7.3: Lipids

Malengo ya kujifunza

• Eleza kemikali ya lipids
• Eleza sifa za kipekee na miundo tofauti ya lipids
• Kulinganisha na kulinganisha triacylglycerides (triglycerides) na phospholipids
• Eleza jinsi phospholipids hutumiwa kujenga membrane ya kibiolojia

Ingawa zinajumuisha hasa kaboni na hidrojeni, molekuli za lipid zinaweza pia kuwa na oksijeni, nitrojeni, sulfuri, na fosforasi. Lipids hutumikia madhumuni mengi na tofauti katika muundo na kazi za viumbe. Wanaweza kuwa chanzo cha virutubisho, fomu ya kuhifadhi kaboni, molekuli za kuhifadhi nishati, au vipengele vya miundo ya membrane na homoni. Lipids hujumuisha darasa pana la misombo mingi ya kemikali, ambayo ya kawaida hujadiliwa katika sehemu hii.

Asidi ya mafuta na Triacylglycerides

Asidi ya mafuta ni lipids ambazo zina hidrokaboni za mnyororo mrefu zinazotumiwa na kikundi cha kazi cha asidi ya kaboksili. Kwa sababu ya mlolongo mrefu wa hydrocarbon, asidi ya mafuta ni hydrophobic (“kuogopa maji”) au nonpolar. Asidi ya mafuta yenye minyororo ya hidrokaboni ambayo yana vifungo moja tu huitwa asidi iliyojaa mafuta kwa sababu wana idadi kubwa ya atomi za hidrojeni iwezekanavyo na kwa hiyo, “imejaa” na hidrojeni. Asidi ya mafuta yenye minyororo ya hidrokaboni iliyo na angalau dhamana moja mara mbili huitwa asidi isiyojaa mafuta kwa sababu zina atomi chache za hidrojeni. Asidi ya mafuta yaliyojaa huwa na uti wa mgongo wa kaboni moja kwa moja, rahisi, ambapo asidi isokefu ya mafuta yana “kinks” katika mifupa yao ya kaboni kwa sababu kila dhamana mbili husababisha bend rigid ya mifupa ya kaboni. Tofauti hizi katika ulijaa dhidi unsaturated fatty acid muundo kusababisha mali tofauti kwa lipids sambamba ambayo asidi fatty ni kuingizwa. Kwa mfano, lipids zenye asidi iliyojaa mafuta ni yabisi kwenye joto la kawaida, wakati lipids zilizo na asidi zisizohifadhiwa za mafuta ni vinywaji.

Triacylglycerol, au triglyceride, hutengenezwa wakati asidi tatu za mafuta zinahusishwa na molekuli ya glycerol (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Triglycerides ni vipengele vya msingi vya tishu za adipose (mafuta ya mwili), na ni sehemu kubwa za sebum (mafuta ya ngozi). Wanafanya jukumu muhimu la kimetaboliki, hutumikia kama molekuli yenye ufanisi wa kuhifadhi nishati ambayo inaweza kutoa zaidi ya mara mbili maudhui ya caloric ya wanga na protini.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Triglycerides zinajumuisha molekuli ya glycerol iliyounganishwa na asidi tatu za mafuta na majibu ya awali ya maji mwilini.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Eleza kwa nini asidi ya mafuta na minyororo ya hydrocarbon ambayo ina vifungo moja tu huitwa asidi ya mafuta yaliyojaa.

Phospholipids na Membranes ya

Triglycerides huwekwa kama lipids rahisi kwa sababu hutengenezwa kutoka kwa aina mbili tu za misombo: glycerol na asidi ya mafuta. Kwa upande mwingine, lipids tata zina angalau sehemu moja ya ziada, kwa mfano, kikundi cha phosphate (phospholipids) au moiety ya wanga (glycolipids). Kielelezo\(\PageIndex{2}\) inaonyesha phospholipid kawaida linajumuisha asidi mbili mafuta wanaohusishwa na glycerol (diglyceride). Minyororo miwili ya mafuta ya asidi ya kaboni inaweza kuwa imejaa, wote wasiojaa, au moja ya kila mmoja. Badala ya molekuli nyingine ya asidi ya mafuta (kama kwa triglycerides), nafasi ya tatu ya kumfunga kwenye molekuli ya glycerol inachukuliwa na kundi la phosphate lililobadilishwa.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Mfano huu unaonyesha phospholipid na asidi mbili tofauti za mafuta, moja iliyojaa na moja isokefu, imefungwa kwa molekuli ya glycerol. Asidi ya mafuta yasiyotokana na asidi ina kink kidogo katika muundo wake kutokana na dhamana mbili.

Muundo wa molekuli wa lipids husababisha tabia ya pekee katika mazingira yenye maji. Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha muundo wa triglyceride. Kwa sababu substituents zote tatu kwenye uti wa mgongo wa glycerol ni minyororo ndefu ya hydrocarbon, misombo hii ni nonpolar na sio kwa kiasi kikubwa kuvutia na molekuli ya maji ya polar - ni hydrophobic. Kinyume chake, phospholipids kama vile ile iliyoonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{2}\) ina kundi la phosphate la kushtakiwa vibaya. Kwa sababu phosphate inashtakiwa, ina uwezo wa mvuto mkubwa kwa molekuli za maji na hivyo ni hydrophilic, au “upendo wa maji.” Sehemu ya hydrophilic ya phospholipid mara nyingi hujulikana kama “kichwa” cha polar, na minyororo ndefu ya hydrocarbon kama “mkia” usio na polar. Molekuli inayowasilisha sehemu ya hydrophobic na moiety ya hydrophilic inasemekana kuwa amphipathic. Angalia jina la “R” ndani ya kichwa cha hydrophilic kilichoonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{2}\), kuonyesha kwamba kikundi cha kichwa cha polar kinaweza kuwa ngumu zaidi kuliko moiety rahisi ya phosphate. Glycolipids ni mifano ambayo wanga huunganishwa na vikundi vya kichwa vya lipids.

Hali ya amphipathic ya phospholipids inawawezesha kuunda miundo ya kipekee ya kazi katika mazingira yenye maji. Kama ilivyoelezwa, vichwa vya polar vya molekuli hizi vinavutiwa sana na molekuli za maji, na mikia isiyo ya kawaida haifai. Kwa sababu ya urefu wao mkubwa, mkia huu ni, kwa kweli, huvutiwa sana. Matokeo yake, kwa nguvu imara, makusanyiko makubwa ya molekuli ya phospholipid hutengenezwa ambapo mikia ya hydrophobic hukusanyika ndani ya mikoa iliyofungwa, inalindwa kutokana na kuwasiliana na maji na vichwa vya polar (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Rahisi ya miundo hii ni micelles, makusanyiko ya spherical yaliyo na mambo ya ndani ya hydrophobic ya mikia ya phospholipid na uso wa nje wa vikundi vya kichwa vya polar. Miundo kubwa na ngumu zaidi huundwa kutoka kwa karatasi za lipid-bilayer, au utando wa kitengo, ambazo ni kubwa, makusanyiko mawili ya phospholipids iliyokusanywa mkia kwa mkia. Vipande vya seli vya karibu viumbe vyote hufanywa kutoka kwa karatasi za lipid-bilayer, kama vile utando wa vipengele vingi vya intracellular. Karatasi hizi zinaweza pia kuunda nyanja za lipid-bilayer ambazo ni msingi wa miundo ya vesicles na liposomes, vipengele vya subcellular ambavyo vina jukumu katika kazi nyingi za kisaikolojia.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Phospholipids huwa na kupanga wenyewe katika suluhisho la maji yenye kutengeneza liposomes, micelles, au karatasi za lipid bilayer. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villarreal)

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Je, asili ya amphipathic ya phospholipids ni muhimu?

Isoprenoids na Sterols

Isoprenoids ni lipids matawi, pia inajulikana kama terpenoids, ambayo hutengenezwa na marekebisho ya kemikali ya molekuli ya isoprene (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Lipidi hizi zina majukumu mbalimbali ya kisaikolojia katika mimea na wanyama, na matumizi mengi ya kiteknolojia kama dawa (capsaicin), rangi (kwa mfano, machungwa beta carotene, xanthophylls), na harufu (kwa mfano, menthol, kafuri, limonene [harufu ya limao], na pinene [harufu ya pine]). Isoprenoids ya mnyororo mrefu pia hupatikana katika mafuta ya hydrophobic na waxes. Waxes ni kawaida maji sugu na ngumu katika joto la kawaida, lakini wao kulainisha wakati joto na liquefy kama joto kutosha. Kwa binadamu, uzalishaji wa wax kuu hutokea ndani ya tezi za sebaceous za follicles za nywele kwenye ngozi, na kusababisha nyenzo zilizofichwa zinazoitwa sebum, ambalo lina hasa triacylglycerol, esta ya wax, na squalene ya hydrocarbon. Kuna bakteria nyingi katika microbiota kwenye ngozi zinazolisha lipidi hizi. Mojawapo ya bakteria maarufu zaidi wanaolisha lipidi ni Acnes ya Propionibacterium, ambayo hutumia lipidi za ngozi kuzalisha asidi fatty kali za mnyororo mfupi na inahusika katika uzalishaji wa chunusi.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Molekuli tano za isoprene za kaboni zimebadilishwa kwa njia mbalimbali za kuzalisha isoprenoids.

Aina nyingine ya lipids ni steroids, miundo tata, iliyopigwa ambayo hupatikana katika utando wa seli; baadhi hufanya kazi kama homoni. Aina za kawaida za steroids ni sterols, ambazo ni steroids zilizo na kikundi cha OH. Hizi ni hasa molekuli za hydrophobic, lakini pia zina makundi ya hydroxyl ya hydrophilic. Sterol ya kawaida inayopatikana katika tishu za wanyama ni cholesterol. Muundo wake una pete nne na dhamana mbili katika moja ya pete, na kikundi cha hydroxyl kwenye nafasi ya kufafanua sterol. Kazi ya cholesterol ni kuimarisha utando wa seli katika eukaryotes na katika bakteria bila kuta za seli, kama vile Mycoplasma. Prokaryotes kwa ujumla hazizalishi cholesterol, ingawa bakteria huzalisha misombo sawa inayoitwa hopanoids, ambayo pia ni miundo ya multiringed inayoimarisha utando wa bakteria (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Fungi na baadhi ya protozoa huzalisha kiwanja sawa kinachoitwa ergosterol, ambacho kinaimarisha utando wa seli za viumbe hawa.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Cholesterol na hopene (kiwanja cha hopanoid) ni molekuli zinazoimarisha muundo wa membrane za seli katika eukaryotes na prokaryotes, kwa mtiririko huo.

Unganisha Kujifunza: Liposomes

Video hii inatoa maelezo ya ziada kuhusu phospholipids na liposomes.

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

Je, isoprenoids hutumiwa katika teknolojia?

Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 2

Cream ya kuchepesha iliyowekwa na daktari wa Penny ilikuwa cream ya corticosteroid ya juu iliyo na hydrocortisone. Hydrocortisone ni aina ya synthetic ya cortisol, homoni ya corticosteroid zinazozalishwa katika tezi za adrenal, kutoka cholesterol. Ikiwa hutumiwa moja kwa moja kwenye ngozi, inaweza kupunguza kuvimba na kupunguza muda mdogo wa ngozi, kuvuta, na vipele kwa kupunguza secretion ya histamine, kiwanja kilichozalishwa na seli za mfumo wa kinga katika kukabiliana na uwepo wa vimelea au vitu vingine vya kigeni. Kwa sababu histamini huchochea mwitikio wa uchochezi wa mwili, uwezo wa hidrokotisoni kupunguza uzalishaji wa ndani wa histamini katika ngozi kwa ufanisi huzuia mfumo wa kinga na husaidia kupunguza uvimbe na dalili zinazoambatana kama vile kuwasha (kuwasha) na vipele.

Zoezi\(\PageIndex{4}\)

Je, cream ya corticosteroid huchukua sababu ya upele wa Penny, au dalili tu?

Dhana muhimu na Muhtasari

• Lipidi zinajumuisha hasa kaboni na hidrojeni, lakini zinaweza pia kuwa na oksijeni, nitrojeni, sulfuri, na fosforasi. Wao hutoa virutubisho kwa viumbe, kuhifadhi kaboni na nishati, kucheza majukumu ya kimuundo katika utando, na kufanya kazi kama homoni, madawa, harufu, na rangi.
• Asidi ya mafuta ni hidrokaboni ya mnyororo mrefu na kundi la kazi ya asidi ya kaboksili. Minyororo yao ya muda mrefu ya hydrocarbon isiyo ya kawaida huwafanya hydrophob Asidi ya mafuta isiyo na vifungo mara mbili hujaa; wale walio na vifungo mara mbili hawajajumuishwa.
• Fatty kali kemikali dhamana na glycerol kuunda lipids kimuundo muhimu kama vile triglycerides na phospholipids. Triglycerides wanaunda asidi tatu fatty Bonded kwa glycerol, kujitoa molekuli hydrophobic. Phospholipids zina minyororo ya hydrocarbon ya hydrophobic na vikundi vya kichwa vya polar, na kuwafanya amphipathic na uwezo wa kutengeneza miundo ya kipekee ya kazi kubwa.
• Mbinu za kibaiolojia ni miundo mikubwa kulingana na tabaka za phospholipid ambazo hutoa nje ya hydrophilic na nyuso za ndani zinazofaa kwa mazingira yenye maji, ikitenganishwa na safu ya kuingilia kati ya hydrophobic. Bilayers hizi ni msingi wa kimuundo wa membrane za seli katika viumbe vingi, pamoja na vipengele vya subcellular kama vile vesicles.
• Isoprenoidi ni lipidi inayotokana na molekuli isoprene ambazo zina majukumu mengi ya kisaikolojia na matumizi mbalimbali ya kibiashara.
• Wax ni isoprenoidi mnyororo mrefu ambayo kwa kawaida ni sugu ya maji; mfano wa dutu zenye wax ni sebum, zinazozalishwa na tezi za sebaceous katika ngozi. Steroids ni lipids na miundo tata, iliyopigwa ambayo hufanya kazi kama vipengele vya miundo ya membrane za seli na kama homoni. Sterols ni aina ndogo ya steroids iliyo na kundi la hidroxyl mahali fulani kwenye moja ya pete za molekuli; mfano mmoja ni cholesterol.
• Bakteria huzalisha hopanoids, kimuundo sawa na cholesterol, ili kuimarisha utando wa bakteria. Fungi na protozoa huzalisha wakala wa kuimarisha aitwaye ergosterol.