Lipidy

Lipidy → to tłuszcze obojętne i związki tłuszczo podobne. Są bardzo zróżnicowaną grupą związków o konsystencji stałej (np. łój) lub ciekłej (np. oliwa), w zasadzie nie rozpuszczalnych w wodzie. Podobnie jak węglowodany, zbudowane są one z atomów węgla, wodoru i tlenu. Względna zawartość tlenu w porównaniu z zawartością węgla i wodoru jest jednak w lipidach znacznie mniejsza niż w węglowodanach.

Atomy tlenu uczestniczą w tworzeniu hydrofilowych (wykazujących powinowactwo do wody) grup funkcyjnych, dlatego właśnie lipidy, zawierające mało tlenu, są znacznie gorzej rozpuszczalne w wodzie niż węglowodany.
Wśród lipidów najważniejszymi biologicznie są:

• tłuszcze obojętne (właściwe)
• fosolipidy
• sterydy
• karotenoidy (pomarańczowe i żółte barwniki roślinne)
• woski

Lipidy służą jako źródło energii, stanowią strukturalne elementy błon plazmatycznych, niektóre z nich są ważnymi hormonami.

Tłuszcze obojętne (właściwe), powszechnie występujące w organizmach lipidy, stanowią najekonomiczniejszą formę zapasową paliwa energetycznego. W wyniku spalenia 1g tłuszczu komórka uzyskuje dwa razy więcej energii niż ze spalenia 1g węglowodanów. Węglowodany i białka mogą, przy udziale odpowiednich enzymów, ulec przekształceniu w tłuszcze i zostać zmagazynowane w tkance tłuszczowej.

Każda cząsteczka tłuszczu obojętnego zbudowana jest z cząsteczki glicerolu, połączonej jedną, dwiema lub trzema cząsteczkami kwasów tłuszczowych. Glicerol jest trójwęglowym alkoholem z trzema grupami wodorotlenowymi. Kwasy tłuszczowe są to związki zbudowane z długich łańcuchów węglowodorowych, mających na jednym końcu grupę karboksylową (-COOH). Ok. 30 różnych kwasów tłuszczowych występuje powszechnie w tłuszczach i innych związkach lipidowych. Najczęściej są to kwasy zawierające parzystą liczbę atomów węgla, np. kwas masłowy, obecny w zjełczałym maśle, ma 4 atomy węgla, a kwas oleinowy, najbardziej rozpowszechniony w przyrodzie, ma ich 18.

Nasycone kwasy tłuszczowe zawierają maksymalną możliwą liczbę atomów wodoru, natomiast w kwasach nienasyconych pomiędzy atomami węgla występuje przynajmniej jedno wiązanie podwójne. Kwasy tłuszczowe z więcej niż jednym wiązaniem podwójnym w cząsteczce noszą nazwę kwasów wielonienasyconych. Tłuszcze, w których cząsteczkach występują nienasycone kwasy tłuszczowe, to oleje. Większość z nich ma w temperaturze pokojowej płynną konsystencję.

Tłuszcze, których cząsteczki zawierają nasycone kwasy tłuszczowe, mają w temperaturze pokojowej konsystencję stałą, jak masło czy smalec. Co najmniej dwa spośród nienasyconych kwasów tłuszczowych (linolowy i arachidonowy) muszą znajdować się w diecie człowieka, gdyż jego organizm nie potrafi ich syntetyzować.

Jeśli z cząsteczką glicerolu połączy się jedna cząsteczka kwasu tłuszczowego, powstaje monoacyloglicerol. Dwie cząsteczki kwasu tłuszczowego połączone z glicerolem, tworzą diacyloglicerol, a trzy cząsteczki – triacyloglicerol. Kwasy tłuszczowe łączą się z glicerolem wiązaniem estrowym, utworzonym w wyniku reakcji grupy wodorotlenowej glicerolu z grupą karboksylową kwasu tłuszczowego. Powstaniu wiązania estrowego towarzyszy uwolnienie cząsteczki wody. W procesie trawienia tłuszcze obojętne ulegają rozłożeniu na glicerol i kwasy tłuszczowe.

Fosfolipidy reprezentują ważną grupę lipidów uczestniczących w budowie błon plazmatycznych. Cząsteczki ich mają charakter amfipatyczny; jeden z ich końców ma właściwości hydrofilowe, drugi zaś hydrofobowe. Cząsteczka fosfolipidu składa się z cząsteczki glicerolu połączonej z dwiema cząsteczkami kwasów tłuszczowych, jedną grupą fosforanową i cząsteczką organiczną zawierającą zwykle atom azotu, którą jest często cholina. (Azot i fosfor nie występują w tłuszczach obojętnych !).

Dwa końce cząsteczki fosfolipidów mają różne właściwości fizyczne i chemiczne. Fragment cząsteczki zawierający kwasy tłuszczowe ma charakter hydrofobowy i jest nierozpuszczalny w wodzie. Pozostała część cząsteczki, złożona z glicerolu, fosforanu i zasady azotowej, jest zjonizowana i łatwo rozpuszczalna w wodzie. Ten fragment cząsteczki ma charakter hydrofilowy. Amfipatyczne właściwości cząsteczek fosfolipidowych wymuszają ich określoną orientację względem cząsteczek wody: hydrofilowe głowy cząsteczek ustawiają się w kierunku otaczającej je wody, a hydrofobowe ogony – w kierunku przeciwnym. Błony plazmatyczne zbudowane są z podwójnej warstwy fosfolipidowej, tj. dwóch warstw fosfolipidów, których hydrofobowe ogony stykają się w środku, natomiast hydrofilowe głowy sterczą na zewnątrz błony.
Karotenoidy to pomarańczowe i żółte barwniki roślinne. Są zaliczane do lipidów z racji swej nierozpuszczalności w wodzie i oleistej konsystencji. Barwniki te, występujące w komórkach wszystkich roślin, uczestniczą w fotosyntezie. Cząsteczka karotenoidu zbudowana jest z pięciowęglowych monomerów, tzw jednostek izoprenowych.

Przez rozszczepienie na pół cząsteczki karotenu (żółtego barwnika roślin) powstają dwie cząsteczki witaminy A, czyli retinolu. Retinal, czuły na światło karotenoid obecny w siatkówce oka, jest pochodną witaminy A. Retinal uczestniczy w procesie widzenia u przedstawicieli trzech różnych linii rozwojowych świata zwierzęcego: mięczaków, owadów i kręgowców. Zwierzęta te nie mają wspólnego przodka wyposażonego w oczy, zatem ich narządy wzroku wykształciły się w wyniku niezależnych procesów ewolucyjnych. Obecność retinalu we wszystkich trzech typach oczu świadczy o szczególnym przystosowaniu budowy tego karotenoidu do funkcji, jaką jest w tym wypadku uczestnictwo w recepcji światła, czyli w procesie widzenia.

Sterydy zbudowane są z 4 pierścieni węglowych. Zrąb cząsteczki sterydów tworzą cztery połączone z sobą pierścienie, przy czym trzy z nich mają po 6 atomów węgla. Czwarty zaś – 5 atomów. Łańcuchy boczne dołączone do pierścieni są różne w poszczególnych sterydach. Synteza sterydów polega na dość złożonej reakcji łączenia się ze sobą jednostek izoprenowych.

Do sterydów pełniących ważne funkcje biologiczne należą:

• cholesterol
• sole żółciowe (żółciany)
• męskie i żeńskie hormony płciowe
• hormony kory nadnerczy

Cholesterol jest strukturalnym składnikiem błon komórek zwierzęcych. W błonach komórek roślinnych występują cząsteczki innego związku, podobnego do cholesterolu. Sole kwasów żółciowych emulgują tłuszcze w jelicie, dzięki czemu może nastąpić ich enzymatyczna hydroliza. Hormony sterydowe regulują przebieg wielu procesów metabolicznych u zwierząt kręgowych, a także niektórych bezkręgowców, np. owadów, krabów.

Woski to estry wyższych kwasów tłuszczowych i jednowodorotlenowych wielkocząsteczkowych alkoholi. Występują np. w kutykuli i w ścianie komórkowej, woskach pszczelich (mirycyna – ester kwasu palmitynowego i alkoholu mirycylowego), olbrocie (np. palmitynian cetylu).

Źródła:

• Villee: Biologia, Warszawa 1996.
• Gorzelańczyk E.J., Wierzbicki A.: Ilustrowany słownik biologiczny dla kandydatów na Akademię Medyczną i Studia Przyrodnicze; Poznań 1998.