløselighet og kan poleres under lett trykk.

Membrandannende lipider

Ulike strukturer som fosfolipider kan adoptere i vandige løsninger. Sirklene er hydrofile hoder og de bølgete linjene er de hydrofobe fettsyrekjedene.

Membrandannende lipider er de som har en hydrofil og en hydrofob del - det vil si at de er amfifile . Dette gjør at de som relativt polare lipider kan danne enten miceller (sfæriske aggregater av amfifile molekyler som spontant samles i et dispersjonsmedium ) eller doble lipidlag i polare løsningsmidler som vann, avhengig av deres natur - den hydrofile delen samhandler alltid med polært løsningsmiddel. Med unntak av membranene i archaea består alle biomembraner som skiller innholdet i en celle fra miljøet av disse doble lipidlagene. Membrandannende lipider er derfor et grunnleggende krav for celledannelse og dermed for livet.

Fosfolipider

Generell struktur av fosfoglyserider
Radikalene R1 og R2 bestemme fettsyrene, radikalet X bestemmer klasse. Når X = H, er fosfatidsyre tilstede

Fosfolipider utgjør hovedkomponenten i biomembraner. Det skilles mellom fosfoglyserider og sfingomyeliner . Strukturen til fosfoglyseridene er avledet fra fosfatidsyren , som ligner på triglyseridene, med den forskjellen at det er en fosforylgruppe på C3 -hydroksylgruppen i stedet for acylresten. Som triacylglyserider tilhører disse gruppen glyserolipider . Sphingomyeliner, derimot, skiller seg fra glyserolipider i sfingosinskjelettet . Den fosforsyre diestergruppen til alle fosfolipider er hydrofil (det vil si samhandler med vann) og kalles "hodet" . Acylrestene eller den ikke-polare delen av sfingosinet kalles “halen” og er hydrofobe . Denne motsatte karakteren fører til dannelsen av lipid -dobbeltlag der den hydrofobe delen av membranlipidene peker innover og den hydrofile delen utover. De viktigste fosfolipidene som er involvert i konstruksjonen av biomembraner er fosfoglyseridene fosfatidylkolin (også lecitin ), fosfatidyletanolamin , fosfatidylserin og sfingomyeliner . Sistnevnte er både fosfo- og sfingolipider. Fosfatidyletanolamin og fosfatidylserin er også kjent som cefaliner . En viktig gruppe fosfoglyserider, spesielt ved intracellulær overføring av ekstracellulære signaler ( signaltransduksjon ), er fosfatidylinositolene , som forekommer i forskjellige fosforyleringstrinn ; som en hovedgruppe har de et fosfoinositol .

Shingolipider

Generell struktur for sfingolipider
Ulike rester (R) resulterer i forskjellige undergrupper.
Hydrogen - ceramider
Fosfokolin eller fosfoetanolamin - sfingomyeliner
Sakkarid - glykolipider

Shingolipider er også en del av cellemembraner. Den grunnleggende strukturen består av en fettsyre og sfingosin . De er delt inn i gruppene ceramider , sfingomyeliner og glykolipider. Shingolipider finnes i nervevev , de spiller en viktig rolle i signaloverføring og samspillet mellom individuelle celler .

Glykolipider

Glykolipider er fosfatfrie, sfingosinholdige lipider med en karbohydratkomponent glykosidisk bundet til 1-hydroksygruppen i sfingosinet. De danner ofte utsiden av biologiske membraner, med karbohydratinnholdet presentert på cellemembranen . Det antas at disse spiller en rolle i kommunikasjonen og samspillet mellom individuelle celler. Glykolipider er delt inn i cerebrosider , gangliosider og sulfatider .

Eterlipider

Eterlipider er hovedkomponenten i cellemembranene i archaea , men ikke i bakterier eller eukaryoter . [2] I archaea består eterlipidene av glyserol med isoprenoider . Eukaryoter produserer også en liten mengde eterlipider.

Isoprenoider

Isoprenoider er forbindelser som er basert på isoprenenheter . Forbindelser som teller blant lipidene er steroider, terpener og terpenoider samt karotenoider. Naturligvis forekommende steroider tilhører triterpenoidderivatene (triterpenoid betyr at den består av 30 karbonatomer), siden de alle er biosyntetisert fra squalen . Karotenoider regnes blant tetraterpenoidderivatene (40 karbonatomer), de er avledet fra lykopen .

Steroider

Grunnleggende struktur for alle steroider, Steran -skjelettet

Alle steroider har som en grunnstruktur et system med fire, vanligvis transforbundne karbonringer, tre sekskantede og en femkantede. Den mest kjente representanten for steroider er kolesterol , som er en av sterolene . Blant annet er den en vesentlig komponent i alle cellemembraner med unntak av mitokondriens indre membran og kan derfor også regnes blant membranlipidene i en bredere forstand. Det er vanligvis i forestret form som kolesterolestere av fettsyrer. Spekteret av fettsyrene til kolesterolesterne i et levende vesen er sterkt avhengig av kostholdet.

Gallsyrer , som er involvert i fettfordøyelsen , har en hydrofob og en hydrofil del, slik at de kan belegge fett og dermed lette absorpsjonen i fordøyelseskanalen .

Steroidene inkluderer også kjønnshormonene som produseres i eggstokkene og testiklene . De kontrollerer reproduksjon og utvikling av sekundære seksuelle egenskaper . De kvinnelige kjønnshormonene er progesteron og østrogen , de mannlige androgenene (f.eks. Testosteron og androsteron ).

Ytterligere eksempler er andre zoo, myco og fytosteroler og deres estere som f.eks. B. ergosterol , vitamin D og hjerteglykosider (f.eks. Digitalis og strophantine ). Fytosteroler som f.eks B. β-sitosterol , stigmasterol og campesterol og deres estere forekommer stadig mer i humant serum i et vegetarisk kosthold.

Karotenoider

β-karoten

Karotenoider er polymerisasjonsprodukter av isopren som produseres utelukkende i planter, bakterier og sopp og er ansvarlige for gul til rødaktig farge på planter (f.eks. Gulrøtter og tomater ). Deres fysiologiske oppgaver er lysabsorbering og beskyttelse mot oksidativt stress , siden de kan fungere som radikale åtseldyr . [3] Karotenoider kan også svelges av dyr gjennom mat og er dermed blant annet ansvarlig for fargen på eggeplommer og smør . [4] De består for det meste av umettede hydrokarbonkjeder og deres oksidasjonsprodukter, og består av åtte isoprenenheter. Dermed er det tetraterpener med en skjelettstørrelse på 40 karbonatomer . [5] De er delt inn i karotener og xantofyller , med xantofyller , i motsetning til karotener, som inneholder oksygenholdige grupper. [6] Den mest kjente og vanligste karotenoiden er β-karoten, også kjent som provitamin A. Det omdannes til retinal (vitamin A) i organismen til mennesker og noen dyr, som er en viktig utgangsforbindelse for rhodopsin (et visuelt pigment) representerer, dette er nødvendig for den visuelle prosessen.

Analytics

For den kvalitative og kvantitative analysen av de fysisk-kjemisk svært forskjellige lipidklasser, er det foretrukket å bruke kromatografiske metoder. [7] Ved hjelp av tynnlagskromatografi og HPLC kan alle lipidklasser skilles fra hverandre. [8] Imidlertid krever bruk av gasskromatografi separering av fosfolipidene, da disse ikke kan fordampes uten å dekomponeres. Ved å koble den kromatografiske separasjonsprosessen til massespektrometri [9] er det mulig med høy spesifikke og svært sensitive kvalitative og kvantitative bestemmelser av individuelle stoffer i de forskjellige lipidklassene.

Fastfaseekstraksjon brukes også til å skille lipidklassene. [10]

Biologiske funksjoner

De biologiske funksjonene til lipider er like forskjellige som deres kjemiske struktur. De fungerer som

  • Drivstoff ( β-oksidasjon av fettsyrer)
  • Energilagring (triacylglyseroler)
  • Membranbyggesteiner (fosfolipider)
  • Signalmolekyler (diacylglyserol; IP 3 kaskade)
  • Hormoner (eikosanoider; prostaglandiner etc.)
  • Fettløselige vitaminer (vitamin A, D, E, K)
  • Kofaktorer (Dolichol)
  • Pigmenter (karotenoider)

Selv om noen lipider kan dannes av menneskekroppen i selve fettmetabolismen , må andre inntas med mat. Derfor kalles disse essensielle lipider .

Essensielle fettsyrer

Såkalte essensielle fettsyrer er flerumettede og må inntas med mat, siden det hos pattedyr og mennesker ikke kan innføres dobbeltbindinger mellom enden og det niende karbonatomet under fettsyresyntese. De inkluderer omega-6 fettsyrer og omega-3 fettsyrer. Representantene for de essensielle omega-3 fettsyrene inkluderer linolensyre , eikosapentaensyre og docosahexaensyre ; Tilsvarende omega-6 fettsyrer inkluderer linolsyre og arakidonsyre . Eikosanoider syntetiseres fra arakidonsyre; dette er viktige vevshormoner og mediatorer i kroppen. Omega-9 fettsyrer er ikke viktige, da de kan syntetiseres fra omega-3 og omega-6 fettsyrer. Mulige kilder til omega-3 og omega-6 fettsyrer i maten er fisk, linfrø, soyabønneolje, hampolje, gresskarfrø eller valnøtter.

Essensielle fettsyrer spiller en viktig rolle i mange metabolske prosesser. Det er bevis på at mangler eller ubalanser i inntaket av essensielle fettsyrer er årsaken til mange sykdommer.

Fettløselige vitaminer

De fettløselige vitaminene er:

Lipidomikk

Forskningen på alle lipider som forekommer i en celle eller en organisme kalles lipidomics ( engelsk lipidomics ). [11] Det er sammenlignbart med proteomikk , som omhandler forskning av alle proteiner som forekommer i organismen og cellen. Målet med denne tverrfaglige vitenskapen er både å registrere alle lipider og å bestemme deres funksjoner og protein-lipid-interaksjoner i en biologisk, fysiologisk eller fysisk kontekst. I lipidomikk brukes teknikker som massespektroskopi (MS), kjernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR) eller fluorescensspektroskopi for å karakterisere lipider. Massespektroskopiske metoder virker spesielt egnede, som har en høy følsomhet og hvor ioniseringen av molekylene ikke får dem til å oppløses i stor grad. En passende og skånsom ioniseringsmetode for dette er massespektrometri med nano- elektrosprayionisering . [12] Forskning innen lipidomikk har som mål å bestemme lipids rolle i mange metabolske sykdommer som fedme, åreforkalkning, hjerneslag, høyt blodtrykk og diabetes. Det raskt voksende feltet lipidomikk utfyller feltene genomikk og proteomikk og definerer sammen med dem systembiologi . [13] [14]

Pakningsparametere

Lipider kan karakteriseres ved å bruke emballasjeparametrene:

Sylindervolum opptatt av fettsyrekjedene i lipidhalen
største tverrsnittsareal av gruppen hydrofile lipider
Lengden på den hydrofobe lipidhalen

Lipider med bare en fettsyrekjede og et stort hode ( vaskemidler ) har en pakningsparameter P l <⅓. I dobbeltkjede lipider som fosfatidyletanolaminer tar fettsyrekjedene opp et konisk volum og P l = 1. Kardiolipiner og kolesterol har en pakkeparameter> 1. [15]

litteratur

  • Georg Löffler, Petro E. Petrides: Biochemistry and Pathobiochemistry. Springer, Berlin 2003, ISBN 3-540-42295-1 .
  • Florian Horn, Isabelle Moc, Nadine Schneider: Menneskelig biokjemi. Thieme, Stuttgart 2005, ISBN 3-13-130883-4 .
  • Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Kjemi. Thieme, Stuttgart 2003, ISBN 3-13-484308-0 .
  • Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer: Biochemistry. 5. utgave. Freeman, New York 2002, ISBN 0-7167-4684-0 . (delvis tilgjengelig online på NCBI bokhylle)
  • Frank D. Gunstone, Bengt G Herslöf: A Lipid Glossary , The Oily Press Ltd., Ayr Scotland 1992, ISBN 0-9514171-2-6
  • FD Gunstone, JL Harwood, FB Padley: The Lipid Handbook . Chapman og Hall, London New / York 1986, ISBN 0-412-24480-2 .
  • OW Thiele: lipider, isoprenoider med steroider . G. Thieme Verlag, Stuttgart 1979, ISBN 3-13-576301-3 .
  • Robert C. Murphy: Massespektrometri av lipider. Handbook of Lipid Research, Vol. 7, Plenum Press, New York / London 1993, ISBN 0-306-44361-9 .
  • Nepomuk Zöllner , Dietrich Eberhagen: Undersøkelse og bestemmelse av lipoider i blodet. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New Yorj 1965.

weblenker

Wikibooks: Organisk kjemi for studenter / Fette - Lærings- og undervisningsmateriell

Individuelle bevis

  1. ^ Oppføring på lipider . I: IUPAC Compendium of Chemical Terminology ("Gullboken") . doi : 10.1351 / goldbook.L03571 Versjon: 2.1.5.
  2. S. Jain, A. Caforio, AJ Driessen: Biosyntese av arkaeal membran eterlipider . I: Grenser i mikrobiologi. Bind 5, 2014, s. 641, doi: 10.3389 / fmicb.2014.00641 . PMID 25505460 , PMC 4244643 (gratis fulltekst).
  3. JM Berg, JL Tymoczko, L. Stryer: Biochemistry. 5. utgave. WH Freeman, 2002, ISBN 0-7167-3051-0 , kap.: 19.5.2.
  4. WK Purves, D. Sadava, Orians GH, HC Heller: biologi. 7. utgave. Spektrum Akademischer Verlag, 2006, ISBN 3-8274-1630-2 , s. 64.
  5. ^ Paula Yurkanis Bruice: Organisk kjemi. 4. utgave. Prentice-Hall, 2003, ISBN 0-13-141010-5 , s. 1089.
  6. H.-D. Belitz, W. Grosch, P. Schieberle: Lærebok for matkjemi . 6. utgave. Springer, 2007, ISBN 978-3-540-73201-3 , s. 239.
  7. B. Rehlender: Kvalitativ og kvantitativ bestemmelse av lipidfraksjoner av forskjellige ernæringsmessig relevante lipoproteiner fra humane sera, analyser av Extrelut lipidekstrakter gjennom den kombinerte bruk av tynnsjiktskromatografi, gasskromatografi og massespektrometri. Avhandling . TU Berlin, 1983, DNB 840626266
  8. M. Gołębiowski, MI falsk, M. Paszkiewicz, P. Stepnowski: cuticular lipider av insekter som potensielle biofungicides: metoder for lipid-sammensetningsanalysen. I: Anal Bioanal Chem. 399 (9), mars 2011, s. 3177-3191. PMID 21153591 .
  9. ^ RC Murphy, TJ Leiker, RM Barkley: Analyser av glycerolipid og kolesterolester i biologiske prøver ved massespektrometri. I: Biochim Biophys Acta . 1811 (11), nov 2011, s. 776-783. PMID 21757029 .
  10. ^ Ruiz-Gutiérrez V1, Pérez-Camino MC: Oppdatering om fastfaseekstraksjon for analyse av lipidklasser og beslektede forbindelser. , J Chromatogr A. 2000 14. juli; 885 (1-2): 321-41, Review, PMID 10941680 , doi: 10.1016 / S0021-9673 (00) 00181-3 .
  11. Kim Ekroos (Ed.): Lipidomics: teknologier og applikasjoner. Wiley-VCH-Verlag, Weinheim 2012, ISBN 978-3-527-33098-0 .
  12. Britta Brügger, Mathias Haag, Felix Wieland: Lipidomikk av celler, organeller og virus. I: Biospektrum. Juli 2008.
  13. X. Han: Neurolipidomics: utfordringer og utviklinger. I: Front. Biosci. 12, 2007, s. 2601-2615. doi: 10.2741 / 2258 . PMC 2141543 (gratis fulltekst). PMID 17127266 .
  14. ^ AE Rolim, R. Henrique-Araújo, EG Ferraz, FK de Araújo Alves Dultra, LG Fernandez: Lipidomics in the study of lipid metabolism: Current perspectives in the omic sciences. I: gener. 554 (2), 24. oktober 2014, s. 131-139. PMID 25445283 .
  15. Volker Schünemann: Biofysikk . Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-21163-2 , s.5 .