لیپید چیست؟ — به زبان ساده

«لیپیدها» (Lipid) مانند پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک یکی از مهمترین گروه‌های «مولکول‌های زیستی» (Biomolecules) به شمار می‌آیند. این مولکول‌های آلی، نامحلول در آب و محلول در حلال‌های غیرقطبی هستند و در ترشحات و بخش‌های مختلف سلولی یافت می‌شوند. ساختار این مولکول‌ها اغلب غیرقطبی بوده و نواحی کمی از ساختمان آن‌ها دارای بخش‌های قطبی است. اگرچه اصطلاح لیپید اغلب به عنوان مترادف «چربی» (Fat) مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما در واقع، چربی‌ها زیر گروهی از لیپیدها به نام «تری‌گلیسیریدها» (Triglycerides) را در بر می‌گیرند. بر خلاف سایر گروه‌های مولکولی، لیپیدها ساختار گسترده و متنوعی را شامل می‌شوند که از میان این ساختارها می‌توان به فسفولیپیدها (اجزای غشای سلولی)، استرول‌ها (کلسترول و هورمون‌های استروئیدی) و مشتقات لیپیدی پیچیده‌تر مانند گلیکولیپیدها (ساختارهای قند - لیپید) اشاره کرد.

نقش و عملکرد لیپید

با وجود اختلاف نظر درباره لیپیدهای خاص (به خصوص چربی‌ها و کلسترول)، وجود بسیاری از لیپیدها برای زندگی ضروری است و نقش‌های مهمی در تغذیه و سلامت بدن انسان دارند. تولید، انتقال و شناسایی این مولکول‌های پیچیده با بسیاری از مواد زیستی دیگر، از جمله پروتئین‌های اتصال دهنده، آنزیم‌ها و گیرنده‌های سلولی هماهنگ است.

فیلم آموزش بیوشیمی کربوهیدرات و لیپید در فرادرس

کلیک کنید

وجود یا عدم وجود لیپیدها یا اختلال در آنزیم‌ها و مسیرهای متابولیکی آن‌ها، می‌تواند به میزان قابل توجهی بر وضعیت سلامتی فرد تأثیر بگذارد. از سوی دیگر، مصرف بیش از حد لیپیدها مانند کلسترول و اسیدهای چرب ترانس، ممکن است از عوامل خطر ابتلا به بیماری قلبی عروقی و سایر بیماری‌های گردش خون باشد.

با توجه به ویژگی‌های شیمیایی و ساختاری متنوع لیپیدها، این مولکول‌ها عملکردهای متفاوتی نیز دارند:

• غشای سلولی: غشای سلولی سدی برای محافظت از سلول است و جریان مواد در داخل و خارج از سلول را کنترل می‌کند.
• ذخیره انرژی: تری‌گلیسیریدها نوع کارآمدی از مولکول‌های ذخیره انرژی هستند که می‌توانند در صورت نیاز بدن مورد استفاده قرار گیرند.
• انتقال اطلاعات در سلول (انتقال سیگنال): هورمون‌های لیپیدی مانند استروئیدها و ایکوزانیدها در ارتباطات سلولی نقش واسطه را بر عهده دارند.
• متابولیسم سلولی: ویتامین‌های محلول در چربی نظیر ویتامین‌های E ،D ،A و K نقش مهمی در متابولیسم سلولی دارند و به عنوان کوآنزیم در واکنش‌های متابولیسمی عمل می‌کنند.

طبقه‌بندی لیپیدها

اصطلاح لیپید برای طیف گسترده‌ای از مولکول‌های هیدروکربنی با منشا زیستی به کار می‌رود. لیپیدها از نظر ساختاری بسیار متنوع هستند:

• آروماتیک یا آلیفاتیک (با یا بدون حلقه بنزن)
• ساختار بدون حلقه (زنجیره باز) یا ساختار حلقوی
• ساختمان مستقیم یا شاخه‌ای
• اشباع یا غیراشباع
• انعطاف پذیر یا سخت

فیلم آموزش بیوشیمی غشا در فرادرس

کلیک کنید

این تنوع باعث می‌شود لیپیدها براساس یک ویژگی اصلی و یا یک منشا زیستی خاص تعریف نشوند. با این حال، یکی از ویژگی‌های مشترک بسیاری از لیپیدها این است که آمفی‌پاتیک (یا آمفی‌فیلیک) هستند. یعنی شامل هر دو گروه آبگریز و آبدوست می‌شوند. همان طور که در بالا اشاره شد، لیپیدها عمدتاً غیر قطبی یا آبگریز هستند، به این معنی که آن‌ها با حلال‌های قطبی مانند آب به خوبی در تعامل نیستند. از طرف دیگر، برخی از لیپیدها بخش‌های قطبی یا آبدوست نیز دارند. در مورد کلسترول، گروه قطبی صرفاً (-OH) (هیدروکسیل یا الکل) است. برای لیپیدهای غشایی که فسفولیپیدها نامیده می‌شوند، گروه‌های قطبی به طور قابل توجهی بزرگ‌تر و قطبی‌تر هستند.

خصوصیات آمفی‌پاتیک فسفولیپیدها به طور مستقیم بر عملکرد زیستی آن‌ها تاثیر می‌گذارد و باعث می‌شود که به صورت خود به خود در بخش خارجی غشای سلولی در محیط آبی یا داخل سلول (محیط غیر‌قطبی) سازماندهی شوند. در محیط آبی بدن، سرهای قطبی لیپیدها، برای تعامل با مولکول‌های آب به سمت خارج قرار می‌گیرند، در حالی که دم‌های آبگریز با قرارگیری به سمت داخل سلول، تماس خود را با آب به حداقل می‌رسانند. فسفولیپیدهای آمفی‌پاتیک با حضور در محیط‌های مختلف سه ساختمان متفاوت ایجاد می‌کنند.

1. میسل (Micelle): زمانی که لیپیدهای آمفی‌پاتیک مانند فسفولیپیدها در محیطی آبی باشند، دم‌های غیرقطبی لیپیدها در مرکز و سرهای قطبی به سمت محیط آبی قرار می‌گیرند که در این حالت، ساختاری کروی به نام میسل ایجاد می‌شود.
2. لیپوزم (Liposome): وزیکول‌هایی با دو لایه فسفولیپیدی هستند که یک محیط غیرقطبی را احاطه کرده‌اند. از این ساختارها در دارورسانی استفاده می‌شود.
3. دولایه فسفولیپیدی (Bilayer Phospholipid): زمانی که دو لایه از ساختمان فسفولیپیدی در محیطی آبی قرار می‌گیرند، جهت‌گیری مولکول‌ها به صورتی انجام می‌شود که سرهای قطبی و آبدوست فسفولیپیدها به سمت خارج و دم‌های غیرقطبی برای حفظ خاصیت آبگریزی به سمت داخل قرار می‌گیرند. در واقع، ساختمان غشای سلولی و غشای اندامک‌های درون سلولی از همین فسفولیپیدهای دولایه تشکیل شده‌اند.

گروهای اصلی لیپید

لیپیدها براساس ساختمان و گروه‌های قطبی و غیرقطبی که به آن‌ها متصل می‌شوند، در گروه‌های متفاوتی قرار می‌گیرند:

• اسیدهای چرب: گروهی از اسیدهای کربوکسیلیک (اسیدهای آلی با گروه کربوکسیل -COOH) هستند که به عنوان سوخت توسط سلول‌ها مصرف می‌شوند و یا به صورت اجزای سایر گروه‌های لیپیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• گلیسریدها (گلیسرولیپیدها): لیپیدهایی با «ستون فقرات» (Back-Bone) گلیسرول هستند که به سه دسته مونوگلیسریدها، دی‌گلیسریدها و تری‌گلیسریدها و فسفوگلیسریدها (گلیسروفسفولیپیدها) تقسیم‌بندی می‌شوند. فسفوگلیسریدها در غشاهای زیستی وجود دارند.
• غیرگلیسریدها: این دسته فاقد ستون فقرات گلیسرول هستند که از این گروه می‌توان به اسفنگولیپیدها (لیپیدهایی که بیشتر در غشای سلول‌های مغزی و عصبی وجود دارند)، استرول‌لیپیدها (مانند کلسترول و هورمون‌های استروئیدی) و پرنول‌لیپیدها (مانند ترپنوئیدها)، وکس‌ها (در سطح برگ‌ها و سلول‌های گیاهی برای جلوگیری از تبخیر بیش از حد آب تشکیل می‌شوند) و پلی‌کتیدها (لیپیدهایی که به عنوان متابولیت ثانویه در باکتری‌ها، گیاهان و حیوانات دریایی یافت می‌شوند) اشاره کرد.
• لیپیدهای پیچیده: گروه آخر، مشتقات لیپیدهای پیچیده‌تر، مانند لیپیدهای متصل به قند (گلیکولیپیدها) و لیپیدهای متصل به پروتئین (مانند لیپوپروتئین) را در بر می‌گیرد.

فیلم آموزش زیست شناسی ۲ – زیست پایه یازدهم در فرادرس

کلیک کنید

در سال 2005 یک روش دیگر برای طبقه‌بندی لیپدها ارائه شد که طبق آن، لیپیدها به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند:

1. آسیل‌های چرب
2. گلیسیرولیپیدها
3. گلیسیروفسفولیپیدها
4. اسفنگولیپیدها
5. استرول لیپیدها
6. پرنول لیپیدها
7. ساکارولیپیدها
8. پلی‌کتیدها

اسیدهای چرب، آجرهای ساختمان لیپید

اسیدهای چرب به عنوان ترکیباتی با زنجیره بلند هیدروکربنی با پایانه کربوکسیل شناخته می‌شوند. ساختمان شیمیایی عمومی این مولکول‌ها به صورت (CH₃(CH₂)_nCOOH) است. زنجیره اسیدهای چرب معمولا بین ۱۴ تا ۲۴ کربن دارد. تعداد کربن‌های این زنجیره عموما زوج است و به صورت اشباع و غیر‌اشباع یافت می‌شوند.

• اسیدهای چرب اشباع (Saturated): در این اسیدها هیچ پیوند دوگانه‌ای بین اتم‌های کربن زنجیره وجود ندارد (به دلیل اینکه اتم‌های کربن با اتم‌های هیدروژن اشباع شده‌اند).
• اسیدهای چرب غیراشباع (Unsaturated): زمانی که حداقل یک یا چند پیوند دوگانه بین اتم‌های کربن در طول زنجیره وجود داشته‌ باشد، اسید چرب غیراشباع است. وجود پیوندهای دوگانه باعث کاهش دمای ذوب و افزایش سیالیت و تنوع این نوع از اسیدهای چرب می‌شود. اسید اولئیک، اسید لینولئیک، اسیدلینولنیک، اسید پالمتیک انواعی از اسیدهای چرب غیراشباع هستند.

اسیدهای چرب غیراشباع می‌توانند ایزومرهای ساختاری «سیس» (cis) و یا «ترانس» (trans) داشته باشند. به صورت طبیعی اکثر پیوندهای دوگانه در اسیدهای چرب به صورت سیس هستند، در حالی که ایزومرهای ترانس در طول فرایندهای صنعتی هیدروژن‌دهی به روغن‌های گیاهی ایجاد می‌شوند. براساس تحقیقات پزشکی مختلف، مصرف اسیدهای چرب سیس در کاهش بیماری‌های قلبی و عروقی بسیار موثر است، در حالی که مصرف روغن‌های دارای ایزومرهای ترانس این بیماری‌ها را افزایش می‌دهد.

اسیدهای چرب آزاد

زمانی که اسیدهای چرب با مولکول‌ها و ترکیبات دیگر پیوند نداشته باشند، اسیدهای چرب آزاد خوانده می‌شوند. گاهی اسیدهای چرب آزاد با شکست تری‌گلیسریدها به وجود می‌آیند. اسیدهای چرب آزاد منبع انرژی مهمی برای سلو‌ل‌ها و بافت‌های مختلف بدن محسوب می‌شوند، چرا که این مولکول‌ها قادر به تولید تعداد زیادی مولکول «ATP» (بسته‌های انرژی) هستند. علیرغم اینکه بسیاری از سلول‌ها می‌توانند از گلوکوز به عنوان سوخت استفاده کنند، اما سلول‌های قلب و ماهیچه‌های اسکلتی مصرف اسیدهای چرب را ترجیح می‌دهند؛ این در حالی است که سلول‌های مغز نمی‌توانند از اسیدهای چرب به عنوان سوخت و انرژی استفاده کنند. به همین دلیل، در گرسنگی‌های طولانی یا کمبود مصرف کربوهیدارت، مغز به جای گلوکوز از کتون‌های تولید شده از تجزیه اسیدهای چرب در کبد (Ketone Bodies) استفاده می‌کند.

تری‌گلیسریدها، انرژی ذخیره شده در لیپید

گلیسریدها دارای یک هسته گلیسرول و یک یا دو گروه آسیل چرب هستند؛ به طوری که اسیدهای چرب با پیوند استری به گلیسرول متصل می‌شوند. گلیسرول‌ها با سه گروه آسیل (تری‌گلیسریدها) مهمترین شکل ذخیره انرژی در بدن حیوانات و گیاهان به شمار می‌روند. تری‌گلیسریدها در «سلول‌های چربی» (Adipocytes) ذخیره می‌شوند و نقش بسیار مهمی در متابولیسم بدن دارند. همان طور که در بالا گفته شد، تری‌گلیسریدها بزرگترین ذخیره انرژی بدن را می‌سازند و انرژی بیشتری (دو برابر) نسبت به کربوهیدرات‌ها یا پروتئین‌ها در بدن تولید می‌کنند.

فسفولیپیدها، اجزای سازنده غشاهای سلولی

فسفولیپیدها اجزای اصلی تشکیل دهنده غشاهای زیستی، مانند غشاهای پلاسمایی سلول‌ها و غشاهای اندامک‌های درون سلولی هستند. این نوع لیپیدها، از گلیسرول‌ها، اسفنگوزیدها، الکل‌های سه کربنی یا الکل‌های پیچیده‌تر ساخته شده‌اند. به طور دقیق‌تر، فسفولیپیدها از یک هسته گلیسرول، دو زنجیره اسید چرب و دو الکل فسفوریله شده تشکیل می‌شوند. علاوه بر عملکردهای ساختاری، این مولکول‌ها نقش مهمی را در سیگنال‌های سلولی بر عهده دارند. سرهای قطبی و دم‌های اسیدهای چرب فسفولیپیدها می‌توانند برای ایجاد یک پیام‌رسان ثانویه آزاد شوند که این پیام‌رسان ثانویه نقش کلیدی در سیگنال‌دهی درون سلولی دارد.

فسفولیپیدهای غشایی از مهمترین لیپیدهای سازنده غشا هستند که به هشت گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

1. اسید فسفاتیدیک ودی فسفاتیدیل گلیسرول
2. فسفاتیدیل کولین
3. فسفاتیدیل اینوزیتول
4. فسفاتیدیل اتانول امین
5. فسفاتیدیل سرین
6. لیزو فسفولیپیدها
7. پلاسمالوژن‌ها
8. اسفنگو میلین‌ها

در غشای سلول‌ها، علاوه بر فسفولیپدها، سایر لیپیدهای غیرگلیسریدی مانند اسفنگولیپیدها و کلسترول‌ها نیز یافت می‌شوند.

استرول‌‌های لیپیدی ساختاری و سیگنالی

کلسترول، لیپیدی با فرمول شیمیایی (C₂₇H₄₅OH) است. این مولکول در غشای سلولی تمام بافت‌های بدن انسان وجود دارد و در سراسر  پلاسمای خون حیوانات در حال حرکت است. در دیواره سلولی گیاهی، مقدار بسیار کمی کلسترول یافت می‌شود.

فیلم آموزش زیست شناسی سلولی و مولکولی – مبانی و مفاهیم مقدماتی در فرادرس

کلیک کنید

وجود کلسترول در غشای سلولی باعث افزایش سیالیت سلول می‌شود. همچنین به تولید مایع صفرا (مایعی که در هضم و شکستن مولکول‌های چربی نقش دارد) کمک می‌کند و در متابولیسم ویتامین‌های محلول در چربی بسیار موثر است. کلسترول‌ها و تری‌گلیسریدها در مایعات بدن به عنوان لیپوپروتئین شناخته می‌شوند؛ در واقع آن‌ها مولکول‌های حامل در بدن هستند که براساس چگالیشان طبقه‌بندی شده‌اند. زمانی که پزشک در مورد میزان کلسترول خون بیمار صحبت می‌کند، در واقع منظور او کلسترول بد یا «LDL» (لیپوپروتئین با چگالی کم)  و کلسترول خوب یا «HDL» (لیپوپروتئین با چگالی زیاد) است. هر دوی این لیپوپروتئین‌ها نقش زیستی مهمی در بدن ایفا می‌کنند. لیپوپروتئین با چگالی کم یا LDL کلسترول را به بافت‌های محیطی انتقال می‌دهد و سنتز کلسترول را تنظیم می‌کند؛ در حالی که HDL کلسترول را از خون جمع‌آوری کرده و به کبد منتقل می‌کند. سطح بالای LDL در خون موجب ایجاد پلاک‌های آترواسکلروسیس در رگ و در نتیجه گرفتگی عروق و بیماری‌های قلبی می‌شود.

هورمون‌های استروئیدی

کلسترول یکی از مهم‌ترین بخش‌های سازنده هر هورمون استروئیدی است. هورمون‌های استروٰئیدی اثرات فیزیولوژیکی خود را با اتصال به پروتئین‌‌های گیرنده این هورمون‌ها ایجاد می‌کنند که باعث تغییر در بیان و ترجمه ژن‌ها و عملکرد سلولی می‌شوند.

هورمون‌های استروئیدی به چند دسته تقسیم می‌شوند که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• آندروژن‌ها (مانند تستوسترون): مسئول ایجاد صفات ثانویه جنسی مردانه در بدن هستند.
• گلوکوکورتیکوئیدها: در پاسخ به استرس در بدن تولید می‌شوند و بسیاری از عملکردهای سیستم ایمنی و متابولیسم را تنظیم می‌کنند. اغلب این هورمون‌ها به صورت داروهای ضدالتهاب برای بیماران آسم و آرتروز تجویز می‌شوند.
• استروژن‌ها و پروژسترون‌ها: دو گروه از استروئیدهای جنسی هستند که در تعیین ویژگی‌های تمایز جنسی زنانه نقش مهمی دارند.

اگر این نوشته برای شما مفید بوده است و مایل به مطالعه مباحث مشابه هستید، آموزش‌های زیر به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش‌های زیست‌شناسی
• آموزش زیست شناسی سلولی (Cell Biology)
• مجموعه آموزش‌های علوم پزشکی
• چرا پیر می شویم و نقش تلومر در آن چیست؟
• تفاوت های جانداران خونگرم و خونسرد — به زبان ساده
• فتوسنتز چیست؟ — به زبان ساده

^^