Lipidy

Lipidy (z řeckého lipos – tučný) jsou přírodní látky živočišného i rostlinného původu, mezi které patří především tuky, oleje, vosky, některé vitamíny a hormony. Mohou být v kapalném nebo pevném skupenství. 

Chemicky jsou to převážně estery vyšších mastných kyselin a alkoholů. Přesněji řečeno se jedná o deriváty mastných kyselin jednosytného nebo trojsytného alkoholu. Mastné kyseliny jsou vyšší karboxylové kyseliny nasycené nebo nenasycené.

Společnou vlastností lipidů je jejich hydrofobní charakter, který je podmíněný obsahem delšího nepolárního uhlovodíkového řetězce. V biologii a mikrobiologii jsou lipidy makro molekulami, které jsou nerozpustné ve vodě a rozpustné v nepolárních rozpouštědlech. Nepolární rozpouštědla jsou většinou uhlovodíky používané k rozpuštění jiných přirozeně se vyskytujících molekul uhlovodíkových lipidů, které se nerozpouštějí nebo se obtížně rozpouštějí ve vodě, včetně mastných kyselin, vosků, sterolů, vitamínů rozpustných v tucích (jako jsou vitamíny A, D, E a K), monoglyceridy, diglyceridy, triglyceridy a fosfolipidy.

Jedna z funkcí lipidů je ukládání energie, signalizace a působení jako strukturální složky buněčných membrán. Lipidy mají také uplatnění v kosmetickém a potravinářském průmyslu i v nanotechnologii.

Vědci někdy definují lipidy jako hydrofobní nebo amfifilní (látky dobře rozpustné v tucích a vodoodpudivé) malé molekuly. Amfifilní povaha některých lipidů jim umožňuje tvořit struktury, jako jsou vezikuly, multilamelární/unilamelární lipozomy nebo membrány ve vodném prostředí. Biologické lipidy pocházejí zcela nebo částečně ze dvou odlišných typů biochemických podjednotek: ketoacylových a izoprenových skupin. Díky tomuto přístupu lze lipidy rozdělit do osmi kategorií: mastné kyseliny, glycerolipidy, glycerofosfolipidy, sfingolipidy, sacharolipidy a polyketidy (odvozené z kondenzace ketoacylových podjednotek); a sterolové lipidy a prenolové lipidy (odvozené z kondenzace isoprenových podjednotek).

Lipidy jsou pro živé organismy nepostradatelné. Měly by tvořit maximálně 25–30 % denní dávky živin pro dospělé. Celkový příjem energie a tuků závisí na pohlaví, věku, hmotnosti a fyzické zátěži jedince. Při denním energetickém příjmu 8500 kilojoulů by množství přijatých tuků odpovídalo 70g.

Historie 
V roce 1815 Henri Braconnot klasifikoval lipidy do dvou kategorií a to tuhé tuky či lůj a tekuté oleje.  V roce 1823 vyvinul Michel Eugène Chevreul podrobnější klasifikaci, zahrnující oleje, tuky, lůj, vosky, pryskyřice, balzámy a těkavé oleje (nebo esenciální oleje).

První syntetický triglycerid zaznamenal Théophile-Jules Pelouze v roce 1844, kdy vyrobil tributyrin zpracováním kyseliny máselné glycerinem v přítomnosti koncentrované kyseliny sírové.  O několik let později Marcellin Berthelot, jeden z Pelouzeových studentů, syntetizoval tristearin a tripalmitin reakcí analogických mastných kyselin s glycerinem v přítomnosti plynného chlorovodíku při vysoké teplotě. V roce 1827 William Prout uznal tuk spolu s bílkovinami a sacharidy jako důležitou živinu pro lidi a zvířata. 

Po jedno století považovali chemici za „tuky“ pouze jednoduché lipidy vyrobené z mastných kyselin a glycerolu, ale v průběhu let byly popsány nové formy lipidů. Theodore Gobley (1847) objevil fosfolipidy v mozku savců a slepičích vejcích. Thudichum objevil v lidském mozku některé fosfolipidy, glykolipidy a sfingolipidy.

Pro lipidy měl každý autor trochu jiný název, objevovali se termíny jako např. lipoid, lipin, lipide a lipid.  V roce 1912 navrhli Rosenbloom a Gies nahrazení „lipoidu“ „lipinem“. V roce 1920 zavedl Bloor novou klasifikaci pro „lipoidy“: jednoduché lipoidy (tuky a vosky), složené lipoidy (fosfolipoidy a glykolipoidy) a odvozené lipoidy (mastné kyseliny, alkoholy, steroly).

Slovo lipid, které etymologicky pochází z řeckého λίπος, lipos 'tuk', zavedl v roce 1923 francouzský farmakolog Gabriel Bertrand. 

V roce 1947 definoval T. P. Hilditch „jednoduché lipidy“ jako tuky a vosky (pravé vosky, steroly, alkoholy).

Dělení lipidů

Vznik a složky lipidů

Vznik lipidů 
Chemicky jsou lipidy estery vyšších mastných kyselin a alkoholů. Přesněji řečeno se jedná o deriváty mastných kyselin jednosytného nebo trojsytného alkoholu. Chemická reakce vzniku lipidu a vzorec triacylglyceridu:

Složka lipidů – alkoholy 
První složkou lipidů jsou alkoholy. V tucích je to trojsytný alkohol glycerol. Ve voscích je to primární nebo sekundární alifatický alkohol.

Složka lipidů – mastné kyseliny 
Druhou složkou lipidů jsou mastné kyseliny, vyšší monokarboxylové kyseliny. Mastné kyseliny lze dělit podle různých kritérií – například podle délky řetězce nebo nasycenosti vazeb.

Nasycené mastné kyseliny neobsahují v řetězci žádnou dvojnou vazbu. Tvoří dlouhé přímé řetězce. Zvláště v živočišných tucích je velké množství nasycených mastných kyselin jako energetická rezerva. Příklady nasycených mastných kyselin:

 kyselina kaprylová (CH3(CH2)6COOH)
 kyselina kaprinová (CH3(CH2)8COOH)
 kyselina laurová (CH3(CH2)10COOH)

Nenasycené mastné kyseliny obsahují ve svém řetězci jednu dvojnou vazbu. Zvláště v rostlinách je velké množství nenasycených mastných kyselin. Příklady nenasycených mastných kyselin:

 kyselina palmitoolejová (CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH)
 kyselina olejová – cis izomer (CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH)
 kyselina eruková (CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH)

Chemické složení lipidů

Jednoduché (homolipidy) 

 Tuky a oleje – estery vyšších karboxylových kyselin (nejčastěji z kyselin olejové, linolové a palmitové) a trojmocného alkoholu glycerolu,
 Vosky – estery vyšších alifatických kyselin (nejčastěji z kyselin laurové, myristové a palmitové) a primárních nebo sekundárních alifatických alkoholů.

Složené (heterolipidy) 

 Fosfolipidy – estery kyseliny fosforečné a různých derivátů glycerolu nebo sfingosinu na jedné své straně, také glycerolu nebo cholinu, ethanolaminu nebo serinu na druhé a zároveň obsahují i dlouhé nepolární mastné kyseliny. Výsledkem je pak, že fosfolipid má polární a nepolární konec,
 Glykolipidy – obdobné fosfolipidům, jen na sfingosin nebo glycerol je glykosidicky navázán oligo- nebo mono-sacharid, který pak v celém lipidu představuje polární konec,
 Lipoproteiny – jsou shluky lipidů s proteiny na svém povrchu. Jsou součástí buněčných membrán, cytoplazmy a krevní plazmy.
 Sfingolipidy – obsahují základní skelet sfingoidních bází – sadu alifatických aminoalkoholů, která zahrnuje sfingosin. Byly objeveny v extraktech mozku a byly nazvány podle mytologické sfingy. Mají význam pro nervovou tkáň.

Biologické funkce

Součást buněčných membrán 
Eukaryotické buňky se vyznačují kompartmentalizovanými organelami vázanými na membránu, které provádějí různé biologické funkce. Glycerofosfolipidy jsou hlavní strukturální složkou buněčných membrán, jako je buněčná cytoplazmatická membrána a intracelulární membrány organel; v živočišných buňkách cytoplazmatická membrána fyzicky odděluje intracelulární složky od extracelulárního prostředí.

Glycerofosfolipidy jsou amfipatické molekuly (obsahující hydrofobní i hydrofilní oblasti), které obsahují glycerolové jádro spojené se dvěma "ocásky" odvozenými od mastných kyselin pomocí esterové vazby a do jedné "hlavové" skupiny fosfátovou esterovou vazbou. Zatímco glycerofosfolipidy jsou hlavní složkou buněčných membrán, jiné "neglyceridové" lipidové složky, jako je sfingomyelin a steroly (hlavně cholesterol v membránách živočišných buněk) se v buněčných membránách objevují také.

U rostlin a řas jsou galaktosyldiacylglyceroly a sulfochinosyldiacylglycerol,které postrádají fosfátovou skupinu, důležitými složkami membrán chloroplastů a příbuzných organel a jsou nejhojnější lipidy ve fotosyntetických tkáních, včetně tkání vyšších rostlin, řas a určitých bakterií.

Membrána je formou lamelární fáze lipidové dvojvrstvy. Tvorba lipidových dvojvrstev je energeticky preferovaný proces, když jsou výše popsané glycerofosfolipidy ve vodném prostředí. Toto je známé jako hydrofobní efekt. Ve vodném systému se polární hlavy lipidů zarovnají směrem k polárnímu vodnému prostředí, zatímco hydrofobní ocasy minimalizují svůj kontakt s vodou a mají tendenci se shlukovat a vytvářet vezikuly; v závislosti na koncentraci lipidu může tato biofyzikální interakce vést k tvorbě micel, liposomů nebo lipidových dvojvrstev.

Skladování energie 
Triglyceridy, uložené v tukové tkáni, jsou hlavní formou ukládání energie jak u zvířat, tak u rostlin. Jsou hlavním zdrojem energie při aerobním dýchání, protože uvolňují dvakrát více energie kyslíku než uhlohydráty, jako je glykogen, na hmotnost; je to způsobeno relativně nízkým obsahem kyslíku v triglyceridech.  Úplná oxidace mastných kyselin uvolňuje asi 38 kJ/g (9 kcal/g), ve srovnání s pouze 17 kJ/g (4 kcal/g) při oxidativním štěpení sacharidů a bílkovin. Adipocyt neboli tuková buňka je navržena pro nepřetržitou syntézu a odbourávání triglyceridů u zvířat, přičemž odbourávání je řízeno hlavně aktivací hormonu citlivého enzymu lipázy. Stěhovaví ptáci, kteří musí létat na dlouhé vzdálenosti, aniž by jedli, používají jako palivo pro své lety triglyceridy.

Další funkce 
Objevily se důkazy, že lipidová signalizace je životně důležitou součástí buněčné signalizace. Lipidová signalizace může nastat prostřednictvím aktivace receptorů spojených s G proteinem nebo jaderných receptorů. 

Vitamíny „rozpustné v tucích“ (A, D, E a K) – což jsou lipidy na bázi isoprenu – jsou základními živinami uloženými v játrech a tukových tkáních s rozmanitou škálou funkcí. Acyl-karnitiny se podílejí na transportu a metabolismu mastných kyselin do az mitochondrií, kde podléhají beta oxidaci.  

Polyprenoly a jejich fosforylované deriváty také hrají důležitou transportní roli, v tomto případě transport oligosacharidů přes membrány. 

Polyprenolfosfátové cukry a polyprenoldifosfátové cukry fungují v extracytoplazmatických glykosylačních reakcích, v extracelulární biosyntéze polysacharidů (například polymerace peptidoglykanu v bakteriích) a při N-glykosylaci eukaryotického proteinu. 

Kardiolipiny jsou podtřídou glycerofosfolipidů obsahující čtyři acylové řetězce a tři glycerolové skupiny, které jsou zvláště hojné ve vnitřní mitochondriální membráně. Předpokládá se, že aktivují enzymy zapojené do oxidativní fosforylace. 

Lipidy tvoří také základ steroidních hormonů.

Vlastnosti a využití 

 Přestože jsou lipidy funkčně i chemicky navzájem velmi různorodé látky, jejich společnou charakteristickou vlastností je hydrofobnost – jsou tedy nerozpustné ve vodě. Naopak se dobře rozpouštějí v mnoha organických rozpouštědlech.
 Jsou energeticky velmi bohaté (1 gram tuku obsahuje 39 kJ = 9,3 kcal), a proto v organizmu slouží jako zdroj a zásoba energie. V lidském těle jsou ukládány ve formě tukových buněk (adipocytů), které slouží jako nejhodnotnější zdroj energie.
 Mnohé druhy lipidů jsou jako lipidová dvouvrstva součástí buněčných membrán, které jsou nepropustné pro vodu. Tvoří i jiné stavební složky,
 Mají ochranné a izolační funkce a slouží i jako rozpouštědlo některých lipofilních látek – především vitamínů. Rozpouštějí vitamíny A, D, E a K, aby je mohl organismus využívat.
 Lipidy mají ochrannou funkci na úrovni celého organizmu – tvoří obal některých orgánů. Jako tělesná izolační vrstva chrání tělo mechanicky a teplotně.
 Tvoří části transportních lipoproteinů a myelinové pochvy neuronů.

Metabolismus lipidů 
Hlavními dietními lipidy pro lidi a jiná zvířata jsou živočišné a rostlinné triglyceridy, steroly a membránové fosfolipidy. Proces metabolismu lipidů syntetizuje a odbourává zásoby lipidů a produkuje strukturní a funkční lipidy charakteristické pro jednotlivé tkáně.

Biosyntéza 
Když je u živočichů nadbytek sacharidů ve stravě, tak se přebytek sacharidů přemění na triglyceridy. Jedná se o syntézu mastných kyselin z acetyl-CoA a esterifikaci mastných kyselin při výrobě triglyceridů, což je proces zvaný lipogeneze.

Mastné kyseliny vznikají syntézami mastných kyselin, které polymerují a následně redukují jednotky acetyl-CoA. Acylové řetězce v mastných kyselinách se prodlužují cyklem reakcí, které přidávají acetylovou skupinu, redukují ji na alkohol, dehydratují ji na alkenovou skupinu a poté ji opět redukují na alkanovou skupinu. Enzymy biosyntézy mastných kyselin se dělí do dvou skupin, u živočichů a hub se všechny tyto reakce mastných kyselin provádí jediným multifunkčním proteinem, zatímco u rostlinných plastidů a bakterií provádějí jednotlivé enzymy jednotlivé kroky v dráze. Mastné kyseliny mohou být následně přeměněny na triglyceridy, které jsou zabaleny v lipoproteinech a vylučovány z jater.

Syntéza nenasycených mastných kyselin zahrnuje desaturační reakci, při které je do mastného acylového řetězce zavedena dvojná vazba. 

Syntéza triglyceridů probíhá v endoplazmatickém retikulu metabolickými cestami, při kterých se acylové skupiny v mastných acyl-CoA přenášejí na hydroxylové skupiny glycerol-3-fosfátu a diacylglycerolu.

Terpeny a isoprenoidy, včetně karotenoidů, jsou vyrobeny sestavením a modifikací isoprenových jednotek darovaných z reaktivních prekurzorů isopentenylpyrofosfátu a dimethylallylpyrofosfátu. Tyto prekurzory mohou být vyrobeny různými způsoby. U zvířat produkuje tyto sloučeniny acetyl-CoA, zatímco u rostlin a bakterií se využívají jako substráty pyruvát a glyceraldehyd-3-fosfát. Jednou důležitou reakcí, která využívá tyto aktivované donory isoprenu, je biosyntéza steroidů. Zde jsou izoprenové jednotky spojeny dohromady za vzniku skvalenu a poté složeny a zformovány do sady prstenců za vzniku lanosterolu. Lanosterol pak může být přeměněn na jiné steroidy, jako je cholesterol a ergosterol.

Odbourávání 
Mechanismus odbourávání lipidů se označuje jako β-oxidace. Princip spočívá ve zkracování dlouhého řetězce mastné kyseliny o dva uhlíky. Celý děj β-oxidace probíhá v matrix mitochondrií.

Zdraví 
Většina tuků se v potravinách nacházejí ve formě triglyceridů, cholesterolu a fosfolipidů. Některé tuky jsou ve stravě nezbytné, jelikož usnadňují vstřebávání vitamínů, které jsou rozpustné v tucích (A, D, E a K) a karotenoidů. 

Lidé a další savci mají dietní požadavky na určité esenciální mastné kyseliny, jako je kyselina linolová (omega-6 mastná kyselina) a alfa-linolenová kyselina (omega-3 mastná kyselina), protože je nelze syntetizovat z jednoduchých prekurzorů ve stravě.  Obě tyto mastné kyseliny jsou 18-uhlíkové polynenasycené mastné kyseliny, které se liší v počtu a poloze dvojných vazeb. Většina rostlinných olejů je bohatá na kyselinu linolovou (světlicový, slunečnicový a kukuřičný olej). Kyselina alfa-linolenová se nachází v zelených listech rostlin a v některých semenech, ořeších a luštěninách (zejména lnu, řepce, vlašském ořechu a sóji).

Rybí oleje jsou obzvláště bohaté na omega-3 mastné kyseliny s delším řetězcem, kyselinu eikosapentaenovou (EPA) a kyselinu dokosahexaenovou (DHA). 

Mnoho studií prokázalo pozitivní zdravotní přínosy spojené s konzumací omega-3 mastných kyselin u kojenců, rakoviny, kardiovaskulárních chorob a různých duševních chorob (jako deprese, porucha pozornosti s hyperaktivitou a demence).

Na rozdíl od toho je nyní dobře známo, že konzumace trans-tuků, které jsou přítomny v částečně hydrogenovaných rostlinných olejích, jsou rizikovým faktorem kardiovaskulárních onemocnění. Tuky, které jsou pro člověka dobré, mohou být přeměněny na trans-tuky nesprávnými způsoby vaření, které vedou k převaření lipidů.

Několik studií naznačilo, že celkový příjem tuků ve stravě souvisí se zvýšeným rizikem obezity a cukrovky, ale řada velmi rozsáhlých studií, včetně studie Women's Health Initiative Dietary Modification Trial, zdravotní studie zdravotních sester a následná studie zdravotníků neodhalila žádné takové vazby. Žádná z těchto studií nenaznačila žádnou souvislost mezi procentem kalorií z tuku a rizikem rakoviny, srdečních chorob nebo přibíráním na váze. The Nutrition Source,webová stránka spravovaná oddělením výživy na TH Chan School of Public Health na Harvardově univerzitě, shrnuje aktuální důkazy o vlivu tuků ve stravě: „Podrobný výzkum – z velké části prováděný na Harvardu – ukazuje že celkové množství tuku ve stravě není ve skutečnosti spojeno s váhou nebo nemocí.“

Odkazy

Reference

Související články 
 Izoprenoidy
 Lipidová dvouvrstva
 Lipidy ve sportovní výživě
 Metabolismus tuků
 Prostaglandin

Externí odkazy 
 
 
 Lipidy na webu Biotox

 
Biomolekuly
Sloučeniny kyslíku
Sloučeniny uhlíku
Sloučeniny vodíku