Lipid - Lipid

Strukturen einiger gängiger Lipide. An der Spitze stehen Cholesterin und Ölsäure . Die mittlere Struktur ist ein Triglycerid, das aus Oleoyl- , Stearoyl- und Palmitoylketten besteht, die an ein Glycerin- Rückgrat gebunden sind . Unten befindet sich das gemeinsame Phospholipid Phosphatidylcholin .

In der Biologie und Biochemie ist ein Lipid ein Mikrobiomolekül , das in unpolaren Lösungsmitteln löslich ist. Unpolare Lösungsmittel werden typischerweise Kohlenwasserstoffe verwendet , andere natürlich vorkommende Kohlenwasserstoff - Lipid aufzulösen Moleküle , die nicht (oder nicht leicht) lösen sich in Wasser, einschließlich Fettsäuren , Wachse , Sterole , fettlösliche Vitamine (wie Vitamin A, D, E und K), Monoglyceride , Diglyceride , Triglyceride und Phospholipide .

Zu den Funktionen von Lipiden gehören die Speicherung von Energie, die Signalübertragung und die Funktion als struktureller Bestandteil von Zellmembranen . Lipids haben Anwendungen in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie sowie in der Nanotechnologie .

Wissenschaftler definieren Lipide manchmal als hydrophobe oder amphiphile kleine Moleküle; die amphiphile Natur einiger Lipide ermöglicht es ihnen, Strukturen wie Vesikel , multilamellare/ unilamellare Liposomen oder Membranen in einer wässrigen Umgebung zu bilden. Biologisches Lipide stammt , ganz oder teilweise aus zwei verschiedenen Typen von Untereinheiten oder biochemischer „Bausteinen“: Ketoacyl und Isopren - Gruppen. Unter Verwendung dieses Ansatzes können Lipide in acht Kategorien unterteilt werden: Fettsäuren , Glycerolipide , Glycerophospholipide , Sphingolipide , Saccharolipide und Polyketide (abgeleitet von der Kondensation von Ketoacyl-Untereinheiten); und Sterollipide und Prenollipide (abgeleitet von der Kondensation von Isopren-Untereinheiten).

Obwohl der Begriff "Lipid" manchmal als Synonym für Fette verwendet wird , sind Fette eine Untergruppe der Lipide, die Triglyceride genannt werden . Lipids umfassen darüber hinaus auch Moleküle wie Fettsäuren und deren Derivate (einschließlich tri- , di- , Monoglyceriden und Phospholipide ), sowie andere Sterol -haltigen Metaboliten wie Cholesterin . Obwohl Menschen und andere Säugetiere verschiedene Biosynthesewege nutzen , um Lipide abzubauen und zu synthetisieren, können einige essentielle Lipide auf diese Weise nicht hergestellt werden und müssen über die Nahrung aufgenommen werden.

Geschichte

Lipide können als organische Substanzen angesehen werden, die in Wasser relativ unlöslich sind, in organischen Lösungsmitteln (Alkohol, Ether usw.) löslich sind, tatsächlich oder möglicherweise mit Fettsäure verwandt sind und von den lebenden Zellen verwendet werden.

1815 klassifizierte Henri Braconnot Lipide ( Graisses ) in zwei Kategorien, Suifs (feste Fette oder Talg) und Huiles (flüssige Öle). 1823 entwickelte Michel Eugène Chevreul eine detailliertere Klassifizierung, die Öle, Fette, Talg, Wachse, Harze, Balsame und ätherische Öle (oder ätherische Öle) umfasst.

Das erste synthetische Triglycerid wurde 1844 von Théophile-Jules Pelouze beschrieben , als er Tributyrin durch Behandlung von Buttersäure mit Glycerin in Gegenwart von konzentrierter Schwefelsäure herstellte . Einige Jahre später synthetisierte Marcellin Berthelot , einer von Pelouzes Schülern, Tristearin und Tripalmitin durch Reaktion der analogen Fettsäuren mit Glycerin in Gegenwart von gasförmigem Chlorwasserstoff bei hoher Temperatur.

1827 erkannte William Prout Fett ("ölige" Nahrungsmittel) zusammen mit Protein ("albuminös") und Kohlenhydraten ("Saccharin") als wichtigen Nährstoff für Mensch und Tier.

Ein Jahrhundert lang betrachteten Chemiker "Fette" nur als einfache Lipide aus Fettsäuren und Glycerin (Glyceriden), später wurden jedoch neue Formen beschrieben. Theodore Gobley (1847) entdeckte Phospholipide im Gehirn von Säugetieren und Hühnereiern, von ihm als „ Lecithine “ bezeichnet. Thudichum entdeckte im menschlichen Gehirn einige Phospholipide ( Cephalin ), Glykolipide ( Cerebrosid ) und Sphingolipide ( Sphingomyelin ).

Die Begriffe Lipoid, Lipin, Lipid und Lipid wurden von Autor zu Autor mit unterschiedlichen Bedeutungen verwendet. 1912 schlugen Rosenbloom und Gies die Substitution von "Lipoid" durch "Lipin" vor. 1920 führte Bloor eine neue Klassifikation für "Lipoide" ein: einfache Lipoide (Fette und Wachse), zusammengesetzte Lipoide (Phospholipoide und Glykolipoide) und die abgeleiteten Lipoide (Fettsäuren, Alkohole, Sterole).

Das Wort Lipid , das etymologisch aus dem Griechischen λίπος, lipos 'Fett' stammt, wurde 1923 von dem französischen Pharmakologen Gabriel Bertrand eingeführt . Bertrand bezog nicht nur die traditionellen Fette (Glyceride) in das Konzept ein, sondern auch die "Lipoide" mit komplexer Konstitution. Obwohl das Wort Lipid von der internationalen Kommission der Société de Chimie Biologique während der Plenarsitzung am 3. Juli 1923 einstimmig genehmigt wurde. Das Wort Lipid wurde später wegen seiner Aussprache ('lɪpɪd) als Lipid anglisiert . In Französisch, das Suffix -ide -ίδης, aus dem Altgriechischen (bedeutet ‚Sohn‘ oder ‚Abkömmling‘) wird immer ausgesprochen (ɪd).

1947 teilte TP Hilditch Lipide in "einfache Lipide" mit Fetten und Wachsen (echte Wachse, Sterole, Alkohole) ein.

Kategorien

Lipide wurden vom Lipid MAPS- Konsortium wie folgt in acht Kategorien eingeteilt :

Fettsäuren

I 2 - Prostacyclin (ein Beispiel für ein Prostaglandin , eine Eicosanoide-Fettsäure)
LTB 4 (ein Beispiel für ein Leukotrien , eine eicosanoide Fettsäure)

Fettsäuren oder Fettsäurereste, wenn sie Teil eines Lipids sind, sind eine vielfältige Gruppe von Molekülen, die durch Kettenverlängerung eines Acetyl-CoA- Primers mit Malonyl-CoA- oder Methylmalonyl-CoA- Gruppen in einem als Fettsäuresynthese bezeichneten Prozess synthetisiert werden . Sie bestehen aus einer Kohlenwasserstoffkette , die mit einer Carbonsäuregruppe endet ; diese Anordnung verleiht dem Molekül ein polares , hydrophiles Ende und ein unpolares, hydrophobes Ende, das in Wasser unlöslich ist. Die Fettsäurestruktur ist eine der grundlegendsten Kategorien biologischer Lipide und wird häufig als Baustein strukturell komplexerer Lipide verwendet. Die Kohlenstoffkette, typischerweise zwischen vier und 24 Kohlenstoffatomen lang, kann gesättigt oder ungesättigt sein und kann an funktionelle Gruppen gebunden sein, die Sauerstoff , Halogene , Stickstoff und Schwefel enthalten . Enthält eine Fettsäure eine Doppelbindung, besteht die Möglichkeit einer geometrischen cis- oder trans- Isomerie , die die Konfiguration des Moleküls erheblich beeinflusst . Cis- Doppelbindungen bewirken, dass sich die Fettsäurekette verbiegt, ein Effekt, der mit mehr Doppelbindungen in der Kette verstärkt wird. Drei Doppelbindungen in der 18-Kohlenstoff- Linolensäure , den am häufigsten vorkommenden Fettacylketten der pflanzlichen Thylakoidmembranen , machen diese Membranen trotz der niedrigen Umgebungstemperaturen sehr flüssig und sorgen auch dafür, dass Linolensäure in hochauflösenden 13-C-NMR-Spektren dominierende scharfe Peaks liefert von Chloroplasten. Dies wiederum spielt eine wichtige Rolle für den Aufbau und die Funktion von Zellmembranen. Die meisten natürlich vorkommenden Fettsäuren haben die cis- Konfiguration, obwohl die trans- Form in einigen natürlichen und teilweise gehärteten Fetten und Ölen existiert.

Beispiele für biologisch wichtige Fettsäuren umfassen die Eicosanoide , die hauptsächlich von Arachidonsäure und Eicosapentaensäure abgeleitet sind , die Prostaglandine , Leukotriene und Thromboxane umfassen . Docosahexaensäure ist auch in biologischen Systemen wichtig, insbesondere im Hinblick auf das Sehvermögen. Andere wichtige Lipidklassen in der Fettsäurekategorie sind die Fettester und Fettamide. Fettester umfassen wichtige biochemische Zwischenprodukte wie Wachsester , Fettsäurethioester- Coenzym-A- Derivate, Fettsäurethioester- ACP- Derivate und Fettsäurecarnitine. Zu den Fettamiden zählen N-Acylethanolamine , wie der Cannabinoid- Neurotransmitter Anandamid .

Glycerolipide

Beispiel für ein ungesättigtes Fetttriglycerid (C 55 H 98 O 6 ). Linker Teil: Glycerin ; rechter Teil, von oben nach unten: Palmitinsäure , Ölsäure , Alpha-Linolensäure .

Glycerolipiden sind aus Mono- zusammengesetzt, Di- und Tri-substituierte Glycerine , die bekanntesten die Fettsäure sind Triester von Glycerin, genannt Triglyceride . Das Wort "Triacylglycerol" wird manchmal synonym mit "Triglycerid" verwendet. In diesen Verbindungen sind die drei Hydroxylgruppen des Glycerins jeweils verestert, typischerweise durch unterschiedliche Fettsäuren. Weil sie als Energiespeicher fungieren, umfassen diese Lipide den Großteil der Speicher Fett in tierischen Geweben. Die Hydrolyse der Esterbindungen von Triglyceriden und die Freisetzung von Glycerin und Fettsäuren aus dem Fettgewebe sind die ersten Schritte beim Fettstoffwechsel.</ref>

Zusätzliche Unterklassen von Glycerolipiden werden durch Glycosylglycerine repräsentiert, die durch das Vorhandensein eines oder mehrerer Zuckerreste gekennzeichnet sind , die über eine glycosidische Bindung an Glycerin gebunden sind . Beispiele für Strukturen in dieser Kategorie sind die Digalactosyldiacylglycerinen in Pflanzenmembranen gefunden und aus Säugetiere Seminolipid Samenzellen .

Glycerophospholipide

Glycerophospholipide, die normalerweise als Phospholipide bezeichnet werden (obwohl Sphingomyeline auch als Phospholipide klassifiziert werden), sind in der Natur allgegenwärtig und sind Schlüsselkomponenten der Lipiddoppelschicht von Zellen sowie am Stoffwechsel und der Zellsignalübertragung beteiligt . Neuralgewebe (einschließlich des Gehirns) enthält relativ hohe Mengen an Glycerophospholipiden, und Veränderungen in ihrer Zusammensetzung wurden mit verschiedenen neurologischen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Glycerophospholipide können in verschiedene Klassen unterteilt werden, basierend auf der Natur der polaren Kopfgruppe an der sn- 3-Position des Glycerinrückgrats in Eukaryoten und Eubakterien oder der sn- 1-Position im Fall von Archaebakterien .

Beispiele für Glycerophospholipide in biologischen Membranen sind Phosphatidylcholin (auch bekannt als PC, GPHo oder Lecithin ), Phosphatidylethanolamin (PE oder GPEtn) und Phosphatidylserin (PS oder GPSer). Einige Glycerophospholipide in eukaryontischen Zellen, wie Phosphatidylinositole und Phosphatidsäuren, dienen nicht nur als primärer Bestandteil von Zellmembranen und Bindungsstellen für intra- und interzelluläre Proteine, sondern sind entweder Vorläufer von oder selbst von Membranen abgeleitete sekundäre Botenstoffe . Typischerweise werden eine oder beide dieser Hydroxylgruppen mit langkettigen Fettsäuren acyliert, aber es gibt auch Alkyl-verknüpfte und 1Z-Alkenyl-verknüpfte ( plasmologene ) Glycerophospholipide sowie Dialkylether-Varianten in Archaebakterien.

Sphingolipide

Sphingolipide sind eine komplizierte Familie von Verbindungen, die ein gemeinsames strukturelles Merkmal aufweisen, ein Sphingoid-Basen- Rückgrat, das de novo aus der Aminosäure Serin und einem langkettigen Fettacyl-CoA synthetisiert und dann in Ceramide , Phosphosphingolipide, Glycosphingolipide und andere Verbindungen umgewandelt wird. Die wichtigste Sphingoidbasis von Säugetieren wird allgemein als Sphingosin bezeichnet . Ceramide (N-Acyl-Sphingoid-Basen) sind eine wichtige Unterklasse von Sphingoid-Base-Derivaten mit einer Amid-gebundenen Fettsäure. Die Fettsäuren sind typischerweise gesättigt oder einfach ungesättigt mit Kettenlängen von 16 bis 26 Kohlenstoffatomen.

Die wichtigsten Phosphosphingolipide von Säugetieren sind Sphingomyeline (Ceramid phosphocholine), während Insekten enthalten hauptsächlich Ceramid phosphoethanolamines und Pilze phytoceramide Phosphoinositolen haben und Mannose -haltigen Kopfgruppen. Die Glycosphingolipide sind eine vielfältige Familie von Molekülen, die aus einem oder mehreren Zuckerresten bestehen, die über eine glycosidische Bindung mit der Sphingoidbase verbunden sind. Beispiele hierfür sind die einfachen und komplexen Glykosphingolipide wie Cerebroside und Ganglioside .

Sterole

Chemisches Diagramm
Chemische Struktur von Cholesterin .

Sterole wie Cholesterin und seine Derivate sind neben den Glycerophospholipiden und Sphingomyelinen ein wichtiger Bestandteil von Membranlipiden. Andere Beispiele für Sterine sind die Gallensäuren und ihre Konjugate, die bei Säugetieren oxidierte Derivate von Cholesterin sind und in der Leber synthetisiert werden. Die Pflanzenäquivalente sind die Phytosterole , wie β-Sitosterol , Stigmasterol und Brassicasterol ; letztere Verbindung wird auch als Biomarker für das Algenwachstum verwendet . Das vorherrschende Sterol in Pilzzellmembranen ist Ergosterol .

Sterole sind Steroide, bei denen eines der Wasserstoffatome mit einer Hydroxylgruppe an Position 3 in der Kohlenstoffkette substituiert ist . Sie haben mit Steroiden die gleiche fusionierte Vier-Ring-Kernstruktur gemeinsam. Steroide haben unterschiedliche biologische Funktionen als Hormone und Signalmoleküle . Die Steroide mit 18 Kohlenstoffatomen (C18) umfassen die Östrogenfamilie , während die Steroide C19 die Androgene wie Testosteron und Androsteron umfassen . Die Unterklasse C21 umfasst die Gestagene sowie die Glukokortikoide und Mineralokortikoide . Die Secosteroide , die verschiedene Formen von Vitamin D umfassen , zeichnen sich durch eine Spaltung des B-Rings der Kernstruktur aus.

Prenole

Prenollipid (2E-Geraniol)

Prenollipide werden aus den Fünf-Kohlenstoff-Einheiten-Vorstufen Isopentenyldiphosphat und Dimethylallyldiphosphat synthetisiert , die hauptsächlich über den Mevalonsäure (MVA)-Weg hergestellt werden. Die einfachen Isoprenoide (lineare Alkohole, Diphosphate usw.) werden durch sukzessive Addition von C5-Einheiten gebildet und nach der Anzahl dieser Terpeneinheiten klassifiziert . Strukturen mit mehr als 40 Kohlenstoffatomen werden als Polyterpene bezeichnet. Carotinoide sind wichtige einfache Isoprenoide, die als Antioxidantien und als Vorläufer von Vitamin A fungieren . Eine andere biologisch wichtige Klasse von Molekülen wird durch die Chinone und Hydrochinone veranschaulicht , die einen Isoprenoid-Schwanz enthalten, der an einen Chinonoid-Kern nicht isoprenoiden Ursprungs gebunden ist. Vitamin E und Vitamin K sowie die Ubichinone sind Beispiele dieser Klasse. Prokaryoten synthetisieren Polyprenole (sogenannte Bactoprenole ), bei denen die an Sauerstoff gebundene endständige Isoprenoid-Einheit ungesättigt bleibt, während bei tierischen Polyprenolen ( Dolicholen ) das endständige Isoprenoid reduziert ist.

Saccharolipide

Struktur des Saccharolipids Kdo 2 -Lipid A. Glucosaminreste in Blau, Kdo- Reste in Rot, Acylketten in Schwarz und Phosphatgruppen in Grün.

Saccharolipide beschreiben Verbindungen, in denen Fettsäuren an ein Zuckerrückgrat gebunden sind und Strukturen bilden, die mit Membrandoppelschichten kompatibel sind. Bei den Saccharolipiden ersetzt ein Monosaccharid das Glycerinrückgrat, das in Glycerolipiden und Glycerophospholipiden vorhanden ist. Die bekanntesten Saccharolipide sind die acylierten Glucosamin- Vorläufer der Lipid-A- Komponente der Lipopolysaccharide in Gram-negativen Bakterien . Typische Lipid-A-Moleküle sind Disaccharide von Glucosamin, die mit bis zu sieben Fettacylketten derivatisiert sind. Das minimale Lipopolysaccharid, das für das Wachstum in E. coli benötigt wird, ist Kdo 2 -Lipid A, ein hexaacyliertes Disaccharid von Glucosamin, das mit zwei 3-Desoxy-D-manno-octulosonsäure (Kdo)-Resten glykosyliert ist.

Polyketide

Polyketide werden durch Polymerisation von Acetyl- und Propionyl- Untereinheiten durch klassische Enzyme sowie iterative und multimodulare Enzyme synthetisiert , die mechanistische Eigenschaften mit den Fettsäuresynthasen teilen . Sie umfassen viele Sekundärmetaboliten und Naturstoffe aus tierischen, pflanzlichen, bakteriellen, pilzlichen und marinen Quellen und weisen eine große strukturelle Vielfalt auf. Viele Polyketide sind zyklische Moleküle, deren Rückgrat oft durch Glykosylierung , Methylierung , Hydroxylierung , Oxidation oder andere Prozesse weiter modifiziert wird . Viele häufig verwendete antimikrobielle , antiparasitäre und Antikrebsmittel sind Polyketide oder Polyketid-Derivate, wie Erythromycine , Tetracycline , Avermectine und Antitumor- Epothilone .

Biologische Funktionen

Bestandteil biologischer Membranen

Eukaryontische Zellen verfügen über die kompartimentierten membrangebundenen Organellen , die unterschiedliche biologische Funktionen erfüllen. Die Glycerophospholipide sind der Hauptstrukturbestandteil von biologischen Membranen , wie der zellulären Plasmamembran und den intrazellulären Membranen von Organellen ; in tierischen Zellen trennt die Plasmamembran die intrazellulären Komponenten physikalisch von der extrazellulären Umgebung. Die Glycerophospholipide sind amphipathische Moleküle (die sowohl hydrophobe als auch hydrophile Regionen enthalten), die einen Glycerinkern enthalten, der durch Esterbindungen an zwei von Fettsäure abgeleitete "Schwänze" und über eine Phosphatesterbindung an eine "Kopf"-Gruppe gebunden ist. Während Glycerophospholipide der Hauptbestandteil biologischer Membranen sind, werden auch andere Nicht-Glycerid-Lipidkomponenten wie Sphingomyelin und Sterine (hauptsächlich Cholesterin in tierischen Zellmembranen) in biologischen Membranen gefunden. In Pflanzen und Algen sind die Galactosyldiacylglycerine und Sulfochinovosyldiacylglycerol, denen eine Phosphatgruppe fehlt, wichtige Bestandteile der Membranen von Chloroplasten und verwandten Organellen und die am häufigsten vorkommenden Lipide in photosynthetischen Geweben, einschließlich denen von höheren Pflanzen, Algen und bestimmten Bakterien.

Pflanzliche Thylakoidmembranen haben die größte Lipidkomponente eines nicht-doppelschichtbildenden Monogalactosyldiglycerids (MGDG) und wenig Phospholipide; Trotz dieser einzigartigen Lipidzusammensetzung wurde gezeigt, dass Chloroplasten-Thylakoid-Membranen eine dynamische Lipid-Doppelschicht-Matrix enthalten, wie durch Magnetresonanz- und Elektronenmikroskopstudien gezeigt wurde.

Selbstorganisation von Phospholipiden : ein kugelförmiges Liposom , eine Mizelle und eine Lipiddoppelschicht .

Eine biologische Membran ist eine Form einer Lipiddoppelschicht in der lamellaren Phase . Die Bildung von Lipiddoppelschichten ist ein energetisch bevorzugter Prozess, wenn die oben beschriebenen Glycerophospholipide in einer wässrigen Umgebung vorliegen . Dies wird als hydrophober Effekt bezeichnet. In einem wässrigen System richten sich die polaren Köpfe der Lipide zur polaren, wässrigen Umgebung aus, während die hydrophoben Schwänze ihren Kontakt mit Wasser minimieren und dazu neigen, sich zusammenzuballen und ein Vesikel zu bilden ; in Abhängigkeit von der Konzentration des Lipids, kann diese biophysikalische Wechselwirkung bei der Bildung führt Mizellen , Liposome oder Lipid - Doppelschichten . Andere Aggregationen werden ebenfalls beobachtet und sind Teil des Polymorphismus des amphiphilen (Lipid-) Verhaltens. Phasenverhalten ist ein Studiengebiet der Biophysik und Gegenstand aktueller wissenschaftlicher Forschung. Micellen und Doppelschichten bilden sich im polaren Medium nach einem als hydrophober Effekt bekannten Prozess . Beim Auflösen einer lipophilen oder amphiphilen Substanz in einer polaren Umgebung werden die polaren Moleküle (dh Wasser in einer wässrigen Lösung) um die gelöste lipophile Substanz herum stärker geordnet, da die polaren Moleküle keine Wasserstoffbrückenbindungen zu den lipophilen Bereichen des Amphiphils bilden können . In einer wässrigen Umgebung bilden die Wassermoleküle also einen geordneten „ Clathrat “-Käfig um das gelöste lipophile Molekül.

Die Bildung von Lipiden in Protozellmembranen stellt einen Schlüsselschritt in Modellen der Abiogenese , dem Ursprung des Lebens, dar.

Energiespeicher

Triglyceride, die im Fettgewebe gespeichert werden, sind eine wichtige Form der Energiespeicherung sowohl bei Tieren als auch bei Pflanzen. Sie sind eine wichtige Energiequelle, da Kohlenhydrate vollständig reduzierte Strukturen sind. Im Vergleich zu Glykogen, das nur die Hälfte der Energie pro reiner Masse liefern würde, sind Triglycerid-Kohlenstoff im Gegensatz zu Kohlenhydraten alle an Wasserstoffe gebunden. Die Adipozyten oder Fettzellen sind für die kontinuierliche Synthese und den Abbau von Triglyceriden bei Tieren bestimmt, wobei der Abbau hauptsächlich durch die Aktivierung des hormonsensitiven Enzyms Lipase gesteuert wird . Die vollständige Oxidation von Fettsäuren liefert einen hohen Kaloriengehalt, etwa 38 kJ/g (9  kcal/g ), verglichen mit 17 kJ/g (4 kcal/g) für den Abbau von Kohlenhydraten und Proteinen . Zugvögel, die lange Strecken fliegen müssen, ohne zu essen, verwenden gespeicherte Energie von Triglyceriden, um ihre Flüge zu tanken.

Signalisierung

Es gibt Beweise dafür, dass die Lipid-Signalübertragung ein wichtiger Teil der Zell-Signalübertragung ist . Die Lipidsignalisierung kann über die Aktivierung von G-Protein-gekoppelten oder nuklearen Rezeptoren erfolgen , und Mitglieder mehrerer verschiedener Lipidkategorien wurden als Signalmoleküle und zelluläre Botenstoffe identifiziert . Dazu gehören Sphingosin-1-phosphat , ein von Ceramid abgeleitetes Sphingolipid, das ein potenter Botenstoff ist, der an der Regulierung der Calciummobilisierung, des Zellwachstums und der Apoptose beteiligt ist; Diacylglycerol (DAG) und die Phosphatidylinositolphosphate (PIPs), die an der Calcium-vermittelten Aktivierung von Proteinkinase C beteiligt sind ; die Prostaglandine , die eine Art von aus Fettsäuren abgeleiteten Eicosanoiden sind, die an Entzündungen und Immunität beteiligt sind ; die Steroidhormone wie Östrogen , Testosteron und Cortisol , die eine Vielzahl von Funktionen wie Fortpflanzung, Stoffwechsel und Blutdruck modulieren; und die Oxysterole wie 25-Hydroxycholesterin, die Leber-X-Rezeptor- Agonisten sind . Es ist bekannt, dass Phosphatidylserinlipide an der Signalübertragung für die Phagozytose von apoptotischen Zellen oder Zellstücken beteiligt sind. Sie erreichen dies, indem sie nach der Inaktivierung von Flippasen, die sie ausschließlich auf der zytosolischen Seite platzieren, und der Aktivierung von Scramblasen, die die Orientierung der Phospholipide durcheinanderbringen, der extrazellulären Seite der Zellmembran ausgesetzt werden . Danach erkennen andere Zellen die Phosphatidylserine und phagozytieren die Zellen oder Zellfragmente, wodurch sie freigelegt werden.

Andere Funktionen

Die „fettlöslichen“ Vitamine ( A , D , E und K ) – Lipide auf Isoprenbasis – sind essentielle Nährstoffe, die in Leber und Fettgewebe gespeichert werden und vielfältige Funktionen haben. Acyl-Carnitine sind am Transport und Metabolismus von Fettsäuren in und aus den Mitochondrien beteiligt, wo sie einer Beta-Oxidation unterliegen . Auch Polyprenole und ihre phosphorylierten Derivate spielen eine wichtige Transportrolle, in diesem Fall der Transport von Oligosacchariden durch Membranen. Polyprenolphosphatzucker und Polyprenoldiphosphatzucker wirken bei extrazytoplasmatischen Glykosylierungsreaktionen, bei der extrazellulären Polysaccharidbiosynthese (z. B. Peptidoglykanpolymerisation in Bakterien) und bei der eukaryontischen Protein-N- Glykosylierung . Cardiolipine sind eine Unterklasse der Glycerophospholipide mit vier Acylketten und drei Glyceringruppen, die besonders häufig in der inneren Mitochondrienmembran vorkommen. Sie sollen Enzyme aktivieren, die an der oxidativen Phosphorylierung beteiligt sind . Lipide bilden auch die Basis von Steroidhormonen.

Stoffwechsel

Die wichtigsten Nahrungslipide für Menschen und andere Tiere sind tierische und pflanzliche Triglyceride, Sterine und Membranphospholipide. Der Prozess des Fettstoffwechsels synthetisiert und baut die Lipidspeicher ab und produziert die strukturellen und funktionellen Lipide, die für einzelne Gewebe charakteristisch sind.

Biosynthese

Bei Tieren wird bei einem Überangebot an Kohlenhydraten aus der Nahrung das überschüssige Kohlenhydrat in Triglyceride umgewandelt. Dies beinhaltet die Synthese von Fettsäuren aus Acetyl-CoA und die Veresterung von Fettsäuren bei der Herstellung von Triglyceriden, ein Prozess, der als Lipogenese bezeichnet wird . Fettsäuren werden von Fettsäuresynthasen hergestellt , die polymerisieren und dann Acetyl-CoA-Einheiten reduzieren. Die Acylketten in den Fettsäuren , die durch einen Zyklus von Reaktionen verlängert sind , dass die Acetylgruppe hinzuzufügen, zu reduzieren , es zu einem Alkohol, entwässern es zu einer Alken - Gruppe , und es dann wieder zu einer Verringerung Alkangruppe. Die Enzyme des Fettsäure-Biosynthese sind in zwei Gruppen eingeteilt, in Tieren und Pilzen alle diese Fettsäuresynthase Reaktionen werden durch ein einziges multifunktionales Protein durchgeführt, während in pflanzlichen Plastiden und Bakterie Enzyme trennen jeden Schritt in dem Pfad durchzuführen. Die Fettsäuren können anschließend in Triglyceride umgewandelt werden, die in Lipoproteine verpackt und von der Leber sezerniert werden.

Die Synthese ungesättigter Fettsäuren beinhaltet eine Entsättigungsreaktion , bei der eine Doppelbindung in die Fettsäurekette eingeführt wird. Beispielsweise bei Menschen, die Desaturierung von Stearinsäure durch Desaturase-1 Stearoyl-CoA produziert Ölsäure . Die zweifach ungesättigte Fettsäure Linolsäure sowie die dreifach ungesättigte α-Linolensäure können in Säugetiergeweben nicht synthetisiert werden und sind daher essentielle Fettsäuren und müssen über die Nahrung aufgenommen werden.

Die Triglyceridsynthese erfolgt im endoplasmatischen Retikulum durch Stoffwechselwege, bei denen Acylgruppen in Fettacyl-CoAs auf die Hydroxylgruppen von Glycerin-3-phosphat und Diacylglycerin übertragen werden.

Terpene und Isoprenoide , einschließlich der Carotinoide , werden durch den Zusammenbau und die Modifikation von Isopreneinheiten hergestellt , die aus den reaktiven Vorstufen Isopentenylpyrophosphat und Dimethylallylpyrophosphat gespendet wurden . Diese Vorläufer können auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Bei Tieren und Archaeen produziert der Mevalonat-Weg diese Verbindungen aus Acetyl-CoA, während bei Pflanzen und Bakterien der Nicht-Mevalonat-Weg Pyruvat und Glyceraldehyd-3-phosphat als Substrate verwendet. Eine wichtige Reaktion, die diese aktivierten Isoprendonoren verwendet, ist die Steroidbiosynthese . Hier werden die Isopren-Einheiten zu Squalen zusammengefügt und dann gefaltet und zu einer Reihe von Ringen geformt, um Lanosterol herzustellen . Lanosterol kann dann in andere Steroide wie Cholesterin und Ergosterol umgewandelt werden .

Degradierung

Beta-Oxidation ist der Stoffwechselprozess, bei dem Fettsäuren in den Mitochondrien oder in Peroxisomen abgebaut werden , um Acetyl-CoA zu erzeugen . Zum größten Teil werden Fettsäuren durch einen Mechanismus oxidiert, der einer Umkehrung des Prozesses der Fettsäuresynthese ähnlich, aber nicht identisch ist. Das heißt, Zwei-Kohlenstoff-Fragmente werden nach den Schritten der Dehydrierung , Hydratation und Oxidation nacheinander vom Carboxylende der Säure entfernt , um eine Beta-Ketosäure zu bilden , die durch Thiolyse gespalten wird . Das Acetyl-CoA wird dann schließlich über den Zitronensäurezyklus und die Elektronentransportkette in ATP , CO 2 und H 2 O umgewandelt . Daher kann der Zitronensäurezyklus bei Acetyl-CoA beginnen, wenn Fett zur Energiegewinnung abgebaut wird, wenn wenig oder keine Glukose verfügbar ist. Die Energieausbeute der vollständigen Oxidation des Fettsäurepalmitats beträgt 106 ATP. Ungesättigte und ungeradkettige Fettsäuren erfordern zusätzliche enzymatische Schritte zum Abbau.

Ernährung und Gesundheit

Das meiste Fett in Lebensmitteln liegt in Form von Triglyceriden, Cholesterin und Phospholipiden vor. Etwas Nahrungsfett ist notwendig, um die Aufnahme von fettlöslichen Vitaminen ( A , D , E und K ) und Carotinoiden zu erleichtern . Menschen und andere Säugetiere haben einen Bedarf an bestimmten essentiellen Fettsäuren wie Linolsäure (eine Omega-6-Fettsäure ) und Alpha-Linolensäure (eine Omega-3-Fettsäure), da sie nicht aus einfachen Vorstufen in der Nahrung synthetisiert werden können . Beide Fettsäuren sind mehrfach ungesättigte Fettsäuren mit 18 Kohlenstoffatomen , die sich in der Anzahl und Position der Doppelbindungen unterscheiden. Die meisten Pflanzenöle sind reich an Linolsäure ( Distel- , Sonnenblumen- und Maisöl ). Alpha-Linolensäure kommt in den grünen Blättern von Pflanzen und in einigen Samen, Nüssen und Hülsenfrüchten (insbesondere Flachs , Raps , Walnuss und Soja ) vor. Fischöle sind besonders reich an den längerkettigen Omega-3-Fettsäuren Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA). Viele Studien haben positive gesundheitliche Vorteile im Zusammenhang mit dem Verzehr von Omega-3-Fettsäuren auf die Entwicklung von Säuglingen, Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und verschiedene psychische Erkrankungen (wie Depressionen, Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung und Demenz) gezeigt.

Im Gegensatz dazu ist inzwischen allgemein bekannt, dass der Verzehr von Transfettsäuren , wie sie in teilweise gehärteten Pflanzenölen enthalten sind, ein Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind . Fette, die gut für den Menschen sind, können durch falsche Kochmethoden in Transfette umgewandelt werden, die zu einem Überkochen der Lipide führen.

Einige Studien haben gezeigt, dass die gesamte Nahrungsfettaufnahme mit einem erhöhten Risiko für Fettleibigkeit und Diabetes verbunden ist, jedoch eine Reihe sehr großer Studien, darunter die Women's Health Initiative Dietary Modification Trial, eine achtjährige Studie mit 49.000 Frauen, die Nurses ' Health Study und die Follow-up-Studie für Gesundheitsberufe ergaben keine derartigen Verbindungen. Keine dieser Studien deutete auf einen Zusammenhang zwischen dem Prozentsatz der Kalorien aus Fett und dem Risiko für Krebs, Herzerkrankungen oder Gewichtszunahme hin. The Nutrition Source, eine Website der Ernährungsabteilung der TH Chan School of Public Health der Harvard University , fasst die aktuellen Erkenntnisse über die Wirkung von Nahrungsfett zusammen: Die Menge an Fett in der Ernährung hängt nicht wirklich mit Gewicht oder Krankheit zusammen."

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

Externe Links

Einleitend

Nomenklatur

Datenbanken

  • LIPID MAPS – Umfassende Lipid- und Lipid-assoziierte Gen-/Proteindatenbanken.
  • LipidBank – Japanische Datenbank für Lipide und verwandte Eigenschaften, Spektraldaten und Referenzen.

Allgemein

  • ApolloLipids – Bietet Informationen zur Prävention und Behandlung von Dyslipidämie und Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie Fortbildungsprogramme für medizinische Zwecke
  • National Lipid Association – Professionelle medizinische Ausbildungsorganisation für Angehörige der Gesundheitsberufe, die Morbidität und Mortalität aufgrund von Dyslipidämien und anderen cholesterinbedingten Erkrankungen verhindern möchten.