Lipide

Definition von Lipiden

Im Gegensatz zu anderen Biomolekülgruppen sind Lipide nicht durch das Vorhandensein spezifischer struktureller Merkmale definiert. Lipide sind unlösliche Biomoleküle, definiert durch einen allgemeinen Mangel an Polarität, der für die Löslichkeit in Lösungen auf Wasserbasis notwendig ist. In der Populärkultur sind Fette gleichbedeutend mit Lipiden, was Lipiden eine negative Rolle in Ernährung und Gesundheit gibt. Lipide spielen jedoch eine wichtige Rolle in vielen zellulären Prozessen, einschließlich Energiespeicherung, struktureller Unterstützung, Schutz und Kommunikation., Gemeinsame Lipidgruppen umfassen Wachse, Steroide, Fette und Phospholipide.

Eine Art Lipidmonomer, eine Fettsäure, besteht aus einer Carboxylgruppe am Ende eines linearen Kohlenwasserstoffs, der mindestens vier Kohlenstoffatome enthält. Da Kohlenwasserstoffketten unpolar sind, sind Fettsäuren mit langen Kohlenwasserstoffketten trotz einer polaren Funktionsgruppe hauptsächlich hydrophob (in Wasser unlöslich). Im Gegensatz zu anderen Biomolekülgruppen sind Fettsäuremonomere in Polymerketten nicht direkt miteinander verbunden., Dehydratisierungssynthesereaktionen in Lipiden bilden eine Esterverbindung zwischen der Carboxylgruppe einer Fettsäure und der Hydroxylgruppe eines Alkoholmonomers wie Glycerin. Monomer – und Polymerstrukturen variieren je nach Lipidtyp stark und nicht alle Lipidgruppen enthalten Fettsäuren.

Fettsäuren können gesättigt oder ungesättigt sein. Wir bestimmen den Sättigungsgrad, indem wir die Arten kovalenter Bindungen identifizieren, die in der Kohlenwasserstoffkette einer Fettsäure vorhanden sind., Bevor Sie die Kohlenwasserstoffkette einer Fettsäure untersuchen, identifizieren Sie zunächst die eine Sauerstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung in der Carboxylfunktionsgruppe, die in allen Fettsäuren vorhanden ist und die Sättigung nicht beeinflusst. Wenn alle Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen in der Kohlenwasserstoffkette einzelne kovalente Bindungen sind, ist die Fettsäure mit so vielen Wasserstoffatomen wie möglich gesättigt. Daher ist die Fettsäure gesättigt. Wenn eine oder mehrere Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen vorhanden sind, ist die Fettsäure nicht mit Wasserstoffatomen gesättigt und wird als ungesättigt bezeichnet., Die an jeder Doppelbindung beteiligten Kohlenstoffatome sind an ein Wasserstoffatom weniger gebunden als die an jeder einzelnen Bindung beteiligten Kohlenstoffatome. Dies ist ein ungesättigter Zustand, da das Ändern einer Doppelbindung in eine einzelne Bindung die Anzahl der Wasserstoffatome erhöhen würde.

Der Sättigungsgrad jeder Fettsäure in einem Fett oder einem anderen Lipidpolymer beeinflusst die Struktur und Funktion dieses Biomoleküls. Insbesondere gesättigte und ungesättigte Fettsäuren haben erhebliche Auswirkungen auf das Aussehen, den Geschmack, die Verdauung und die menschliche Gesundheit von Nahrungsfetten.,

Wie viele Biomoleküle bilden Fettsäuren Isomere, wenn eine Doppelbindung vorhanden ist, da die Doppelbindung die Atome um sie herum in eine feste Position sperrt. Die spezifischen Isomere, die in einem bestimmten Lipid vorhanden sind, haben signifikante Auswirkungen auf die Struktur und Funktion des Lipids in lebenden Organismen. Fast alle lebenden Organismen synthetisieren und integrieren cis-Fettsäuren in ihre Lipide. Cis-Fettsäuren sind Isomere, bei denen die fortgesetzten Kohlenstoffketten an jedem Ende der Doppelbindung der gleichen Richtung zugewandt sind., Ein cis-Isomer wird gebogen oder“ geknickt“, wodurch verhindert wird, dass cis-Fettsäuren eng zusammenpacken.

Trans-Fettsäuren sind Isomere, die häufig bei der kommerziellen Lebensmittelproduktion entstehen. In Transfettsäuren zeigen die fortgesetzten Kohlenstoffketten entgegengesetzte Richtungen um eine Doppelbindung. Trans-Isomere ähneln strukturell gesättigten Fettsäuren, da die Kohlenwasserstoffkette keinen „Knick“ enthält.“Sowohl gesättigte als auch Trans-Fettsäuren packen als Monomere eng zusammen und wenn sie in Fetten vorhanden sind.,

Wachse are eine Klasse von Lipiden, die zwei Monomere enthalten, eine Fettsäure, die durch eine Esterverbindung mit einem Alkohol (einem Kohlenwasserstoff, der eine Hydroxylgruppe enthält) gebunden ist. Die Kohlenwasserstoffkette im Alkoholmonomer von Wachsen variiert von einer kurzen linearen Kette zu komplexen Kohlenstoffringstrukturen. Wachse bieten Schutzbarrieren, um Wasserverlust zu verhindern und Zellen zu schützen. Wachse schützen Samen und Nährstoffe in Pflanzenfrüchten und beschichten die Oberfläche von Pflanzenblättern und bilden eine Nagelhaut, um Wasserverlust zu verhindern., Bienen synthetisieren Bienenwachswaben, um Nahrung zu lagern und Nachkommen zu schützen. Wachse verhindern Austrocknung von Körperoberflächen vieler Insekten und stoßen Wasser auf der Oberfläche von Vogelfedern und einigen Tierfellen ab.

Steroide sind eine Klasse von Lipiden, die vier verschmolzene (direkt angebrachte) Kohlenstoffringe enthalten. Obwohl Steroide an Fettsäuren binden können, enthalten Steroidmoleküle keine Fettsäurekette, und das Monomer eines Steroidbiomoleküls ist schwer zu definieren., Steroidringe enthalten normalerweise eine oder einige kleine funktionelle Gruppen, einschließlich Hydroxyle, Carbonyle oder Carboxyle. Cholesterin und andere Steroide, die eine Hydroxylgruppe enthalten, werden Sterole genannt. Cholesterin und verwandte Sterole sind in tierischen Zellmembranen vorhanden und Vorläufer für die Synthese vieler lebenswichtiger Steroide und anderer Sterolderivate.

Viele Steroide und ihre Derivate erfüllen lebenswichtige zelluläre Funktionen. Steroidhormone wie Östrogen und Testosteron steuern Fortpflanzungsprozesse und Entwicklung., Gallensalze und fettlösliche Vitamine sind Lipide, die aus Cholesterin und verwandten Lipidmolekülen gewonnen werden. Wissenschaftler modifizieren Steroide in Laboratorien und synthetisieren Medikamente, die natürliche Verbindungen im menschlichen Körper nachahmen. Anabole Steroide, eine bestimmte Klasse künstlich hergestellter Steroidmedikamente, stimulieren das Muskelwachstum und die verstärkte Entwicklung sekundärer Geschlechtsmerkmale., Bei Personen mit Stoffwechselerkrankungen können anabole Steroide die Gesundheit verbessern, indem sie normale Signale wiederherstellen, aber die Verwendung von anabolen Steroiden durch ansonsten gesunde Personen kann äußerst schädlich für die Funktion der inneren Organe sein.

Funktionelle Gruppen von Lipiden

Diese Aktivität testet Ihre Fähigkeit, funktionelle Gruppen von Monomeren in Lipiden zu identifizieren.

Fette

Entgegen der landläufigen Meinung sind nicht alle Fette schlecht. Fette spielen eine wesentliche Rolle als Energiespeicher, Isolierung zum Schutz lebenswichtiger Organe und Komponenten vieler zellulärer Strukturen., Im Gegensatz zu Pflanzen verwenden Tiere Fettmoleküle als langfristige Energiespeicher, da die Struktur eines Fettmoleküls mehr Energie pro kovalente Bindung liefert als Kohlenhydrate. Bei Tieren, bei denen Mobilität für das Überleben wichtig ist, können Fette mehr Energie in weniger Raum und Masse in einem Körper speichern.

Fette sind eine Klasse von Lipiden, die zwei Arten von Monomeren Fettsäuren und Glycerin. Glycerin ist ein drei Kohlenstoff-Biomolekül, das drei Hydroxylgruppen enthält, von denen eine an jedes Kohlenstoffatom gebunden ist., Die Dehydratisierungssynthese erzeugt eine Esterverbindung zwischen der Carboxylgruppe von Fettsäuren und einer Hydroxylgruppe in Glycerin. Die meisten Fette sind Triglyceride, die eine Fettsäure enthalten, die an jede der drei Hydroxylgruppen gebunden ist. Monoglyceride und Diglyceride, die jeweils eine oder zwei Fettsäuren enthalten, erfüllen wichtige zelluläre Rollen, sind jedoch kein signifikanter Bestandteil der meisten lebenden Organismen. Obwohl viele Fette und Fettsäuren direkt in Zellen synthetisiert werden, müssen einige Fettsäuren durch Nahrungsaufnahme von Fetten erhalten werden und sind für eine ordnungsgemäße Zellfunktion erforderlich.,

Das chemische Verhalten eines Fettes hängt von der Fettsäurezusammensetzung ab, wobei jeder Strang in Kettenlänge und Sättigungsgrad variieren kann. Gesättigte Fettsäuren sind ziemlich linear und packen durch hydrophobe Wechselwirkungen eng zusammen. Triglyceride, die drei gesättigte Fettsäuren enthalten, werden gesättigte Fette genannt. Eine enge Verpackung von gesättigten Fetten fördert die Stabilität und bewirkt, dass gesättigte Fette bei Raumtemperatur Feststoffe bilden.,

Da ungesättigte cis-Fettsäuren verknickte Strukturen bilden, wird eine enge Verpackung ungesättigter Fette verhindert, wenn eine oder mehrere cis-Fettsäuren im Triglycerid vorhanden sind. Ungesättigte Fette packen sich nicht leicht in einer stabilen Konformation zusammen und sind hauptsächlich bei Raumtemperatur flüssig.

Die gesundheitlichen Auswirkungen von Nahrungsfetten unterscheiden sich je nach Sättigungsgrad der im Fett vorhandenen Fettsäuren. Ein einfach ungesättigtes Fett enthält mindestens eine Fettsäure mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung. Mehr als eine Fettsäure in einem einfach ungesättigten Fett kann eine einzelne Doppelbindung enthalten., Wenn jedoch eine einzelne Fettsäure mehr als eine Doppelbindung enthält, wird das gesamte Fett als mehrfach ungesättigt definiert. Viele mehrfach ungesättigte Fette enthalten mehrere Fettsäuren mit mehr als einer Doppelbindung.

Pflanzen neigen dazu, Energie in ungesättigten Fetten zu synthetisieren und zu speichern. In der menschlichen Ernährung sind die meisten Lebensmittelfette aus pflanzlichen Quellen bei Raumtemperatur flüssig und werden Öle genannt. Die meisten Tiere synthetisieren und speichern Energie in gesättigten Fetten. Von Tieren gewonnene Lebensmittelfette sind typischerweise bei Raumtemperatur fest wie Butter und Schmalz., Im Gegensatz zu Fetten, die von den meisten Tieren produziert werden, sind Fette aus Fisch in erster Linie ungesättigt.

Frühere wissenschaftliche Studien zeigten, dass Diäten mit hohem Tierfett das Gesundheitsrisiko erhöhten. Als Reaktion darauf begannen Lebensmittelhersteller, modifizierte Pflanzenfette, sogenannte hydrierte Fette, zu synthetisieren und zu verkaufen, die ähnliche Textur-und Geschmackseigenschaften wie gesättigte tierische Fette aufweisen. Hydrierte Fette werden durch chemische Zugabe von Wasserstoffatomen zu ungesättigten Fetten erzeugt, bis sie gesättigt sind., Während des Prozesses sättigen sich viele Fettsäuren und wandeln sich dann spontan wieder in einen doppelt gebundenen Zustand um, jedoch in einer Trans-Isomer-Form anstelle einer cis-Isomer-Form. Transfettsäurehaltige Fette (Transfette) werden auch durch extreme Hitze erzeugt, z. B. wenn Öle während des Frittierens überhitzt werden.

Obwohl einige Transfettsäuren in lebenden Zellen synthetisiert werden, enthalten die meisten natürlich vorkommenden ungesättigten Fettsäuren cis – Doppelbindungen. Im Gegensatz zu cis-Fetten packen Transfette eng zusammen und bilden bei Raumtemperatur Feststoffe., Da die Transfettstruktur in der Natur nicht häufig vorkommt, sind künstlich erzeugte Transfette für den Menschen schwer abzubauen. Jüngste wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass eine transfettreiche Ernährung das Risiko von Herzerkrankungen und anderen negativen gesundheitlichen Folgen erhöht. Beliebte Medien haben das Problem bekannt gegeben, und viele Hersteller haben ihre Verwendung von gehärteten Fetten als Reaktion auf gesundheitliche Bedenken der Verbraucher reduziert.

Aufbau und Abbau von Fetten

Können Sie die Reaktanten und Produkte bei der Triglyceridsynthese und-hydrolyse identifizieren?,

Idenitfying Lebensmittelfette

Verwenden Sie diese Aktivität, um den Sättigungsgrad der Fettsäuren, die jedes Lebensmittelprodukt umfassen, zu bestimmen.

Phospholipide

Lebende Zellen sind komplexe Einheiten des Lebens, die auf der einzigartigen Struktur von Phospholipiden beruhen. Phospholipide bilden eine Lipidmembran um das Innere einer Zelle und schützen die Zelle, indem sie eine selektive Barriere bereitstellen, die die Bewegung von Molekülen zwischen innen und außen der Zelle reguliert., Das Verständnis der einzigartigen Struktur von Phospholipid-Biomolekülen gibt Aufschluss darüber, wie Phospholipidbarrieren Zellen bilden und schützen.

Im Gegensatz zu den meisten Lipiden sind Phospholipide teilweise in Wasser löslich. Lipidmonomere enthalten im Allgemeinen eine oder mehrere polare funktionelle Gruppen. Dehydratisierungssynthesereaktionen platzieren die elektronegativen Atome jedoch in Esterverbindungen, die die polaren Gruppen mit großen hydrophoben Bereichen umgeben. Die hauptsächlich hydrophobe Struktur macht die meisten Fette in Wasser unlöslich., Im Gegensatz dazu enthalten Phospholipide eine spezielle Monomereinheit, eine stark polare oder ionische phosphathaltige Gruppe, die einem Ende des Lipids Löslichkeit verleiht.

Phospholipidmonomere umfassen zwei Fettsäuren und ein Glycerinmolekül in einer Struktur ähnlich wie Diglyceride. An das dritte Glycerolhydroxyl gebunden ist ein einzigartiges Monomer, das eine Phosphatgruppe enthält. Das Fettsäuresegment oder „Schwanz“ eines Phospholipids hat keine Polarität und ist stark hydrophob., Das Phosphatgruppensegment oder „Kopf“ ist stark hydrophil, da es entweder ionisch oder hochpolar ist.

Das Vorhandensein einer kleinen polaren oder geladenen Fläche auf einem großen, unpolaren Molekül macht es auf einzigartige Weise teilweise löslich. Der hydrophile Kopf des Moleküls assoziiert und bildet Wasserstoffbindungen mit Wasser, während der hydrophobe Schwanz mit hydrophoben Molekülen, einschließlich anderer Phospholipidschwänze, aggregiert. Moleküle mit dieser gespaltenen Struktur werden amphipathisch genannt (griechisch für „Gefühle für beide“).,

Seife und andere Tenside haben ähnliche chemische Strukturen und zeigen amphipathische Eigenschaften in Wasser, die sich an Strukturen orientieren, die als Mizellen bezeichnet werden. Mizellen sind kugelförmig mit den unpolaren Schwänzen der Tenside, die in die Mitte aggregiert sind, und den Kopfgruppen, die auf die polare Lösung ausgerichtet sind.

Phospholipidstruktur verhindert die Bildung von Mizellen, da die beiden Fettsäuren, von denen eine meist ungesättigt ist, eine Aggregation in eine enge Kugel verhindern., Stattdessen bilden Phospholipide Liposomen, in denen Phospholipidmoleküle in einer viel größeren Kugel eine Doppelschicht oder Doppelschicht bilden.

Um den Unterschied zwischen Mizellen und Liposomen zu visualisieren, stellen Sie sich vor, Sie wickeln einen Quilt um sich. Haben Sie jemals eine preiswerte Decke mit rauer weißer Polsterung als Unterseite gekauft? Diese Decke ist wie eine Mizelle. Die äußere Oberfläche fühlt sich weich an (=lösliche Köpfe), während die innere Oberfläche rau ist (=unlösliche Schwänze). Wenn Sie eine „Mizelle“ – Decke um Sie wickeln, ist die Innenfläche rau und unbequem., In ähnlicher Weise ist Wasser mit hydrophoben Schwänzen unangenehm und vermeidet das Zentrum einer Mizelle.

Im Gegensatz dazu enthält eine hochwertige Steppdecke eine zweite Schicht aus weichem Material auf der Innenfläche, die eine Doppelschicht mit rauem Polstermaterial (= unlösliche Schwänze) bildet, das zwischen zwei weichen Oberflächen (= lösliche Köpfe) eingeklemmt ist. Dieser quilt ist wie ein Liposom. Wenn Sie einen „Liposom“ – Quilt um Sie wickeln, sind sowohl die innere als auch die äußere Oberfläche weich (löslich). In ähnlicher Weise verbindet sich Wasser sowohl mit der Innenseite als auch mit der Außenseite der Liposomen.,

Die Lipidmembran um eine lebende Zelle ist ein komplexes Liposom. Sowohl die Außen-als auch die Innenflächen der Membran sind hydrophil und können mit Wasserlösungen in Verbindung gebracht werden. Eingeklemmt zwischen diesen polaren Oberflächen bilden die hydrophoben Schwänze eine Schutzbarriere, so dass große und polare Moleküle die Membran nicht leicht überqueren können. Eine Lipidmembran ist selektiv durchlässig, so dass kleine und unpolare Moleküle die hydrophobe Barriere leicht durchqueren können, während sie die größeren und/oder polaren Moleküle blockieren., Lebende Membranen enthalten zusätzliche Proteine und Lipide, die Funktionalität hinzufügen. Zum Beispiel bieten Proteinkanäle wie Aquaporine Tunnel für den Transport spezifischer Moleküle, während andere Proteine Botschaften durch die Membran liefern, indem sie strukturelle Veränderungen als Reaktion auf externe Signale auslösen.

Zusätzliche Lipide wie Cholesterin verändern die Struktur von Lipidmembranen als Reaktion auf Umweltbedingungen und um spezialisierte zelluläre Funktionen zu erfüllen., Obwohl Cholesterin von populären Medien als „schlechtes“ Lipid bezeichnet wird, ist Cholesterin ein natürlicher Bestandteil in den meisten tierischen Zellmembranen. Cholesterin stabilisiert Phospholipidmembranen durch Wechselwirkung mit Fettsäureschwänzen, verbessert die Stabilität unter normalen Bedingungen und erhöht die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen. Cholesterin interagiert mit speziellen Phospholipiden, sogenannten Sphingolipiden, um die Membranproteinfunktionen zu verbessern, insbesondere in der Zell-zu-Zell-Kommunikation.