Wat zijn lipiden?

Overzicht

Lipiden zijn een groep organische verbindingen die onoplosbaar zijn in water en zich onderscheidt op basis van structurele en functionele eigenschappen. Bepaalde klassen lipiden, zoals vetten, fosfolipiden en steroïden, zijn cruciaal voor alle levende organismen. Ze functioneren als structurele componenten van celmembranen, energiereservoirs en signaalmoleculen.

Lipiden zijn een groep hydrofobe moleculen

Lipiden zijn koolwaterstoffen met verschillende structurele en functionele eigenschappen. Koolwaterstoffen zijn chemische verbindingen die bestaan uit koolstof- en waterstofatomen. De koolstof-koolstof- en koolstof-waterstofbindingen zijn apolair , wat betekent dat de elektronen tussen de atomen gelijk verdeeld zijn. Deze apolaire bindingen geven de koolwaterstofverbinding een apolaire eigenschap. Apolaire verbindingen zijn bovendien ook hydrofoob of “water-haters.” Dit betekent dat ze geen waterstofbruggen vormen met watermoleculen, waardoor ze bijna onoplosbaar zijn in water.

Afhankelijk van de chemische samenstelling kunnen lipiden worden onderverdeeld in verschillende klassen. De belangrijkste biologisch klassen van lipiden zijn vetten, fosfolipiden en steroïden.

Vet is een tri-ester van vetzuren en glycerol

De koolwaterstofketen van vet heeft drie koolstofatomen. Elke koolstof bevat een hydroxylgroep (–OH), waardoor het glycerol is. Om een vet te vormen, wordt elk van de hydroxylgroepen van glycerol aan een vetzuur gekoppeld. Een vetzuur is een lange koolwaterstofketen met één carboxylgroep (-COOH) aan het uiteinde. De carboxylgroep van het vetzuur en de hydroxylgroep van de glycerol vormen een stabiele binding waarbij een watermolecuul vrijkomt. Het resulterende molecuul wordt een ester (–COOR) genoemd. Vet is een ester van glycerol en drie vetzuren; daarom wordt het ook wel triglyceride genoemd. De drie samengestelde vetzuren kunnen identiek of verschillend zijn en zijn vaak 12-18 koolstofatomen lang.

Verzadigde versus onverzadigde vetten

Vetten kunnen verzadigd of onverzadigd zijn, afhankelijk van de aan- of afwezigheid van dubbele bindingen in de koolwaterstofketens van hun vetzuren. Als een vetzuurketen geen dubbele bindingen tussen de koolstofatomen heeft, dan is elk koolstofatomen met het maximale aantal waterstofatomen verbonden. Zo'n vetzuur is volledig verzadigd met waterstof en wordt een verzadigd vetzuur genoemd. Als het vetzuur een of meer dubbelgebonden koolstofatomen bevat, dan wordt het vetzuur onverzadigd vetzuur genoemd.

Vetten die alleen verzadigde vetzuren bevatten, worden verzadigde vetten genoemd. Vetten die worden verkregen uit dierlijke bronnen, bijvoorbeeld boter, melk, kaas en reuzel, zijn meestal verzadigd. Vetten uit vis of plantaardige bronnen zijn vaak onverzadigd, zoals olijfolie, arachideolie en levertraan. De afwezigheid van dubbele bindingen in de koolwaterstofketens van verzadigde vetzuren, maakt ze flexibel. De flexibele vetzuurketens kunnen strak met elkaar worden verpakt, waardoor verzadigde vetten bij kamertemperatuur vaak een vast stof zijn.

De meeste natuurlijk voorkomende onverzadigde vetzuren zijn in de " cis " -conformatie, wat betekent dat de waterstofatomen naast de dubbele binding van koolstof en zuurstof aan dezelfde kant zitten. De aanwezigheid van cis- dubbele bindingen veroorzaakt een buiging in de koolwaterstofketen waardoor de lange koolwaterstofketen minder flexibel en moeilijk op te vouwen is. Hierdoor zijn de meeste onverzadigde vetzuren vloeibaar bij kamertemperatuur.

Vetten dienen als langdurig energiereservoir in de meeste organismen. Als energie nodig is, breekt het organisme vetten af om energie te produceren. Bij dieren zorgt vet voor demping rond vitale organen en een onderhuidse vetlaag isoleert het lichaam tegen externe temperaturen.

Fosfolipiden zijn een belangrijk onderdeel van celmembranen

Fosfolipiden zijn essentieel voor de cel, aangezien ze de hoofdbestanddelen zijn van celmembranen. Fosfolipiden zijn structureel vergelijkbaar met vetten, maar bevatten slechts twee vetzuren die aan glycerol zijn gekoppeld in plaats van drie. De vetzuren kunnen verzadigd of onverzadigd zijn. In fosfolipiden is de derde hydroxylgroep van glycerol gekoppeld aan een negatief geladen fosfaatgroep.

Het binden van een extra functionele groep aan de fosfaatgroep geven fosfolipiden diverse chemische eigenschappen. De meest voorkomende binding zijn kleine polaire groepen zoals choline of serine.

Fosfolipiden zijn amfifiel moleculen, wat betekent dat ze zowel hydrofobe als hydrofiele eigenschappen hebben. Wanneer fosfolipiden aan water worden toegevoegd, vormen ze spontaan een dubbellaag, een dunne film die twee fosfolipidemoleculen dik is. Deze organisatie vindt plaats doordat de hydrofiele koppen worden aangetrokken door water, terwijl de hydrofobe vetzuren in het midden van de laag worden verborgen om contact met water te vermijden. Zo'n dubbellaagse fosfolipide vormt het celmembraan in alle levende organismen. Het scheidt de vloeistoffen aan de binnen van de vloeistoffen aan de buitenkant van de cel. Eiwitten en steroïden, een andere klasse van lipiden, zijn ingebed in deze fosfolipidelaag. Binnen in een eukaryotische cel komen organellen voor die ook een fosfolipidelaag hebben, zoals bijvoorbeeld het lysosoom en het endoplasmatisch reticulum.

Steroïden bestaan uit een structuur met vier ringen

Steroïden zijn een ook een belangrijke biologische klasse van lipiden. Steroïden zijn samengesteld uit vier koolstofringen die met elkaar zijn versmolten. Steroïden variëren van elkaar op basis van de chemische groepen die aan de koolstofringen zijn bevestigd. Hoewel steroïden verschillen qua structuur, zijn ze ook hydrofoob en onoplosbaar in water. Steroïden verminderen de vloeibaarheid van het celmembraan. Ze functioneren ook als signaalmoleculen in de cel. Cholesterol is de meest voorkomende steroïde en wordt gesynthetiseerd door de lever. Het is aanwezig in het celmembraan en is een voorloper van geslachtshormonen bij dieren.