Lipidų biochemija

Martyna Petrulytė

Lietuvos Sveikatos Mokslų Universitetas

Apibrėžimas Lipidai – tai medžiagų grupė, kuriai būdingas tirpumas nepoliniuose tirpikliuose, pvz., chloroforme. Lipidų klasifikacija sudėtinga, nes jie neturi bendros struktūros. Pagal savo struktūrą ir funkciją lipidai skirstomi į paprastuosius ir sudėtinius.

Klasifikacija Lipidai skiriami į hidrolizuojamus ir nehidrolizuojams. Pastariesiems priklauso terpenai ir steroidai. Hidrolizuojamieji yra skirstomi į paprastuosius, kuriems priklauso trigliceridai (glicerolio ir riebalų rūgštys) ir vaškai (ilgą anglies atomų grandinę turinčių monohidroksilių alkoholių esteriai), ir į sudėtinius.

Sudėtiniams (arba sudėtingiesiems) lipidams priklauso junginiai, kurių cheminėje struktūroje greta riebalų rūgščių ir alkoholio yra ir kitų molekulių, pvz., angliavandenio ar baltymo liekana.

Klasifikacija

Riebalai (triacilgliceroliai, trigliceridai) Riebalai – tai riebalų rūgščių ir alkoholio glicerolio junginiai, susijungę esterine jungtimi. Riebalų rūgštys yra linijinės struktūros angliavandenilių grandinės, turinčios lyginį anglies atomų skaičių, kuris svyruoja nuo 4 iki 24 atomų, o grandinės gale prisitvirtinusi karboksigrupė. Riebalų rūgštys gali būti sočiosios – jei angliavandenilinė grandinė neturi dvigubųjų ryšių, ir nesočiosios, turinčios dvigubųjų ryšių.

Juo daugiau riebaluose nesočiųjų riebalų rūgščių, turinčių trumpą anglies atomų grandinėlę, tuo tokie riebalai yra hidrofiliškesni, t.y., geriau tirpsta, ir lydosi žemesnėje temperatūroje. Riebalų rūgštims jungiantis su gliceroliu, išsiskiria vanduo, t.y., vyksta kondensacijos reakcija.

Riebalai (triacilgliceroliai, trigliceridai)

Riebalų molekulės turi polines ir nepolines dalis. Nors jos yra netirpios vandenyje, sumaišius riebalus su įvairiais detergentais (tulžimi, baltymais, muilais), jie emulguojasi. , t.y. suskyla į mažus lašelius.

Riebalų rūgštys

Yra sutarta, jog anglies atomas prie karboksilo grupės (-COOH) yra žymimas alfa (α) raide, antrasis atomas – beta (β) ir t.t. Paskutinis anglies atomas žymimas omega (Ω) raide.

Todėl bene geriausiai žinoma riebalų rūgštis Omega 3 reiškia, jog dviguba jungtis tarp trečio ir ketvirto nuo galo anglies atomų.

Riebalų rūgštys Riebalų rūgštys vandenyje netirpsta, o sudaro miceles, kuriose hidrofobinės “uodegos” grupuojasi į vidinę pusę ( nusisuka nuo supančio vandens) o karboksigrupių hidrofilinės “galvos” sukasi į vandeninę pusę.

Riebalai

Gamyboje riebalai hidrinami - nesočiosiose riebalų rūgštyse prie dvigubųjų ryšių prijungiamos vandenilio molekulės. Hidrinimui būtinos tinkamos sąlygos: didelis slėgis, aukšta temperatūra, katalizatoriai. Šios reakcijos metu skysti riebalai virsta kietais. Taip gaunamas margarinas. Vis dėlto, hidrinimo metu susidaro trans riebalai, kurie sukelia ateroskelrozę.

Fosfolipidai (arba fosfogliceroliai, fosfogliceridai) – tai svarbiausios biologinių membranų sudedamosios dalys. Vandenyje jie netirpūs kaip ir riebalai, tačiau sudaro emulsijas.

Fosfolipiduose randamos dvi riebalų rūgštys, glicerolis, fosfato grupė ir azoto turinti grupė (cholinas, serinas).

Fosfolipidai

Fosfolipidai ▲Fosfatidilcholinas (lecitinas) – tai gausiausias ir svarbiausias fosfolipidas gyvūnų ir augalų ląstelėse. ▲ Fosfatidiletanolaminas gyvūnų ir augalų ląstelėse sudaro 15-30% fosfolipidų kiekio. Tai pagrindinis bakterijų sienelių komponentas. ▲ Fosfatidilserinas nerviniame audinyje sudaro iki 15%, o kituose audiniuose - iki 10% fosfolipidų kiekio. Labai svarbus apoptozės mechanizmui. ▲ Fosfatidilinozitolis randamas visuose gyvūnų audiniuose, augaluose ir kai kuriuose mikroorganizmuose. Iš šio tipo fosfolipido gaunamas antrinis perdavėjas - inzitoltrifosftas (IP3).

Apoptozė ir fosfatidilserinas

Fosfatidilinozitolis kaip antrinio perdavėjo prekursorius (pradinė

medžiaga)

Vaškai

Vaškai – ilgos riebalų rūgščių (C14-C36) ir alkoholių esterių grandinės.

Vaškai yra netirpūs vandenyje (hidrofobiški), atlieka apsauginę (lapų kutikulė), struktūrinę funkcijas (bičių vaškas koriams statyti).

Vaškai gerai tirpsta nepoliniuose tirpikliuose, tokiuose kaip chloroformas, eteris.

Sfingolipidai

Sfingolipidai – tai junginiai, panašūs į fosfolipidus, tačiau juose vietoj glicerolio yra aminoalkoholis – sfingozinas. Labiausiai paplitę sfingolipidai yra ceramidai ir sfingomielinai. Sfingolipidai yra ląstelių membranų komponentai. Jie sunkiau oksiduojasi už fosfolipidus, netirpsta eteryje, todėl nesunkiai atskiriami nuo fosfolipidų. Sfingolipidai sudaro nervinių ląstelių aksonų dangalus (mieliną), todėl pagreitina nervinio impulso perdavimo greitį.

Glikolipidai

Glikolipidai – tai junginiai, kurių pagrindą sudaro lipidai, prie kurių prisikabinusi angliavandenio grandinėlė. Glikolipidai sudaryti iš dviejų hidrofobinių uodegėlių ir polinio agliavandenilinio galo. Glikolipidai apsaugo ląstelių membranas nuo degraduojančių fermentų poveikio ir pH, svarbūs nervinio signalo perdavimui ir tarpląstelinių ryšių susidarymui, būtini ląstelinio atpažinimo mechanizmams.

Steroidai

Steroidai – tai lipidų klasė, kurią sudaro keturių anglies žiedų struktūra. Tai nehidrolizuojamieji lipidai.

Tarp steroidų labiausiai paplitęs yra cholesterolis.

Cholesterolis

Cholesterolio molekulės hidrofobinė dalis įsiterpia tarp membranoje plaukiojančių fosfolipidų uodegėlių ir sąveikauja su jomis sudarydamas hidrofobinius ryšius. Šios jungtys mažina riebalų rūgščių grandinių judrumą membranoje, todėl cholesterolis dar vadinamas membranos takumo buferiu ("fluidity buffer“).

Cholesterolis Cholesterolį organizme perneša lipoproteinai. Didelio tankio lipoproteinai (HDL) yra „gerasis“ cholesterolis, kuris “geras” cholesterolis. Pagrindinė HDL funkcija yra pernešti cholesterolį iš audinių į kepenis, taip mažinant cholesterolio kaupimąsi kraujagyslių sienelėse. Mažo tankio lipoproteinai (LDL) - tai „blogasis” cholesterolis, tai vadinamas dėl to, jog jis cholesterolį išnešioja po audinius ir jų kraujagysles. Nusėdęs kraujagyslėse, cholesterolis skatina aterosklerozės susidarymą, o besikaupdamas tulžies pūslėje sukelia akmenligę.

Cholesterolis Cholesterolis yra tulžies rūgščių ir steroidinių hormonų pirmtakas. Iš šio junginio gaminami vyriški lytiniai hormonai (androgenai), moteriški lytiniai hormonai (estrogenai ir progesteronas), kortikosteroidai (antinksčių žievės hormonai) bei kai kurie vitaminai (pvz., vitaminas D). Be to, cholesterolis yra svarbus nervų sistemos veiklai, kadangi įeina į mielino sudėtį.

Eikozanoidai Eikozanoidai – tai junginiai, gaunami iš polinesočiųjų riebalų rūgščių (turinčių du ir daugiau dvigubus ryšius), kuriuose yra 20 anglies atomų. Jiems priklauso: ♥ Prostaglandinai (PG) ♥ Tromboksanai (TX) ♥ Leukotrienai (LT) Tromboksanai stimuliuoja kraujo krešėjimą Iš arachidono rūgšties sintetinami ir leukotrienai, pirmą kartą išskirti iš leukocitų. Jie sintetinami leukocituose, trombocituose, kaip atsakas į imunogeninius dirgiklius. Leukotrienų net labai mažos koncentracijos sutraukia bronchų lygiuosius raumenis, sukelia bronchų spazmus, sutraukia vainikines kraujagysles, kai kurie didina kraujagyslių pralaidumą pagerina leukocitų tekėjimą uždegiminio proceso metu Leukotrienai susiję su alerginiais susirgimais, astma Leukotrienų analogai naudojami astmos gydymui

Prostaglandinai Prostaglandinai atlieka ne vieną svarbią funkciją organizme: veikia lygiuosius raumenis (padeda gimdyme), reguliuoja kraujo tekėjimą ir kraujospūdį, moduliuoja skausmą (įvairūs skausmą mažinantys vaistai kaip ibuprofenas slopina prostaglandinų sintezę), sukelia karščiavimą uždegiminio proceso metu (todėl ibuprofenas kartu mažina karščiavimą), moduliuoja hormonų veiklą, reguliuoja rūgščių pusiausvyrą skrandyje (ilgai vartojant skausmą mažinančius vaistus gali išsivystyti opos).

Prostaglandinai sintetinami iš vienos riebalų rūgšties - arachidono rūgšties, kurios grandinėje yra 20 anglies atomų ir keturi dvigubieji ryšiai. Prostaglandinų sintezę katalizuoja fermentas ciklooksigenazė (būtent ibuprofenas ir inhibuoja šį fermentą). Iš prostaglandinų yra sintetinami tromboksanai.

Tromboksanai Tromboksanai – tai junginiai, skatinantys kraujo krešėjimą. Išsiskyrę iš trombocitų, jie susiaurina kraujagysles, skatina trombocitų agregaciją. sukibimą.

Tromboksanų koncentracijai padidėjus, skatinami bronchų spazmai bei limfocitų gamyba, padidėja trombozės ir infarkto rizika.

Leukotrienai Leukotrienai – tai junginiai, sintetinami iš arachidono rūgšties leukocituose ir trombocituose juos paveikus imunitetą aktyvinančiomis medžiagomis.

Leukotrienai skatina bronchų lygiųjų raumenų vazokonstrikciją (susiarėjimą), sukelia bronchų spazmus, susiaurina kai kurias kraujagysles, didina kraujagyslių pralaidumą, todėl leukocitai lengviau patenka į uždegimo paveiktą zoną.

Eikozanoidų sintezė

Terpenai Terpenai (izoprenoidai) – tai junginiai, kuriuos sudaro 5 anglies atomus turintis izoprenas. Izopreno vienetai šiuose dariniuose gali būti susijungę linijine arba cikliška tvarka.

Šie junginiai gaunami iš augalų

Savo sudėtyje turintys deguonies terpenai vadinami terpenoidais.

Lipidų išsidėstymas

Įvairūs lipidai, turintys hidrofobinę ir hidrofilinę dalis, kaip pavyzdžiui, fosfolipidai, vandeninėje terpėje sudaro įvairias struktūras:

- Miceles

- Liposomas

- Dvisluoksnius (pvz., ląstelių membranos)

Liposomos

Liposomos – tai pūslelės iš lipidinio dvisluoksnio.

Šiuo metu jos labai svarbios kuriant vaistus, nes būtent įterpus juos į liposomų pūsleles, medikamentai lengvai pasiekia ląsteles-taikinius.

Šaltiniai

http://classes.midlandstech.com/carterp/Courses/bio211/chap23/Slide49.JPG http://www.chem.ucla.edu/harding/IGOC/M/micelle01.jpg http://ei.marketwatch.com/Multimedia/2014/01/20/Photos/MG/MW-BS913_butter_20140120151235_MG.jpg?uuid=3e0d618c-820f-11e3-9d50-00212803fad6 http://images.flatworldknowledge.com/ballgob/ballgob-fig17_x009.jpg http://www.campuscircle.com/Culture/images/025705.jpg http://www.thelabrat.com/images/transfat1.jpg http://www.nanosight.com/uploads/liposome.png http://users.humboldt.edu/rpaselk/BiochSupp/note_pics/LipidMemb/Phospholipid_micel_memb_5.png http://lipidlibrary.aocs.org/Lipids/waxes/Figure02.png http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lecturesf04am/phospholipid.jpg http://www.biocolor.co.uk/wordpress/wp-content/uploads/2010/01/phosphomembranewebedit2.png http://faculty.clintoncc.suny.edu/faculty/michael.gregory/files/Bio%20101/Bio%20101%20Lectures/membranes/img017.gif http://content.answers.com/main/content/img/oxford/Oxford_Sports/0199210896.androstane.1.jpg http://www.raw-milk-facts.com/images/Cholesterol2.gif http://www.steroidal.com/images/steroid-profiles/image004.png http://www.healthcentral.com/common/images/1/19279_13509_5.jpg http://classconnection.s3.amazonaws.com/54/flashcards/475054/jpeg/cholesterol1354010305005.jpeg http://momega.vn/media/hdl-ldl-cholesterol.jpg http://journals.prous.com/journals/dot/19983404/html/dt340341/images/Martin%20f1.gif http://journals.cambridge.org/fulltext_content/ERM/ERM4_28/S146239940200546Xsup012.gif http://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/articles/reporter-us/volume-29-5/lipid-maps-consortium.jpg http://apbrwww5.apsu.edu/thompsonj/Anatomy%20&%20Physiology/2020/2020%20Exam%20Reviews/Exam%202/prostaglandin.gif http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/A/AA.gif http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/library/knee/hcs300/gif/Terpene.gif http://droualb.faculty.mjc.edu/Course%20Materials/Physiology%20101/Chapter%20Notes/Fall%202007/figure_15_06a_labeled.jpg http://classconnection.s3.amazonaws.com/54/flashcards/475054/jpeg/cholesterol1354010305005.jpeg Antanas Praškevičius , Laima Ivanovienė, Biochemija Zita Naučienė, Vida Mildažienė, Dalė Vieželienė, Rasa Žūkienė, Biochemijos laboratoriniai darbai Jurgis Kadziauskas, Biochemijos pagrindai