Lipid

Lipiders centrale biologiske funktioner omfatter at opbevare energi, signalere, og fungere som en strukturel komponent i cellemembraner. Lipider anvendes indenfor kosmetik og fødevareindustrien, samt indenfor nanoteknologi.

Lipider kan bredt defineres som hydrofobe eller amfifile små molekyler; nogle lipiders amfifile natur tillader dem at danne strukturer såsom vesikler, multilamellare/unilamellare liposomer, eller membraner i et vandigt miljø ved selvsamling. Biologiske lipider opstår fuldstændigt eller delvist fra to forskellige typer biokemiske underenheder eller "byggesten": ketoacyl og isopren-grupper. Ved at bruge denne tilgang kan man opdele lipider i otte kategorier: fedtsyrer, glycerolipider, glycerofosfolipider, sphingolipider, sakkarolipider og polyketider (fra kondensering af ketoacyl-underenheder); samt sterollipider og prenollipider (fra konsensering af isopren-underenheder).

Selvom begrebet lipid somme tider bruges som synonym for fedtstof er fedtstoffer en undergruppe af lipider kaldet triglycerider. Lipider omfatter molekyler såsom fedtsyrer og deres derivater (heriblandt tri-, di-, monoglycerider og fosfolipider), såvel som andre sterol-indeholdende metabolitter såsom kolesterol. Selvom mennesker og andre pattedyr bruger diverse biosyntetiske veje til at nedbryde og syntetisere lipider, er der nogle essentielle lipider, der ikke kan skabes på denne måde og skal opnås gennem kosten.

Fedtsyrer

Fedtsyrer, eller fedtsyreremanenser når de er en del af et lipid, er en forskelligartet molekylegruppe syntetiseret af kæde-forlængelse af en acetyl-CoA-primer med malonyl-CoA- eller metylmalonyl-CoA-grupper i en proces kaldet fedtsyresyntese. De består af en carbonhydrid-kæde, der slutter i en carboxylsyre-gruppe; dette arrangement giver molekylet en polær, hydrofil ende, og en ikke-polær, hydrofob end, der er uopløselig i vand. Fedtsyrestrukturen er en af de mest grundlæggende kategorier af biologiske lipider, og bruges ofte som en byggesten til mere strukturelt komplekse lipider. Carbonkæden, der typisk er mellem fire og 24 carboner lang, kan være mættet eller umættet, og kan hæftes på funktionelle grupper indeholdende oxygen, halogener, nitrogen og svovl. Hvis en fedtsyre indeholder en dobbeltbinding er der en mulighed for enten en cis eller trans geometrisk isomerisme, som i væsentlig grad påvirker molekylets konfiguration. Cis-dobbeltbindinger får fedtsyrekæden til at bøje, hvilket styrkes yderligere med dobbeltbindinger i kæden. Tre dobbeltbindinger i 18-carbon linolensyre, den mest udbredte fedt-acyl-kæde i planters thylakoidmembraner, gør disse membraner stærkt flydende på trods af miljøets lave temperaturer, og får ligeledes linolensyre til at give dominerende høje spidser i højopløsning 13-C NMR-spektra af kloroplast. Dette spiller en vigtig rolle i cellemembraners struktur og funktion. De fleste naturligt forekommende fedtsyrer har en cis-konfiguration, selvom trans-formen eksisterer i nogle naturlige og delvist hydrogenerede fedt og olier.

Blandt eksempler på biologisk vigtige fedtsyrer er eikosanoider, der primært stammer fra arakidonsyre og icosapentaensyre, som inkluderer prostaglandiner, leukotriener og tromboxaner. Docosahexaensyre er også vigtigt i biologiske systemer, særligt hvad angår syn. Blandt andre større lipid-klasser i kategorien af fedtsyrer er fedtestere og fedtamider. Fedtestere omfatter vigtige biokemiske mellemprodukter såsom voksestere, fedtsyre- thioester koenzym A-derivater, fedtsyre-thioester ACP-derivater og fedtsyre-carnitiner. Fedtamiderne omfatter N-acylethanolaminer, såsom cannabinoide-neurotransmitteren anandamid.

Glycerolipider

Glycerolipider består af mono-, di- og tri-substituerede glyceroler, hvoraf de bedst kendte er fedtsyre-triestere af glycerol, kaldt triglycerider. Ordet "triacylglycerol" bruges somme tider synonymt med "triglycerid". I disse forbindelser er hver af de tre hydroxyl-grupper af glycerol esterificerede, typisk af forskellige fedtsyrer. Da de fungerer som en form for energilagring, udgør disse lipider størstedelen af fedtlageret i animalsk væv. Hydrolysen af ester-bindinger af triglycerider, samt frigørelsen af glycerol og fedtsyrer fra fedtvæv er de begyndende skridt ved metabolisering af fedt.

Yderligere underklasser af glycerolipider repræsenteres ved glycosylglyceroler, som er karakteriseret ved tilstedeværelsen af en eller flere sukkerrremanenser vedhæftet glycerol via en glykosidbinding. Blandt eksempler på strukturer i denne kategori er digalactosyldiacylglyceroler, der findes i plantemembraner, og seminolipider fra pattedyrs sædceller.

Glycerofosfolipider

  Uddybende artikel: Glycerofosfolipid

Glycerofosfolipider, normalt omtalt som fosfolipider, er overalt i naturen, og er nøglekomponenter i cellers lipiddobbeltlag, såvel som medvirkende ved metabolisme og cellesignalering. Nervevæv (heriblandt hjernen) indeholder relativt store mængder glycerofosfolipider, og forandringer i deres sammensætning er blevet implicerede ved diverse neurologiske sygdomme. Glycerofosfolipider kan underinddeles i særskilte klasser baseret på af glycerolrygradens polære hovedgruppes sn-3-position i eukaryoter og eubakterier, eller sn-1-position hos arkæer.

 

Blandt eksempler på glycerofosfolipider, der findes i biologisk membran er fosfatidylcholin (også kendt som PC, GPCho eller lecitin), fosfatidyletanolamin (PE eller GPEtn) og fosfatidylserin (PS eller GPSer). Udover at tjene som en primær komponent i cellemembran og bindingssteder for intra- og intercellulære proteiner, er nogle glycerofosfolipider i eukaryotiske celle, såsom fosfatidylinositoler og fosfatidinsyrer, enten forløbere for, eller selv, membran-deriverede second messengers. Typisk er en eller begge disse hydroxylgrupper aculerede med lang-kædede fedtsyrer, men der findes også alkyl-forbundne og 1Z-alkenyl-forbundne (plasmalogen) glycerofosfolipider, såvel som dialkylæter-varianter arkæer.

Sphingolipider

Sphingolipider er en kompliceret familie af forbindelser som har en fælles strukturel egenskab, en sphingoidbase-rygrad, der syntetiseres de novo fra aminosyren serin og en lang-kædet fedt-acyl-CoA, og konverteres derefter til ceramider, fosfosphingolipider, glycosphingolipider og andre forbindelser. Pattedyrs store sphingoidbase omtales normalt som sphingosin. Ceramider (N-acyl-sphingoidbaser) er en stor underklasse af sphingoidbase-derivativer med en amid-forbundet fedtsyre. Fedtsyrerne er typisk mættede eller enkeltumættede med en kædelængde på mellem 16 og 26 carbonatomer.

 

Pattedyrs store fosfosphingolipider er sphingomyeliner (ceramidfosfocholiner), hvorimod insekter hovedsageligt indeholder ceramidfosfoætanolaminer og svampe har fytoceramid-fosfoinositoler og mannose-indeholdende hovedgrupper. Glycosphingolipider er en forskelligartet molekylefamilie bestående af en eller flere sukkerremanenser forbundet via en glykosidbinding til sphingoidbasen. Blandt eksempler på disse er de simple og komplekse glykosphingolipider såsom cerebrosider og gangliosider.

Sterollipider

Sterollipider, såsom kolesterol og dets derivativer, er en vigtig bestanddel i membranlipider, sammen med glycerofosfolipiderne og sphingomyelinerne. Steroider, der alle afledes af den samme kondenserede fire-ringede kernestruktur , har forskellige biologiske roller som hormoner og signalerende molekyler. Blandt steroiderne med 18 carbon (C18) er østrogen-familien, hvorimod C19-steroiderne omfatter androgenerne såsom testosteron og androsteron. C21-underklassen omfatter progestogenerne såvel som glukokortikoiderne og mineralokortikoiderne. Secosteroiderne, bestående af forskellige former for vitamin D, er karakteriseret ved spaltning af B-ringen i kernestrukturen. Blandt andre eksempler på steroler er galdesyrer og deres konjugater, som i pattedyr er oxiderede kolesterol-derivater og syntetiseres i leveren. Plante-ækvivalenterne er fytosteroler, såsom β-sitosterol, stigmasterol og brassicasterol; hvoraf den sidstnævnte forbindelse også bruges som en biomarkør for algevækst. Den dominerende sterol i svampe-cellemembraner er ergosterol.

Prenollipider

Prenollipider syntetiseres fra fem-carbon-enhedforløberne isopentenylpyrofosfat og dimetylallylpyrofosfat, der centralt produceres via mevalonsyre (MVA)-veje. De simple isoprenoider (lineære alkoholer, difosfater, etc.) dannes af successive tilsætning af C5-enheder, og klassificeres i henhold til et antal af disse terpenenheder. Strukturer, der indeholder mere end 40 carboner kendes som polyterpener. Karotenoider er vigtige simple isoprenoider, der fungerer som antioxidanter og forløbere for vitamin A. En anden biologisk vigtig molekyleklasse eksemplificeres af quinoner og hydroquinoner, som indeholder en isoprenoid-hale vedhæftet en quinonoid-kerne af ikke-isoprenoid oprindelse. Vitamin E og vitamin K, såvel som ubiquinoner, er eksempler fra denne klasse. Prokaryoter syntetiserer polyprenoler (kaldet bactoprenoler) hvorved den sidste isoprenoid-enhed vedhæftet oxygen forbliver umættet, hvorimod den sidste isoprenoid reduceres i animalske polyprenoler (dolicholer).

Sakkarolipider

 

Sakkarolipider er forbindelser, hvori fedtsyrer forbindes direkte til en sukker-rygrad, og danner strukturer der er kompatible med membran-dobbeltlag. I sakkarolipiderne erstatter en monosakkarid glycerol-rygraden i glycerolipider og glycerofosfolipider. De mest udbredte sakkarolipider er acylerede glukosamin-forløbere til Lipid A-komponenten af lipopolysakkarider i Gram-negative bakterier. Almindelige lipid A-molekyler er disakkarider af glukosamin, som er derivatiserede med op til syv fedt-acyl-kæder. Den minimale lipopolysakkarid der kræves for vækst i E. coli er Kdo₂-Lipid A, en hexa-acyleret disakkarid af glukosamin, som er glykosyleret med to 3-deoxy-D-manno-octulosonsyre (Kdo)-remanens.

Polyketider

Polyketider syntetiseres af polymerisering af acetyl og propionyl-underenheder af klassiske enzymer, såvel som iterative og multimodulære enzymer, der deler samme mekanistiske egenskaber som fedtsyresyntaser. De består af et stort antal sekundære metabolitter og naturprodukter fra dyr, planter, bakterier, svampe og maritime kilder, og har en stor strukturel forskelligartethed. Mange polyketider er cykliske mokeyler, hvis rygrad ofte er yderligere modificeret af glycosylering, metylering, hydroxylering, oxidering og/eller andre processer. Mange ofte anvendte anti-mikrobielle, anti-parasitiske eller cancerbekæmpende antibiotika er polyketider eller derivater heraf, såsom erytromyciner, tetracykliner, avermectiner og tumorbekæmpende epothiloner.

Membraner

Eukaryotiske celler er inddelte i membran-bundne organeller, der udfører forskellige biologiske funktioner. Glycerofosfolipider er den centralt strukturelle komponent i biologisk membran, såsom den cellulære plasmamembran og organellernes intracellulære membraner. Mens det især er glycerofosfolipider der er den store komponent i biologiske membraner, kan man også finde andre ikke-glyceride lipidkomponenter såsom sphingomyelin og steroler (centralt kolesterol i animalsk cellemembran). I planter og alger er galactosyldiacylglyceroler, og sulfoquinovosyldiacylglycerol, som mangler en fosfatgruppe, vigtige membrankomponenter i kloroplast og relaterede organeller, og er de mest udbredte lipider i fotosyntetisk væv, blandt andet i højere planter, alger og visse bakterier.

 

En biologisk membran er en form for lamellar-fase lipiddobbeltlag. Dannelsen af lipiddobbeltlag er en energetisk foretrukket proces når glycerofosfolipiderne er i et vandigt miljø. Dette kendes som den hydrofobiske effekt. I et vandigt system stiller lipidernes polære hoveder sig mod det polære, vandige miljø, mens de hydrofobiske haler minimerer deres kontakt med vand, sætter sig sammen i klynger og danner en vesikel; ved lipidens kritiske koncentration kan denne biofysiske interaktion resultere i dannelsen af miceller, liposomer eller lipiddobbeltlag. Andre aggregeringer kan også observeres og danner en del af den amfifile (lipid)-opførsels polymorfisme. Faseopførsel er et område, der studeres indenfor biofysik. Miceller og dobbeltlag dannes i det polære medie ved en proces kendte som den hydrofobiske effekt. Når et lipofilt eller amfifilt stof opløses i et polært miljø bliver de polære molekyler (dvs. vand i en vandig opløsning) mere ordnet omkring det opløste kipofile stof, siden de polære molekyler ikke kan danne hydrogenbindinger til det amfifile stofs lipofile områder. Så i et vandigt miljø vil vandmolekylerne danne et ordnet klatrat-bur rundt omkring den opløste lipofile molekyle.

Omdannelsen af lipider til protocelle-membraner er et vigtigt skridt i modeller for abiogenese, livets oprindelse.

Energilagring

Triglycerider, opbevaret i fedtvæv, er en vigtig form for energilagring i både dyr og planter. Fedtcellerne er designet til uafbrudt syntese og nedbrydning af triglycerider i dyr, med nedbrydningen centralt kontrolleret af aktiveringen af det hormon-sensitive enzym lipase. Den fuldstændige oxidering af fedtsyrer leverer et højt kalorieindhold, omkring 9 kcal/g, sammenlignet med 4 kcal/g for nedbrydningen af kulhydrater og proteiner. Trækfugle, der skal flyve lange afstande uden føde, bruger lagret energi fra triglycerider som brændstof til deres flyvning.

Signalering

I de seneste år er der fremkommet beviser der indikerer at lipidsignaling er en central del af cellesignaling. Lipidsignalering kan ske via aktivering af G-protein-koblede eller kernereceptorer, og medlemmer af flere forskellige lipidkategorier er blevet identificeret som signaleringsmolekyler og cellulære budbringere. Blandt disse er sphingosin-1-fosfat, en ceramid-deriveret sphingolipid, der er en potent budbringermolekyle, der er involveret i regulering af calciummobilisering, cellevækst og apoptose; diacylglycerol (DAG) og fosfatidylinositol-fosfater (PIP) involveret i calcium-medieret aktivering af proteinkinase C; prostaglandiner, som er en type fedtsyrer deriveret fra eicosanoid involveret ved betændelse og immunitet; steroidehormoner såsom østrogen, testosteron og kortisol, som modulerer en række funktioner, såsom reproduktion, metabolisme og blodtryk; og oxysteroler såsom 25-hydroxy-kolesterol som er lever-X-receptor agonister. Fosfatidylserinlipider vides at være involveret ved signalering til fagocytose af apoptotiske celler og/eller cellestykker. De gør dette ved at blive eksponeret for cellemembranens ekstracellulære front efter inaktiveringen af flippaser, som placerer dem eksklusivt på den cytosoliske side og aktiveringen af scramblaser, som "scrambler" fosfolipidernes orientering. Efter dette kan andre celler genkende fosfatidylserinerne og fagocytoserer cellerne eller cellefragmenterne.

• Smør, margarine eller planteolier? Fedt er en kompliceret sag. Videnskab.dk
• Bhagavan NV (2002). Medical Biochemistry. San Diego: Harcourt/Academic Press. ISBN 978-0-12-095440-7.
• Devlin TM (1997). Textbook of Biochemistry: With Clinical Correlations (4th udgave). Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-17053-2.
• Stryer L, Berg JM, Tymoczko JL (2007). Biochemistry (6th udgave). San Francisco: W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-8724-2.{{cite book}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)
• van Holde KE, Mathews CK (1996). Biochemistry (2nd udgave). Menlo Park, California: Benjamin/Cummings Pub. Co. ISBN 978-0-8053-3931-4.

• Om fedtstoffets opbygning. Netdoktor.dk
• Fedt. Sundhedsguiden.dk

Wiki Commons har medier relateret til: Lipid