Lipid | Khái niệm hoá học

1. Định nghĩa

Các chất béo động vật (mỡ) và chất béo thực vật tự nhiên (Dầu) là các glixerit tức là este của glixerol và các axit béo. Cơ thể sinh vật gồm có ba thành phần cơ bản là protein, gluxit và lipit.

2. Phân loại

Lipid đã được phân loại thành tám loại bởi tập đoàn Lipid MAPS như sau:

a. Axit béo

Các axit béo, hoặc dư lượng axit béo khi chúng là một phần của lipid, là một nhóm các phân tử đa dạng được tổng hợp bằng cách kéo dài chuỗi của một mồi acetyl-CoA với các nhóm malonyl-CoA hoặc methylmalonyl-CoA trong một quá trình gọi là tổng hợp axit béo. Chúng được làm bằng chuỗi hydrocarbon kết thúc với nhóm axit cacboxylic; sự sắp xếp này làm cho phân tử có đầu cực, ưa nước và đầu không cực, kỵ nước không tan trong nước. Cấu trúc axit béo là một trong những loại lipit sinh học cơ bản nhất và thường được sử dụng như một khối xây dựng của các lipit phức tạp hơn về cấu trúc. Chuỗi carbon, thường dài từ bốn đến 24 carbons, có thể bão hòa hoặc không bão hòa, và có thể được gắn vào các nhóm chức có chứa oxy, halogen, nitơ và lưu huỳnh. Nếu một axit béo chứa liên kết đôi, có khả năng là đồng phân hình học cis hoặc trans, ảnh hưởng đáng kể đến cấu hình của phân tử. CIS trái phiếu Double nguyên nhân chuỗi axit béo để uốn cong, một hiệu ứng mà trở nên phức tạp với liên kết đôi hơn trong chuỗi. Ba liên kết đôi trong axit linolenic 18 carbon, chuỗi acyl chất béo dồi dào nhất của màng thylakoid thực vật, làm cho các màng này có tính lỏng cao bất chấp nhiệt độ thấp của môi trường, và cũng làm cho axit linolenic vượt trội ở độ phân giải cao ở độ phân giải cao 13- C phổ NMR của lục lạp. Điều này lần lượt đóng một vai trò quan trọng trong cấu trúc và chức năng của màng tế bào.

Hầu hết các axit béo tự nhiên là của cấu hình cis, mặc dù dạng trans không tồn tại trong một số chất béo và dầu tự nhiên và một phần hydro hóa.

Ví dụ về các axit béo quan trọng về mặt sinh học bao gồm eicosanoids, có nguồn gốc chủ yếu từ axit arachidonic và axit eicosapentaenoic, bao gồm các loại tiền chất, leukotrien và thromboxan. Axit docosahexaenoic cũng rất quan trọng trong các hệ thống sinh học, đặc biệt là về thị giác.

Các lớp lipid chính khác trong loại axit béo là các este béo và amit béo. Các este béo bao gồm các chất trung gian sinh hóa quan trọng như este sáp, coenzyme thioester axit béo A, các dẫn xuất ACP của axit béo và các axit béo Carnitine. Các amit béo bao gồm N-acyl ethanolamines, chẳng hạn như chất dẫn truyền thần kinh cannabinoid anandamide.

I 2 – Prostacyclin (một ví dụ về prostaglandin, axit béo eicosanoid)

b. Glycerolipid

Glycerolipids bao gồm các mono-, di-, và tri-glycerols được thay thế, những nổi tiếng nhất là acid béo triesters của glycerol, được gọi là triglycerides. Từ “triacylglycerol” đôi khi được sử dụng đồng nghĩa với “triglyceride”. Trong các hợp chất này, ba nhóm hydroxyl của glycerol đều được ester hóa, điển hình là bởi các axit béo khác nhau. Bởi vì chúng hoạt động như một kho dự trữ năng lượng, những lipit này chiếm phần lớn chất béo lưu trữ trong các mô động vật. Quá trình thủy phân các liên kết este của triglyceride và giải phóng glycerol và axit béo từ mô mỡ là những bước đầu tiên trong chuyển hóa chất béo.

Các phân lớp bổ sung của glycerolipids được đại diện bởi glycosylglycerol, được đặc trưng bởi sự hiện diện của một hoặc nhiều dư lượng đường gắn với glycerol thông qua liên kết glycosid. Ví dụ về các cấu trúc trong thể loại này là digalactosyldiacylglycerol được tìm thấy trong màng thực vật và Seminolipid từ các tế bào tinh trùng của động vật có vú.

Ví dụ về chất béo trung tính không bão hòa (C 55 H 98 O 6). Phần còn lại: glycerol; phần bên phải, từ trên xuống dưới: axit palmitic, axit oleic, axit alpha-linolenic.

c. Glycerophospholipid

Glycerophospholipids, thường được gọi là phospholipids (mặc dù spneumomyelins cũng được phân loại là phospholipids), có mặt khắp nơi trong tự nhiên và là thành phần chính của lớp tế bào lipid kép, cũng như tham gia vào quá trình chuyển hóa và truyền tín hiệu tế bào. Mô thần kinh (bao gồm não) chứa một lượng glycerophospholipids tương đối cao, và sự thay đổi trong thành phần của chúng đã liên quan đến các rối loạn thần kinh khác nhau. Glycerophospholipids có thể được phân chia thành các nhóm riêng biệt, dựa trên bản chất của nhóm đầu cực ở vị trí sn -3 của xương sống glycerol ở sinh vật nhân chuẩn và eubacteria, hoặc vị trí sn -1 trong trường hợp vi khuẩn cổ.

Ví dụ về glycerophospholipids được tìm thấy trong màng sinh học là phosphatidylcholine (còn được gọi là PC, GPCho hoặc lecithin), phosphatidylethanolamine (PE hoặc GPEtn) và phosphatidylserine (PS hoặc GPSer). Ngoài vai trò là thành phần chính của màng tế bào và vị trí gắn kết của protein nội bào và tế bào, một số glycerophospholipids trong các tế bào nhân chuẩn, như phosphatidylinositols và axit phosphatidic là tiền chất của hoặc chính chúng, là chất dẫn truyền thứ hai của màng. Thông thường, một hoặc cả hai nhóm hydroxyl được acylated với các axit béo chuỗi dài, nhưng cũng có những alkyl-liên kết và 1Z-alkenyl liên kết (plasmalogen) glycerophospholipids, cũng như dialkylether biến thể trong archaebacteria.

d. Sphingolipid

Sphingolipids là một họ các hợp chất phức tạp có chung đặc điểm cấu trúc, một xương sống cơ bản được tổng hợp de novo từ serine axit amin và acyl CoA chuỗi dài, sau đó chuyển thành ceramide, phosphosphingolipids và glycosphingolipids khác Các hợp chất. Các cơ sở chính sprialoid của động vật có vú thường được gọi là sprialosine. Ceramides (cơ sở N-acyl-sphingoid) là một phân lớp chính của các dẫn xuất cơ sở spakenoid với một axit béo liên kết amide. Các axit béo thường bão hòa hoặc không bão hòa đơn với độ dài chuỗi từ 16 đến 26 nguyên tử carbon.

Các phosphosphingolipids chính của động vật có vú là sprialomyelins (ceramide phosphocholines), trong khi côn trùng chứa chủ yếu là ceramide phosphoethanolamines và nấm có phytoceramide phosphoinositols và nhóm đầu chứa mannose. Các glycosphingolipids là một họ các phân tử đa dạng bao gồm một hoặc nhiều dư lượng đường được liên kết thông qua một liên kết glycosid với cơ sở spakenoid. Ví dụ trong số này là các glycosphingolipids đơn giản và phức tạp như cerebroside và ganglioside.

e. Sterol

Sterol, chẳng hạn như cholesterol và các dẫn xuất của nó, là một thành phần quan trọng của lipit màng, cùng với glycerophospholipids và sprialomyelins. Các ví dụ khác của sterol là axit mật và liên hợp của chúng, trong động vật có vú là dẫn xuất oxy hóa của cholesterol và được tổng hợp ở gan. Tương đương thực vật là các phytosterol, như -sitosterol, stigmasterol và Brassicasterol; hợp chất thứ hai cũng được sử dụng như một dấu ấn sinh học cho sự phát triển của tảo. Sterol chiếm ưu thế trong màng tế bào nấm là ergosterol.

Sterol là steroid trong đó một trong những nguyên tử hydro được thay thế bằng nhóm hydroxyl, ở vị trí 3 trong chuỗi carbon. Chúng có điểm chung với các cấu trúc lõi bốn vòng hợp nhất. Steroid có vai trò sinh học khác nhau như hormone và các phân tử tín hiệu. Các steroid mười tám carbon (C18) bao gồm họ estrogen trong khi các steroid C19 bao gồm các androgen như testosterone và androsterone. Phân lớp C21 bao gồm proestogen cũng như glucocorticoids và mineralocorticoids. Các secosteroids, bao gồm các dạng vitamin D khác nhau, được đặc trưng bởi sự phân tách của vòng B của cấu trúc lõi.

f. Prenol

Các lipit prenol được tổng hợp từ các tiền chất đơn vị năm carbon là isopentenyl diphosphate và dimethylallyl diphosphate được sản xuất chủ yếu thông qua con đường axit mevalonic (MVA). Các isoprenoid đơn giản (rượu tuyến tính, diphosphate, v.v.) được hình thành bằng cách bổ sung liên tiếp các đơn vị C5 và được phân loại theo số lượng các đơn vị terpene này. Các cấu trúc chứa lớn hơn 40 nguyên tử được gọi là polyterpen. Carotenoids là các isoprenoid đơn giản quan trọng có chức năng như chất chống oxy hóa và là tiền chất của vitamin A. Một loại phân tử quan trọng về mặt sinh học khác được minh họa bằng quinon và hydroquinone, có chứa đuôi isoprenoid gắn với lõi quinonoid có nguồn gốc không phải isoprenoid. Vitamin E và vitamin K, cũng như ubiquinones, là những ví dụ của lớp này. Prokaryote tổng hợp polyprenol (được gọi là bactoprenols) trong đó đơn vị isoprenoid cuối cùng gắn với oxy vẫn chưa bão hòa, trong khi ở polyprenol động vật (dolichol) thì isoprenoid cuối bị giảm.

g. Saccharolipid

Saccharolipids mô tả các hợp chất trong đó axit béo được liên kết trực tiếp với đường trục, tạo thành các cấu trúc tương thích với màng kép. Trong saccharolipids, một monosacarit thay thế cho xương sống glycerol có trong glycerolipids và glycerophospholipids. Các sacarolipid quen thuộc nhất là tiền chất glucosamine bị acyl hóa của Lipid   Một thành phần của lipopolysacarit ở vi khuẩn gram âm. Lipid điển hình   Một phân tử là disacarit của glucosamine, được tạo dẫn xuất với tới bảy chuỗi acyl béo. Lipopolysacarit tối thiểu cần cho sự tăng trưởng của E. coli là Kdo 2 -Lipid A, một disacarit hexa-acylated của glucosamine được glycosyl hóa với hai dư lượng axit 3-deoxy-D-manno-octulonic (Kdo).

h. Polyketide

Polyketide được tổng hợp bằng cách trùng hợp các tiểu đơn vị acetyl và propionyl bằng các enzyme cổ điển cũng như các enzyme lặp và đa bào có chung đặc điểm cơ học với các chất tổng hợp axit béo. Chúng bao gồm nhiều chất chuyển hóa thứ cấp và các sản phẩm tự nhiên từ các nguồn động vật, thực vật, vi khuẩn, nấm và biển, và có sự đa dạng về cấu trúc lớn. Nhiều polyketide là các phân tử tuần hoàn có xương sống thường được sửa đổi thêm bằng cách glycosyl hóa, methyl hóa, hydroxyl hóa, oxy hóa hoặc các quá trình khác. Nhiều chất chống vi khuẩn, chống ký sinh trùng và chống ung thư thường được sử dụng là các dẫn xuất polyketide hoặc polyketide, như erythromycins, tetracycline, avermectin và epothilone chống ung thư.

Trong sinh học và hóa sinh, lipid là một phân tử sinh học hòa tan trong dung môi không phân cực. Các dung môi không phân cực thường là hydrocacbon được sử dụng để hòa tan các phân tử lipid hydrocarbon tự nhiên khác không (hoặc không dễ dàng) hòa tan trong nước, bao gồm axit béo, sáp, sterol, vitamin tan trong chất béo (như vitamin A, D, E và K), monoglyceride, diglyceride, triglyceride và phospholipids.

3. Chức năng

Các chức năng của lipid bao gồm lưu trữ năng lượng, tạo tín hiệu và hoạt động như các thành phần cấu trúc của màng tế bào.  Lipid có ứng dụng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và thực phẩm cũng như trong công nghệ nano.

Các nhà khoa học đôi khi xác định lipid như các phân tử nhỏ kỵ nước hoặc lưỡng phân ; bản chất lưỡng tính của một số lipid cho phép chúng hình thành các cấu trúc như túi, liposome multilamellar / unilamellar hoặc màng trong môi trường nước. Lipit sinh học có nguồn gốc hoàn toàn hoặc một phần từ hai loại tiểu đơn vị sinh hóa riêng biệt hoặc “khối xây dựng”: nhóm ketoacyl và isopren.  Sử dụng phương pháp này, lipit có thể được chia thành tám loại: axit béo, glycerolipids, glycerophospholipids, sphingolipids, saccharolipids và polyketide (có nguồn gốc từ ngưng tụ các tiểu đơn vị ketoacyl); và lipit sterol và lipit prenol (có nguồn gốc từ sự ngưng tụ của các tiểu đơn vị isopren).

Mặc dù thuật ngữ “lipid” đôi khi được sử dụng như một từ đồng nghĩa với chất béo, chất béo là một nhóm nhỏ của lipid được gọi là triglyceride . Lipid cũng bao gồm các phân tử như axit béo và các dẫn xuất của chúng (bao gồm tri-, di-, monoglyceride và phospholipids ), cũng như các chất chuyển hóa có chứa sterol khác như cholesterol.  Mặc dù con người và các động vật có vú khác sử dụng các con đường sinh tổng hợp khác nhau để phá vỡ và tổng hợp lipid, một số lipit thiết yếu không thể được thực hiện theo cách này và phải được lấy từ chế độ ăn uống