Lipider består av en grupp föreningar såsom fetter, oljor, steroider och vaxer som finns i levande organismer. Både prokaryoter och eukaryoter besitter lipider, som spelar många viktiga roller biologiskt, såsom membranbildning, skydd, isolering, energilagring, celldelning med mera. Inom medicin avser lipider blodfetter.
Lipider betecknar fetter, oljor, steroider och vaxer som finns i levande organismer. Lipider fyller flera funktioner över arter, för energilagring, skydd, isolering, celldelning och andra viktiga biologiska roller.
Lipiders struktur
Lipider är gjorda av en triglycerid som är gjord av alkoholen glycerol plus fettsyror. Tillägg till denna grundläggande struktur ger stor mångfald i lipider. Över 10 000 sorters lipider har upptäckts hittills, och många arbetar med en enorm mångfald av proteiner för cellulär metabolism och materialtransport. Lipider är betydligt mindre än proteiner.
Exempel på lipider
Fettsyror är en typ av lipider och fungerar också som byggstenar för andra lipider. Fettsyror innehåller karboxylgrupper (-COOH) bundna till en kolkedja med vidhäftade väten. Denna kedja är vattenolöslig. Fettsyror kan vara mättade eller omättade. Mättade fettsyror har enkla kolbindningar, medan omättade fettsyror har dubbla kolbindningar. När mättade fettsyror kombineras med triglycerider, resulterar detta i fasta fetter vid rumstemperatur. Detta beror på att deras struktur gör att de packar ihop tätt. Däremot tenderar omättade fettsyror i kombination med triglycerider att ge flytande oljor. Den krökta strukturen hos omättade fetter ger en lösare, mer flytande substans vid rumstemperatur
Fosfolipider är gjorda av en triglycerid med en fosfatgrupp som ersätter en fettsyra. De kan beskrivas som att de har ett laddat huvud och kolvätesvans. Deras huvuden är hydrofila eller vattenälskande, medan deras svansar är hydrofoba eller vattenavvisande.
Ett annat exempel på en lipid är kolesterol. Kolesteroler ordnas i stela ringstrukturer med fem eller sex kolatomer, med väten fästa och en flexibel kolvätesvans. Den första ringen innehåller en hydroxylgrupp som sträcker sig in i vattenmiljöer i djurcellmembran. Resten av molekylen är dock vattenolöslig.
Fleromättade fettsyror (PUFA) är lipider som hjälper till med membranfluiditet. PUFA deltar i cellsignalering relaterad till neural inflammation och energisk metabolism. De kan ge neuroprotektiva effekter som omega-3-fettsyror, och i denna formulering är de antiinflammatoriska. För omega-6-fettsyror kan PUFA orsaka inflammation.
Steroler är lipider som finns i växtmembran. Glykolipider är lipider kopplade till kolhydrater och ingår i cellulära lipidpooler.
Lipidernas funktioner
Lipider spelar flera roller i organismer. Lipider utgör skyddande barriärer. De omfattar cellmembran och en del av strukturen hos cellväggar i växter. Lipider ger energilagring till växter och djur. Ganska ofta fungerar lipider tillsammans med proteiner. Lipidfunktioner kan påverkas av förändringar i deras polära huvudgrupper såväl som av deras sidokedjor.
Fosfolipider utgör grunden för lipiddubbelskikt, med sin amfipatiska natur, som utgör cellmembran. Det yttre skiktet interagerar med vatten medan det inre skiktet existerar som en flexibel oljig substans. Cellmembranens flytande natur bidrar till deras funktion. Lipider utgör inte bara plasmamembran, utan även cellulära avdelningar såsom kärnhöljet, endoplasmatiskt retikulum (ER), Golgi-apparater och vesiklar.
Lipider deltar också i celldelning. Delande celler reglerar lipidhalten beroende på cellcykeln. Minst 11 lipider är involverade i cellcykelaktivitet. Sfingolipider spelar en roll i cytokines under interfas. Eftersom celldelning resulterar i plasmamembranspänning, tycks lipider hjälpa till med mekaniska aspekter av delning, såsom membranstyvhet.
Lipider tillhandahåller skyddande barriärer för specialiserade vävnader som nerver. Det skyddande myelinskidan som omger nerverna innehåller lipider.
Lipider ger den största mängden energi från konsumtion, och har mer än dubbelt så mycket energi som proteiner och kolhydrater. Kroppen bryter ner fetter i matsmältningen, vissa för omedelbart energibehov och andra för lagring. Kroppen utnyttjar lipidlagringen för träning genom att använda lipaser för att bryta ner dessa lipider och så småningom göra mer adenosintrifosfat (ATP) till att driva celler.
I växter tillhandahåller fröoljor såsom triacylglyceroler (TAG) matlagring för fröns groning och tillväxt i både angiospermer och gymnospermer. Dessa oljor lagras i oljekroppar (OBs) och skyddas av fosfolipider och proteiner som kallas oleosiner. Alla dessa ämnen produceras av det endoplasmatiska retikulumet (ER). Oljekroppen knoppar från akuten.
Lipider ger växter den nödvändiga energin för deras metaboliska processer och signaler mellan celler. Floemet, en av växternas främsta transportdelar (tillsammans med xylem), innehåller lipider som kolesterol, sitosterol, camposterol, stigmasterol och flera olika lipofila hormoner och molekyler. De olika lipiderna kan spela en roll för att signalera när en växt är skadad. Fosfolipider i växter fungerar också som svar på miljöpåfrestningar på växterna såväl som som svar på patogeninfektioner.
Hos djur fungerar lipider också som isolering från miljön och som skydd för vitala organ. Lipider ger också flytkraft och vattentäthet.
Lipider som kallas ceramider, som är sfingoidbaserade, fyller viktiga funktioner för hudens hälsa. De hjälper till att bilda epidermis, som fungerar som det yttersta hudlagret som skyddar från miljön och förhindrar vattenförlust. Ceramider fungerar som prekursorer för sfingolipidmetabolism; aktiv lipidmetabolism sker i huden. Sfingolipider utgör strukturella och signalerande lipider som finns i huden. Sfingomyeliner, gjorda av ceramider, är vanliga i nervsystemet och hjälper motorneuroner att överleva.
Lipider spelar också en roll i cellsignalering. I det centrala och perifera nervsystemet kontrollerar lipider fluiditeten i membranen och hjälper till med elektriska signalöverföringar. Lipider hjälper till att stabilisera synapser.
Lipider är avgörande för tillväxt, ett hälsosamt immunförsvar och reproduktion. Lipider gör att kroppen kan lagra vitaminer i levern såsom de fettlösliga vitaminerna A, D, E och K. Kolesterol fungerar som en prekursor för hormoner som östrogen och testosteron. Det gör också gallsyror, som löser upp fett. Levern och tarmarna utgör cirka 80 procent av kolesterolet, medan resten kommer från mat.
Lipider och hälsa
I allmänhet är animaliska fetter mättade och därför fasta, medan växtoljor tenderar att vara omättade och därför flytande. Djur kan inte producera omättade fetter, så dessa fetter måste konsumeras från producenter som växter och alger. Djur som äter dessa växtkonsumenter (som kallvattenfisk) får i sin tur de fördelaktiga fetterna. Omättade fetter är de nyttigaste fetterna att äta eftersom de minskar risken för sjukdomar. Exempel på dessa fetter inkluderar oljor som oliv- och solrosolja, samt frön, nötter och fisk. Bladgröna grönsaker är också bra källor till omättade fetter. Fettsyrorna i blad används i kloroplaster.
Transfetter är delvis hydrerade planoljor som liknar mättade fetter. Transfetter som tidigare använts i matlagning anses nu vara ohälsosamma för konsumtion.
Mättade fetter bör konsumeras mindre än omättade fetter eftersom mättade fetter kan öka sjukdomsrisken. Exempel på mättade fetter inkluderar rött animaliskt kött och feta mejeriprodukter samt kokosolja och palmolja.
När läkare hänvisar till lipider som blodfetter, beskriver detta den typ av fetter som ofta diskuteras om kardiovaskulär hälsa, särskilt kolesterol. Lipoproteiner hjälper till att transportera kolesterol genom kroppen. High-density lipoprotein (HDL) hänvisar till kolesterol som är ett ”bra” fett. Det tjänar till att hjälpa till att ta bort det onda kolesterolet via levern. De ”dåliga” kolesterolerna inkluderar LDL, IDL, VLDL och vissa triglycerider. Dåliga fetter ökar risken för hjärtinfarkt och stroke på grund av att de ansamlas som plack, vilket kan leda till tilltäppta artärer. Därför är en balans av lipider avgörande för hälsan.
Inflammatoriska hudåkommor kan dra nytta av konsumtion av vissa lipider, såsom eikosapentaensyra (EPA) och docsahexaensyra (DHA). EPA har visat sig förändra hudens ceramidprofil.
Ett antal sjukdomar är relaterade till lipider i människokroppen. Hypertriglyceridemi, ett tillstånd med höga triglycerider i blodet, kan leda till pankreatit. Ett antal läkemedel verkar för att minska triglycerider, till exempel genom enzymer som bryter ned blodfetter. Hög triglyceridreduktion har också hittats hos vissa individer genom medicinskt tillskott via fiskolja.
Hyperkolesterolemi (högt kolesterol i blodet) kan vara förvärvad eller genetisk. Individer med familjär hyperkolesterolemi har extraordinärt höga kolesterolvärden som inte kan kontrolleras med medicin. Detta ökar avsevärt risken för hjärtinfarkt och stroke, med många individer som dör innan de når 50 års ålder.
Genetiska sjukdomar som resulterar i hög lipidackumulering i blodkärlen kallas lipidlagringssjukdomar. Denna överdrivna fettlagring ger skadliga effekter för hjärnan och andra delar av kroppen. Några exempel på lipidlagringssjukdomar inkluderar Fabrys sjukdom, Gauchers sjukdom, Niemann-Picks sjukdom, Sandhoffs sjukdom och Tay-Sachs. Tyvärr leder många av dessa lipidlagringssjukdomar till sjukdom och död i ung ålder.
Lipider spelar också en roll vid motorneuronsjukdomar (MND), eftersom dessa tillstånd inte bara kännetecknas av motorneurondegeneration och död men också problem med lipidmetabolismen. Vid MND förändras det centrala nervsystemets strukturella lipider, och detta påverkar både membran och cellsignalering. Till exempel inträffar hypermetabolism med amyotrofisk lateralskleros (ALS). Det verkar finnas ett samband mellan näring (i det här fallet, inte tillräckligt med lipidkalorier förbrukade) och risken för att utveckla ALS. Högre lipider motsvarar bättre resultat för ALS-patienter. Läkemedel som riktar sig mot sfingolipider övervägs som behandlingar för ALS-patienter. Mer forskning behövs för att bättre förstå de involverade mekanismerna och för att tillhandahålla lämpliga behandlingsalternativ.
I spinal muskelatrofi (SMA), en genetisk autosomal recessiv sjukdom, används inte lipider på rätt sätt för energi. SMA-individer har hög fettmassa i en miljö med lågt kaloriintag. Därför spelar lipidmetabolismens dysfunktion återigen en stor roll i en motorneuronsjukdom.
Det finns bevis för att omega-3-fettsyror spelar en fördelaktig roll i sådana degenerativa sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons sjukdomar. Detta har inte visat sig vara fallet för ALS, och i själva verket har motsatt effekt av toxicitet hittats i musmodeller.
Pågående lipidforskning
Forskare fortsätta att upptäcka nya lipider. För närvarande studeras inte lipider på proteinnivå och är därför mindre förstådda. Mycket av den nuvarande lipidklassificeringen förlitade sig på kemister och biofysiker, med betoning på struktur snarare än funktion. Dessutom har det varit utmanande att te avskaffar lipidfunktioner på grund av deras tendens att kombineras med proteiner. Det är också svårt att belysa lipidfunktionen i levande celler. Kärnmagnetisk resonans (NMR) och masspektrometri (MS) ger viss lipididentifiering med hjälp av datormjukvara. Det behövs dock bättre upplösning i mikroskopi för att få insikt i lipidmekanismer och funktioner. Istället för att analysera en grupp av lipidextrakt kommer mer specifik MS att behövas för att isolera lipider från deras proteinkomplex. Isotopmärkning kan tjäna till att förbättra visualisering och därmed identifiering.
Det är tydligt att lipider, förutom sina kända strukturella och energiska egenskaper, spelar en roll i viktiga motoriska funktioner och signalering. När teknologin förbättras för att identifiera och visualisera lipider, kommer mer forskning att behövas för att fastställa lipidfunktionen. Så småningom är förhoppningen att markörer skulle kunna utformas som inte skulle störa lipidfunktionen alltför mycket. Att kunna manipulera lipidfunktionen på subcellulära nivåer skulle kunna ge ett forskningsgenombrott. Detta kan revolutionera vetenskapen på ungefär samma sätt som proteinforskning har gjort. I sin tur skulle nya läkemedel kunna tillverkas som potentiellt skulle kunna hjälpa dem som lider av lipidrubbningar.
