De lipider er fedt af levende organismer. Disse er molekyler hydrofobe eller amfifile - hydrofobe molekyler med et område hydrofilt - meget forskelligt, herunder blandt andre fedtstoffer , voksarter , steroler , vitaminer opløselige , mono- , di- og triglycerider eller phospholipiderne .
Lipider kan være i fast tilstand , som voks eller flydende , som olier . Deres amfifile natur fører til, at molekylerne i visse lipider organiserer sig i vesikler , liposomer og miceller, når de er i et vandigt medium . Denne egenskab er grundlaget for levende mekanismer, der tillader dannelse af biologiske strukturer - celler , organeller - afgrænset af membraner, der hovedsageligt består af lipider. Lipider udfører også forskellige andre biologiske funktioner, især cellesignalering ( lipidsignalering ) og metabolisk energilagring ved lipogenese , hvorefter energi frigives især ved β-oxidation .
Biologiske lipider hovedsageligt skyldes to typer af forbindelser, der spiller rollen som byggeklodser, ketoacyl grupper på den ene side og isopren enheder på den anden. Fra dette synspunkt kan de klassificeres i otte forskellige kategorier: fedtsyrer , acylglyceroler , phosphoglycerider , sfingolipider , glycolipider og polyketider , der skyldes kondensation af ketoacylgrupper, hvortil der tilsættes steroler og prénoler , der er fremstillet af isopren enheder.
Selvom udtrykket lipid ofte bruges som et synonym for fedt , er disse to udtryk ikke ækvivalente, fordi ikke alle lipider er fedtstoffer, hvilket strengt taget kun svarer til triglycerider . Lipider inkluderer både fedtsyrer og deres derivater - herunder mono- , di- og triglycerider såvel som phospholipider - men også metabolitter, herunder steroler , såsom cholesterol .
Klassificeringen af lipider er et komplekst emne, der møder vanskeligheden ved at definere objektive kriterier, der gør det muligt at skelne lipider fra andre klasser af organiske molekyler. Den IUPAC , for eksempel, offentliggjort i 1994 en klassifikation af lipider ekskl kolesterol , der er klassificeret som terpenoid , selvom kolesterol er ubestrideligt lipid i naturen for et meget stort flertal af biokemikere . Den nuværende generelt accepterede klassificering af lipider etablerer otte klasser, der delvis er baseret på IUPAC-definitionerne.
De fedtsyrer er carboxylsyrer med kæde alifatisk . Naturlige fedtsyrer har en carbonkæde på 4 til 36 carbonatomer (sjældent mere end 28) og typisk i lige antal. Det er denne kulstofkæde, der giver fedtsyrer deres hydrofobe karakter . Denne klasse af biologiske molekyler findes i overflod i eukaryoter og bakterier, men ikke i arkæer , hvilket skelner sidstnævnte fra bakterier blandt prokaryoter . Den biosyntesen af fedtsyrer er hovedsageligt katalyseret af fedtsyresyntase og er baseret på successive Claisen kondensationer af malonyl-CoA eller methylmalonyl-CoA enheder på en acetyl-CoA -primeren .
Forskellige funktionelle grupper indeholdende ilt , nitrogen , halogener eller svovl kan tilsættes til fedtsyrekulhydridkæden, som kan være mættet eller umættet og i dette tilfælde har en cis / trans- isomerisme, som signifikant påvirker konformationen generelt af molekyler. De naturlige umættede fedtsyrer anvender generelt en cis- konfiguration, som har tendens til at bøje carbonhydridkæden og således fluidisere lipid-dobbeltlagene ved at sænke deres smeltetemperatur; men der er naturlige trans fedtsyrer syrer , selv om de er ofte resultatet af en industriel hydrogeneringsproces.
Visse fedtsyrer kan ikke syntetiseres i tilstrækkelig mængde af kroppen og skal derfor tilføres helt eller delvist af kosten. Dette er især tilfældet med såkaldte " omega-3 " og " omega-6 " fedtsyrer , som siges at være " essentielle ". Specifikt er pattedyr ikke i stand til at syntetisere syren α-linolensyre ( ω-3 ) og linolsyre ( ω-6 ), men kan i stedet omdanne f.eks. Syre α-linolensyre i docosahexaensyre (DHA), en ω-3 . Disse fedtsyrer virker på en kompleks måde i kroppen: metabolitter fra omega-6 er proinflammatoriske , protrombotiske og hypertensive, mens de fra omega-3 generelt har den modsatte effekt.
De eicosanoider er et andet eksempel på fedtsyrer, der spiller en rolle fysiologisk betydning, denne gang som vektorer cellesignalering (kendt i dette tilfælde lipid signalering ). Afledt hovedsageligt af arachidonsyre og eicosapentaensyre , de inkluderer prostaglandiner , leukotriener , prostacyclin og thromboxaner .
Palmitinsyre , mættet
Oliesyre , umættet
Arachidonsyre , en af forløberne for eicosanoider
De glycerider består af en rest af glycerol esterificeret med en, to eller tre fedtsyrer , kaldet henholdsvis monoglycerider , diglycerider og triglycerider . Fedtsyrerne i det samme glyceridmolekyle er generelt forskellige fra hinanden. Disse lipider bruges primært til at lagre metabolisk energi og udgør hovedparten af animalsk fedt . Den hydrolyse af de ester -bindinger til frigivelse af glycerol og fedtsyrerne udgør det første trin af lipolyse , efterfulgt navnlig ved β-oxidation .
Visse glycolipider , organiseret omkring en glycerolrest, der er bundet af en osidisk binding til et eller flere saccharider , betragtes som glycerider, især membranens digalactosyldiacylglyceroler fra planter , som også findes i seminolipiderne i sædceller hos pattedyr .
De phosphoglycerider repræsenterer, med sphingolipider , de vigtigste phospholipider , som er de vigtigste bestanddele af biologiske membraner - undtagen i Archaea - og er involveret i stofskiftet og cellesignalering . Den nervevæv og hjernen indeholder store mængder, og ændringer i deres sammensætning er blevet impliceret i forskellige neurologiske lidelser .
Phosphoglycerider bakteriel afviger phosphoglycerider af eukaryoter ved positionen stereokemi af gruppen polar på resten af glycerol , idet førstnævnte sn -1 mens sidstnævnte er sn -3 .
Blandt phosphoglyceriderne i biologiske membraner er phosphatidylcholiner ( lecithin ), phosphatidylethanolaminer og phosphatidylseriner . I eukaryoter phosphatidylinositoler og phosphatidsyrer syrer spiller en sekundær messenger rolle (eller kan være forløber for sekundære messengers) ud over deres strukturelle rolle i membraner. Af étherlipider, der stammer strukturelt, spiller disse phosphoglycerider også en rolle i cellesignalering i eukaryoter , såsom plasmalogener , og er essentielle komponenter i cellemembraner i arkæer .
De sphingolipider danner et kompleks sæt af forbindelser bestående af en alkohol alifatisk amin , produceret de novo fra serin og en acyl-CoA langkædede, og omdannes til ceramider , phosphosphingolipides, glycosphingolipider og andre forbindelser. Den vigtigste aminoalkohol i pattedyr er sfingosin . De ceramider - N -acylsphingoïdes - udgør en vigtig undergruppe af sphingoid derivater, med en fedtsyre -bundne amid . Disse fedtsyrer er generelt mættede eller enumættede med en carbonhydridkæde med 16 til 26 carbonatomer.
De vigtigste sfingolipider er sfingomyeliner , phosphosphingolipider, der består af et ceramid bundet til en phosphocholin i pattedyr eller en phosphoethanolamin i insekter , mens svampe har phytoceramider bundet til inositolphosphatgrupper og indeholder mannose . Glycosphingolipider danner en forskellig familie af molekyler, der består af en eller flere osidiske rester, der er bundet til sfingoidbasen ved en osidisk binding , såsom cerebrosider og gangliosider .
De glycolipider som følge af esterificeringen af saccharider eller amidering af aminosukkere med fedtsyrer , der danner molekylære strukturer er forenelige med lipiddobbeltlag af biologiske membraner . I disse forbindelser spiller en ose rollen som glycerol for glycerider og phosphoglycerider . Glykolipider, der er mest almindelige, er acyl af glucosaminforløbere for lipid A af lipopolysaccharid af bakterier til gramnegativt . Molekylerne i lipid A er generelt disaccharider af glucosamin , som kan bære op til syv rester af fedtsyrer. Den minimale lipopolysaccharid nødvendige for udviklingen af E. coli er Kdo 2 -lipide A , et hexa- disaccharid acetyleret glucosamin glycosyleret med to molekyler syre keto -3-deoxy- D - manno -octulosonique (KDO).
De polyketider er en meget forskelligartet familie af naturlige molekyler og udstyret med forskellige biologiske egenskaber og aktiviteter farmakologiske produceres af dyrene , de planter , de bakterier og svampe . De inkluderer makrolider , ansamyciner , polyener , polyethere , tetracycliner , acetogeniner såvel som forskellige forbindelser, såsom usninsyre , discodermolid eller radicicol . Vi skelner mellem polyketider:
De produceres sædvanligvis ved Claisen-kondensation af acetyl-CoA til propionyl-CoA og afledte molekylære enheder af malonyl-CoA i en proces svarende til den for fedtsyrebiosyntese . Mange polyketider er cykliske molekyler, hvis struktur er modificeret ved glycosylering , methylering , hydroxylering , oxidation og endda andre reaktioner. Mange forbindelser, der almindeligvis anvendes som antimikrobielle stoffer , antiparasitika og anticancermedicin, er polyketider eller deres derivater, såsom erythromycin , tetracycliner , avermectiner og epothiloner .
De steroler , såsom cholesterol og dets derivater, er vigtige bestanddele af biologiske membraner , ved siden af phosphoglyceriderne og sphingomyeliner . De steroider , som alle deler den samme kerne sterane til fire kondenserede ringe, kan virke biologisk som hormoner og lignende vektorer cellesignalering ( lipid signalering ). De 18 carbon (C 18 ) steroider inkluderer østrogen, mens C 19 steroiderne inkluderer androgener såsom testosteron og androsteron . C 21 steroider inkluderer progestiner såvel som glukokortikoider og mineralokortikoider . De sécostéroïdes , herunder forskellige former af vitamin D ( ergocalciferol og cholecalciferol særdeleshed), er kendetegnet ved spaltning af B-ringen af kernen cyclopentanophenanthrene ( sterane ). Den galdesyrer og deres konjugater er andre eksempler på steroler ; hos pattedyr er de oxiderede derivater af cholesterol produceret i leveren . I planter findes phytosteroler såsom β-sitosterol , stigmasterol og brassicasterol , idet sidstnævnte også bruges som en biomarkør til algenvækst . Den ergosterol er den vigtigste membran sterol i svampe .
Nomenklatur for steran
De prénols er syntetiseret fra forstadier til fem carbonatomer, den isopentenylpyrophosphat (IPP) og dimethylallyl pyrophosphat (DMAPP), fra mevalonatvejen i alle eukaryote ledende og de fleste bakterier ; i planter , nogle protozoer og de fleste bakterier (i dette tilfælde ved siden af mevalonatvejen) er disse forløbere afledt af methylerythritolphosphatvejen .
Simple isoprenoider dannes ved successiv tilsætning af C 5 enheder og klassificeres efter antallet af disse terpen enheder . Forbindelser indeholdende mere end 40 carbonatomer kaldes polyterpener .
De carotenoider er isoprenoider vigtigt enkelt at virke som antioxidanter og som forstadier af vitamin A .
De quinoner og hydroquinoner er en anden klasse af molekyler, som indeholder en isopren sidekæde bundet til en kerne quinonoid non isopren oprindelse. Den E-vitamin og K-vitamin , samt ubiquinoner , er eksempler på denne klasse.
De bakterier producerer polyprenols kaldet bactoprénols hvor den terminale isopren enhed knyttet til hydroxyl forbliver umættet, hvorimod dyr producerer dolichols hvor den terminale isoprenenhed reduceres.
De celler af eukaryoter er rumopdelt i organeller afgrænset af membraner og udfører forskellige biologiske funktioner. Hovedbestanddelene i disse membraner er phosphoglycerider : dette er for eksempel tilfældet i plasmamembraner og endomembransystemet . De er amfifile molekyler , det vil sige, at de både har en hydrofil region - en rest af glycerol-3-phosphat ofte kaldet "hydrofilt hoved" - og en hydrofob region, der ofte kaldes "hydrofob hale" dannet af fedtsyrer . Membranerne indeholder også andre lipider end phosphoglycerider, især sfingomyeliner og steroler , hvor sidstnævnte hovedsageligt er repræsenteret i dyr med cholesterol .
De biologiske membraner er organiseret omkring et lipid-dobbeltlag , der består af to parallelle ark, hvor phosphoglyceriderne orienterer sig for at præsentere deres hydrofile hoved i kontakt med vand og deres hydrofobe haler i kontakt med det andet ark. Dannelsen af et sådant dobbeltlag er termodynamisk gunstig, når phosphoglycerider findes i et vandigt medium : dette er den hydrofobe virkning ; orienteringen og den rumlige fordeling af vandmolekylerne omkring et sådant dobbeltlag er tæt betinget af konfigurationen af de amfifile molekyler, der sammensætter det, så disse vandmolekyler dannes som " klatrater " omkring de solvatiserede lipider. Sådanne dobbeltlag har også en tendens til at lukke sig ind og danne vesikler . Afhængig af lipidkoncentrationen kan deres biofysiske interaktion føre til dannelse af miceller , liposomer eller membranoverflader. Andre aggregeringsmetoder observeres også og vedrører polymorfismen af amfifile molekyler. Opførslen af lipidfaser er et felt inden for biofysik og er genstand for akademisk forskning. Ifølge nogle teorier ville dannelsen af protoceller (en) afgrænset af en lipidmembran have været et trin i abiogenese .
I planter er thylakoidmembraner særligt rige på monogalactosyldiglycerider (MGDG), som ikke spontant danner et lipid-dobbeltlag, men alligevel går ind i sådanne strukturer, når de interagerer med carotenoiderne og klorofylerne i thylakoidmembranerne, således at thylakoidens membraner organiserer sig dynamisk lipid dobbeltlag; på den anden side indeholder de få fosfolipider .
De triglycerider lagret i fedtvævet er den vigtigste form for energilagring i dyr og planter . De fedtceller er de celler, der er ansvarlige for syntese og nedbrydning af triglycerider hos dyr; i sidstnævnte styres nedbrydningen af triglycerider i det væsentlige af den hormonsensitive lipase . Den oxidation notering og fedtsyrer , primært ved β-oxidation , giver mere energi - i form af ATP - end for kulhydrater og proteiner : ca. 37 kJ · g -1 mod 17 kJ · g -1 hhv. Triglycerider er for eksempel det brændstof, der bruges af trækfugle til at sikre deres langdistanceflyvninger.
Det er kun relativt for nylig, at den afgørende rolle for lipidsignalering som en komponent i cellesignalering er blevet etableret . Lipidsignalering kan involvere enten G-proteinkoblede receptorer eller nukleare receptorer , og forskellige typer lipider er blevet identificeret som cellesignaleringsmolekyler og sekundære budbringere . Disse inkluderer sfingosin-1-phosphat , et sfingolipid afledt af et ceramid og fungerer som en potent messenger involveret i reguleringen af calciummobilisering , i cellevækst og i apoptose ; den diglycerider og phosphatidylinositol phosphat (PIP), som er involveret i aktiveringen af proteinkinase C ; de prostaglandiner , som er eicosanoider involveret i processer inflammatoriske og immune ; de steroidhormoner såsom østrogen , den testosteron og cortisol , som styrer de forskellige funktioner i stofskiftet , den reproduktion og blodtryk ; de oxysterols såsom 25-hydroxycholesterol, som er agonister af den nukleære receptor af oxysterols .
Phosphatidylserin lipider er kendt for at være involveret i signalering af fagocytose i apoptotiske celler. De udfører denne funktion ved at blive fundet i den ydre folder af plasmamembranen efter inaktivering af flippaser , som udelukkende placerer dem i den cytosoliske folder , og aktivering af scramblaser , som får dem til at passere fra en folder til en anden: tilstedeværelsen af phosphatidylseriner det ydre lag af plasmamembranen genkendes af visse celler, som fagocyterer dem, ligesom de fagocyterer mulige cellefragmenter, der udsætter det indre lag af plasmamembranen.
De opløselige vitaminer - vitamin A , vitamin D , vitamin E og vitamin K - er terpenoider, der opbevares i leveren og fedtvævet . De er essentielle stoffer, der leverer forskellige biologiske funktioner. De acylcarnitiner er involveret i metabolismen af fedtsyrer og deres transport til og fra mitokondrier , inden for hvilken de er nedbrydes af β-oxidation . De polyprenols og deres phosphorylerede derivater spille for deres vigtige rolle i forbindelse med transport af oligosaccharider over membraner. Saccharidderivaterne til polyprenolphosphat og diphosphatpolyprenol involveret i reaktionerne af glycosylering ekstra-cytoplasmatisk i biosyntese af ekstracellulære polysaccharider (fx i polymerisationen af peptidoglycan i bakterier ) og i N- glycosylering af proteiner i eukaryoter . Den cardiolipin er en underklasse af phosphoglycerider indeholdende fire rester acyl og tre rester glycerol ; de er især rigelige i den indre mitokondrie-membran . De menes at aktivere enzymer involveret i oxidativ fosforylering .
De triglycerider , steroler og membran phospholipider af planter og dyr udgør hovedparten af lipider i levnedsmidler og af andre dyr. Lipidmetabolisme er det sæt processer, hvormed hvert væv syntetiserer og nedbryder dets strukturelle og funktionelle lipider.
Fordøjelsen af visse lipider begynder ved munden med virkningen af den lingual lipase , et enzym, der spalter visse triglycerider i korte kæder i diglycerider og fedtsyrer , mens slim fra spyt hos pattedyr bidrager ved deres viskositet og deres mekaniske virkning til at dissociere den mad bolus og frigive de lipider.
Imidlertid fordøjes lipider primært i tyndtarmen . Tilstedeværelsen af fedtstoffer på dette niveau fremmer sekretionen af hormoner , som stimulerer frigivelsen, af bugspytkirtlen af pancreaslipase , et aktivt enzym ved surt pH , og galde , sidstnævnte fører til en emulsion tillader absorptionen af lipider. Fuldstændig fordøjelse af triglycerider resulterer i en blanding af ufordøjede fedtsyrer, monoglycerider , diglycerider og triglycerider, men ingen fri glycerol .
Triglycerider kan ikke absorberes fra tyndtarmen. I modsætning hertil absorberer enterocytterne i tarmvæggen indholdet af micellerne suspenderet i galden og reformerer triglycerider konditioneret med lipoproteiner i store miceller kaldet chylomicrons . Disse udskilles i chylifera af lymfesystemet , som derefter afgiver dem i blodet fra ductus thoracicus . Således, i modsætning til andre næringsstoffer , overføres triglyceriderne fra kosten til blodet ved at omgå leveren.
Hos dyr kan lipider produceres som reaktion på absorptionen af overskydende kulhydrater ( sukker ). Dette involverer biosyntese af fedtsyrer fra acetyl-CoA , derefter forestring af et glycerolmolekyle af de fedtsyrer, der produceres til dannelse af et triglyceridmolekyle . Denne proces kaldes lipogenese .
Fedtsyrer fremstilles ved fedtsyresyntase , et enzym, der polymeriserer de monomerer acetyl-CoA og reducerede den resulterende polymer. Den acyl -kæden af fedtsyren iterativt udvides gennem en cyklus af reaktioner, som føjer en acetylgruppe gruppe , reducere den til alkohol , dehydrere det til alken , og endelig reducere den igen for at danne en alkan gruppe .
Enzymerne i biosyntesen af fedtsyrer klassificeres i to adskilte grupper: i dyr og svampe , er alle disse reaktioner udført af et protein kun virker som et multifunktionelt enzym, mens der i plastider af planter og bakterier er disse reaktioner hver udført ud af et dedikeret protein, der hver opfører sig som et monofunktionelt enzym, der udfører et bestemt trin i denne metaboliske vej . Disse fedtsyrer kan derefter omdannes til triglycerider, der er pakket i lipoproteiner udskilt af leveren .
Biosyntese af umættede fedtsyrer involverer desatureringsreaktioner , hvorved en dobbeltbinding indføres i fedtsyrekæden. Således fører desaturering af stearinsyre med mennesker af stearyl-CoA9-desaturase hos mennesker til oliesyre . Den linolsyre , dobbelt umættet, og α-linolensyre , triply umættet, kan ikke fremstilles ved væv af pattedyr , så de nødvendigvis må bringe magt : de er fedtsyrer afgørende .
Biosyntesen af triglycerider foregår i endoplasmatiske reticulum gennem metaboliske veje, som overfører acyl rester af acyl-CoA enheder til de hydroxylgrupper grupper af en glycerol -rest .
De terpener og terpenoider , såsom carotenoider dannes ved sammensætning og redigering enheder isopren tilvejebragt af isopentenylpyrophosphat og dimethylallyl pyrophosphat . Disse forløbere kan opnås på forskellige måder. I dyr og archaea , den mevalonatvejen producerer disse molekyler fra acetyl-CoA, mens planter og bakterier producerer dem fra pyruvat og glyceraldehyd-3-phosphat gennem methylerythritolkinase pathway. Phosphat . Biosyntese af steroider er en af de vigtigste anvendelser af sådanne aktiverede isoprenoider via squalen og lanosterol . Sidstnævnte kan derefter omdannes til kolesterol og ergosterol .
Den β-oxidation er den pathway , ved hvilken fedtsyrerne er nedbrudt til acetyl-CoA i mitochondrier eller i de peroxisomer . Den oxidation af fedtsyrer er i stor udstrækning lignende, i modsat retning, det fedtsyrebiosyntesen : enheder af to atomer af carbon sekventielt fjernes fra enden af carbonhydridkæden af syren fede ved udgangen af dehydrogenering , hydratisering og oxidation reaktioner til dannelse af en β-ketosyre , spaltet med thiolysis . Acetyl-CoA omdannes endelig til ATP , CO 2og H 2 Ogennem Krebs-cyklussen og luftvejskæden . Fuldstændig oxidation af et palmitatmolekyle producerer således 108 ATP-molekyler. Den nedbrydning af fedtsyrer umættet eller ulige antal atomer af carbon kræver enzymer yderligere.
Det meste af fedt absorberet fra mad er til stede i form af triglycerider , kolesterol og fosfolipider . De letter absorptionen af fedtopløselige vitaminer - vitamin A , vitamin D , vitamin E og vitamin K - og carotenoider . Hos pattedyr skal visse fedtsyrer , kaldet essentielle fedtsyrer, leveres af kosten, fordi de ikke kan produceres af kroppen fra andre forløbere . Dette er for eksempel tilfældet med linolsyre , en omega-6 fedtsyre og α-linolensyre , en omega-3 fedtsyre . Disse to essentielle fedtsyrer er flerumættede fedtsyrer med 18 carbonatomer , som kun adskiller sig i antallet og placeringen af dobbeltbindingerne . De fleste vegetabilske olier er rige på linolsyre, såsom saflorolie , solsikkeolie og majsolie . Α-linolensyren er til stede i bladgrønt og et sæt frø til trænødder og bælg , herunder hørfrøolie , rapsolie , møtrikolie og oliesojabønner . De fiskeolier er rige på fedtsyrer w-3 langkædede såsom eicosapentaensyre (EPA) og docosahexaensyre (DHA). Talrige undersøgelser har vist de gavnlige helbredseffekter af en diæt rig på ω-3 fedtsyrer set fra børns udvikling, forebyggelse af kræft , hjerte-kar-sygdomme og forskellige psykiske lidelser såsom depression. , Opmærksomhedsunderskud og demens . Omvendt er det fastslået, at forbruget af transfedtsyrer, såsom dem, der er til stede i hydrogenerede vegetabilske olier, er øgede risikofaktorer for hjerte-kar-sygdomme.
Hvis arten af de lipider, der absorberes gennem mad, er afgørende for helbredet, betyder deres samlede mængde i sidste ende lidt. Et par undersøgelser har knyttet den samlede mængde fedt absorberet til en øget risiko for fedme og diabetes , men mange undersøgelser, hvoraf nogle blev udført i et stort antal mennesker over flere år, har ikke knyttet et sådant link. Disse undersøgelser fastslår heller ikke en sammenhæng mellem procentdelen af kalorier leveret af lipider og en øget risiko for kræft, hjerte-kar-sygdom eller fedme; og i modsætning til idéerne i det sidste århundrede er diæt med lavt fedtindtag ikke nødvendigvis gavnligt for helbredet, fordi den nævnte flade, der er fritaget fra fødevareindustrien, ofte er beriget med skjulte sukkerarter.