Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Lipiidide struktuur
- Näited lipiididest
- Lipiidide funktsioonid
- Lipiidid ja tervis
- Pidev lipiidide uurimine
Lipiidid sisaldavad ühendite rühma nagu rasvad, õlid, steroidid ja vahad, mida leidub elusorganismides. Nii prokarüootidel kui ka eukarüootidel on lipiidid, millel on bioloogiliselt palju olulisi rolle, näiteks membraani moodustumine, kaitse, isolatsioon, energia salvestamine, rakkude jagunemine ja palju muud. Meditsiinis viitavad lipiidid vererasvadele.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Lipiidid tähistavad elusorganismides leiduvaid rasvu, õlisid, steroide ja vahasid. Lipiidid täidavad liikidel erinevaid funktsioone energia salvestamiseks, kaitsmiseks, isoleerimiseks, rakkude jagunemiseks ja muudeks olulisteks bioloogilisteks rollideks.
Lipiidide struktuur
Lipiidid on valmistatud triglütseriidist, mis on valmistatud alkoholglütseroolist, pluss rasvhapped. Selle põhistruktuuri lisandid annavad lipiidides suurt mitmekesisust. Siiani on avastatud üle 10 000 tüüpi lipiidide ja paljud töötavad raku metabolismi ja materjalide transpordiks tohutu mitmekesisusega valkudega. Lipiidid on märkimisväärselt väiksemad kui valgud.
Näited lipiididest
Rasvhapped on ühte tüüpi lipiidid ja on ehitusplokkideks ka teistele lipiididele. Rasvhapped sisaldavad karboksüül (-COOH) rühmi, mis on seotud süsinikuahelaga seotud vesinikega. See ahel on vees lahustumatu. Rasvhapped võivad olla küllastunud või küllastumata. Küllastunud rasvhapetel on üksikud süsiniksidemed, küllastumata rasvhapetel aga kaksiksüsiniku sidemed. Kui küllastunud rasvhapped kombineeruvad triglütseriididega, on tulemuseks toatemperatuuril tahked rasvad. Selle põhjuseks on asjaolu, et nende struktuur paneb nad tihedalt kokku pakkima. Seevastu küllastumata rasvhapped koos triglütseriididega annavad vedelaid õlisid. Küllastumata rasvade kokkukleepunud struktuur annab toatemperatuuril lõdvema ja vedelama aine.
Fosfolipiidid on valmistatud triglütseriidist koos fosfaatrühmaga, mis on asendatud rasvhappega. Neid võib kirjeldada laetud pea ja süsivesiniku sabaga. Nende pead on hüdrofiilsed või vett armastavad, samas kui nende sabad on hüdrofoobsed või vett tõrjuvad.
Veel üks lipiidide näide on kolesterool. Kolesteroolid jagunevad viieks või kuueks süsinikuaatomiks koosnevateks jäikadeks tsüklistruktuurideks, milles on vesinikud ja painduv süsivesiniku saba. Esimene ring sisaldab hüdroksüülrühma, mis ulatub loomade rakumembraanide veekeskkonda. Ülejäänud molekul on vees siiski lahustumatu.
Polüküllastumata rasvhapped (PUFA) on lipiidid, mis aitavad kaasa membraani voolavusele. PUFA-d osalevad närvipõletiku ja energeetilise ainevahetusega seotud raku signalisatsioonis. Need võivad oomega-3-rasvhapetena pakkuda neuroprotektiivset toimet ja selles koostises on need põletikuvastased. Oomega-6 rasvhapete puhul võivad PUFA-d põhjustada põletikku.
Steroolid on taimemembraanides leiduvad lipiidid. Glükolipiidid on süsivesikutega seotud lipiidid ja on osa rakulistest lipiidide kogumitest.
Lipiidide funktsioonid
Lipiidid mängivad organismides mitut rolli. Lipiidid moodustavad kaitsetõkked. Need hõlmavad rakumembraane ja osa taimede rakuseinte struktuurist. Lipiidid tagavad taimedele ja loomadele energia salvestamise. Üsna sageli toimivad lipiidid valkude kõrval. Lipiidide funktsioone võivad mõjutada muutused nii nende polaarses peagrupis kui ka nende külgahelates.
Fosfolipiidid moodustavad aluse lipiidide kaksikkihtidele, millel on oma amfipaatne olemus ja mis moodustavad rakumembraane. Väline kiht interakteerub veega, samas kui välimine kiht eksisteerib elastse õlise ainena. Rakumembraanide vedel olemus aitab nende funktsiooni täita. Lipiidid ei moodusta mitte ainult plasmamembraane, vaid ka raku sektsioone, nagu tuumaümbris, endoplasmaatiline retikulum (ER), Golgi aparaat ja vesiikulid.
Lipiidid osalevad ka rakkude jagunemises. Jagavad rakud reguleerivad lipiidide sisaldust sõltuvalt rakutsüklist. Rakutsükli aktiivsuses osaleb vähemalt 11 lipiidi. Sfingolipiidid mängivad interfaasi ajal rolli tsütokineesis. Kuna rakkude jagunemine põhjustab plasmamembraani pinget, näivad lipiidid abistavat jagunemise mehaanilisi aspekte, näiteks membraani jäikust.
Lipiidid pakuvad spetsiaalsete kudede, näiteks närvide, kaitsetõkkeid. Närve ümbritsev kaitsev müeliinkest sisaldab lipiide.
Lipiidid annavad tarbimisest kõige rohkem energiat, kuna valkude ja süsivesikute energiakogus on üle kahe korra suurem. Keha lagundab seedimisel rasvu, osa koheseks energiavajaduseks ja teised säilitamiseks. Keha kasutab treenimiseks lipiidide salvestusruumi, kasutades lipaase, et neid lipiide lagundada ja lõpuks toita rakkudesse rohkem adenosiintrifosfaati (ATP).
Taimedes tagavad seemneõlid nagu triatsüülglütseroolid (TAG-id) toidu säilitamise seemnete idanemiseks ja kasvatamiseks nii paljulõigetes kui ka võimelistel. Neid õlisid hoitakse õlikestes (OB-des) ja kaitstakse fosfolipiidide ja valkudega, mida nimetatakse oleosiinideks. Kõiki neid aineid toodab endoplasmaatiline retikulum (ER). Õli keha pungad ER-ist.
Lipiidid annavad taimedele metaboolsete protsesside ja rakkudevaheliste signaalide jaoks vajaliku energia. Floem, mis on taimede üks peamisi transpordiosasid (koos ksüleemiga), sisaldab lipiide nagu kolesterool, sitosterool, kamposterool, stigmasterool ja mitmeid erinevaid lipofiilseid hormoone ja molekule. Erinevad lipiidid võivad taime kahjustamisel signaalimisel rolli mängida. Taimedes sisalduvad fosfolipiidid toimivad ka vastusena taimedele avaldatavale keskkonna stressi tekitajale ning reageerides patogeeninfektsioonidele.
Loomadel toimivad lipiidid ka keskkonna isolatsioonina ja elutähtsate elundite kaitsena. Lipiidid pakuvad ka ujuvust ja veekindlust.
Sfingoidipõhised lipiidid, mida nimetatakse keramiidideks, täidavad naha tervise jaoks olulisi funktsioone. Need aitavad moodustada epidermise, mis on välimine nahakiht, mis kaitseb keskkonna eest ja hoiab ära veekao. Keramiidid toimivad sfingolipiidide metabolismi eellastena; aktiivne lipiidide metabolism toimub naha sees. Sfingolipiidid moodustavad nahas leiduvad struktuursed ja signaal-lipiidid. Keramiididest valmistatud sfingomüeliinid on levinud närvisüsteemis ja aitavad motoneuronitel ellu jääda.
Lipiidid mängivad rolli ka raku signalisatsioonis. Kesk- ja perifeerses närvisüsteemis kontrollivad lipiidid membraanide voolavust ja abistavad elektriliste signaalide edastamist. Lipiidid aitavad sünapsit stabiliseerida.
Lipiidid on olulised kasvu, tervisliku immuunsussüsteemi ja paljunemise jaoks. Lipiidid võimaldavad kehal säilitada vitamiine maksas nagu rasvlahustuvad vitamiinid A, D, E ja K. Kolesterool on hormoonide nagu östrogeeni ja testosterooni eelkäija. See teeb ka sapphappeid, mis lahustavad rasva. Maks ja sooled moodustavad umbes 80 protsenti kolesteroolist, ülejäänud osa saadakse toidust.
Lipiidid ja tervis
Üldiselt on loomsed rasvad küllastunud ja seetõttu tahked, samas kui taimeõlid kipuvad olema küllastumata ja seetõttu vedelad. Loomad ei saa toota küllastumata rasvu, seetõttu tuleb neid rasvu tarbida sellistelt tootjatelt nagu taimed ja vetikad. Loomad, kes söövad neid tavatarbijaid (näiteks külma veega kalu), saavad neist kasulikke rasvu. Küllastumata rasvad on tervislikumad rasvad, mida süüa, kuna need vähendavad haiguste riski. Nende rasvade näideteks on õlid, näiteks oliivi- ja päevalilleõlid, samuti seemned, pähklid ja kala. Lehtköögiviljad on ka head küllastumata rasvade allikad. Lehtede rasvhappeid kasutatakse kloroplastides.
Transrasvad on osaliselt hüdrogeenitud plaaniõlid, mis meenutavad küllastunud rasvu. Varem toiduvalmistamisel kasutatud transrasvu peetakse tarbimiseks ebatervislikuks.
Küllastunud rasvu tuleks tarbida vähem kui küllastumata rasvu, kuna küllastunud rasvad võivad suurendada haiguse riski. Küllastunud rasvade näited hõlmavad punast loomaliha ja rasvaseid piimatooteid, samuti kookosõli ja palmiõli.
Kui meditsiinitöötajad nimetavad lipiide vererasvadeks, kirjeldab see rasva laadi, mida sageli arutatakse südame-veresoonkonna tervise, eriti kolesterooli osas. Lipoproteiinid aitavad kolesterooli organismis transportida. Suure tihedusega lipoproteiin (HDL) viitab kolesteroolile, mis on “hea” rasv. See aitab eemaldada maksa kaudu halva kolesterooli. Halva kolesterooli hulka kuuluvad LDL, IDL, VLDL ja teatud triglütseriidid. Halvad rasvad suurendavad südameataki ja insuldiriski, kuna need kogunevad naastuks, mis võib põhjustada ummistunud artereid. Seetõttu on lipiidide tasakaal tervise seisukohalt ülioluline.
Põletikulistele nahahaigustele võib kasu anda teatud lipiidide, näiteks eikosapentaeenhappe (EPA) ja doksaheksaeenhappe (DHA) tarbimine. On näidatud, et EPA muudab naha tseramiidi profiili.
Inimese keha lipiididega on seotud terve rida haigusi. Hüpertriglütserideemia, kõrge triglütseriidide sisaldus veres, võib põhjustada pankreatiiti. Triglütseriidide vähendamiseks töötavad paljud ravimid, näiteks ensüümid, mis lagundavad vererasvu. Tugevat triglütseriidide sisalduse vähenemist on mõnedel inimestel leitud ka meditsiinilise toidulisandi abil kalaõli kaudu.
Hüperkolesteroleemia (kõrge vere kolesteroolisisaldus) võib olla omandatud või geneetiline. Perekondliku hüperkolesteroleemiaga inimestel on erakordselt kõrge kolesteroolisisaldus, mida ei saa ravimeid kontrollida. See suurendab oluliselt infarkti ja insuldi riski, paljud isikud surevad enne 50-aastaseks saamist.
Geneetilisi haigusi, mille tagajärjel suureneb lipiidide kogunemine veresoontes, nimetatakse lipiidide säilitushaigusteks. See liigne rasvavarumine kahjustab aju ja teisi kehaosi. Mõned lipiidide säilitamise haiguste näited hõlmavad Fabry tõbe, Gaucheri tõbe, Niemann-Picki tõbe, Sandhoffi tõbe ja Tay-Sachsi. Kahjuks põhjustavad paljud neist lipiidide säilitamise haigustest noores eas haigusi ja surma.
Lipiidid mängivad rolli ka motoorsete närvihaiguste (MND) korral, kuna neid seisundeid ei iseloomusta mitte ainult motoneuronite degeneratsioon ja surm, vaid ka lipiidide metabolismi probleemid. MND-de korral muutuvad kesknärvisüsteemi struktuurne lipiidid ja see mõjutab nii membraane kui ka raku signalisatsiooni. Näiteks tekib hüpermetabolism amüotroofse lateraalskleroosiga (ALS). Näib, et toitumise (sel juhul ei kulutata piisavalt lipiide kaloreid) ja ALS-i tekke riski vahel on seos. Kõrgemad lipiidid vastavad ALS-iga patsientide parematele tulemustele. Sfingolipiididele suunatud ravimeid peetakse ALS-iga patsientide raviks. Sellega seotud mehhanismide paremaks mõistmiseks ja sobivate ravivõimaluste pakkumiseks on vaja rohkem uuringuid.
Lülisamba lihase atroofia (SMA), geneetilise autosoomse retsessiivse haiguse korral ei kasutata lipiide energia saamiseks õigesti. SMA isenditel on kõrge kalorsusega rasva mass. Seetõttu mängib jällegi lipiidide ainevahetuse düsfunktsioon motoorsete närvihaiguste korral suurt rolli.
On tõendeid oomega-3-rasvhapete kohta, millel on kasulik roll selliste degeneratiivsete haiguste nagu Alzheimeri ja Parkinsoni tõbi korral. ALSi puhul pole see tõestatud ja tegelikult on hiiremudelitel leitud toksilisuse vastupidist mõju.
Pidev lipiidide uurimine
Teadlased jätkavad uute lipiidide avastamist.Praegu ei uurita lipiide valkude tasemel ja seetõttu mõistetakse neid vähem. Suur osa praegusest lipiidide klassifikatsioonist tugines keemikutele ja biofüüsikutele, keskendudes pigem struktuurile kui funktsioonile. Lisaks on lipiidide funktsioonide kiusamine olnud keeruline, kuna neil on kalduvus valkudega ühineda. Samuti on elusate rakkude lipiidide funktsiooni raske välja selgitada. Tuumamagnetresonants (NMR) ja massispektromeetria (MS) võimaldavad lipiidide tuvastamist arvutitarkvara abil. Kuid lipiidide mehhanismidest ja funktsioonidest ülevaate saamiseks on vaja paremat lahutust mikroskoopias. Lipiidiekstraktide rühma analüüsimise asemel on lipiidide valgukompleksidest eraldamiseks vaja spetsiifilisemaid MS-sid. Isotoopide märgistamine aitab parandada visualiseerimist ja seega tuvastamist.
On selge, et lipiidid mängivad lisaks teadaolevatele struktuurilistele ja energeetilistele omadustele ka olulisi motoorseid funktsioone ja signaalimist. Kuna lipiidide tuvastamise ja visualiseerimise tehnoloogia paraneb, on lipiidide funktsiooni kindlakstegemiseks vaja teha rohkem uuringuid. Lõpuks on lootus, et võiksid kujundada markerid, mis ei häiriks ülemäära lipiidide funktsiooni. Suutlikkus manipuleerida lipiidide funktsioneerimisega subtsellulaarsel tasemel võiks pakkuda läbimurret uurimistöös. See võib teaduse revolutsiooniliselt muuta samamoodi nagu valguuuringud. Omakorda võiks valmistada uusi ravimeid, mis potentsiaalselt aitaksid neid, kes kannatavad lipiidide häirete all.