Ліпіды

Ліпі́ды (ад грэц. λίπος, lípos — «тлушч») — тлустыя кісьлі, а таксама іхныя вытворныя, як паводле радыкалу, гэтак і паводле карбаксільнай групы.

Выкарыстоўваемае раней вызначэньне ліпідаў, як групы арганічных злучэньняў, добра рашчынальных у непалярных арганічных рашчынальніках (бэнзол, ацэтон, хляраформ) і практычна нерашчынальных у вадзе, зьяўляецца недакладным. Па-першае, такое вызначэньне замест слушнай характарыстыкі клясы хімічных злучэньняў кажа толькі аб фізычных уласьцівасьцях. Па-другое, у цяперашні час вядомая дастатковая колькасьць злучэньняў, нерашчынальных у непалярных рашчынальніках альбо, наадварот, добра рашчынальных у вадзе, якія, тым ня менш, адносяцца да ліпідаў. У сучаснай арганічнай хіміі вызначэньне тэрміну «ліпіды» заснавана на біясынтэтычнай роднасьці дадзеных злучэньняў — да ліпідаў адносяць тлустыя кісьлі і іхныя вытворныя. У той жа час у біяхіміі і іншых разьдзелах біялёгіі да ліпідаў па-ранейшаму прынята адносіць і гідрафобныя ці амфіфільныя рэчывы іншай хімічнай прыроды^[1].

Асноўныя біялягічныя функцыі ліпідаў уключаюць здольнасьць да назапашваньня энэргіі, а таксама яны выступаюць у якасьці структурных кампанэнтаў вузных мэмбранаў^[2]. Яны ўплываюць на пранікальнасьць вузаў і актыўнасьць многіх фэрмэнтаў, удзельнічаюць у перадачы нэрвовага імпульсу, у цяглічным скарачэньні, стварэньні міжвузных кантактаў, у імуннахімічных працэсах^[3]. Ліпіды маюць шырокае прымяненьне ў касмэтычнай і харчовай прамысловасьці, а таксама ў галіне нанатэхналёгіяў^[4].

Катэгорыі

Тлустыя ацылы

Асноўны артыкул: Тлустыя кісьлі

Прыклад простагляндыну, то бок эйказаноіднай тлустай кісьлі, — простацыклін.

Тлустыя ацылы ёсьць агульным тэрмінам дзеля апісаньня тлустых кісьляў, іхных спалучэньняў і вытворных. Яны ўяўляюць сабой разнастайную групу малекулаў, сынтэзаваных шляхам падаўжэньня ланцуга з ацэтыль-КоА праймэрам з групамі малёнілу-КоА або мэтыльмалёнілу-КоА. Гэты працэс мае назоў сынтэз тлустых кісьляў^[5][6]. Яны складаюцца з вуглевадароднага ланцугу, які сканчваецца групай карбонавай кісьлі. Такая будова надае малекуле палярны гідрафільны канец і непалярны гідрафобны канец, нерастваральны ў вадзе. Структура тлустых кісьляў лічыцца адной з найбольш грунтоўных катэгорыяў біялягічных ліпідаў і звычайна выкарыстоўваецца ў якасьці будаўнічых блёкаў больш структурна складаных ліпідаў. Вугляродны ланцуг, звычайна даўжынёй ад 4 да 24 атамаў вугляроду^[7], можа быць насычаным або ненасычаным і можа быць далучаны да функцыянальных групаў, якія зьмяшчаюць кісларод, галягены, азот і серку. Калі тлустая кісьля ўтрымлівае падвойную сувязь, існуе магчымасьць стварэньня цыс- альбо транс- геамэтрычнай ізамэрыі, што істотна ўплывае на канфігурацыю малекулы.

Падвойныя цыс-сувязі выклікаюць загіны ланцуга тлустых кісьляў, звычайна гэты эфэкт больш часты пры большай колькасьці падвойных сувязяў. Тры падвойныя сувязі ў 18-вугляроднай ліналенавай кісьлі, найбольш распаўсюджаным тлуста-ацыльным ланцугу расьлінных тылякоідных мэмбранаў, робяць гэтыя мэмбраны вельмі плыннымі, не зважаючы на нізкія тэмпэратуры навакольнага асяродзьдзя^[8], а таксама прымушаюць ліналенавую кісьлю выразна паказваць рэзкія пікі ў ¹³С спэктрапіі ядзернага магнітнага рэзанансу хлярапластаў. Гэта, у сваю чаргу, адыгрывае важную ролю ў структуры і функцыі вузных мэмбранаў^[9]. Большасьць прыродных тлустых кісьляў маюць цыс-канфігурацыю, але транс-форма існуе ў некаторых натуральных і часткова гідрагенізаваных тлушчах і алеях^[10].

Прыкладамі біялягічна важных тлустых кісьляў ёсьць эйказаноіды, якія пераважна вылучаюцца з арахідонавай і эйказапэнтаэнавай кісьляў, якія ўтрымліваюць простагляндыны, леўкатрыены і трамбаксаны. Доказагексаэнавая кісьля таксама важная ў біялягічных сыстэмах, асабліва ў дачыненьні да зроку^[11][12]. Іншымі асноўнымі клясамі ліпідаў у катэгорыі тлустых кісьляў ёсьць тлустыя этэры і тлустыя аміды. Складаныя этэры тлустых кісьляў улучаюць важныя біяхімічныя прамежкавыя прадукты, як то складаныя воскавыя этэры, вытворныя тыяэтэра тлустых кісьляў каэнзыма А, вытворныя тыяэтэра тлустых кісьляў ACP і карнітыны тлустых кісьляў. Тлустыя аміды ўлучаюць N-ацылэтаналаміны, як то канабіноідны нэўрамэдыятар анандамід^[13].

Гліцэраліпіды

Прыклад трохгліцэрыду ненасычанага тлушчу (C₅₅H₉₈O₆). Левая частка: гліцэрына, а правая частка, зьверху ўніз: пальмітынавая кісьля, алеінавая кісьля і альфа-ліналенавая кісьля.

Гліцэраліпіды фармуюцца з мона-, ды- і трохскладных гліцэрынаў^[14]. Найбольш вядомымі зь іх ёсьць трохэтэры тлустых кісьляў гліцэрыны, званыя трохгліцэрыдамі. У гэтых злучэньнях кожная з трох гідраксільных групаў гліцэрыны этэрыфікавана рознымі тлустымі кісьлямі. Паколькі яны выконваюць функцыю назапашвальніка энэргіі, гэтыя ліпіды складаюць асноўную частку запасу тлушчу ў тканках жывёлаў. Гідроліз складанаэтэрных сувязяў трохгліцэрыдаў і вызваленьне гліцэрыны і тлустых кісьляў з тлушчавай тканкі ёсьць пачатковымі этапамі мэтабалізму тлушчу^[15].

Дадатковыя падклясы гліцэраліпідаў прадстаўленыя глюказілгліцэрынамі, якія характарызуюцца наяўнасьцю монацукрыдаў, злучаных з гліцэрынай праз гліказідную сувязь. Прыкладамі структураў гэтае катэгорыі ёсьць дыгаляктазілдыяцылгліцэрыны, якія можна знайсьці ў расьлінных мэмбранах^[16], і сэміналіпіды, якія ўваходзяць да складу вузаў народкаў сысуноў^[17].

Гліцэрафасфаліпіды

Структура фасфатыдылэтаналаміну.

Гліцэрафасфаліпіды, якія звычайна адносяць фасфаліпідаў, паўсюдна распаўсюджаныя ў прыродзе і ёсьць ключавымі кампанэнтамі ліпіднага пласту вузаў^[18], а таксама удзельнічаюць у мэтабалізьме і вузнай трансдукцыі^[19]. Нэрвовая тканка, уключна з той, якая зьмяшчаецца ў галаўным мозгу, зьмяшчае адносна вялікую колькасьць гліцэрафасфаліпідаў, і зьмены ў іхным складзе могуць справакаваць розныя нэўралягічныя разлады^[20]. Гліцэрафасфаліпіды могуць быць падзеленыя на асобныя клясы паводле прыроды палярнай галаўной групы ў становішчы sn-3 асноўнага ланцуга гліцэрыны ў эўкарыётаў і эўбактэрыяў, або становішчы sn-1 у выпадку археяў^[21].

Прыкладамі гліцэрафасфаліпідаў у біялягічных мэмбранах ёсьць фасфатыдылхалін, вядомы як лецыцін, фасфатыдылэтаналамін, вядомы як кефалін, і фасфатыдылсэрын. У дадатак да таго, што яны ёсьць асноўным кампанэнтам вузных мэмбранаў і месцамі, дзе лучацца ўнутры- і міжвузныя бялкі, некаторыя гліцэрафасфаліпіды ў эўкарыятычных вузах, як то фасфатыдыліназітолі і фасфатыдныя кісьлі, ёсьць альбо папярэднікамі, альбо самі ёсьць мэмбраннымі другаснымі пасродкамі^[22]. Зазвычай, адна або абедзьве гэтыя гідраксільныя групы ацыляваныя доўгаланцуговымі тлустымі кісьлямі, але існуюць таксама гліцэрафасфаліпіды, зьвязаныя з алкільны і 1Z-алькеніламі (плязмаляген), а таксама варыянты дыалкільных этэраў у археяў^[23].

Сфінгаліпіды

Будова сфінгаміеліну.

Сфінгаліпіды ўяўляюць сабой складанае групу злучэньняў^[24], якія маюць агульную структурную рысу, сфінгападобную аснову, якая сынтэзуецца de novo з амінакісьлі серыну і доўгаланцуговага тлустага ацылу-КоА, а затым ператвараецца ў цэраміды, фасфасфінгаліпіды, глікасфінгаліпіды ды іншыя злучэньні. Галоўную сфінгападобную аснову сысуноў звычайна называюць сфінгазінам. Цэраміды (N-ацыл-сфінгоідныя асновы) ёсьць асноўнай падклясай вытворных сфінгоідных асноваў з аміднай тлустай кісьляй. Тлустыя кісьлі звычайна бываюць насычанымі або монаненасычанымі даўжынёю ланцуга ад 16 да 26 атамаў вугляроду^[25].

Асноўнымі фасфасфінгаліпідамі сысуноў лічацца сфінгаміеліны (цэрамідныя фасфахаліны)^[26], у той час для вусякоў пераважна вылучаецца ўтрыманьне цэрамідных фасфаэтаноламінаў^[27]. Грыбы зьмяшчаюць у сябе фітацэрамідныя фасфаіназітолі і групы, якія зьмяшчаюць манозу^[28]. Глікасфінгаліпіды ўяўляюць сабой разнастайнае сямейства малекулаў, якія складаюцца з аднаго або некалькіх рэшткаў цукру, зьвязаных праз гліказідную сувязь з сфінгоіднай асновай. Прыкладамі іх ёсьць простыя і складаныя глікасфінгаліпіды, як то цэрабразыды і гангліязыды.

Стэрын

Хімічная структура халестэрыну. На выяве бачна чатыры колцы ў ягонай будове.

Стэрыны, як то халестэрын і ягоныя вытворныя, ёсьць важным кампанэнтам мэмбранных ліпідаў^[29] поруч з гліцэрафасфаліпідамі і сфінгаміелінамі. Іншымі прыкладамі стэрынаў ёсьць жоўцевыя кісьлі і вытворныя^[30], якія ў сысуноў ёсьць акісьленымі вытворнымі халестэрыну і сынтэзуюцца ў печані. Расьліннымі эквівалентамі ёсьць фітастэрыны, як то β-сытастэрын, стыгмастэрын і брасыкастэрын. Апошняе з памянёных злучэньняў таксама выкарыстоўваецца як біямаркер росту багавіньня^[31]. Пераважным стэрынам у вузных мэмбранах грыбоў ёсьць эргастэрын^[32].

Стэрыны ёсьць стэроідамі, у якіх адзін з атамаў вадароду замешчаны гідраксільнай групай у пазыцыі 3 вугляроднага ланцуга. Яны маюць агульную з стэроідамі тую ж зьлітую структуру ядра з чатырох колцаў. Стэроіды выконваюць розныя біялягічныя ролі, у тым ліку ўлучаюцца ў гарманальную і сыгнальную сыстэму. Стэроіды з васемнаццацьцю атамамі вугляроду (C18) уключаюць у сябе сямейства эстрагенаў, у той час як стэроіды C19 складаюцца з андрагенаў, як то тэстастэрон і андрастэрон. Падкляса C21 улучае гестагены, а таксама глюкакартыкоіды і мінэралакартыкоіды^[33]. Сэкастэроіды, якія зьмяшчаюць розныя формы вітаміну D, характарызуюцца расшчапленьнем колца B асноўнае структуры^[34].

Прэнолы

Будова аднаго з прэнолаў.

Прэнолавыя ліпіды сынтэзуюцца з ізапэнтэнілдыфасфату і дымэтылалілдыфасфату, якія зьмяшчаюць пяць вугляродных атамаў ды пераважна атрымліваюцца з дапамогай мэвалёнавай кісьлі^[35]. Простыя ізапрэноіды, як то лінейныя сьпірты, дыфасфаты і г. д., утвараюцца шляхам пасьлядоўнага далучэньня злучэньняў зь пяцьцю атамамі вугляроду і клясыфікуюцца ў залежнасьці ад колькасці гэтых тэрпенаў. Структуры, якія зьмяшчаюць больш за 40 атамаў вугляродаў, вядомыя як політэрпены. Важнымі простымі ізапрэноідамі ёсьць каратыноіды, якія дзеюць як антыаксыданты і як субстанцыя вітаміну А^[36]. Іншымі біялягічна важнымі клясамі малекулаў ёсьць хіноны і гідрахіноны, якія ўтрымліваюць ізапрэноідны хвост, прымацаваны да хінанаіднага ядра неізапрэноіднага паходжаньня^[37]. Прыкладамі гэтых клясаў ёсьць вітамін Е і вітамін К, а таксама ўбіхіноны. Пракарыёты сынтэзуюць поліпрэнолы, гэтак званыя бактапрэнолы, у якіх канцавая ізапрэноідная частка, прымацаваная да атаму кіслароду, застаецца ненасычанай, у той час як у жывёлаў поліпрэнолы (даліхолы) канцавы ізапрэноід скарочаны^[38].

Цукраліпіды

Структура цукраліпіду Kdo₂-ліпід А.

Цукраліпіды апісваюць злучэньні, у якіх тлустыя кісьлі зьвязаныя з асновай цукру, утвараючы структуры, сумяшчальныя з двухпластавай мэмбранай. У цукраліпідах монацукрыд замяняе аснову гліцэрыны, якая прысутнічае ў гліцэраліпідах і гліцэрафасфаліпідах. Найбольш вядомыя цукраліпіды — гэта ацыляваны глюкозамін субстанцыі кампанэнту ліпідаў А ліпаполіцукрыдаў у грамадмоўных бактэрыяў. Тыповымі малекуламі ліпідаў А ёсьць дыцукрыды глюкозаміну, якія вылучаюць зь сямью тлушчавымі ацыльнымі ланцугамі. Мінімальны ліпаполіцукрыд, неабходны для росту кішачнага прутку, — гэта Kdo₂-ліпід А^[39].

Полікетыды

Полікетыды сынтэзуюцца шляхам палімэрызацыі ацэтыльных і прапіянілавых субадзінак клясычнымі фэрмэнтамі, а таксама ітэрацыйнымі і шматмодульнымі фэрмэнтамі, якія маюць агульныя мэханічныя асаблівасьці з сынтазамі тлустых кісьляў. Яны складаюцца з мноства другасных мэтабалітаў і натуральных прадуктаў, а таксама маюць вялікую структурную разнастайнасьць^[40][41]. Многія полікетыды ўяўляюць сабой цыклічныя малекулы, асновы якіх часта мадыфікуюцца шляхам гліказіляваньня, мэтыляваньня, гідраксіляваньня, затляненьня або іншых працэсаў. Многія шырока карыстаныя процімікробныя, проціпаразытныя і проціпухлінныя сродкі ёсьць полікетыдамі або вытворнымі ад іх, як то эрытраміцыны, тэтрацыкліны, авэрмэктыны і супрацьпухлінныя эпатылёны^[42].