Λιπίδια:Ορισμός, Δομή, Λειτουργία &Παραδείγματα

Τα λιπίδια περιλαμβάνουν μια ομάδα ενώσεων όπως λίπη, έλαια, στεροειδή και κεριά που βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς. Τόσο οι προκαρυώτες όσο και οι ευκαρυώτες διαθέτουν λιπίδια, τα οποία παίζουν πολλούς σημαντικούς ρόλους βιολογικά, όπως ο σχηματισμός μεμβράνης, η προστασία, η μόνωση, η αποθήκευση ενέργειας, η κυτταρική διαίρεση και άλλα. Στην ιατρική, τα λιπίδια αναφέρονται στα λίπη του αίματος.

TL;DR (Πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα; Δεν έχω διαβάσει)

Τα λιπίδια ονομάζουν λίπη, έλαια, στεροειδή και κεριά που βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς. Τα λιπίδια εξυπηρετούν πολλαπλές λειτουργίες σε όλα τα είδη, για αποθήκευση ενέργειας, προστασία, μόνωση, κυτταρική διαίρεση και άλλους σημαντικούς βιολογικούς ρόλους.

Δομή των Λιπιδίων

Τα λιπίδια αποτελούνται από ένα τριγλυκερίδιο που παράγεται από την αλκοόλη γλυκερόλη, συν τα λιπαρά οξέα. Οι προσθήκες σε αυτή τη βασική δομή αποδίδουν μεγάλη ποικιλομορφία στα λιπίδια. Πάνω από 10.000 είδη λιπιδίων έχουν ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής και πολλά συνεργάζονται με μια τεράστια ποικιλία πρωτεϊνών για τον κυτταρικό μεταβολισμό και τη μεταφορά υλικού. Τα λιπίδια είναι σημαντικά μικρότερα από τις πρωτεΐνες.

Παραδείγματα λιπιδίων

Τα λιπαρά οξέα είναι ένας τύπος λιπιδίων και χρησιμεύουν ως δομικά στοιχεία και για άλλα λιπίδια. Τα λιπαρά οξέα περιέχουν καρβοξυλικές (-COOH) ομάδες συνδεδεμένες σε μια ανθρακική αλυσίδα με συνδεδεμένα υδρογόνα. Αυτή η αλυσίδα είναι αδιάλυτη στο νερό. Τα λιπαρά οξέα μπορεί να είναι κορεσμένα ή ακόρεστα. Τα κορεσμένα λιπαρά οξέα έχουν δεσμούς μονού άνθρακα, ενώ τα ακόρεστα λιπαρά οξέα έχουν διπλούς δεσμούς άνθρακα. Όταν τα κορεσμένα λιπαρά οξέα συνδυάζονται με τα τριγλυκερίδια, αυτό οδηγεί σε στερεά λίπη σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό συμβαίνει επειδή η δομή τους αναγκάζει να συσκευάζονται μεταξύ τους σφιχτά. Αντίθετα, τα ακόρεστα λιπαρά οξέα σε συνδυασμό με τα τριγλυκερίδια τείνουν να παράγουν υγρά έλαια. Η τσακισμένη δομή των ακόρεστων λιπών αποδίδει μια πιο χαλαρή, πιο ρευστή ουσία σε θερμοκρασία δωματίου.

Τα φωσφολιπίδια αποτελούνται από ένα τριγλυκερίδιο με μια φωσφορική ομάδα υποκατεστημένη για ένα λιπαρό οξύ. Μπορούν να περιγραφούν ότι έχουν φορτισμένη κεφαλή και ουρά υδρογονάνθρακα. Τα κεφάλια τους είναι υδρόφιλα ή υδρόφιλα, ενώ οι ουρές τους είναι υδρόφοβες ή απωθητικές στο νερό.

Ένα άλλο παράδειγμα λιπιδίου είναι η χοληστερόλη. Οι χοληστερόλες διατάσσονται σε άκαμπτες δομές δακτυλίου πέντε ή έξι ατόμων άνθρακα, με υδρογόνα συνδεδεμένα και μια εύκαμπτη ουρά υδρογονάνθρακα. Ο πρώτος δακτύλιος περιέχει μια ομάδα υδροξυλίου που εκτείνεται σε υδάτινα περιβάλλοντα των ζωικών κυτταρικών μεμβρανών. Το υπόλοιπο μόριο, ωστόσο, είναι αδιάλυτο στο νερό.

Τα πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (PUFAs) είναι λιπίδια που βοηθούν στη ρευστότητα της μεμβράνης. Τα PUFA συμμετέχουν στην κυτταρική σηματοδότηση που σχετίζεται με τη νευρική φλεγμονή και τον ενεργητικό μεταβολισμό. Μπορούν να παρέχουν νευροπροστατευτικά αποτελέσματα ως ωμέγα-3 λιπαρά οξέα και σε αυτή τη σύνθεση είναι αντιφλεγμονώδη. Για τα ωμέγα-6 λιπαρά οξέα, τα PUFA μπορεί να προκαλέσουν φλεγμονή.

Οι στερόλες είναι λιπίδια που βρίσκονται στις μεμβράνες των φυτών. Τα γλυκολιπίδια είναι λιπίδια που συνδέονται με υδατάνθρακες και αποτελούν μέρος των κυτταρικών δεξαμενών λιπιδίων.

Λειτουργίες Λιπιδίων

Τα λιπίδια παίζουν αρκετούς ρόλους στους οργανισμούς. Τα λιπίδια αποτελούν προστατευτικούς φραγμούς. Περιλαμβάνουν κυτταρικές μεμβράνες και μέρος της δομής των κυτταρικών τοιχωμάτων στα φυτά. Τα λιπίδια παρέχουν αποθήκευση ενέργειας σε φυτά και ζώα. Αρκετά συχνά, τα λιπίδια λειτουργούν παράλληλα με τις πρωτεΐνες. Οι λιπιδικές λειτουργίες μπορούν να επηρεαστούν από αλλαγές στις πολικές ομάδες κεφαλής τους καθώς και από τις πλευρικές τους αλυσίδες.

Τα φωσφολιπίδια αποτελούν τη βάση για τις λιπιδικές διπλές στοιβάδες, με την αμφιπαθητική τους φύση, που συνθέτουν τις κυτταρικές μεμβράνες. Το εξωτερικό στρώμα αλληλεπιδρά με το νερό ενώ το εσωτερικό στρώμα υπάρχει ως εύκαμπτη ελαιώδης ουσία. Η υγρή φύση των κυτταρικών μεμβρανών βοηθά στη λειτουργία τους. Τα λιπίδια αποτελούν όχι μόνο πλασματικές μεμβράνες, αλλά και κυτταρικά διαμερίσματα όπως το πυρηνικό περίβλημα, το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER), τη συσκευή Golgi και τα κυστίδια.

Τα λιπίδια συμμετέχουν επίσης στην κυτταρική διαίρεση. Τα διαιρούμενα κύτταρα ρυθμίζουν την περιεκτικότητα σε λιπίδια ανάλογα με τον κυτταρικό κύκλο. Τουλάχιστον 11 λιπίδια εμπλέκονται στη δραστηριότητα του κυτταρικού κύκλου. Τα σφιγγολιπίδια παίζουν ρόλο στην κυτταροκίνηση κατά τη διάρκεια της μεσόφασης. Επειδή η κυτταρική διαίρεση έχει ως αποτέλεσμα την τάση της μεμβράνης του πλάσματος, τα λιπίδια φαίνεται να βοηθούν στις μηχανικές πτυχές της διαίρεσης, όπως η ακαμψία της μεμβράνης.

Τα λιπίδια παρέχουν προστατευτικά εμπόδια για εξειδικευμένους ιστούς όπως τα νεύρα. Το προστατευτικό περίβλημα μυελίνης που περιβάλλει τα νεύρα περιέχει λιπίδια.

Τα λιπίδια παρέχουν τη μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας από την κατανάλωση, έχοντας υπερδιπλάσια ποσότητα ενέργειας από τις πρωτεΐνες και τους υδατάνθρακες. Το σώμα διασπά τα λίπη στην πέψη, άλλα για άμεσες ενεργειακές ανάγκες και άλλα για αποθήκευση. Το σώμα χρησιμοποιεί την αποθήκευση λιπιδίων για άσκηση χρησιμοποιώντας λιπάσες για να διασπάσει αυτά τα λιπίδια και τελικά να παράγει περισσότερη τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) για την τροφοδοσία των κυττάρων.

Στα φυτά, τα σπορέλαια όπως οι τριακυλογλυκερίνες (TAGs) παρέχουν αποθήκευση τροφής για τη βλάστηση και την ανάπτυξη των σπόρων τόσο στα αγγειόσπερμα όσο και στα γυμνόσπερμα. Αυτά τα έλαια αποθηκεύονται σε ελαιοσώματα (OBs) και προστατεύονται από φωσφολιπίδια και πρωτεΐνες που ονομάζονται ελαιοσίνες. Όλες αυτές οι ουσίες παράγονται από το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER). Οι οφθαλμοί του σώματος λαδιού από το ER.

Τα λιπίδια δίνουν στα φυτά την απαραίτητη ενέργεια για τις μεταβολικές τους διεργασίες και τα σήματα μεταξύ των κυττάρων. Το φλοίωμα, ένα από τα κύρια μέρη μεταφοράς των φυτών (μαζί με το ξυλόμιο), περιέχει λιπίδια όπως χοληστερόλη, σιτοστερόλη, καμποστερόλη, στιγμαστερόλη και πολλές διαφορετικές λιπόφιλες ορμόνες και μόρια. Τα διάφορα λιπίδια μπορεί να παίζουν ρόλο στη σηματοδότηση όταν ένα φυτό είναι κατεστραμμένο. Τα φωσφολιπίδια στα φυτά λειτουργούν επίσης ως απόκριση σε περιβαλλοντικούς στρεσογόνους παράγοντες στα φυτά καθώς και σε λοιμώξεις από παθογόνους παράγοντες.

Στα ζώα, τα λιπίδια χρησιμεύουν επίσης ως μόνωση από το περιβάλλον και ως προστασία για ζωτικά όργανα. Τα λιπίδια παρέχουν επίσης άνωση και αδιαβροχοποίηση.

Τα λιπίδια που ονομάζονται κεραμίδια, τα οποία βασίζονται σε σφιγγοειδή, επιτελούν σημαντικές λειτουργίες για την υγεία του δέρματος. Βοηθούν στο σχηματισμό της επιδερμίδας, η οποία χρησιμεύει ως το πιο εξωτερικό στρώμα του δέρματος που προστατεύει από το περιβάλλον και αποτρέπει την απώλεια νερού. Τα κεραμίδια λειτουργούν ως πρόδρομες ουσίες για τον μεταβολισμό των σφιγγολιπιδίων. Ο ενεργός μεταβολισμός των λιπιδίων συμβαίνει μέσα στο δέρμα. Τα σφιγγολιπίδια αποτελούν δομικά και σηματοδοτικά λιπίδια που βρίσκονται στο δέρμα. Οι σφιγγομυελίνες, που παράγονται από κεραμίδια, είναι διαδεδομένες στο νευρικό σύστημα και βοηθούν τους κινητικούς νευρώνες να επιβιώσουν.

Τα λιπίδια παίζουν επίσης ρόλο στη σηματοδότηση των κυττάρων. Στο κεντρικό και περιφερικό νευρικό σύστημα, τα λιπίδια ελέγχουν τη ρευστότητα των μεμβρανών και βοηθούν στη μετάδοση ηλεκτρικού σήματος. Τα λιπίδια βοηθούν στη σταθεροποίηση των συνάψεων.

Τα λιπίδια είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη, ένα υγιές ανοσοποιητικό σύστημα και την αναπαραγωγή. Τα λιπίδια επιτρέπουν στο σώμα να αποθηκεύει βιταμίνες στο συκώτι, όπως τις λιποδιαλυτές βιταμίνες A, D, E και K. Η χοληστερόλη χρησιμεύει ως πρόδρομος για ορμόνες όπως τα οιστρογόνα και η τεστοστερόνη. Παράγει επίσης χολικά οξέα, τα οποία διαλύουν το λίπος. Το συκώτι και τα έντερα παράγουν περίπου το 80 τοις εκατό της χοληστερόλης, ενώ το υπόλοιπο λαμβάνεται από τα τρόφιμα.

Λιπίδια και υγεία

Γενικά, τα ζωικά λίπη είναι κορεσμένα και επομένως στερεά, ενώ τα φυτικά έλαια τείνουν να είναι ακόρεστα και επομένως υγρά. Τα ζώα δεν μπορούν να παράγουν ακόρεστα λίπη, επομένως αυτά τα λίπη πρέπει να καταναλώνονται από παραγωγούς όπως τα φυτά και τα φύκια. Με τη σειρά τους, τα ζώα που τρώνε αυτούς τους καταναλωτές φυτών (όπως τα ψάρια κρύου νερού) κερδίζουν αυτά τα ευεργετικά λίπη. Τα ακόρεστα λιπαρά είναι τα πιο υγιεινά λιπαρά για κατανάλωση καθώς μειώνουν τον κίνδυνο ασθενειών. Παραδείγματα αυτών των λιπών περιλαμβάνουν έλαια όπως ελαιόλαδο και ηλιέλαιο, καθώς και σπόρους, ξηρούς καρπούς και ψάρια. Τα πράσινα φυλλώδη λαχανικά είναι επίσης καλές πηγές διατροφικών ακόρεστων λιπαρών. Τα λιπαρά οξέα στα φύλλα χρησιμοποιούνται στους χλωροπλάστες.

Τα trans-λιπαρά είναι μερικώς υδρογονωμένα έλαια που μοιάζουν με κορεσμένα λίπη. Τα trans-λιπαρά που χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν στη μαγειρική θεωρούνται πλέον ανθυγιεινά για κατανάλωση.

Τα κορεσμένα λίπη πρέπει να καταναλώνονται λιγότερο από τα ακόρεστα λίπη, καθώς τα κορεσμένα λίπη μπορεί να αυξήσουν τον κίνδυνο ασθένειας. Παραδείγματα κορεσμένων λιπαρών περιλαμβάνουν κόκκινο ζωικό κρέας και λιπαρά γαλακτοκομικά προϊόντα, καθώς και λάδι καρύδας και φοινικέλαιο.

Όταν οι επαγγελματίες του ιατρικού τομέα αναφέρονται στα λιπίδια ως λίπη του αίματος, αυτό περιγράφει το είδος των λιπών που συζητούνται συχνά σχετικά με την καρδιαγγειακή υγεία, ιδιαίτερα τη χοληστερόλη. Οι λιποπρωτεΐνες βοηθούν στη μεταφορά της χοληστερόλης μέσω του σώματος. Η λιποπρωτεΐνη υψηλής πυκνότητας (HDL) αναφέρεται στη χοληστερόλη που είναι ένα «καλό» λίπος. Χρησιμεύει για να βοηθήσει στην απομάκρυνση της κακής χοληστερόλης μέσω του ήπατος. Οι «κακές» χοληστερόλες περιλαμβάνουν LDL, IDL, VLDL και ορισμένα τριγλυκερίδια. Τα κακά λίπη αυξάνουν τον κίνδυνο καρδιακής προσβολής και εγκεφαλικού λόγω της συσσώρευσής τους ως πλάκας, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε φράξιμο των αρτηριών. Επομένως, η ισορροπία των λιπιδίων είναι ζωτικής σημασίας για την υγεία.

Οι φλεγμονώδεις δερματικές παθήσεις μπορεί να ωφεληθούν από την κατανάλωση ορισμένων λιπιδίων όπως το εικοσαπεντανοϊκό οξύ (EPA) και το δοκσαεξανοϊκό οξύ (DHA). Το EPA έχει αποδειχθεί ότι μεταβάλλει το προφίλ κεραμιδίου του δέρματος.

Μια σειρά από ασθένειες σχετίζονται με τα λιπίδια στο ανθρώπινο σώμα. Η υπερτριγλυκεριδαιμία, μια κατάσταση υψηλών τριγλυκεριδίων στο αίμα, μπορεί να οδηγήσει σε παγκρεατίτιδα. Ορισμένα φάρμακα δρουν για τη μείωση των τριγλυκεριδίων, όπως από ένζυμα που υποβαθμίζουν τα λίπη του αίματος. Υψηλή μείωση των τριγλυκεριδίων έχει επίσης βρεθεί σε ορισμένα άτομα με ιατρικά συμπληρώματα μέσω ιχθυελαίου.

Η υπερχοληστερολαιμία (υψηλή χοληστερόλη στο αίμα) μπορεί να είναι επίκτητη ή γενετική. Τα άτομα με οικογενή υπερχοληστερολαιμία έχουν εξαιρετικά υψηλές τιμές χοληστερόλης που δεν μπορούν να ελεγχθούν με φαρμακευτική αγωγή. Αυτό αυξάνει σημαντικά τον κίνδυνο καρδιακής προσβολής και εγκεφαλικού, με πολλά άτομα να πεθαίνουν πριν συμπληρώσουν την ηλικία των 50 ετών.

Οι γενετικές ασθένειες που οδηγούν σε υψηλή συσσώρευση λιπιδίων στα αιμοφόρα αγγεία αναφέρονται ως ασθένειες αποθήκευσης λιπιδίων. Αυτή η υπερβολική αποθήκευση λίπους έχει επιβλαβείς επιπτώσεις για τον εγκέφαλο και άλλα μέρη του σώματος. Μερικά παραδείγματα ασθενειών αποθήκευσης λιπιδίων περιλαμβάνουν τη νόσο Fabry, τη νόσο Gaucher, τη νόσο Niemann-Pick, τη νόσο Sandhoff και την Tay-Sachs. Δυστυχώς, πολλές από αυτές τις ασθένειες αποθήκευσης λιπιδίων οδηγούν σε ασθένεια και θάνατο σε νεαρή ηλικία.

Τα λιπίδια παίζουν επίσης ρόλο στις ασθένειες των κινητικών νευρώνων (MNDs), καθώς αυτές οι καταστάσεις χαρακτηρίζονται όχι μόνο από εκφυλισμό και θάνατο των κινητικών νευρώνων αλλά και προβλήματα με το μεταβολισμό των λιπιδίων. Στα MNDs, τα δομικά λιπίδια του κεντρικού νευρικού συστήματος αλλάζουν και αυτό επηρεάζει τόσο τις μεμβράνες όσο και τη σηματοδότηση των κυττάρων. Για παράδειγμα, ο υπερμεταβολισμός εμφανίζεται με την αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS). Φαίνεται να υπάρχει σύνδεση μεταξύ της διατροφής (σε αυτή την περίπτωση, δεν καταναλώνονται αρκετές θερμίδες λιπιδίων) και του κινδύνου για ανάπτυξη ALS. Τα υψηλότερα λιπίδια αντιστοιχούν σε καλύτερα αποτελέσματα για ασθενείς με ALS. Τα φάρμακα που στοχεύουν τα σφιγγολιπίδια θεωρούνται θεραπείες για ασθενείς με ALS. Απαιτείται περισσότερη έρευνα για την καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που εμπλέκονται και για την παροχή κατάλληλων επιλογών θεραπείας.

Στη νωτιαία μυϊκή ατροφία (SMA), μια γενετική αυτοσωμική υπολειπόμενη νόσο, τα λιπίδια δεν χρησιμοποιούνται σωστά για ενέργεια. Τα άτομα με SMA έχουν υψηλή μάζα λίπους σε περιβάλλον χαμηλής θερμιδικής πρόσληψης. Επομένως, και πάλι, η δυσλειτουργία του μεταβολισμού των λιπιδίων παίζει σημαντικό ρόλο σε μια ασθένεια των κινητικών νευρώνων.

Υπάρχουν ενδείξεις ότι τα ωμέγα-3 λιπαρά οξέα παίζουν ευεργετικό ρόλο σε τέτοιες εκφυλιστικές ασθένειες όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ και του Πάρκινσον. Αυτό δεν έχει αποδειχθεί ότι ισχύει για την ALS και στην πραγματικότητα το αντίθετο αποτέλεσμα της τοξικότητας έχει βρεθεί σε μοντέλα ποντικιών.

Συνεχιζόμενη έρευνα λιπιδίων

Οι επιστήμονες συνεχίζουν να ανακαλύπτουν νέα λιπίδια. Επί του παρόντος, τα λιπίδια δεν μελετώνται σε επίπεδο πρωτεϊνών και επομένως είναι λιγότερο κατανοητά. Μεγάλο μέρος της τρέχουσας ταξινόμησης λιπιδίων βασίστηκε σε χημικούς και βιοφυσικούς, με έμφαση στη δομή και όχι στη λειτουργία. Επιπλέον, ήταν δύσκολο να πειραχτούν οι λειτουργίες των λιπιδίων λόγω της τάσης τους να συνδυάζονται με πρωτεΐνες. Είναι επίσης δύσκολο να διευκρινιστεί η λειτουργία των λιπιδίων σε ζωντανά κύτταρα. Ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός (NMR) και η φασματομετρία μάζας (MS) αποδίδουν κάποια ταυτοποίηση λιπιδίων με τη βοήθεια υπολογιστικού λογισμικού. Ωστόσο, απαιτείται καλύτερη ανάλυση στο μικροσκόπιο για να αποκτήσουμε εικόνα για τους μηχανισμούς και τις λειτουργίες των λιπιδίων. Αντί να αναλυθεί μια ομάδα λιπιδικών εκχυλισμάτων, θα χρειαστεί πιο ειδική MS για την απομόνωση των λιπιδίων από τα πρωτεϊνικά τους σύμπλοκα. Η επισήμανση ισοτόπων μπορεί να χρησιμεύσει για τη βελτίωση της οπτικοποίησης και συνεπώς της ταυτοποίησης.

Είναι σαφές ότι τα λιπίδια, εκτός από τα γνωστά δομικά και ενεργειακά τους χαρακτηριστικά, παίζουν ρόλο σε σημαντικές κινητικές λειτουργίες και σηματοδότηση. Καθώς η τεχνολογία βελτιώνεται για τον εντοπισμό και την οπτικοποίηση των λιπιδίων, θα χρειαστεί περισσότερη έρευνα για να εξακριβωθεί η λειτουργία των λιπιδίων. Τελικά, η ελπίδα είναι ότι θα μπορούσαν να σχεδιαστούν δείκτες που δεν θα διαταράσσουν υπερβολικά τη λειτουργία των λιπιδίων. Η δυνατότητα χειρισμού της λειτουργίας των λιπιδίων σε υποκυτταρικά επίπεδα θα μπορούσε να προσφέρει μια ερευνητική ανακάλυψη. Αυτό θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην επιστήμη με τον ίδιο τρόπο που έχει κάνει η έρευνα για τις πρωτεΐνες. Με τη σειρά τους, θα μπορούσαν να παρασκευαστούν νέα φάρμακα που θα μπορούσαν ενδεχομένως να βοηθήσουν όσους πάσχουν από λιπιδικές διαταραχές.