Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Struktur von Lipiden
- Beispiele für Lipide
- Funktionen von Lipiden
- Lipide und Gesundheit
- Laufende Lipidforschung
Lipide umfassen eine Gruppe von Verbindungen wie Fette, Öle, Steroide und Wachse, die in lebenden Organismen vorkommen. Sowohl Prokaryoten als auch Eukaryoten besitzen Lipide, die biologisch viele wichtige Rollen spielen, wie Membranbildung, Schutz, Isolierung, Energiespeicherung, Zellteilung und mehr. In der Medizin beziehen sich Lipide auf Blutfette.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Lipide bezeichnen Fette, Öle, Steroide und Wachse, die in lebenden Organismen vorkommen. Lipide erfüllen verschiedene Funktionen in Bezug auf die Speicherung von Energie, den Schutz, die Isolierung, die Zellteilung und andere wichtige biologische Funktionen.
Struktur von Lipiden
Lipide bestehen aus einem Triglycerid, das aus dem Alkohol Glycerin plus Fettsäuren hergestellt wird. Zusätze zu dieser Grundstruktur ergeben eine große Vielfalt an Lipiden. Bisher wurden über 10.000 Arten von Lipiden entdeckt, und viele arbeiten mit einer großen Vielfalt von Proteinen für den Zellstoffwechsel und den Materialtransport. Lipide sind erheblich kleiner als Proteine.
Beispiele für Lipide
Fettsäuren sind eine Art von Lipiden und dienen auch als Bausteine für andere Lipide. Fettsäuren enthalten Carboxylgruppen (-COOH), die mit gebundenen Wasserstoffatomen an eine Kohlenstoffkette gebunden sind. Diese Kette ist wasserunlöslich. Fettsäuren können gesättigt oder ungesättigt sein. Gesättigte Fettsäuren weisen einfache Kohlenstoffbindungen auf, während ungesättigte Fettsäuren doppelte Kohlenstoffbindungen aufweisen. Wenn sich gesättigte Fettsäuren mit Triglyceriden verbinden, entstehen bei Raumtemperatur feste Fette. Dies liegt daran, dass sie aufgrund ihrer Struktur eng zusammengepackt werden. Im Gegensatz dazu neigen ungesättigte Fettsäuren in Kombination mit Triglyceriden dazu, flüssige Öle zu ergeben. Die geknickte Struktur von ungesättigten Fetten ergibt bei Raumtemperatur eine lockerere, flüssigere Substanz.
Phospholipide bestehen aus einem Triglycerid mit einer Phosphatgruppe, die eine Fettsäure ersetzt. Sie können so beschrieben werden, dass sie einen geladenen Kopf und einen Kohlenwasserstoffschwanz haben. Ihre Köpfe sind hydrophil oder wasserliebend, während ihre Schwänze hydrophob oder wasserabweisend sind.
Ein weiteres Beispiel für ein Lipid ist Cholesterin. Cholesterine ordnen sich zu starren Ringstrukturen mit fünf oder sechs Kohlenstoffatomen an, an die Wasserstoff und ein flexibler Kohlenwasserstoffschwanz gebunden sind. Der erste Ring enthält eine Hydroxylgruppe, die sich in Wasserumgebungen von tierischen Zellmembranen erstreckt. Der Rest des Moleküls ist jedoch wasserunlöslich.
Polyungesättigte Fettsäuren (PUFAs) sind Lipide, die die Membranfluidität unterstützen. PUFAs sind an der Signalübertragung von Zellen im Zusammenhang mit neuronalen Entzündungen und dem Energiestoffwechsel beteiligt. Sie können als Omega-3-Fettsäuren neuroprotektive Wirkungen entfalten und sind in dieser Formulierung entzündungshemmend. Bei Omega-6-Fettsäuren können PUFAs Entzündungen verursachen.
Sterole sind Lipide, die in Pflanzenmembranen vorkommen. Glykolipide sind Lipide, die an Kohlenhydrate gebunden sind und Teil von zellulären Lipidpools sind.
Funktionen von Lipiden
Lipide spielen in Organismen mehrere Rollen. Lipide bilden Schutzbarrieren. Sie umfassen Zellmembranen und einen Teil der Struktur von Zellwänden in Pflanzen. Lipide bieten Pflanzen und Tieren Energiespeicherung. Sehr oft wirken Lipide neben Proteinen. Lipidfunktionen können durch Veränderungen ihrer polaren Kopfgruppen sowie ihrer Seitenketten beeinflusst werden.
Phospholipide bilden mit ihrer amphipatischen Natur die Grundlage für Lipiddoppelschichten, aus denen Zellmembranen bestehen. Die äußere Schicht wechselwirkt mit Wasser, während die innere Schicht als flexible ölige Substanz vorliegt. Die Flüssigkeitsbeschaffenheit von Zellmembranen unterstützt deren Funktion. Lipide bilden nicht nur Plasmamembranen, sondern auch Zellkompartimente wie die Kernhülle, das endoplasmatische Retikulum (ER), den Golgi-Apparat und Vesikel.
Lipide sind auch an der Zellteilung beteiligt. Teilende Zellen regulieren den Lipidgehalt in Abhängigkeit vom Zellzyklus. Mindestens 11 Lipide sind an der Zellzyklusaktivität beteiligt. Sphingolipide spielen eine Rolle bei der Zytokinese während der Interphase. Da die Zellteilung zu einer Plasmamembranspannung führt, scheinen Lipide bei mechanischen Aspekten der Teilung wie der Membransteifigkeit zu helfen.
Lipide bilden Schutzbarrieren für spezielle Gewebe wie Nerven. Die die Nerven umgebende schützende Myelinscheide enthält Lipide.
Lipide liefern die größte Energiemenge beim Verzehr und haben mehr als die doppelte Energiemenge als Proteine und Kohlenhydrate. Der Körper baut Fette bei der Verdauung ab, einige für den unmittelbaren Energiebedarf und andere für die Speicherung. Der Körper nutzt die Lipidspeicherung für sportliche Aktivitäten, indem er Lipasen verwendet, um diese Lipide abzubauen und schließlich mehr Adenosintriphosphat (ATP) für die Energieversorgung der Zellen zu produzieren.
In Pflanzen bieten Samenöle wie Triacylglycerine (TAGs) eine Aufbewahrungsmöglichkeit für die Keimung und das Wachstum von Samen sowohl in Angiospermen als auch in Gymnospermen. Diese Öle werden in Ölkörpern (OBS) gespeichert und durch Phospholipide und Proteine, sogenannte Oleosine, geschützt. Alle diese Substanzen werden vom endoplasmatischen Retikulum (ER) produziert. Die Ölkörperknospen aus der Notaufnahme.
Lipide geben Pflanzen die notwendige Energie für ihre Stoffwechselprozesse und Signale zwischen den Zellen. Das Phloem, einer der Haupttransportbereiche von Pflanzen (zusammen mit dem Xylem), enthält Lipide wie Cholesterin, Sitosterin, Camposterin, Stigmasterin und mehrere unterschiedliche lipophile Hormone und Moleküle. Die verschiedenen Lipide können eine Rolle bei der Signalgebung spielen, wenn eine Pflanze beschädigt ist. Phospholipide in Pflanzen wirken auch als Reaktion auf Umweltstressoren in den Pflanzen sowie als Reaktion auf Krankheitserregerinfektionen.
Bei Tieren dienen Lipide auch als Isolierung gegenüber der Umwelt und als Schutz für lebenswichtige Organe. Lipide sorgen auch für Auftrieb und Wasserfestigkeit.
Lipide, sogenannte Ceramide, die auf Sphingoiden basieren, erfüllen wichtige Funktionen für die Gesundheit der Haut. Sie helfen bei der Bildung der Epidermis, die als äußerste Hautschicht dient, die vor der Umwelt schützt und den Wasserverlust verhindert. Ceramide wirken als Vorläufer für den Sphingolipidstoffwechsel. Ein aktiver Fettstoffwechsel findet in der Haut statt. Sphingolipide bilden strukturelle und signalisierende Lipide, die in der Haut vorkommen. Sphingomyeline aus Ceramiden sind im Nervensystem weit verbreitet und helfen den Motoneuronen, zu überleben.
Lipide spielen auch eine Rolle bei der Signalübertragung von Zellen. Im zentralen und peripheren Nervensystem steuern Lipide die Fluidität der Membranen und unterstützen die elektrische Signalübertragung. Lipide stabilisieren die Synapsen.
Lipide sind essentiell für Wachstum, ein gesundes Immunsystem und die Fortpflanzung. Lipide ermöglichen es dem Körper, Vitamine wie die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K in der Leber zu speichern. Cholesterin dient als Vorstufe für Hormone wie Östrogen und Testosteron. Es bildet auch Gallensäuren, die Fett auflösen. Die Leber und der Darm machen ungefähr 80 Prozent des Cholesterins aus, während der Rest aus der Nahrung gewonnen wird.
Lipide und Gesundheit
Im Allgemeinen sind tierische Fette gesättigt und daher fest, wohingegen Pflanzenöle dazu neigen, ungesättigt und daher flüssig zu sein. Tiere können keine ungesättigten Fette produzieren, daher müssen diese Fette von Produzenten wie Pflanzen und Algen konsumiert werden. Tiere, die diese pflanzlichen Konsumenten fressen (wie Kaltwasserfische), gewinnen wiederum diese nützlichen Fette. Ungesättigte Fette sind die gesündesten Fette, da sie das Krankheitsrisiko senken. Beispiele für diese Fette sind Öle wie Oliven- und Sonnenblumenöl sowie Samen, Nüsse und Fisch. Grünes Blattgemüse ist auch eine gute Quelle für ungesättigte Nahrungsfette. Die Fettsäuren in Blättern werden in Chloroplasten verwendet.
Transfette sind teilweise hydrierte Planöle, die gesättigten Fetten ähneln. Früher beim Kochen verwendet, gelten Transfette heute als ungesund für den Verzehr.
Gesättigte Fette sollten weniger als ungesättigte Fette konsumiert werden, da gesättigte Fette das Krankheitsrisiko erhöhen können. Beispiele für gesättigte Fette sind rotes Tierfleisch und fetthaltige Milchprodukte sowie Kokos- und Palmöl.
Wenn Mediziner Lipide als Blutfette bezeichnen, beschreibt dies die Art von Fetten, die häufig in Bezug auf die kardiovaskuläre Gesundheit diskutiert werden, insbesondere Cholesterin. Lipoproteine helfen beim Transport von Cholesterin durch den Körper. High Density Lipoprotein (HDL) bezieht sich auf Cholesterin, das ein „gutes“ Fett ist. Es hilft dabei, schlechtes Cholesterin über die Leber zu entfernen. Zu den „schlechten“ Cholesterinen zählen LDL, IDL, VLDL und bestimmte Triglyceride. Schlechte Fette erhöhen das Herzinfarkt- und Schlaganfallrisiko, da sie sich als Plaque ansammeln und zu verstopften Arterien führen können. Daher ist ein Gleichgewicht der Lipide entscheidend für die Gesundheit.
Entzündliche Hauterkrankungen können vom Verzehr bestimmter Lipide wie Eicosapentaensäure (EPA) und Docsahexaensäure (DHA) profitieren. Es wurde gezeigt, dass EPA das Ceramidprofil der Haut verändert.
Eine Reihe von Krankheiten stehen im Zusammenhang mit Lipiden im menschlichen Körper. Hypertriglyceridämie, ein Zustand mit hohem Triglyceridgehalt im Blut, kann zu Pankreatitis führen. Eine Reihe von Medikamenten wirkt gegen Triglyceride, beispielsweise durch Enzyme, die Blutfette abbauen. Bei einigen Personen wurde auch eine hohe Triglyceridreduktion durch medizinische Supplementierung über Fischöl festgestellt.
Hypercholesterinämie (hoher Cholesterinspiegel im Blut) kann erworben oder genetisch bedingt sein. Personen mit familiärer Hypercholesterinämie besitzen außerordentlich hohe Cholesterinwerte, die nicht medikamentös kontrolliert werden können. Dies erhöht das Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall erheblich. Viele Menschen sterben, bevor sie 50 Jahre alt sind.
Genetische Erkrankungen, die zu einer hohen Lipidakkumulation auf Blutgefäßen führen, werden als Lipidspeicherkrankheiten bezeichnet. Diese übermäßige Fettspeicherung wirkt sich nachteilig auf das Gehirn und andere Körperteile aus. Einige Beispiele für Lipidspeicherkrankheiten umfassen die Fabry-Krankheit, die Gaucher-Krankheit, die Niemann-Pick-Krankheit, die Sandhoff-Krankheit und Tay-Sachs. Leider führen viele dieser Lipidspeicherkrankheiten in jungen Jahren zu Krankheit und Tod.
Lipide spielen auch eine Rolle bei Motoneuron-Erkrankungen (MNDs), da diese Zustände nicht nur durch Motoneuron-Degeneration und Tod gekennzeichnet sind, sondern auch Probleme mit dem Lipidstoffwechsel. Bei MNDs verändern sich die strukturellen Lipide des Zentralnervensystems, was sowohl die Membranen als auch die Zellsignale beeinflusst. Beispielsweise tritt Hypermetabolismus bei Amyotropher Lateralsklerose (ALS) auf. Es scheint eine Verbindung zwischen der Ernährung (in diesem Fall nicht genügend Fettkalorien) und dem Risiko für die Entwicklung von ALS zu bestehen. Höhere Lipide entsprechen besseren Ergebnissen für ALS-Patienten. Arzneimittel, die gegen Sphingolipide gerichtet sind, werden als Behandlungen für ALS-Patienten angesehen. Weitere Forschungsarbeiten sind erforderlich, um die beteiligten Mechanismen besser zu verstehen und geeignete Behandlungsoptionen bereitzustellen.
Bei der spinalen Muskelatrophie (SMA), einer genetisch bedingten autosomal rezessiven Erkrankung, werden Lipide nicht richtig zur Energiegewinnung eingesetzt. SMA-Personen besitzen eine hohe Fettmasse bei niedriger Kalorienaufnahme. Daher spielt die Funktionsstörung des Fettstoffwechsels wieder eine wichtige Rolle bei einer Motoneuronerkrankung.
Es gibt Hinweise darauf, dass Omega-3-Fettsäuren bei degenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson eine positive Rolle spielen. Dies ist bei ALS nicht der Fall, und tatsächlich wurde bei Mausmodellen der gegenteilige Effekt der Toxizität festgestellt.
Laufende Lipidforschung
Wissenschaftler entdecken weiterhin neue Lipide.Derzeit werden Lipide nicht auf Proteinebene untersucht und sind daher weniger bekannt. Ein Großteil der aktuellen Lipidklassifikation beruhte auf Chemikern und Biophysikern, wobei der Schwerpunkt eher auf der Struktur als auf der Funktion lag. Darüber hinaus war es schwierig, Lipidfunktionen herauszufiltern, da sie dazu neigen, sich mit Proteinen zu verbinden. Es ist auch schwierig, die Lipidfunktion in lebenden Zellen aufzuklären. Kernmagnetresonanz (NMR) und Massenspektrometrie (MS) liefern mit Hilfe von Computersoftware eine gewisse Lipididentifikation. Eine bessere Auflösung in der Mikroskopie ist jedoch erforderlich, um Einblicke in die Lipidmechanismen und -funktionen zu erhalten. Anstatt eine Gruppe von Lipidextrakten zu analysieren, wird spezifischere MS benötigt, um Lipide aus ihren Proteinkomplexen zu isolieren. Die Isotopenmarkierung kann dazu dienen, die Visualisierung und damit die Identifizierung zu verbessern.
Es ist klar, dass Lipide neben ihren bekannten strukturellen und energetischen Eigenschaften eine Rolle bei wichtigen motorischen Funktionen und Signalen spielen. Da die Technologie zur Identifizierung und Visualisierung von Lipiden verbessert wird, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die Lipidfunktion zu ermitteln. Schließlich besteht die Hoffnung, dass Marker entwickelt werden können, die die Lipidfunktion nicht übermäßig stören. Die Fähigkeit, die Lipidfunktion auf subzellulärer Ebene zu manipulieren, könnte einen Forschungsdurchbruch darstellen. Dies könnte die Wissenschaft auf die gleiche Weise revolutionieren wie die Proteinforschung. Im Gegenzug könnten neue Medikamente hergestellt werden, die möglicherweise denjenigen helfen, die an Fettstoffwechselstörungen leiden.