لیپیدها گروهی از ترکیبات بیولوژیکی محلول در حلال های آلی هستند.عمده لیپیدها اسیدهای چرب،تری گلیسیریدها (ترایسیل گلیسرول ها)،فسفولیپیدها،گلیکولیپیدها (اسفنگولیپیدها)،استرول ها و دیگر ترکیبات مشابه همچون پرینوید ها،ویتامین های محلول در چربی و موم ها هستند که هر کدام از آنها از تعدادی زیادی زیر مجموعه تشکیل شده اند.به طوری که می توان گفت بیش از 1000 ترکیب مختلف در علم شیمی موجود است که می توان آنها را جزو خانواده لیپیدها به حساب آورد.
لغت چربی (fat ) به تری گلیسریدهایی اطلاق می شود که از سه مولکول اسید چرب متصل به یک مولکول گلیسرول تشکیل شده باشد.انرژی حاصل از چربی ها تقریباً برابر با 9 کالری در هر گرم است که بیش از 2 برابر انرژی برخاسته از یک گرم هیدرات کربن یا پروتئین است.
ترایسیل گلیسرول ها ابتدا در بدن در آدی پوسیت ها یا همان سلولهای چربی ذخیره می شوند.این مواد و دیگر لیپیدها در جریان خون در فرم لیپو پروتئین ها نقل و انتقال می یابند.از انواع لیپوپروتئین ها می توان به کیلومیکرون ها، لیپوپروتئین ها با دانسیته بسیار پایین) VLDL)،لیپوپروتئین ها با دانسیته کم(LDL) و لیپوپروتئین ها با دانسیته بالا((HDL اشاره کرد.
لیپید ها مجموعه بزرگ و هتروژنوسی از مولکولها بیولوژیک سازنده موجودات زنده هستند که در داخل مواد مانند متانول ، استون ، کلروفرم و بنزن حل میشوند . بر خلاف این ، چربی ها در داخل آب حل نمیشوند و یا حلالیت بسیار کمی دارند .
اهمیت لیپیدها
علاوه بر اهمیت فیزیولوژیک , شناخت بیوشیمیایی لیپیدها برای درک بسیاری از مسائل رایج پزشکی نظیر: تاثیر داروها, چاقی و آترواسکلروزیس مهم می باشد.
چاقی بیش ازحد نوعی بیماری است که خود زمینه ساز اختلالات دیگری نظیر دیابت و آترواسکلروزیس بعنوان معمول ترین علت مرگ و میر درجوامع مختلف بشری می باشد.
اختلالات متابولیسم لیپیدها, بخصوص کلسترول و لیپوپروتئینها, بعنوان عامل اصلی در ایجاد آترواسکلروز و بیماری های قلبی-عروقی مطرح هستند.
انواع لپیدها
لپید ها را میتوان به دو دسته هیدرولیز کننده و غیر هیدرولیز کننده تقسیم بندی کرد .
لیپیدهای هیدرولیز کننده :
استر های ساده (simple esters) شامل چربی ها هستند (تری گلیسیرید : شامل یک گلیسرول + 3 اسید چرب )
موم ها (waxes) (یک الکل چرب + یک اسید چرب )
استرول استر ها (sterol esters) (یک استرول + یک اسید چرب ) .
فسفولیپیدها
استرهای پیچیده هستند . ساخنتمان آنها شامل اسید فسفاتیدیک ( یک گلیسرول + دو اسید چرب + یک فسفات ) + فسفاتیدیز (یک گلیسرول + دو اسید چرب + یک فسفات + یک امینو اسید ) است
اسفنگولیپید
در اسفنگولیپید گلیسرول و اسید چرب جای خود را به اسفینگوزین میدهد . گلیکولیپیدها (یک اسفنگوزین + یک اسید چرب + قند) جز مهمی از این دسته هستند . گانگیلوزید ها (یک اسفنگوزین + یک اسید چرب + قندهای گوناگون چندتایی + نورامینیک اسید ) هم جز این دسته هستند .
نحوه اتصال لیپیدهای هیدرولیز کننده با پیوند استری است .
لیپیدهای غیر هیدرولیز کننده
الکل های لیپیدی ( آلکانها بلند زنجیر + حلقه استرولی مانند کلسترول + استروئید مانند استرادیول و تستسترون) و هیدروکربنها (آلکان ها و کاروتنوئید ) جز این دسته هستند . مهمترین اسیدها در بین لیپیدها اسید های چرب هستند . ایکوزونائیدها هم جز این دسته محسوب میشوند .
در بالای خلاصه ای از انواع لیپیدها را برسی کردیم هر چند که برسی بیشتر و دسته بندی بهتر آنها به وقت زیادی لازم دارد . در ادامه تیتر وار نقشهای بیولوژیکی لیپیدها را برسی میکنیم .
نقش لیپیدها :
تامین انرژی
مواد مغذی و صرفی سلولها
عایق
اعمال ویژه ( عکس پایین )
شرکت در ساختمان غشایی: فسفولیپیدها, گلیکولیپیدها و کلسترول
پاسخ های بیولوژیکی: هورمونهای استروئیدی و لکوترینها و لیپوکسین ها
تنفس : فسفاتیدیل کولین (تنفس ریوی) و یوبی کینون (تنفس سلولی)
ویتامین ها: ویتامین های D, E, A, K
پیامبر دوم: اینوزیتول تری فسفات (PIP2)
هضم و جذب لیپیدها: اسِیدهای صفراوی
به علت مهم بودن استروئیدها در این قسمت در مورد این لیپیدها صحبت خواهیم کرد . سه دسته مهم استروئیدها استرول ، اسید صفرا و هورمونهای استروئیدی هستند .
استرول
استرولها ، الکلهای استروئیدی هستند که در رینگ B دارای پیوند دوگانه مانند شاخه های جانبی هستند . همچنین در کربن شماره 3 (C-3) دارای یک مولکول هیدروکسیل در حالت بتا هستند .
مهمترین استرول در جانوران ، کلسترول است . مولکول های شبه استرولی در ساختمان گیاهان و میکروارگانیسم ها هم وجود دارد اما از نظر ساختمانی بسیار متغیر از کلسترول هستند . مانند : ارگسترول (ergosterol) ، بتا سیتسترول (b-sitosterol) و استیگماسترول (stigmasterol)
در ساختمان تمام بافتهای انسان ، به ویژه اعصاب کلسترول وجود دارد . کلسترول یکی از مهمترین واحدهای سازنده غشای سلولی است و تنظیم کننده میزان سیال بودن غشا است . حالت ذخیره و انتقالی کلسترول همراه استر و اسیدهای چرب است . در لیپو پروتئین ها ، کلسترول و اسید های چرب استری با سایر لیپیدها شرکت میکنند . کلسترول مهمترین ماده سازنده صفرا است و بنابراین در بسیاری از سنگ های صفراوی میتواند حضور داشته باشد .
لیپوپروئین با کلسترول زیاد یا همان LDL ، در بیماری تصلب شرایین (arteriosclerosis) بسیار مهم هستند چون زمانی که غلظت پلاسمایی کلسترول بالا باشد ، دیواره رگ ها تغیر میکنند . این نکته در رژیم های غذایی مهم است چون مواد گیاهی دارای سطح پاینی از کلسترول هستند در حالی که مواد غیر گیاهی غنی از کلسترول هستند به ویژه : گوشت ، زرده تخم مرغ ، کره ، مغز و کبد گوسفند .
هضم و انتقال لیپیدها
اکسیداسیون زنجیره بلند اسید های چرب به استیل کوآ یک مسیر تامین انرژی در بسیاری از بافتها و میکروارگانیسم ها به شمار می آید .برای نمونه قلب و کبد در پستانداران . طوری که 80 درصد انرژی را برای بافت تامین میکند . موقع عبور اسید های چرب از زنجیره تنفسی ، الکترونها از اسید های چرب (توسط اکسیداسیون ) جدا میشوند . استیل کوآ تولید شده ممکن است به طور کامل به Co2 در چرخه اسید سیتریک اکسیده شود . و باعث تولید انرژی در ادامه مسیر شود . در بعضی از گونه ها و بعضی از بافت ها ، استیل کوآ یک محصول فرعی متابولیسم است . در کبد استیل کوآ به کتون بادی ها تبدیل میشود و این مواد محلول در آب به ویژه زمانی که گلوکوز کم باشد و یا به علت دیابت بدن نمی تواند از گلوکز استفاده کند به سوی مغز و یا سایر ارگانها به عنوان ماده تغذیه کننده فرستاده میشود . تبدیل اسیدهای چرب به استیل کوآ را بتا اکسیداسیون می گویند .
زنجیره طویل اسید های چرب از هیدرو کربنها ساخته شده است . با کاهش چربی ها 38 kJ/g انرژی تولید میود که دو برابر انرژی حاصل از اکسیداسیون کربوهیدراتها و یا پروتئین ها است .این انرژی بیشتر به علت غیر محلول بودن اسید های چرب در آب است . تری گلیسیرید ها ( سه اسید چرب + یک الکل گلیسرول ) مانند یک قطره چربی در کنار هم قرار میگیرند و باعث میشوند که اسمولالیته سیتوپلاسم افزایش نیابد و غیر قابل حل باشند . (همانطور که میدانید اسمولالیته به تعداد ذرات سازنده در محلول بستگی دارد ). از انجا که بین مولکولهای تری گلیسیرید ها پیوندهای سستی بر قرار است ، تری گلیسیرید ها به راحتی در درون سلول در مقادیر بسیار زیاد کنار هم جمع میشوند بدون آنکه با دیگر واحد های سلولی تداخل شیمیایی داشته باشد . این ویژگی ها تری گلیسیرید را کاندیدای مناسبی برای ترکیب ذخیره ای در داخل سلول می کند .
اما مشکل تری گلیسیریدها در حالت تغذیه ای انها بروز میکند . یعنی همانطور که گفتیم آنها غیر محلول در اب هستند . از انجا که انزیم های روده ای بر روی موادی اثر میکنند که در اب حل شده باشند بنابراین باید این تری گلیسیرید ها به حالت امولیسیون در ایند و سپس در روده ها جذب خون شده و برای ذخیره و یا استفاده در بدن به پروتئین ها متصل شود تا بتواند در آب حل شود . برای غلبه بر پیوندهای کربن – کربن در یک اسید های چرب ، کربن شماره یک با اتصال به کوآنزیم A فعال میشود . در هر مرحله 2 کربن از مولکول اسید چرب جدا میشود و این روند از انتهای کربوکسیل مولکول اغاز می گردد . محل برش زنجیره بین اتم های کربن آلفا 2 و بتا 3 است به همین دلیل این روند بتا اکسیداسیون نام دارد .
مراحل شیمیایی اکسایش اسید های چرب در میتو کندری
اکسیداسیون اسید های چرب در سه مرحله کلی انجام می شود که باعث تولید CO2 و H2O میشود
1 ) اکسیده شدن زنجیره بلند اسید چرب به دو قسمت کربن دار – در شکل استیل کوآ (بتا اکسیداسیون )
2 ) اکسیداسیون استیل کوآ به CO2 در چرخه اسید سیتریک
3) انتقال الکترونها به زنجیره تنفسیلیپیدها گروهی از ترکیبات بیولوژیکی محلول در حلال های آلی هستند.عمده لیپیدها اسیدهای چرب،تری گلیسیریدها (ترایسیل گلیسرول ها)،فسفولیپیدها،گلیکولیپیدها (اسفنگولیپیدها)،استرول ها و دیگر ترکیبات مشابه همچون پرینوید ها،ویتامین های محلول در چربی و موم ها هستند که هر کدام از آنها از تعدادی زیادی زیر مجموعه تشکیل شده اند.به طوری که می توان گفت بیش از 1000 ترکیب مختلف در علم شیمی موجود است که می توان آنها را جزو خانواده لیپیدها به حساب آورد.
لغت چربی (fat ) به تری گلیسریدهایی اطلاق می شود که از سه مولکول اسید چرب متصل به یک مولکول گلیسرول تشکیل شده باشد.انرژی حاصل از چربی ها تقریباً برابر با 9 کالری در هر گرم است که بیش از 2 برابر انرژی برخاسته از یک گرم هیدرات کربن یا پروتئین است.
ترایسیل گلیسرول ها ابتدا در بدن در آدی پوسیت ها یا همان سلولهای چربی ذخیره می شوند.این مواد و دیگر لیپیدها در جریان خون در فرم لیپو پروتئین ها نقل و انتقال می یابند.از انواع لیپوپروتئین ها می توان به کیلومیکرون ها، لیپوپروتئین ها با دانسیته بسیار پایین) VLDL)،لیپوپروتئین ها با دانسیته کم(LDL) و لیپوپروتئین ها با دانسیته بالا((HDL اشاره کرد.
لیپید ها مجموعه بزرگ و هتروژنوسی از مولکولها بیولوژیک سازنده موجودات زنده هستند که در داخل مواد مانند متانول ، استون ، کلروفرم و بنزن حل میشوند . بر خلاف این ، چربی ها در داخل آب حل نمیشوند و یا حلالیت بسیار کمی دارند .
اهمیت لیپیدها
علاوه بر اهمیت فیزیولوژیک , شناخت بیوشیمیایی لیپیدها برای درک بسیاری از مسائل رایج پزشکی نظیر: تاثیر داروها, چاقی و آترواسکلروزیس مهم می باشد.
چاقی بیش ازحد نوعی بیماری است که خود زمینه ساز اختلالات دیگری نظیر دیابت و آترواسکلروزیس بعنوان معمول ترین علت مرگ و میر درجوامع مختلف بشری می باشد.
اختلالات متابولیسم لیپیدها, بخصوص کلسترول و لیپوپروتئینها, بعنوان عامل اصلی در ایجاد آترواسکلروز و بیماری های قلبی-عروقی مطرح هستند.
انواع لپیدها
لپید ها را میتوان به دو دسته هیدرولیز کننده و غیر هیدرولیز کننده تقسیم بندی کرد .
لیپیدهای هیدرولیز کننده :
استرهای ساده (simple esters) شامل چربی ها هستند (تری گلیسیرید : شامل یک گلیسرول + 3 اسید چرب )
موم ها (waxes) (یک الکل چرب + یک اسید چرب )
استرول استر ها (sterol esters) (یک استرول + یک اسید چرب ) .
فسفولیپیدها
استرهای پیچیده هستند . ساخنتمان آنها شامل اسید فسفاتیدیک ( یک گلیسرول + دو اسید چرب + یک فسفات ) + فسفاتیدیز (یک گلیسرول + دو اسید چرب + یک فسفات + یک امینو اسید ) است
اسفنگولیپید
در اسفنگولیپید گلیسرول و اسید چرب جای خود را به اسفینگوزین میدهد . گلیکولیپیدها (یک اسفنگوزین + یک اسید چرب + قند) جز مهمی از این دسته هستند . گانگیلوزید ها (یک اسفنگوزین + یک اسید چرب + قندهای گوناگون چندتایی + نورامینیک اسید ) هم جز این دسته هستند .
نحوه اتصال لیپیدهای هیدرولیز کننده با پیوند استری است .
لیپیدهای غیر هیدرولیز کننده
الکل های لیپیدی ( آلکانها بلند زنجیر + حلقه استرولی مانند کلسترول + استروئید مانند استرادیول و تستسترون) و هیدروکربنها (آلکان ها و کاروتنوئید ) جز این دسته هستند . مهمترین اسیدها در بین لیپیدها اسید های چرب هستند . ایکوزونائیدها هم جز این دسته محسوب میشوند .
در بالای خلاصه ای از انواع لیپیدها را برسی کردیم هر چند که برسی بیشتر و دسته بندی بهتر آنها به وقت زیادی لازم دارد . در ادامه تیتر وار نقشهای بیولوژیکی لیپیدها را برسی میکنیم .
نقش لیپیدها :
تامین انرژی
مواد مغذی و صرفی سلولها
عایق
اعمال ویژه ( عکس پایین )
شرکت در ساختمان غشایی: فسفولیپیدها, گلیکولیپیدها و کلسترول
پاسخ های بیولوژیکی: هورمونهای استروئیدی و لکوترینها و لیپوکسین ها
تنفس : فسفاتیدیل کولین (تنفس ریوی) و یوبی کینون (تنفس سلولی)
ویتامین ها: ویتامین های D, E, A, K
پیامبر دوم: اینوزیتول تری فسفات (PIP2)
هضم و جذب لیپیدها: اسِیدهای صفراوی
به علت مهم بودن استروئیدها در این قسمت در مورد این لیپیدها صحبت خواهیم کرد . سه دسته مهم استروئیدها استرول ، اسید صفرا و هورمونهای استروئیدی هستند .
استرول
استرولها ، الکلهای استروئیدی هستند که در رینگ B دارای پیوند دوگانه مانند شاخه های جانبی هستند . همچنین در کربن شماره 3 (C-3) دارای یک مولکول هیدروکسیل در حالت بتا هستند .
مهمترین استرول در جانوران ، کلسترول است . مولکول های شبه استرولی در ساختمان گیاهان و میکروارگانیسم ها هم وجود دارد اما از نظر ساختمانی بسیار متغیر از کلسترول هستند . مانند : ارگسترول (ergosterol) ، بتا سیتسترول (b-sitosterol) و استیگماسترول (stigmasterol)
در ساختمان تمام بافتهای انسان ، به ویژه اعصاب کلسترول وجود دارد . کلسترول یکی از مهمترین واحدهای سازنده غشای سلولی است و تنظیم کننده میزان سیال بودن غشا است . حالت ذخیره و انتقالی کلسترول همراه استر و اسیدهای چرب است . در لیپو پروتئین ها ، کلسترول و اسید های چرب استری با سایر لیپیدها شرکت میکنند . کلسترول مهمترین ماده سازنده صفرا است و بنابراین در بسیاری از سنگ های صفراوی میتواند حضور داشته باشد .
لیپوپروئین با کلسترول زیاد یا همان LDL ، در بیماری تصلب شرایین (arteriosclerosis) بسیار مهم هستند چون زمانی که غلظت پلاسمایی کلسترول بالا باشد ، دیواره رگ ها تغیر میکنند . این نکته در رژیم های غذایی مهم است چون مواد گیاهی دارای سطح پاینی از کلسترول هستند در حالی که مواد غیر گیاهی غنی از کلسترول هستند به ویژه : گوشت ، زرده تخم مرغ ، کره ، مغز و کبد گوسفند .
هضم و انتقال لیپیدها
اکسیداسیون زنجیره بلند اسید های چرب به استیل کوآ یک مسیر تامین انرژی در بسیاری از بافتها و میکروارگانیسم ها به شمار می آید .برای نمونه قلب و کبد در پستانداران . طوری که 80 درصد انرژی را برای بافت تامین میکند . موقع عبور اسید های چرب از زنجیره تنفسی ، الکترونها از اسید های چرب (توسط اکسیداسیون ) جدا میشوند . استیل کوآ تولید شده ممکن است به طور کامل به Co2 در چرخه اسید سیتریک اکسیده شود . و باعث تولید انرژی در ادامه مسیر شود . در بعضی از گونه ها و بعضی از بافت ها ، استیل کوآ یک محصول فرعی متابولیسم است . در کبد استیل کوآ به کتون بادی ها تبدیل میشود و این مواد محلول در آب به ویژه زمانی که گلوکوز کم باشد و یا به علت دیابت بدن نمی تواند از گلوکز استفاده کند به سوی مغز و یا سایر ارگانها به عنوان ماده تغذیه کننده فرستاده میشود . تبدیل اسیدهای چرب به استیل کوآ را بتا اکسیداسیون می گویند .
زنجیره طویل اسید های چرب از هیدرو کربنها ساخته شده است . با کاهش چربی ها 38 kJ/g انرژی تولید میود که دو برابر انرژی حاصل از اکسیداسیون کربوهیدراتها و یا پروتئین ها است .این انرژی بیشتر به علت غیر محلول بودن اسید های چرب در آب است . تری گلیسیرید ها ( سه اسید چرب + یک الکل گلیسرول ) مانند یک قطره چربی در کنار هم قرار میگیرند و باعث میشوند که اسمولالیته سیتوپلاسم افزایش نیابد و غیر قابل حل باشند . (همانطور که میدانید اسمولالیته به تعداد ذرات سازنده در محلول بستگی دارد ). از انجا که بین مولکولهای تری گلیسیرید ها پیوندهای سستی بر قرار است ، تری گلیسیرید ها به راحتی در درون سلول در مقادیر بسیار زیاد کنار هم جمع میشوند بدون آنکه با دیگر واحد های سلولی تداخل شیمیایی داشته باشد . این ویژگی ها تری گلیسیرید را کاندیدای مناسبی برای ترکیب ذخیره ای در داخل سلول می کند .
اما مشکل تری گلیسیریدها در حالت تغذیه ای انها بروز میکند . یعنی همانطور که گفتیم آنها غیر محلول در اب هستند . از انجا که انزیم های روده ای بر روی موادی اثر میکنند که در اب حل شده باشند بنابراین باید این تری گلیسیرید ها به حالت امولیسیون در ایند و سپس در روده ها جذب خون شده و برای ذخیره و یا استفاده در بدن به پروتئین ها متصل شود تا بتواند در آب حل شود . برای غلبه بر پیوندهای کربن – کربن در یک اسید های چرب ، کربن شماره یک با اتصال به کوآنزیم A فعال میشود . در هر مرحله 2 کربن از مولکول اسید چرب جدا میشود و این روند از انتهای کربوکسیل مولکول اغاز می گردد . محل برش زنجیره بین اتم های کربن آلفا 2 و بتا 3 است به همین دلیل این روند بتا اکسیداسیون نام دارد .
مراحل شیمیایی اکسایش اسید های چرب در میتو کندری
اکسیداسیون اسید های چرب در سه مرحله کلی انجام می شود که باعث تولید CO2 و H2O میشود
1 ) اکسیده شدن زنجیره بلند اسید چرب به دو قسمت کربن دار – در شکل استیل کوآ (بتا اکسیداسیون )
2 ) اکسیداسیون استیل کوآ به CO2 در چرخه اسید سیتریک
3) انتقال الکترونها به زنجیره تنفسی