LIPIDY: VLASTNOSTI, PŘÍKLADY, FUNKCE, KLASIFIKACE - BIOLOGIE - 2025

Tyto lipidy jsou skupina heterogenních makromolekul, včetně tuků, olejů, steroly, vosky a podobně, které sdílejí charakteristiku, že jsou částečně ve vodě nerozpustný (hydrofobní) a dobře rozpustný v nepolárních rozpouštědlech, jako je ether, benzen, aceton, chloroform, mezi ostatními.

Dříve byly všechny sloučeniny nerozpustné ve vodě a rozpustné v organických rozpouštědlech považovány za lipidy. Avšak dnes má mnoho dalších sloučenin, které nejsou lipidy, tyto vlastnosti, některé z nich jsou terpeny, určité vitamíny a karotenoidy.

Lipidy jsou základní složkou buněčných membrán, a tedy i plazmatické membrány (Zdroj: Jpablo cad / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0), prostřednictvím Wikimedia Commons)

Slovo „lipid“ pochází z řeckého slova „lipos“, což znamená tuk. Někteří autoři považují za lipidy pouze ty molekuly, které jsou produkty nebo deriváty mastných kyselin, včetně hlavně všech sloučenin klasifikovaných jako oleje a tuky.

Lipidové sloučeniny jsou přítomny ve všech živých bytostech na Zemi, dokonce i některé viry mají tyto molekuly ve své kapsidě.

Předpokládá se, že lipidy byly součástí prvních uhlíkových sloučenin, které byly vytvořeny během počátku života a jsou základními molekulami pro „komplexizaci“ života.

V současné době je ve skupině lipidů známa celá řada různých sloučenin, z nichž každá má různé funkce a vlastnosti.

Jsou klasifikovány v závislosti na skupině substituentů, která tvoří jeho kostru (a její kostru samotnou) a také na jejích funkcích (struktura, skladování, signalizace, ochrana atd.).

Obecná charakteristika lipidů

Řetězec atomů uhlíku vázaný k atomům vodíku

Většina lipidů má jako svou centrální strukturu řetězec atomů uhlíku spojený s atomy vodíku, který je známý jako "mastná kyselina"

Pokud jsou všechny atomy uhlíku mastné kyseliny nasyceny atomy vodíku, říká se, že jde o „nasycenou mastnou kyselinu“.

Pokud jsou naopak dva nebo více atomů uhlíku ve stejném řetězci spojeny dohromady pomocí dvojné nebo trojné vazby, je mastná kyselina považována za "nenasycenou", protože dehydrogenací ztratila 2 nebo více atomů uhlíku. vodík.

Vysoký bod tání

Lipidy mají vysokou molekulovou hmotnost, která jim dává vysokou teplotu tání

Teplota tání lipidů je vyšší u lipidů, které obsahují více atomů uhlíku. Tato teplota tání však klesá, když lipidy obsahují mastné kyseliny s nenasycenými uhlovodíkovými řetězci.

Jsou to amfipatické molekuly

Všechny lipidy mají polární nebo hydrofilní část a další nepolární nebo hydrofobní část představovanou alifatickými řetězci mastných kyselin, které je tvoří.

Většina lipidových molekul se spojuje pomocí vodíkových vazeb a van der Waalsových interakcí mezi svými uhlovodíkovými řetězci.

Mají dobrou odolnost proti mechanickému namáhání

Vazby vytvořené mezi atomy uhlíku a vodíku dávají lipidům určitou fyzickou odolnost proti mechanickému stresu. Kromě toho je lipidová asociace obtížně rozložitelná ve vodném médiu, protože je částečně nerozpustná ve vodě.

Funkce lipidů

Lipidy mají velkou rozmanitost biologických funkcí, jak se lišily jako velké množství chemických struktur nalezených v této skupině.

Energický

Ve většině obratlovců a mnoha bezobratlých živočichů jsou lipidy hlavními formami ukládání energie a přenosu mastných kyselin v buňkách.

U obratlovců se lipidy absorbované potravou ukládají do tukové tkáně ve formě mastných kyselin a zde slouží jako tepelně izolační látka pro orgány a podkožní tkáně.

Mastné kyseliny jsou specializované lipidy pro ukládání energie uvnitř živých organismů, protože jejich oxidace uvolňuje velké množství energie ve formě ATP. To se provádí prostřednictvím procesu zvaného „P-oxidace mastných kyselin“, který je prováděn téměř všemi buňkami živých organismů.

Strukturální

Fosfolipidy a steroly jsou podstatnými složkami biologických membrán buněk a jejich organel (v eukaryotických buňkách).

Mnoho malých lipidových molekul na povrchu membrán slouží jako pigmenty, které absorbují světlo, zatímco jiné slouží jako kotvy pro některé membránové proteiny, které se připojují k povrchu.

Enzymatický

Mnoho lipidů je kofaktorů v enzymatické katalýze nebo působí jako elektronické transportéry v elektrochemických gradientech.

Jiní se účastní rychlého šíření depolarizačních vln v těle zvířat, což samozřejmě souvisí se specializovanými nervovými buňkami.

Klasifikace lipidů

Lipidy lze rozdělit do čtyř velkých skupin: tuky a oleje, fosfolipidy, vosky, steroly, terpeny a eikosanoidy.

Tuky a oleje

Tato skupina zahrnuje mastné kyseliny, které jsou obvykle nejběžnějšími strukturálními prvky pro tvorbu komplexnějších lipidů, jako jsou například fosfolipidy a vosky.

Tuky jsou obecně sloučeniny tvořené mastnými kyselinami připojenými k molekule glycerolu na každém ze svých 3 atomů uhlíku prostřednictvím vazeb esterového typu, což je důvod, proč jsou obecně známé jako triglyceridy.

Fosfolipidy

Fosfolipidy jsou hlavními složkami buněčných membrán. Jsou to lipidy tvořené kostrou glycerolu nebo sfingosinu, na kterou jsou esterifikovány dvě molekuly mastných kyselin a fosfátová skupina schopná reagovat a vázat se na různé alkoholické molekuly.

Podle kostry, na které jsou fosfolipidy „stavěny“, mohou to být glycerofosfolipidy nebo fosfoesfingolipidy.

Glycerolipidy nebo fosfolipidy (Zdroj: Yo / Public domain, přes Wikimedia Commons)

Existuje další skupina lipidů, která je podobná fosfolipidům a je známá jako skupina e sfingolipidů. Jedná se o lipidy postavené na sfingosinovém páteři, ke kterému jsou dvě mastné kyseliny a uhlohydrát nebo jiná polární sloučenina vázány amidovými vazbami.

Vosky

Cetylpalmitát, typický ester vosku

Vosky jsou lipidy postavené na alkoholech s dlouhým řetězcem esterifikovaných na mastné kyseliny s dlouhým řetězcem.

Fungují při povlékání povrchu rostlinných a živočišných tělních struktur a jsou obecně v pevné formě, proto se říká, že jsou zcela nerozpustné ve vodě nebo ve vodných roztocích.

Steroly

Obecná struktura sterolů a jejich derivátů. Zdroj: Vakcinační

Jsou to velké lipidy složené ze 4 cyklických uhlovodíkových jednotek a nikoli z mastných kyselin s přímým řetězcem. Některé mají funkční skupinu -OH, takže spadají do klasifikace alkoholů. Cholesterol a jeho deriváty jsou velmi důležité.

Terpeny a eikosanoidy

Chemická struktura myrcenu, monoterpenu (Zdroj: Jan Herold, Leyo / Public Domain, přes Wikimedia Commons

Dva další typy lipidů jsou terpeny a eikosanoidy. Terpeny, na rozdíl od běžnějších lipidů, nejsou složeny z mastných kyselin, ale z opakujících se jednotek s 5 atomy uhlíku známých jako „isoprenové jednotky“.

Její zařazení do skupiny lipidů má mnoho společného s hydrofobním charakterem a jeho nerozpustností ve vodě nebo v polárních rozpouštědlech.

Eikosanoidy jsou naproti tomu lipidy, které jsou výsledkem metabolismu některých mastných kyselin a jsou prekurzory důležitých hormonů pro člověka a jiná savčí zvířata, jako jsou prostaglandiny.

Příklady lipidů

Jak již bylo uvedeno, v přírodě existuje velká rozmanitost sloučenin s lipidovými charakteristikami, takže níže budou uvedeny pouze některé z nejdůležitějších příkladů.

Kyselina palmitová

Je to nasycená mastná kyselina s dlouhým řetězcem (16 atomů uhlíku). Je hlavní rezervní látkou obratlovců a je produkována endogenně lipogenezí.

Tato mastná kyselina slouží jako molekula báze pro syntézu dalších sloučenin. Kromě toho oxidace jen 1 molu této sloučeniny produkuje asi 2,59 mol ATP, což představuje velký přísun energie pro obratlovce, zejména na rozdíl od oxidace uhlohydrátů a proteinů.

Cholesterol

Chemická struktura cholesterolu (Zdroj: Guillem d'Occam. Modifikováno Alejandrem Porto. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) přes Wikimedia Commons)

Je to lipid, který patří do skupiny sterolů a nachází se v buněčné membráně téměř všech buněk. Přítomnost těchto molekul v plazmatické membráně je nezbytná pro regulaci její tuhosti, zakřivení a flexibility.

Má centrální kostru s 27 atomy uhlíku. Jde však o molekulu složenou z aromatických kruhů, která jí poskytuje mnohem vyšší tvrdost, odolnost a tuhost ve srovnání s jinými lipidy. Tento lipid je předchůdcem mnoha zvířecích hormonů.

U lidí je cholesterol nezbytný pro syntézu testosteronu a dalších vysoce relevantních pohlavních hormonů.

Fosfatidylcholin

Patří do skupiny fosfolipidů a je přítomen v plazmatické membráně prakticky všech buněk. Obvykle má řetězec kyseliny palmitové a je primárně syntetizován v játrech obratlovců.

Tato sloučenina je nezbytná pro syntézu cholesterolu a pro typickou flexibilitu buněk. Mnoho proteinů, které se vážou na buněčnou membránu, se specificky drží na polární hlavě tohoto lipidu.

Sfingomyelin

Struktura sfingomyelinu (Zdroj: Jag123 na anglické Wikipedii, přes Wikimedia Commons)

Nachází se v buněčné membráně všech organismů a mnoho studií se zaměřilo na její funkci a strukturu, protože je také součástí myelinového pláště, které pokrývá axony neuronů u zvířat.

Sfingomyelin patří do skupiny sfingolipidů a u lidí je to nejhojnější sfingolipid v celém těle. Je charakterizován svou sfingosinovou kostrou, která je spojena amidovou vazbou s polární skupinou, obvykle fosfatidylethanolaminem.

Steroidy

Základní struktura steroidu (Zdroj: Hati na německé Wikipedii / Public Domain, přes Wikimedia Commons)

Dalším příkladem lipidů jsou steroidy. Přírodní steroidy jsou v těle přítomny a mohou zahrnovat cholesterol, který je nejběžnějším typem, estrogen, testosteron, žlučové soli, které se nacházejí ve střevní žluči, a kortizol, chemickou látku vylučovanou v těle.

Estrogen

Takzvaný ženský hormon je lipid; je produkován primárně vaječníky a je zodpovědný za udržování ženských sekundárních sexuálních charakteristik.

Testosteron

Takzvaný mužský hormon je lipid; je produkován primárně varlaty a je zodpovědný za udržování mužských sekundárních sexuálních charakteristik.

Vitamíny

Ve vodě rozpustné vitaminy jsou lipidy; většina z nich je uložena v játrech nebo v jiných orgánech těla. Například:

• Vitamin A, který je důležitý pro imunitní funkce, vidění a reprodukci. To lze nalézt v barevné ovoce a zelenina, plnotučné mléko a játra.
• Vitamin D, používaný ke zlepšení absorpce vápníku, zinku, fosfátu, železa a hořčíku ve střevech. Lze jej získat z určitých potravin a na slunci.
• Vitamin E chrání srdce a pomáhá tělu chránit se před volnými radikály; proto pomáhá udržovat zdravé buňky. To lze nalézt v rostlinných olejích, semenech a ořechech.
• Vitamin K umožňuje srážení krve a může pomoci vybudovat kostní sílu u starších lidí. To lze nalézt v špenát, kapusta, hlávkový salát, petržel, růžičková kapusta, brokolice, zelí, játra, maso, vejce, obiloviny a ryby.

Význam pro živé bytosti

Lipidy jsou součástí biomolekul nezbytných pro život, protože bez jejich vývoje by život, jak jej známe, se nevyvíjel, protože existence lipidových membrán je možná pouze díky těmto látkám.

Lipidy, jak již bylo uvedeno výše, se účastní téměř všech známých fyziologických procesů, od ochrany buňky před virovou infekcí po výrobu a ukládání energie.

Působí také jako izolátory, takže elektrické podněty jsou účinně přenášeny mezi nervovými buňkami a hromadění lipidů v těle některých zvířat je důležité pro ukládání energie a ochranu před nízkými teplotami nebo mechanickým stresem.

Reference

1. Brady, S. (2011). Základní neurochemie: principy molekulární, buněčné a lékařské neurobiologie. Akademický tisk.
2. Ha, CE a Bhagavan, NV (2011). Základy lékařské biochemie: s klinickými případy. Academic Press.
3. Litwack, G. (2017). Biochemie člověka. Academic Press.
4. Nelson, D., & Cox, M. Lehninger. (2000). Základy biochemie, 3.
5. Sargent, JR, Tocher, DR, & Bell, JG (2003). Lipidy. In výživě ryb (str. 181-257). Academic Press.