با توجه به آن‌چه راجع‌به بیومولکول‌ها در فصل اول زیست دهم آموختید، درشت مولکول‌های زیستی 96% از بدن انسان را تشکیل می‌دهند و عمکلردهای متعددی مانند ذخیره انرژی، انتقال پیام‌ها و …. دارند. از مهمترین مولکول‌های زیستی میتوان به پروتئین‌ها، نوکلئیک اسید ها ، کربوهیدرات ها و همچنین لیپیدها اشاره کرد. یکی از ویژگی‌های مهم لیپیدها، خاصیت غیر قطبی بودن آنها است که سبب حل شدن آنها در حلال‌های غیرقطبی می‌شود؛ در حالی که این مواد در حلال‌های قطبی حل نمی‌شوند. خاصیت غیرقطبی غالب این مولکول نشان می‌دهد که ساختار غیرقطبی مولکول نسبت به قطبی آن بیشتر است. لیپیدها در بخش‌های مختلف سلول یافت میشوند و در هر بخش، نوع لیپید می‌تواند متفاوت باشد.
به طور کلی لیپیدها به دسته‌های: فسفولیپیدها، استرول‌ها (کلسترول و هورمون‌های استروئیدی) و مشتقات لیپیدی پیچیده‌تر مانند گلیکولیپیدها (ساختارهای لیپید-قند) تقسیم میشوند. اگرچه چربی اغلب به عنوان اصطلاحی مترادف با لیپید به کار می‌رود اما باید به این نکته توجه داشت که چربیها، خود زیرگروهی از لیپیدها به نام تریگلیسریدها هستند. در این مقاله، مجله بیوزوم قصد دارد شما را با این درشت مولکول و انواع آن آشنا کرده و با نشان داده وظایف و عملکرد آن، اهمیت آن را در سلول آشکار سازد.
مطلب مرتبط: پروتئین چیست به زبان ساده
وجود طیف گسترده‌ای از لیپیدها برای زندگی ضروری است. این درشت مولکول نقش بسیار مهمی در سلامت بدن و تغذیه انسان دارد و میزان نامناسب لیپید در بدن می‌تواند منجر به اختلال در عملکرد آنزیم‌ها و مسیرهای متابولیکی شده و تاثیر قابل توجهی بر سلامت و زندگی فرد داشته باشد. همچنین توجه به مصرف مقدار مناسبی از لیپیدها می‌تواند انسان را از ابتلا به بیماری‌های قلبی-عروقی و سایر بیماری‌های دستگاه گردش خون حفظ کند. این بیماری‌ها اغلب به دلیل مصرف بیش از حد لیپیدها مانند کلسترول و اسیدهای چرب ترانس ایجاد میشوند.
از آن‌جا که ویژگی‌های شیمیایی و ساختاری انواع لیپیدها با یکدیگر متفاوت است، این مولکول‌ها عملکردهای متفاوتی نیز دارند که در اینجا به آن می‌پردازیم:
غشای سلولی
غشای سلولی که از دولایه از مولکول‌های فسفولیپید تشکیل شده است ،همچون سدی محافظ برای سلول عمل میکند که جریان مواد در داخل و خارج از سلول را کنترل میکند.
انتقال اطلاعات و پیام‌ها در سلول
انواعی از هورمون‌های لیپیدی مثل استروئیدها و ایکوزانیدها نقش واسطه را در ارتباط‌های سلولی بر عهده دارند.
ذخیره انرژی
یکی دیگر از وظایف لیپیدها ذخیره انرژی بدن است، از مهمترین انواع لیپیدها که عملکرد اصلی آن ذخیره انرژی است، میتوان به تریگلیسریدها اشاره کرد که در صورت نیاز بدن مورد استفاده قرار میگیرند.
متابولیسم سلولی
ویتامین های K، E، D و A که ویتامین‌های محلول در چربی هستند، نقش بسیار مهمی در متابولیسم و نقش کوآنزیمی را در واکنش‌های متابولیسمی بر عهده دارند.
دسته بندی لیپیدها
لیپیدها، طیف گسترده‌ای از مولکول‌های هیدروکربنی با منشا زیستی هستند که در اصطلاح به همه آنها لیپید گفته می‌شود. از این جهت این مولکول‌ها را بر اساس ساختمان به چند دسته اصلی تقسیم می‌کنیم:
- آروماتیک یا آلیفاتیک (حاوی یا فاقد حلقه بنزنی)
- ساختار بدون حلقه (زنجیره باز) یا ساختار حلقوی
- ساختمان مستقیم یا شاخه‌ای
- اشباع یا غیر اشباع
- انعطاف پذیر یا سخت
یکی از مهمترین ویژگی‌هایی که بین طیف گسترده‌ای از لیپیدها مشترک است، خاصیت آمفی‌پاتیک (یا آمفی‌فیلیک) است، این ویژگی بدان معناست که مولکول هم خاصیت آبگریزی و هم آبدوستی دارد. با وجود ویژگی گفته شده باید به این موضوع توجه داشت که لیپیدها، به طور کلی غیر قطبی و آبگریز هستند و با حلال‌های قطبی تعامل خوبی ندارند.
همانطور که گفته شد لیپیدها بخش‌های قطبی هم دارند. بخش قطبی در کلسترول، گروه قطبی صرفا OH- (هیدروکسیل یا الکل) است و برای فسفولیپیدها (لیپیدهای غشایی) گروه‌های قطبی به طور قابل توجهی، بزرگتر و قطبی‌تر هستند.
خصوصیت آمفی‌پاتیک لیپیدها به صورت مستقیم بر فعالیت لیپیدها تاثیر می‌گذارد، به طوری که مولکول فسفولیپید در بخش خارجی غشای سلولی یا داخل سلول (در ارتباط با محیط آبی) قرار می‌گیرد، به طور کلی بخش‌های غیر قطبی لیپید به سمت بخش‌های غیر قطبی و سر قطبی لیپید به سمت بخش‌های قطبی جهت گیری می‌کنند. فسفولیپیدهای آمفی‌پاتیک با حضور در محیط‌های مختلف، 3 ساختمان اصلی ایجاد می‌کنند:
- میسل (Micelle): هنگامی که لیپیدهای آمفی‌پاتیک مثل فسفولیپیدها در محیطی قطبی (مثلا آبی) باشند، سرهای قطبی به سمت محیط آبی و سرهای غیرقطبی به سمت داخل قرار میگیرند، این ساختار کروی ایجاد شده، میسل نام دارد.
- لیپوزوم (Liposome): این مولکول‌ها وزیکول‌هایی با دولایه فسفولیپیدی هستند و از این ساختارها در دارورسانی استفاده می‌شود.
- دولایه فسفولیپیدی(Bilayer phospholipid): غشای سلولی و غشای اندامک های سلولی از این نوع فسفولیپیدهای دولایه ساخته شده‌اند. خاصیت این فسفولیپیدها این است که به هنگام قرارگیری در محیط آبی، به گونه‌ای جهت‌گیری می‌کنند که فسفولیپیدها به سمت خارج و دم‌های غیرقطبی برای حفظ خاصیت آبگریزی به سمت داخل قرار میگیرند.
دسته‌بندی اصلی لیپیدها
یکی دیگر از انواع دسته بندی لیپیدها، طبقه بندی آنها بر اساس قطبیت است. لیپیدها بر اساس ساختمان، به دو گروه قطبی و غیر قطبی تقسیم بندی میشوند:
اسیدهای چرب
گروهی از اسیدهای آلی با گروه کربوکسیل COOH-که توسط سلول‌ها، برای سوخت و ساز مصرف می‌شود اسید چرب نام دارد.
گلیسریدها
این لیپیدها به سه دسته‌ی مونو گلیسریدها، دی گلیسریدها و تری گلیسریدها تقسیم میشوند. فسفوگلیسریدها که از این دسته هستند، در غشاهای زیستی وجود دارند.
غیر گلیسریدها
این دسته از لیپیدها بر خلاف گروه قبلی، فاقد اسکلت گلیسرول هستند که از این گروه میتوان به اسفنگولیپیدها، استرول لیپیدها، پرنول لیپیدها و وکس‌ها اشاره کرد. این لیپیدها به ترتیب در غشای سلول‌های عصبی، کلسترول و هورمون‌های لیپیدی، موثر در متابولیت ثانویه گیاهان و جانوران دریایی و باکتری‌ها و مورد آخر هم که در سطح برگ و سلول‌های گیاهی یافت میشوند.
لیپیدهای پیچیده
این گروه، شامل مشتقات لیپیدی پیچیده‌تر مثل لیپیدهای متصل به قند (گلیکولیپیدها) و لیپیدهای متصل به پروتئین ( لیپوپروتئین) هستند.
طبق روشی که درسال 2005 ارائه شد میتوان لیپیدها را به صورت زیر تقسیم بندی کرد:
- پلی کتیدها
- آسیل‌های چرب
- ساکارولیپیدها
- گلیسیرولیپیدها
- پرنول لیپیدها
- گلیسیروفسفولیپیدها
- استرول لیپیدها
- اسفنگولیپیدها
اسیدهای چرب، واحدهای تشکیل دهنده لیپید
لیپیدها، از کنار هم قرار گرفتن اسیدهای چرب و سایر ترکیبات، تشکیل میشوند. این مولکول‌ها، ترکیباتی با زنجیره بلند هیدروکربنی با پایانه کربوکسیلی هستند. زنجیره اسیدهای چرب معمولا بین ۱۴ تا ۲۴ کربن دارد. فرمول شیمیایی عمومی این مولکول‌ها به صورت (CH3(CH2)nCOOH) است و به دو دسته اصلی اشباع و غیر اشباع تقسیم میشوند که در ادامه هر یک را به اختصار توضیح خواهیم داد.
اسیدهای چرب اشباع
در این اسیدهای چرب هیچ پیوند دوگانه‌ای بین اتم‌های کربن زنجیره وجود ندارد زیرا اتم‌های کربن با اتم‌های هیدروژن اشباع شده‌اند.
اسیدهای چرب غیر اشباع
زمانی که حداقل یک پیوند دوگانه یا بیشتر بین کربن‌ها درطول زنجیره وجود داشته باشد، اسید چرب غیراشباع است. وجود پیوندهای دوگانه باعث کاهش دمای ذوب و افزایش سیالیت و تنوع این نوع اسیدهای چرب می‌شود. اسید اولئیک، اسید لینولئیک، اسید لینولنیک و اسید پالمتیک انواعی از اسیدهای چرب غیراشباع هستند.
اسیدهای چرب غیر اشباع، می‌توانند ایزومر‌های ساختاری سیس و یا ترانس داشته باشند اما به طور طبیعی اکثر پیوندهای دوگانه در اسیدهای چرب به شکل سیس قرار دارند. تحقیقات پزشکی نشان می‌دهد که مصرف اسیدهای چرب سیس در کاهش بیماری‌های قلبی و عروقی بسیار موثراست، درحالی که مصرف روغن‌های دارای ایزومر ترانس (درطول فرایندهای صنعتی هیدروژن دهی به روغن‌های گیاهی ایجاد می‌شود)، این بیماری را افزایش می‌دهد.
اسیدهای چرب آزاد
اسیدهای چرب آزاد زمانی که با مولکول‌ها و ترکیبات دیگر پیوند نداشته باشند تشکیل میشوند. اسیدهای چرب می‌توانند از شکسته‌شدن مولکول‌هایی مثل تری گلیسریدها تشکیل شوند. این مولکول‌ها منبع انرژی مهمی برای سلول‌ها و بافت‌های مختلف بدن محسوب میشوند زیرا این مولکول‌ها قادر به تولید تعداد زیادی مولکول آدنوزین تری فسفات (ATP) هستند. نکته جالب اینجاست که اکثر سلول‌های بدن تمایل به استفاده انرژی از گلوکز را دارند اما سلول‌های قلبی و ماهیچه‌ای اسکلتی مصرف اسیدهای چرب را ترجیح می‌دهد.
جالب است بدانید که سلول‌های مغزی نمی‌توانند از اسیدهای چرب به عنوان انرژی استفاده کنند و به همین علت در گرسنگی‌های طولانی مدت یا کمبود مصرف کربوهیدرات، مغز از کتون‌های تولید شده از تجزیه اسیدهای چرب در کبد استفاده میکند.
تری گلیسریدها، مهمترین منبع انرژی بدن
گلیسریدها دارای یک هسته گلیسرول و یک یا دوگروه آسیل چرب هستند؛ در این مولکول‌ها اسیدهای چرب با پیوند استری به گلیسرول متصل میشوند. گلیسرولها مهمترین شکل ذخیره انرژی در بدن حیوانات و گیاهان هستند که در سلول‌های چربی ذخیره شده و نقش مهمی در متابولیسم بدن دارند. انرژی این مولکول‌ها تقریبا دوبرابر انرژی تولیدی کربوهیدرات‌ها یا پروتئین‌ها است.
فسفولیپیدها
مهمترین مولکول تشکیل دهنده غشای سلولی و غشای اندامک‌های درون سلولی، فسفولیپیدها هستند. این نوع لیپیدها غالبا از گلیسرولها، اسفنگوزیدها، الکل‌های سه کربنی یا پیچیده‌تر‌ساخته شده‌اند. از آن‌جا که سرهای قطبی و دم‌های اسیدهای چرب فسفولیپیدها می‌توانند نقش یک پیام‌رسان را بر عهده داشته باشند، این مولکول‌ها نقش بسیار مهمی را در سیگنال‌های سلولی نیز به عهده دارند که نقش کلیدی در سیگنال دهی درون سلولی دارد.
فسفولیپیدهای غشایی که خود از مهمترین مولکول‌های غشا هستند را میتوان به 8 گروه تقسیم کرد:
- اسید فسفاتیدیک ودی فسفاتیدیل گلیسرول
- فسفاتیدیل کولین
- فسفاتیدیل اینوریتول
- فسفاتیدیل اتانول امین
- فسفاتیدیل سرین
- لیزو فسفولیپیدها
- پلاسمالوژن‌ها
- اسفنگو میلین‌ها
در غشای سلولی به جز فسفولیپیدها، سایر لیپیدهای غیرگلیسریدی مثل کلسترول‌ها و اسفنگولیپیدها نیز یافت می‌شود که در ادامه به معرفی آن می‌پردازیم.
کلسترول چیست و انواع آن
کلسترول مولکولی است که در همه بافت‌های بدن انسان وجود دارد. مقدار بسیار کمی از کلسترول در دیواره سلولی گیاهی یافت می‌شود و همچنین لازم به ذکر است مقداری کلسترول در سراسر پلاسمای خون حیوانات درحال حرکت است.
وجود کلسترول به تولید صفرا کمک میکند، صفرا مایعی زرد رنگ و قلیایی ساخته‌شده توسط کبد است که در شکسته شدن مولکول‌های چربی نقش دارد. صفرا همچنین نقش مهمی در متابولیسم ویتامین‌های محلول در چربی دارد. وجود کلسترول در غشای سلولی باعث افزایش سیالیت سلول نیز می‌شود. کلسترول‌ها و تری گلیسریدها در مایعات بدن به عنوان لیپوپروتئین شناخته میشوند. لیپوپروتئین با چگالی کم یا LDL (کلسترول کم چگال)، کلسترول را به بافت‌های محیطی انتقال و سنتز کلسترول را تنظیم میکند، در حالی که لیپوپروتئین با چگالی زیاد یا HDL (کلسترول پر چگال) کلسترول را از خون جمع آوری کرده و به کبد منتقل میکند. سطح بالای LDL در خون موجب رسوب چربی در رگ‌ها و درنهایت گرفتگی عروق و بیماری‌های قلبی می‌شود.
هورمون‌های استروئیدی
یکی از مهمترین بخش‌های سازنده هورمون‌های استروئیدی، کلسترول است که اثرات فیزیولوژیکی خودرا با اتصال به پروتئین‌های گیرنده این هورمون‌ها ایجاد و منجر به تغییراتی در بیان و ترجمه ژن‌ها و عملکرد سلولی میشوند.
هورمون‌های استروئیدی را میتوان به دسته‌های زیر تقسیم کرد:
آندروژن‌ها
ایجاد صفات ثانویه جنسی مردان و زنان (بیشتر مردان) در بدن را بر عهده دارند. (مانند تستوسترون و آندروستندیون)
گلوکوکورتیکوئیدها
این هورمون بسیاری از عملکردهای سیستم ایمنی متابولیسم را تنظیم میکند و در پاسخ به استرس در بدن نیز تولید می‌شود. اغلب این هورمون‌ها به صورت داروهای ضد التهاب برای بیماران مبتلا به آسم و آرتروز تجویز می‌شود.
استروژن و پروژسترون‌ها
این دومورد که تاثیر بسیاری در تعیین ویژگی‌های جنسی زنانه دارند، از دسته استروئیدهای جنسی هستند.
جمع‌بندی
در این مقاله به لیپیدها به عنوان یکی از مهمترین مولکول‌های تشکیل دهنده ی بدن تمامی جانداران آشنا شدیم و آموختیم این درشت مولکول‌ها، بر اساس ساختار و قطبیت‌شان به انواع متعددی طبقه میشوند و با توجه به تفاوت در ساختار، عملکردهای متعددی نیز دارند. به طور کلی لیپیدها در تولید انرژی ، انتقال پیام و شناسایی سلولی، نقش دارند. همچنین در این مطلب خواندیم، با وجود اهمیت زیاد این ماده در بدن، ذخیره بیش از حد آن در بدن سبب پیدایش بیماری‌های قلبی-عروقی می‌شود. از این رو رعایت یک سبک زندگی سالم جهت حفظ تعادل بدن ضروری است.
سوالات متداول
1- تفاوت لیپید و چربی چیست؟
چربیها همان تریگلیسریدها هستند و نباید آنها را با لیپید اشتباه گرفت. بلکه چربیها دستهای از لیپیدها هستند.
2- مهمترین نقش لیپیدها در بدن کدام است؟
مهمترین نقش لیپیدها در بدن، شرکت در ساختار غشای سلولی است.
3- واحد سازندهی لیپید چیست؟
به طور کلی زنجیرههای هیدروکربنی اسید چرب، گلیسرولها و گروه فسفات را میتوان واحدهای بنیادین لیپیدها نامید
1- Lipid
