Lipidy sú neoddeliteľnou súčasťou nášho života. Tieto organické látky sú veľmi rôznorodé a plnia množstvo funkcií. V ľudskom organizme sú napríklad stavebnou súčasťou membrán, mechanicky chránia dôležité orgány, fungujú ako zásoba energie a podieľajú sa na udržiavaní teploty. Okrem toho majú obrovský význam aj v ďalších procesoch. Delia sa na jednoduché lipidy, zložené lipidy a izoprenoidné lipidy. V tomto texte sa podrobnejšie pozrieme na zložené lipidy.
Zložené lipidy - glykolipidy a fosfolipidy
Zložené lipidy majú molekuly tvorené nepolárnou časťou – mastné kyseliny a alkohol. Na ňu sa viaže ďalšia zložka, predstavujúca polárnu časť molekuly. Tieto lipidy majú teda polárne-nepolárny charakter, sú amfifilné, a patria medzi tenzidy. Plnia rôzne funkcie v rámci živých organizmov, najdôležitejšou z nich je to, že sú hlavnou súčasťou membrán – fosfolipidovej dvojvrstvy.
Fosfolipidy
Molekula fosfolipidov obsahuje mastnú kyselinu, alkohol (glycerol, alebo sfingozín) a kyselinu trihydrogenfosforečnú viazanú esterovou väzbou. Podľa alkoholovej zložky sa delia na glycerofosfolipidy a sfingolipidy.
Fosfátová skupina, ktorá je súčasťou štruktúry, má pri fyziologickej hodnote pH záporný náboj. Jednou esterovou väzbou sa viaže na alkohol a alkoholovým hydroxylom sa na ňu viaže druhá zložka, opäť esterovou väzbou. Kyselina fosforečná vo fosfolipidoch je teda viazaná diesterovo.
Ak je druhou zložkou dusíkatá báza (kladný náboj pri fyziologickom pH), výsledný fosfolipid je dipolárny (amfotérny).
Tieto zložené lipidy majú polárne-nepolárny charakter, ktorý je zásadný pre stavbu biologických membrán. Na rozhraní fází sa fosfolipidy orientujú na základe vzťahu k vode.
Hydrofilné (polárne) časti molekúl sa zanoria do vodnej fázy, hodrofóbne (nepolárne), naopak, interagujú s nepolárnou fázou. Tou môže byť vzduch, lipidy, alebo nepolárne molekuly. Vzniká tak monomolekulárna fosfolipidová vrstva – napríklad na hladine roztokov.
Pri určitých podmienkach dochádza k tvorbe fosfolipidovej dvojvrstvy, ktorá je základnou štrukturálnou zložkou biologickej (bunkovej) membrány.
Glycerofosfolipidy
Táto skupina lipidov patrí medzi fosfolipidy. Alkoholovou zložkou je glycerol, na ktorý sa viažu mastné kyseliny a kyselina trihydrogenfosforečná. Základná štruktúra glycerofosfolipidov sa nazýva kyselina fosfatidová. Ide o 1,2-diacylglycerol, na ktorý je esterovou väzbou pripojená kyselina fosforečná. Esterové väzby hydrolyticky štiepi enzým fosfolipáza.
Fosfolipázy - niekoľko typov, v čom sa líšia?
Fosfolipázy sú enzýmy, ktorých úlohou je v ľudskom tele štiepiť fosfolipidy. Okrem degradácie fosfolipidov sa podieľajú aj na ich remodelácii. Rozlišujeme fosfolipázu A1, A2, C a D.
Každá z fosfolipáz štiepi tieto zložené lipidy na inom mieste.
Fosfolipáza A1 štiepi esterovú väzbu mastnej kyseliny a glycerolu v pozícii 1.
Fosfolipáza A2 štiepi takisto väzbu mastnej kyseliny a glycerolu, avšak v pozícii 2.
Fosfolipáza C štiepi väzbu glycerolu s fosfátom a
fosfolipázu D nájdeme len v rastlinných organizmoch. Odštiepuje alkoholovú zložku fosfolipidu. Jednotlivé miesta štiepenia sú znázornené na obrázku vyššie.
Glycerofosfolipidy majú veľký význam. Sú štruktúrnou zložkou membrán, lipoproteínov, sú aj zložkou micel v žlči. Slúžia ako zdroj polynenasýtených mastných kyselín (PUFA) pre rôzne syntetické procesy, ukotvujú v membránach proteíny, zúčastňujú sa prenosu signálov v bunkách a mohli by sme vymenovať ešte niekoľko ďalších špecifických funkcií.
Podľa polárnej molekuly, ktorá sa viaže na fosfát, sa rozdeľujú na fosfatidylcholíny (lecitíny), fosfatidyletanolamíny, fosfatidylseríny, fosfatidylinositoly a fosfatidylglyceroly.
Fosfatidylcholín aj fosfatidylethanolamín sú dipolárne. Jedná sa o hlavné zložky membrán – plazmatických, aj membrán obklopujúcich organely v bunkách. Patrí sem aj dipalmitoylfosfatidylcholín. Je to fosfolipid, ktorý tvorí hlavnú zložku pľúcneho surfaktantu.
Fosfatidylserín je kyslý fosfolipid s dvoma zápornými a jedným kladným nábojom.
Fosfatidylinositol (PI) je takisto súčasťou membrán. Na ich vnútornej strane je inositol často fosforylovaný, vzniká fosfatidylinositol-4-fosfát (PIP) a fosfatidylinositol-4,5-bisfosfát (PIP2). Enzým fosfolipáza C hydrolyzuje PIP2 za vzniku dvoch molekúl: inositol-1,4,5-trifosfát (IP3) a diacylglycerol. Tieto látky sú významné signálne molekuly, takzvaní druhí poslovia. Dané zložené lipidy sú tak súčasťou dráh, ktoré prenášajú informácie z okolia do bunky a ovplyvňujú prebiehajúce procesy. Okrem iného regulujú aj koncentráciu vápenatých iónov v bunke.
Na vonkajších stranách membrán bývajú zase fosfatidylinositoly, na ktoré sa viaže sacharidový reťazec spojený s proteínom. Takto glykosylovaný fosfolipid sa nazýva fosfatidylinositolovou kotvou, prostredníctvom ktorej je proteín pevne pripevnený k membráne.
Fosfatidylglyceroly sú kyslými fosfolipidmi, významnými skôr pre rastliny, ako pre živočíchy. Predsa len tu nájdeme jeden charakteristický lipid pre membrány baktérií a vnútornú mitochondriálnu membránu. Volá sa kardiolipín, chemicky 1,3-bisfosfatidylglycerol.
Zaujímavosť z vysokej školy - mikrobiológia
Kardiolipín sa používa v jednej z reakcií na dôkaz pohlavnej choroby syfilis. Pôvodcom tohto ochorenia je baktéria Treponema pallidum. Ak máme podozrenie na syfilis a chceme ochorenie dokázať, začneme dvoma reakciami: RRR (netreponemová) a TPHA (treponemová). V obidvoch používame antigén, v prípade RRR však nejde priamo o treponemový antigén, ale o „náš“ fosfolipid – kardiolipín. V testoch zisťujeme, či má pacient vytvorené proti týmto antigénom protilátky. Nie sú však natoľko spoľahlivé, aby sme mohli vysloviť diagnózu, preto pri pozitívnom alebo hraničnom výsledku jedného z týchto testov použijeme ďalšie metódy, na základe ktorých môžeme definitívne potvrdiť diagnózu syfilis.
Sfingofosfolipidy
Pri sfingolipidoch je namiesto glycerolu prítomný sfingozín (palmitoyl-CoA + serín). Na sfingozín sa viaže ďalšia mastná kyselina a vzniká ceramid (štruktúru znázorňuje nasledujúci obrázok). Na primárnu alkoholovú skupinu ceramidu sa viaže kyselina fosforečná.
Na ňu sa esterovou väzbou pripája väčšinou cholín, čím vzniká najčastejší typ sfingofosfolipidov, sfingomyelín.
Ide o amfotérny, t.j. dipolárny fosfolipid, ktorý je hlavným typom zastúpeným v myelínových obaloch axónov. Takisto je však súčasťou plazmatických membrán väčšiny buniek.
Glykolipidy
Rovnako ako fosfolipidy, patria aj glykolipidy medzi zložené lipidy. V molekulách nájdeme okrem mastných kyselín a alkoholovej zložky aj sacharidovú časť. Väčšinou sa jedná o glukózu a galaktózu. Sú bežnou súčasťou membrán a sacharidové časti sa podieľajú napríklad na tvorbe glykokalixu.
Podľa sacharidovej časti ich delíme na neutrálne a kyslé. Hlavnou skupinou glykolipidov sú glykosfingolipidy.
Glykosfingolipidy
Základom molekuly sú rovnako ako pri sfingofosfolipidoch, ceramidy. Na ich alkoholovú skupinu sa glykosidovou väzbou pripája sacharidová zložka (polárna časť molekuly).
Medzi neutrálne glykosfingolipidy patria cerebrosidy a globosidy. Spomedzi cerebrosidov je významným zástupcom galaktocerebrosid, výrazne zastúpený v bielej hmote mozgu, alebo glukocerebrosidy, ktoré nachádzame v iných tkanivách organizmu.
Globosidy sú oligoglykosylceramidy. Oligosacharidový zvyšok môže mať rôznu dĺžku, dokonca môže byť aj vetvený. Častým zástupcom je N-acetylgalaktosamin, ktorý nájdeme napríklad v štruktúre určujúcej krvnú skupinu AB0 systému.
Medzi kyslé glykosfingolipidy patria sulfatidy a gangliosidy. Sulfatidy, alebo sulfoglykosfingolipidy, majú monosacharidové zvyšky esterifikované kyselinou sírovou na jednej z –OH skupín. Príkladom je sulfogalaktosfingolipid. Nájdeme ho v myelíne oligodendrocytov (bunky v CNS), ale aj glomeruloch obličiek.
Sialoglykosfingolipidy, inak nazývané gangliosidy, majú na oligosacharidový zvyšok naviazaných niekoľko zvyškov sialových kyselín. Nachádzajú sa na vonkajšej strane membrán všetkých typov buniek, predovšetkým však gangliových buniek.
Z vysokej školy - odbúravanie sfingolipidov a súvisiace ochorenia
Sfingolipidy sú odbúravané v organelách, ktoré sa volajú lyzozómy. Na ich deštrukcii sa podieľajú rôzne hydrolytické enzýmy, špecifické pre substrát aj typ glykosidovej väzby. Ak v organizme chýba, alebo je nedostatočné množstvo niektorého z týchto enzýmov, jeho substrát sa hromadí a vznikajú ochorenia nazývané sfingolipidózy.
Sfingolipidózy sú teda ochorenia, pri ktorých dochádza k hromadeniu lipidov v tkanivách kvôli nedostatku degradačných enzýmov v lyzozómoch. Podmienené sú geneticky. Keďže glykolipidy nachádzame najmä v membránach CNS, práve toto miesto je najvýraznejšie ovplyvnené. Okrem nervovej sústavy patrí medzi najviac postihnuté tkanivá aj spojivo a parenchým orgánov.
Príkladom takýchto chorôb je Tay-Sachsova choroba (hromadenie gangliosidu), Gaucherova choroba (hromadenie glukocerebrosidov), alebo Niemann-Pickova choroba (hromadenie sfingomyelínu). Postihnuté deti často zomierajú v prvých rokoch života.
Predchádzajúci článok:
Pokračovanie článku: Izoprenoidné lipidy, Eikosanoidy
Zdroje:
TOMANDL, Josef a kolektív. 2014. Základy lékařské chemie a biochemie. Brno. Masarykova univerzita. ISBN: 987-80-210-6973-2
STREBLOVÁ, Eva. 2013. Souhrnné texty z chemie pro přípravu k přijímacím zkouškám, II. díl. Praha. KAROLINUM. ISBN: 978-80-246-2242-2
KMEŤOVÁ, J. SKORŠEPA, M. VYDROVÁ, M. 2011. Chémia pre 3. ročník gymnázia so štvorročným štúdiom a 7. ročník gymnázia s osemročným štúdiom. Martin. Vydavateľstvo Matice slovenskej. ISBN: 978-80-8115-042-5
Prezentácia Lipidy III – metabolismus TG, metabolismus ketolátek, metabolismus fosfolipidů Ústavu biochémie LF MU, 2017
