LIPIDE: EIGENSCHAFTEN, BEISPIELE, FUNKTIONEN, KLASSIFIKATION - BIOLOGIE - 2025

Die Lipide sind eine Gruppe heterogener Makromoleküle, einschließlich Fette, Öle, Sterole, Wachse usw., die die Eigenschaft teilen, teilweise wasserunlöslich (hydrophob) und in unpolaren Lösungsmitteln wie z unter anderem Ether, Benzol, Aceton, Chloroform.

Früher wurden alle in Wasser unlöslichen und in organischen Lösungsmitteln löslichen Verbindungen als Lipide angesehen. Heutzutage haben jedoch viele andere Verbindungen, die keine Lipide sind, diese Eigenschaften, einige davon sind Terpene, bestimmte Vitamine und Carotinoide.

Lipide sind die grundlegenden Bestandteile von Zellmembranen und damit auch der Plasmamembran (Quelle: Jpablo cad / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0), via Wikimedia Commons)

Das Wort "Lipid" leitet sich vom griechischen Wort "Lipos" ab, was Fett bedeutet. Einige Autoren betrachten als Lipide nur jene Moleküle, die Produkte oder Derivate von Fettsäuren sind, einschließlich hauptsächlich aller Verbindungen, die als Öle und Fette klassifiziert sind.

Lipidverbindungen sind in allen Lebewesen auf der Erde vorhanden, sogar einige Viren haben diese Moleküle in ihrem Kapsid.

Es wird angenommen, dass Lipide Teil der ersten Kohlenstoffverbindungen waren, die während des Ursprungs des Lebens gebildet wurden und grundlegende Moleküle für die "Komplexisierung" des Lebens sind.

Gegenwärtig ist innerhalb der Gruppe der Lipide eine Vielzahl verschiedener Verbindungen mit jeweils unterschiedlichen Funktionen und Eigenschaften bekannt.

Diese werden in Abhängigkeit von der Substituentengruppe, aus der sich das Skelett (und das Skelett selbst) zusammensetzt, und auch von ihren Funktionen (Struktur, Speicherung, Signalisierung, Schutz usw.) klassifiziert.

Allgemeine Eigenschaften von Lipiden

Kette von Kohlenstoffatomen, die an Wasserstoffatome gebunden sind

Die meisten Lipide haben als zentrale Struktur eine Kette von Kohlenstoffatomen, die an Wasserstoffatome gebunden sind, was als "Fettsäure" bekannt ist.

Wenn alle Kohlenstoffatome einer Fettsäure mit Wasserstoffatomen gesättigt sind, spricht man von einer "gesättigten Fettsäure".

Wenn im Gegensatz dazu zwei oder mehr Kohlenstoffatome in derselben Kette durch eine Doppel- oder Dreifachbindung miteinander verbunden sind, wird die Fettsäure als "ungesättigt" bezeichnet, da sie durch Dehydrierung 2 oder mehr Kohlenstoffatome verloren hat. Wasserstoff.

Hoher Schmelzpunkt

Lipide haben ein hohes Molekulargewicht, das ihnen einen hohen Schmelzpunkt verleiht

Der Schmelzpunkt von Lipiden ist bei Lipiden, die mehr Kohlenstoffatome enthalten, höher. Dieser Schmelzpunkt nimmt jedoch ab, wenn die Lipide Fettsäuren mit ungesättigten Kohlenwasserstoffketten aufweisen.

Sie sind amphipathische Moleküle

Alle Lipide haben einen polaren oder hydrophilen Anteil und einen anderen unpolaren oder hydrophoben Anteil, dargestellt durch die aliphatischen Ketten der Fettsäuren, aus denen sie bestehen.

Die meisten Lipidmoleküle verbinden sich durch Wasserstoffbrücken und Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen ihren Kohlenwasserstoffketten.

Sie haben eine gute Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung

Die zwischen den Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen gebildeten Bindungen verleihen den Lipiden eine gewisse physikalische Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung. Da Lipidassoziationen in Wasser teilweise unlöslich sind, ist es außerdem schwierig, sie in wässrigen Medien aufzulösen.

Funktionen von Lipiden

Lipide haben eine große Vielfalt an biologischen Funktionen, so unterschiedlich wie die große Anzahl chemischer Strukturen in dieser Gruppe.

Energetisch

Bei den meisten Wirbeltieren und vielen wirbellosen Tieren sind Lipide die Hauptformen der Energiespeicherung und des Fettsäuretransports innerhalb der Zellen.

Bei Wirbeltieren werden mit der Nahrung aufgenommene Lipide in Form von Fettsäuren im Fettgewebe gespeichert und dienen dort als wärmeisolierende Substanz für Organe und Unterhautgewebe.

Fettsäuren sind spezialisierte Lipide zur Speicherung von Energie in lebenden Organismen, da durch ihre Oxidation große Mengen an Energie in Form von ATP freigesetzt werden. Dies geschieht durch einen Prozess namens "β-Oxidation von Fettsäuren", der von fast allen Zellen lebender Organismen durchgeführt wird.

Strukturell

Phospholipide und Sterole sind wesentliche Bestandteile der biologischen Membranen von Zellen und ihren Organellen (in eukaryotischen Zellen).

Viele kleine Lipidmoleküle auf der Oberfläche von Membranen dienen als Pigmente zur Absorption von Licht, während andere als Anker für einige Membranproteine ​​dienen, die sich an der Oberfläche festsetzen.

Enzymatisch

Viele Lipide sind Cofaktoren bei der enzymatischen Katalyse oder wirken als elektronische Transporter bei elektrochemischen Gradienten.

Andere sind an der schnellen Ausbreitung von Depolarisationswellen im gesamten Körper von Tieren beteiligt, was natürlich mit spezialisierten Nervenzellen zusammenhängt.

Klassifizierung von Lipiden

Lipide können in vier große Gruppen eingeteilt werden: Fette und Öle, Phospholipide, Wachse, Sterole sowie Terpene und Eicosanoide.

Fette und Öle

Diese Gruppe umfasst Fettsäuren, die üblicherweise die häufigsten Strukturelemente für die Bildung komplexerer Lipide wie beispielsweise Phospholipide und Wachse sind.

Fette sind im Allgemeinen Verbindungen, die aus Fettsäuren bestehen, die an jedem seiner 3 Kohlenstoffatome über Esterbindungen an ein Glycerinmolekül gebunden sind, weshalb sie allgemein als Triglyceride bekannt sind.

Phospholipide

Phospholipide sind die Hauptkomponenten von Zellmembranen. Sie sind Lipide, die aus einem Glycerin- oder Sphingosinrückgrat bestehen, an das zwei Fettsäuremoleküle verestert sind, und einer Phosphatgruppe, die in der Lage ist, auf verschiedene alkoholische Moleküle zu reagieren und an diese zu binden.

Entsprechend dem Gerüst, auf dem die Phospholipide "aufgebaut" sind, können sie Glycerophospholipide oder Phosphoesphingolipide sein.

Glycerolipide oder Phospholipide (Quelle: Yo / Public Domain, über Wikimedia Commons)

Es gibt eine andere Gruppe von Lipiden, die der von Phospholipiden ähnlich ist und als Gruppe von e- Sphingolipiden bekannt ist. Dies sind Lipide, die auf einem Sphingosin-Grundgerüst aufgebaut sind, an das zwei Fettsäuren und ein Kohlenhydrat oder eine andere polare Verbindung durch Amidbindungen gebunden sind.

Wachse

Cetylpalmitat, ein typischer Wachsester

Wachse sind Lipide, die auf langkettigen Alkoholen aufgebaut sind, die zu langkettigen Fettsäuren verestert sind.

Sie beschichten die Oberfläche von Pflanzen- und Tierkörperstrukturen und liegen im Allgemeinen in fester Form vor, weshalb sie in Wasser oder wässrigen Lösungen vollständig unlöslich sein sollen.

Sterole

Allgemeine Struktur von Sterolen und ihren Derivaten. Quelle: Impfstoff

Sie sind große Lipide, die aus 4 cyclischen Kohlenwasserstoffeinheiten und nicht aus geradkettigen Fettsäuren bestehen. Einige haben eine funktionelle Gruppe -OH, so dass sie unter die Klassifizierung von Alkoholen fallen. Cholesterin und seine Derivate sind von großer Bedeutung.

Terpene und Eicosanoide

Chemische Struktur von Myrcen, einem Monoterpen (Quelle: Jan Herold, Leyo / Public Domain, über Wikimedia Commons

Zwei andere Arten von Lipiden sind Terpene und Eicosanoide. Terpene bestehen im Gegensatz zu den üblicheren Lipiden nicht aus Fettsäuren, sondern aus sich wiederholenden Einheiten von 5 Kohlenstoffatomen, die als "Isopreneinheiten" bekannt sind.

Seine Einstufung in die Gruppe der Lipide hat viel mit seinem hydrophoben Charakter und seiner Unlöslichkeit in Wasser oder polaren Lösungsmitteln zu tun.

Eicosanoide hingegen sind Lipide, die aus dem Metabolismus einiger Fettsäuren resultieren und die Vorläufer wichtiger Hormone für den Menschen und andere Säugetiere wie Prostaglandine sind.

Beispiele für Lipide

Wie bereits erwähnt, gibt es in der Natur eine große Vielfalt von Verbindungen mit Lipideigenschaften, so dass im Folgenden nur einige der wichtigsten Beispiele genannt werden.

Palmitinsäure

Es ist eine langkettige gesättigte Fettsäure (16 Kohlenstoffatome). Es ist die Hauptreservesubstanz von Wirbeltieren und wird endogen durch Lipogenese produziert.

Diese Fettsäure dient als Basismolekül für die Synthese anderer Verbindungen. Darüber hinaus erzeugt die Oxidation von nur 1 Mol dieser Verbindung etwa 2,59 Mol ATP, was eine große Energieversorgung für Wirbeltiere darstellt, insbesondere im Gegensatz zur Oxidation von Kohlenhydraten und Proteinen.

Cholesterin

Chemische Struktur von Cholesterin (Quelle: Guillem d'Occam. Modifiziert von Alejandro Porto. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) über Wikimedia Commons)

Es ist ein Lipid, das zur Gruppe der Sterole gehört und in der Zellmembran fast aller Zellen vorkommt. Das Vorhandensein dieser Moleküle in der Plasmamembran ist wichtig, um ihre Steifheit, Krümmung und Flexibilität zu regulieren.

Es hat ein zentrales Gerüst mit 27 Kohlenstoffatomen. Es ist jedoch ein Molekül, das aus aromatischen Ringen besteht, was ihm im Vergleich zu anderen Lipiden eine viel größere Härte, Beständigkeit und Steifheit verleiht. Dieses Lipid ist der Vorläufer vieler tierischer Hormone.

Beim Menschen ist Cholesterin für die Synthese von Testosteron und anderen hochrelevanten Sexualhormonen essentiell.

Phosphatidylcholin

Es gehört zur Gruppe der Phospholipide und ist in der Plasmamembran praktisch aller Zellen vorhanden. Es hat üblicherweise eine Palmitinsäurekette und wird hauptsächlich in der Leber von Wirbeltieren synthetisiert.

Diese Verbindung ist essentiell für die Synthese von Cholesterin und für die typische Flexibilität von Zellen. Viele Proteine, die an die Zellmembran binden, haften spezifisch am Polarkopf dieses Lipids.

Sphingomyelin

Struktur von Sphingomyelin (Quelle: Jag123 in der englischen Wikipedia, über Wikimedia Commons)

Es kommt in der Zellmembran aller Organismen vor und viele Studien haben sich auf seine Funktion und Struktur konzentriert, da es auch Teil der Myelinscheide ist, die die Axone von Neuronen bei Tieren bedeckt.

Sphingomyelin gehört zur Gruppe der Sphingolipide und ist beim Menschen das am häufigsten vorkommende Sphingolipid im ganzen Körper. Es zeichnet sich durch sein Sphingosin-Grundgerüst aus, das durch eine Amidbindung an eine polare Gruppe, üblicherweise Phosphatidylethanolamin, gebunden ist.

Steroide

Grundstruktur eines Steroids (Quelle: Hati bei deutscher Wikipedia / Public Domain, via Wikimedia Commons)

Ein weiteres Beispiel für Lipide sind Steroide. Natürliche Steroide sind im Körper vorhanden und können Cholesterin, den häufigsten Typ, Östrogen, Testosteron, Gallensalze in der Darmgalle und Cortisol, eine vom Körper ausgeschiedene Chemikalie, umfassen.

Östrogen

Das sogenannte weibliche Hormon ist ein Lipid; Es wird hauptsächlich von den Eierstöcken produziert und ist für die Aufrechterhaltung der sekundären Geschlechtsmerkmale der Frau verantwortlich.

Testosteron

Das sogenannte männliche Hormon ist ein Lipid; Es wird hauptsächlich von den Hoden produziert und ist für die Aufrechterhaltung der sekundären Geschlechtsmerkmale des Mannes verantwortlich.

Vitamine

Wasserlösliche Vitamine sind Lipide; Die meisten von ihnen werden in der Leber oder in anderen Organen des Körpers gespeichert. Beispielsweise:

• Vitamin A, das für die Immunfunktion, das Sehen und die Fortpflanzung wichtig ist. Es kann in farbigem Obst und Gemüse, Vollmilch und Leber gefunden werden.
• Vitamin D zur Verbesserung der Aufnahme von Kalzium, Zink, Phosphat, Eisen und Magnesium im Darm. Es kann aus bestimmten Lebensmitteln und unter Sonneneinstrahlung gewonnen werden.
• Vitamin E schützt das Herz und hilft dem Körper, sich vor freien Radikalen zu schützen. Daher hilft es, die Zellen gesund zu halten. Es kann in pflanzlichen Ölen, Samen und Nüssen gefunden werden.
• Vitamin K ermöglicht die Blutgerinnung und kann die Knochenstärke bei älteren Menschen unterstützen. Es kann in Spinat, Grünkohl, Salat, Petersilie, Rosenkohl, Brokkoli, Kohl, Leber, Fleisch, Eiern, Müsli und Fisch gefunden werden.

Bedeutung für Lebewesen

Lipide sind Teil der lebenswichtigen Biomoleküle, denn ohne deren Entwicklung hätte sich das Leben, wie wir es kennen, nicht entwickelt, da die Existenz von Lipidmembranen nur dank dieser Substanzen möglich ist.

Wie bereits erwähnt, sind Lipide an fast allen bekannten physiologischen Prozessen beteiligt, vom Schutz einer Zelle vor Virusinfektionen bis zur Energieerzeugung und -speicherung.

Sie wirken auch als Isolatoren, so dass elektrische Reize effektiv zwischen Nervenzellen übertragen werden und die Ansammlung von Lipiden im Körper einiger Tiere für die Energiespeicherung und den Schutz vor niedrigen Temperaturen oder mechanischer Belastung wichtig ist.

Verweise

1. Brady, S. (2011). Grundlegende Neurochemie: Prinzipien der molekularen, zellulären und medizinischen Neurobiologie. Akademische Presse.
2. Ha, CE & Bhagavan, NV (2011). Grundlagen der medizinischen Biochemie: mit klinischen Fällen. Akademische Presse.
3. Litwack, G. (2017). Humanbiochemie. Akademische Presse.
4. Nelson, D. & Cox, M. Lehninger (2000). Prinzipien der Biochemie, 3.
5. Sargent, JR., Tocher, DR. & Bell, JG (2003). Die Lipide. In der Fischernährung (S. 181-257). Akademische Presse.