لیپید چیست؟ خواص، ساختار، طبقه بندی، انواع

مقدمه‌ای بر لیپیدها

• لیپیدها گروهی از ماکرومولکول‌های متنوع هستند. آن‌ها از اسیدهای چرب و مشتقات نامحلول در آب، اما محلول در حلال‌های آلی ساخته شده‌اند.
• لیپیدها شامل چربی‌ها، روغن‌ها، هورمون‌ها و اجزای خاصی از غشاها هستند که به دلیل برهم کنش‌های آبگریزشان در کنار هم قرار می‌گیرند.
• لیپیدها به دلیل ارزش انرژی بالا، اجزای ضروری رژیم غذایی هستند.
• وجود این‌ها همچنین برای جذب ویتامین‌های محلول در چربی و اسیدهای چرب ضروری موجود در مواد غذایی طبیعی ضروری هستند.
• چربی‌های ترکیب شده با پروتئین‌ها (لیپوپروتئین‌ها) اجزای ضروری غشای سلولی و میتوکندری سلول هستند.
• لیپیدها به طور طبیعی در موجودات زنده مانند گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم‌ها وجود دارند که اجزای مختلفی مانند غشای سلولی، هورمون‌ها و مولکول‌های ذخیره انرژی را تشکیل می‌دهند.
• لیپیدها به شکل مایع یا جامدات غیر بلوری در دمای اتاق وجود دارند و بی رنگ، بی بو و بی مزه هستند.
• این‌ها از اسیدهای چرب و گلیسرول تشکیل شده‌اند.

خواص لیپیدها

• لیپیدها می‌توانند به شکل مایع یا جامد غیر کریستالی در دمای اتاق باشند.
• چربی‌ها و روغن‌های خالص بی رنگ، بی بو و بی مزه هستند.
• آن‌ها مولکول‌های آلی غنی از انرژی هستند.
• نامحلول در آب.
• محلول در حلال‌های آلی مانند الکل، کلروفرم، استون، بنزن و غیره.
• بدون شارژ یونی
• تری گلیسرول‌های جامد (چربی‌ها) دارای نسبت‌های بالایی از اسیدهای چرب اشباع هستند.
• تری گلیسرول‌های مایع (روغن‌ها) دارای نسبت‌های بالایی از اسیدهای چرب غیراشباع هستند.

1. هیدرولیز تری گلیسرول

تری گلیسرول‌ها مانند هر استر دیگری با آب واکنش داده و اسید کربوکسیلیک و الکل خود را تشکیل می‌دهند – فرآیندی که به عنوان هیدرولیز شناخته می‌شود.

2. صابون سازی

تری اسیل گلیسرول‌ها ممکن است با چندین روش هیدرولیز شوند که رایج‌ترین آن‌ها از قلیا یا آنزیم‌هایی به نام لیپاز استفاده می‌کند. هیدرولیز قلیایی را صابون سازی می‌نامند. یکی از محصولات هیدرولیز صابون است که معمولاً نمک‌های سدیم یا پتاسیم اسیدهای چرب است.

3. هیدروژناسیون

پیوندهای دوگانه کربن-کربن در اسیدهای چرب غیراشباع را می‌توان با واکنش با هیدروژن برای تولید اسیدهای چرب اشباع هیدروژنه کرد.

4. هالوژناسیون

اسیدهای چرب غیراشباع، خواه آزاد باشند یا به صورت استر در چربی‌ها و روغن‌ها ترکیب شده باشند، با برقراری پیوند دوگانه با هالوژن‌ها واکنش می‌دهند. این واکنش منجر به رنگ زدایی محلول هالوژن می‌شود.

5. ترشیدگی

اصطلاح rancid به هر چربی یا روغنی اطلاق می‌شود که بوی نامطبوعی ایجاد کند. واکنش‌های هیدرولیز و اکسیداسیون مسئول ایجاد ترشیدگی هستند. ترشیدگی اکسیداتیو در تری گلیسرول‌های حاوی اسیدهای چرب غیراشباع رخ می‌دهد.

ساختار لیپیدها

• لیپیدها از عناصر کربن، هیدروژن و اکسیژن ساخته شده‌اند. اما نسبت آب بسیار کمتری نسبت به سایر مولکول‌ها مانند کربوهیدرات‌ها دارند.
• برخلاف پلی ساکاریدها و پروتئین‌ها، لیپیدها پلیمر نیستند – فاقد یک واحد مونومر تکرار شونده هستند.
• آن‌ها از دو مولکول گلیسرول و اسیدهای چرب ساخته شده‌اند.
• یک مولکول گلیسرول از سه اتم کربن تشکیل شده است که یک گروه هیدروکسیل به آن متصل است و اتم‌های هیدروژن جایگاه‌های باقی مانده را اشغال می‌کنند.
• اسیدهای چرب شامل یک گروه اسیدی در یک انتهای مولکول و یک زنجیره هیدروکربنی است که معمولا با حرف R نشان داده می‌شود.
• آن‌ها ممکن است اشباع یا غیر اشباع باشند.
• یک اسید چرب زمانی اشباع می‌شود که با یک اتم هیدروژن پیوند ایجاد شود، به طوری که هیچ پیوند C=C وجود نداشته باشد.
• از طرف دیگر اسیدهای چرب غیراشباع حاوی پیوندهای C=C هستند. اسیدهای چرب تک غیراشباع دارای یک پیوند C=C و غیراشباع چندتایی، بیش از یک پیوند C=C دارند.

طبقه بندی لیپیدها

لیپیدها را می‌توان بر اساس محصولات هیدرولیز آن‌ها و بر اساس شباهت در ساختار مولکولی آن‌ها طبقه بندی کرد. سه زیر کلاس اصلی شناخته شده است:

1. لیپیدهای ساده

(الف) چربی‌ها و روغن‌هایی که پس از هیدرولیز اسیدهای چرب و گلیسرول تولید می‌کنند.

(ب) موم‌هایی که در اثر هیدرولیز اسیدهای چرب و الکل‌های با زنجیره بلند تولید می‌کنند.

چربی‌ها و روغن‌ها

• هر دو نوع ترکیبات تری اسیل گلیسرول نامیده می‌شوند زیرا آن‌ها استرهایی هستند که از سه اسید چرب تشکیل شده‌اند که به گلیسرول، تری هیدروکسی الکل متصل شده‌اند.
• تفاوت بر اساس حالت فیزیکی آن‌ها در دمای اتاق است. اگر لیپید در دمای 25 درجه سانتیگراد جامد باشد چربی و اگر در همان دما مایع باشد روغن می‌گویند.
• این تفاوت در نقاط ذوب منعکس کننده تفاوت در درجه اشباع نشدن اسیدهای چرب تشکیل دهنده است.

موم‌ها

• موم یک استر از الکل با زنجیره بلند (معمولاً مونو هیدروکسی) و یک اسید چرب است.
• اسیدها و الکل‌هایی که معمولاً در موم‌ها یافت می‌شوند دارای زنجیره‌هایی به طول 12 تا 34 اتم کربن هستند.

2. لیپیدهای مرکب

الف) فسفولیپیدها که در اثر هیدرولیز اسیدهای چرب، گلیسرول، آمینو الکل اسفنگوزین، اسید فسفریک و الکل حاوی نیتروژن تولید می‌کنند.

بسته به گروه الکل موجود (گلیسرول یا اسفنگوزین) ممکن است گلیسروفسفولیپید یا اسفنگوفسفولیپید باشند.

(ب) گلیکولیپیدها، که اسیدهای چرب، اسفنگوزین یا گلیسرول و یک کربوهیدرات در هنگام هیدرولیز تولید می‌کنند.

بسته به گروه الکل موجود (گلیسرول یا اسفنگوزین) ممکن است گلیسرولیکولیپیدها یا اسفنگوگلیکولیپیدها نیز باشند.

3. لیپیدهای مشتق شده

• محصول هیدرولیز لیپیدهای ساده و مرکب را لیپیدهای مشتق می‌گویند. آن‌ها شامل اسیدهای چرب، گلیسرول، اسفنگوزین و مشتقات استروئیدی هستند.
• مشتقات استروئیدی ساختارهای فنانترن هستند که کاملاً با لیپیدهای ساخته شده از اسیدهای چرب متفاوت هستند.

الکل‌ها و استرها

• مهم‌ترین و رایج‌ترین الکل موجود در لیپیدها گلیسرول است. گلیسرول یک مولکول آلی کوچک است که از سه گروه هیدروکسیل (OH-) تشکیل شده است.
• گلیسرول لیپیدهای ساده‌ای را می‌سازد که استرهای اسیدهای چرب و گلیسرول و الکل‌های مشابه هستند.
• الکل آن ممکن است گلیسرول یا سایر الکل‌های با زنجیره بلند باشد. الکل‌های با زنجیره بلند عمدتا مونو هیدروکسی با یک گروه OH هستند.
• بسته به الکل مورد استفاده، لیپیدهای ساده از چربی، روغن یا موم تشکیل می‌شوند. چربی‌ها و روغن‌ها استرهای اسیدهای چرب و گلیسرول هستند، در حالی که موم‌ها استرهای اسیدهای چرب و الکل‌های با زنجیره بلند هستند.
• استرهای اسیدهای چرب پس از واکنش کم آبی بین اسیدهای چرب و مولکول‌های الکل تشکیل می‌شوند.

تری گلیسیرید

تری گلیسیرید نوعی لیپید است که استری از سه اسید چرب همراه با گلیسرول تشکیل شده است. تری گلیسیریدها اجزای اصلی چربی بدن انسان، سایر مهره داران و چربی‌های گیاهی هستند.

ساختار تری گلیسیرید

تری گلیسیریدها تری استرهایی هستند که در آن سه مولکول اسید چرب توسط پیوندهای استری کووالانسی به یک مولکول گلیسرول متصل می‌شوند.

واکنش

HOCH2CH(OH)CH2OH + RCO2H + R′CO2H + R″CO2H → RCO2CH2CH(O2CR′)CH2CO2R″ + 3H2O

• سه اسید چرب درگیر در واکنش تراکم معمولاً متفاوت هستند و طول زنجیره آن‌ها نیز با یکدیگر متفاوت است.
• در تری گلیسیریدهای طبیعی، زنجیره اسیدهای چرب عمدتاً حاوی 16، 18 یا 20 اتم کربن هستند.
• اتم‌های کربن زوج با شماره موجود در حیوانات و گیاهان مسیر بیوسنتز آن‌ها از استیل CoA دو کربنی را نشان می‌دهد.
• تری گلیسیریدهای ساده نیز ممکن است دارای اسیدهای چرب مشابهی باشند که هموتری گلیسیریدها را تشکیل می‌دهند.
• بارهای موجود در تری گلیسیریدها به طور مساوی در اطراف مولکول‌ها توزیع می‌شوند که از تشکیل پیوند هیدروژنی با مولکول‌های آب جلوگیری کرده و آن‌ها را در آب نامحلول می‌کند.

عملکرد تری گلیسیرید

• تری گلیسیریدها درشت مولکول‌های مهمی هستند زیرا بیشتر انرژی را در بدن ذخیره می‌کنند.
• این‌ها در سلول‌های چربی ذخیره می‌شوند که در صورت لزوم توسط هورمون‌های مختلف در جریان خون آزاد می‌شوند.
• چربی ذخیره شده در بدن لایه‌ای از عایق را در زیر پوست تشکیل می‌دهد که به حفظ دمای بدن کمک می‌کند.
• تری گلیسیرید همچنین به جذب و انتقال ویتامین‌های محلول در چربی در بدن کمک می‌کند.

اسیدهای چرب

• اسیدهای چرب مولکول‌های آلی هستند که اسیدهای کربوکسیلیک با زنجیره بلند با 4 تا 36 اتم کربن هستند.
• بسته به پیوند بین اتم‌های کربن، زنجیره‌های هیدروکربنی یا اشباع یا غیراشباع هستند. اگر همه پیوندهای کربن-کربن منفرد باشند، اسید اشباع شده است. اگر یک یا چند پیوند دوگانه کربن-کربن وجود داشته باشد، اسید غیراشباع است.
• اسیدهای چرب طبیعی عمدتاً بدون انشعاب هستند و در سه دسته اصلی لیپیدها وجود دارند. تری گلیسیریدها، فسفولیپیدها و استرهای کلسترول.
• اسیدهای چرب در حالت آزاد یافت نمی‌شوند، اما برای تشکیل تری گلیسیرید با الکل همراه می‌مانند.
• اسیدهای چرب به عنوان یک ذخیره انرژی (چربی) از طریق پیوند استری به گلیسرول ذخیره می‌شوند تا تری گلیسیرید را تشکیل دهند.

اسیدهای چرب اشباع و غیر اشباع

1. اسیدهای چرب اشباع

• اسیدهای چرب اشباع ساده‌ترین شکل چربی‌ها هستند که زنجیره‌های خطی غیرانشعابی از گروه‌های CH2 هستند که توسط پیوندهای منفرد کربن-کربن با اسید کربوکسیلیک انتهایی به هم مرتبط شده‌اند.
• اصطلاح “اشباع” برای نشان دادن اینکه حداکثر تعداد اتم‌های هیدروژن به هر اتم کربن در یک مولکول چربی پیوند داده شده است، استفاده می‌شود.
• فرمول کلی این اسیدها CnH2n+1COOH است.
• اسیدهای چرب به‌دست‌آمده از منابع حیوانی، عمدتاً زنجیره‌های خطی زوج‌های اسیدهای چرب اشباع هستند.
• اسیدهای چرب اشباع معمولاً نقطه ذوب بالاتری نسبت به همتایان خود دارند، به همین دلیل است که اسیدهای چرب اشباع در دمای اتاق در حالت جامد باقی می‌مانند.
• این‌ها بیشتر جامد هستند و در چربی حیوانی مانند کره، گوشت و شیر کامل یافت می‌شوند. اما برخی از اسیدهای چرب اشباع شده نیز در منابع گیاهی مانند روغن نباتی، روغن نارگیل و روغن بادام زمینی یافت می‌شوند.

2. اسیدهای چرب غیر اشباع

• اسیدهای چرب غیراشباع اسیدهای چرب پیچیده‌تری با زنجیره‌های هیدروکربنی خمیده هستند که توسط یک یا چند پیوند دوگانه کربن-کربن با گروه اسیدهای کربوکسیلیک انتهایی به هم مرتبط شده‌اند.
• اصطلاح «غیراشباع» نشان می‌دهد که اتم‌های کربن حداکثر اتم‌های هیدروژن ممکن متصل به اتم‌های کربن را ندارند.
• به دلیل وجود پیوندهای دوگانه، ترکیب سیس و ترانس این مولکول‌ها مهم است. اسیدهای چرب غیراشباع موجود در بدن انسان در ترکیب سیس وجود دارند.
• اسیدهای چرب غیر اشباع در مقایسه با اسیدهای چرب اشباع نقطه ذوب پایین‌تری دارند و بنابراین در دمای اتاق در حالت مایع وجود دارند.
• بیشتر روغن‌های گیاهی و روغن ماهی از منابع مهم اسیدهای چرب غیراشباع هستند.

گلیسرول و تشکیل پیوندهای استری

• گلیسرول یک ترکیب آلی ساده در سه گروه هیدروکسیل است که مایعی بی رنگ، بی بو و چسبناک است.
• ستون فقرات بسیاری از لیپیدها را تشکیل می دهد که گلیسرید نامیده می شوند. چربی بعداً به اسیدهای چرب و گلیسرول هیدرولیز می‌شود، جایی که اسید چرب انرژی بدن را تامین می‌کند، در حالی که گلیسرول به گلوکز تبدیل می‌شود.
• واکنش درگیر در تشکیل پیوندهای استری به عنوان واکنش تراکم نامیده می‌شود که در آن انتهای هیدروکسیل آزاد مولکول گلیسرول به OH گروه COOH اسید چرب می‌پیوندد.
• فرآیند تراکم به دلیل تشکیل پیوندهای استری بین دو مولکول استریفیکاسیون نامیده می‌شود.
• مولکول‌های لیپیدی که از سه اسید چرب و یک مولکول گلیسرول تشکیل شده‌اند، تری گلیسرول یا تری گلیسیرید نامیده می‌شوند.

فسفولیپیدها

• فسفولیپید یک مولکول آلی متشکل از اسیدهای چرب، یک گروه فسفات و یک گروه گلیسرول است که جزء اصلی غشاهای سلولی مختلف را تشکیل می‌دهد.
• دولایه فسفولیپیدی بخش مهمی از غشای سلولی را برای انتقال انتخابی مولکول‌ها به داخل و خارج سلول تشکیل می‌دهد.
• گروه فسفات سر آب دوست را تشکیل می‌دهد، در حالی که اسیدهای چرب دم آبگریز را تشکیل می‌دهند. نواحی سر و دم در فسفولیپیدها توسط یک مولکول گلیسرول به هم متصل می‌شوند.
• برهمکنش آبگریز و آبدوست بین مولکول‌های مختلف و لایه دولایه لیپیدی، عبور مولکول‌های زیستی را امکان پذیر می‌کند. این فعل و انفعالات غشای سلولی را آمفی پاتیک می‌کند.

سرهای فسفات هیدروفیل (قطبی)

• سر آب دوست یا بخش آب دوست فسفولیپیدها حاوی یک گروه فسفات با بار منفی با یک گروه آلکیل ناشناس است.
• منطقه آبدوست ممکن است قطبی یا باردار باشد یا نباشد.
• سرهای غشای فسفولیپیدی رو به بیرون هستند که در تعامل با محلول آبی در داخل و خارج سلول باقی می‌مانند.
• از آنجایی که آب یک مولکول قطبی است، سر آبدوست بلافاصله با مولکول آب برهمکنش الکترواستاتیکی ایجاد می‌کند.

دم اسیدهای چرب آبگریز (غیر قطبی)

• بخش دولایه فسفولیپیدی نیز بخش آبگریز نامیده می‌شود که از دنباله‌های بلند اسید چرب غیرقطبی تشکیل شده است.
• این دم‌ها به راحتی با مولکول‌های آبگریز دیگر تعامل دارند اما با مولکول‌های آب تعامل ندارند.
• ناحیه دم انتهایی غیر قطبی است که در آن مولکول‌های بدون بار وجود دارند.
• بنابراین دم‌های آبگریز به سمت داخل غشاء جمع می‌شوند تا از دم‌ها در برابر آب اطراف محافظت کنند. این ترتیب از نظر انرژی نیز مطلوب است.
•  فعل و انفعالات آبگریز یک سد خوب بین داخل و خارج سلول به عنوان آب ایجاد می کند و مولکول های بار دیگر نمی توانند به راحتی از هسته آبگریز غشاء عبور کنند.

استرول‌ها (کلسترول)

• استرول‌ها نوعی لیپید متشکل از الکل‌های استروئیدی هستند که به طور طبیعی در گیاهان، حیوانات، قارچ‌ها و چندین باکتری وجود دارند.
• مهم‌ترین و آشناترین نوع استرول کلسترول است که نقش اساسی در ساختار و عملکرد غشای سلولی دارد.
• کلسترول به عنوان پیش ساز ویتامین‌های محلول در چربی مانند ویتامین D و هورمون‌ها عمل می‌کند.
• کلسترول از چهار حلقه هیدروکربنی متصل تشکیل شده است که بخش عمده‌ای از ساختار استروئیدی را تشکیل می‌دهد. یک سر کلسترول از یک دم هیدروکربنی تشکیل شده است، در حالی که انتهای دیگر به یک گروه الکل مرتبط است.
• گروه هیدروکسیل به سایر گروه‌های هیدروکسیل یا اکسیژن کربونیل فسفولیپیدها می‌پیوندد.
• کلسترول را می‌توان در بدن حیوانات مختلف بیوسنتز کرد. در انسان، کبد 100 درصد کل کلسترول مورد نیاز بدن را تشکیل می‌دهد.
• کلسترول برای تنظیم سیالیت غشا در جانوران ضروری است. همچنین نفوذپذیری غشای سلولی به یون‌های سدیم و پتاسیم را افزایش می دهد.
• با این حال، اگر غلظت کلسترول بیش از حد طبیعی افزایش یابد، ممکن است با سایر اجزای خون ترکیب شود و پلاک تشکیل دهد. پلاک ممکن است به دیواره شریان‌ها و وریدها بچسبد و در نتیجه باعث بیماری عروق کرونر شود.

عملکرد لیپیدها

• لیپیدهای بیولوژیکی گروهی از ترکیبات متنوع شیمیایی هستند. عملکردهای بیولوژیکی لیپیدها به اندازه خواص شیمیایی آن‌ها متنوع است.
• در بدن، چربی‌ها به عنوان یک منبع انرژی کارآمد عمل می‌کنند. همچنین در بافت‌های چربی ذخیره می‌شوند. این‌ها همچنین به عنوان یک ماده عایق در بافت‌های زیرجلدی و اطراف اندام‌های خاص عمل می‌کنند.
• فسفولیپیدها و استرول‌ها عناصر ساختاری اصلی غشاهای بیولوژیکی هستند.
• به طور مشابه، چربی‌های ترکیب شده با پروتئین‌ها (لیپوپروتئین‌ها) اجزای مهم غشای سلولی و میتوکندری سلول هستند.
• لیپیدها همچنین به عنوان جزء ساختاری سلول عمل کرده و سد آبگریز را فراهم می‌کنند که امکان جداسازی محتویات آبی سلول و ساختارهای درون سلولی را فراهم می‌کند.
• سایر لیپیدها، اگرچه در مقادیر نسبتاً کمی وجود دارند، اما نقش مهمی به عنوان کوفاکتورهای آنزیمی، حامل‌های الکترون، رنگدانه‌های جذب کننده نور و لنگرهای آبگریز برای پروتئین‌ها دارند.
• کلسترول به عنوان پیش ساز ویتامین‌های محلول در چربی مانند ویتامین D و هورمون‌ها عمل می‌کند.
• لیپیدها همچنین فعال کننده آنزیم‌هایی مانند گلوکز-6-فسفاتاز، β-هیدروکسی بوتیریک دهیدروژناز و استئاریل کوآ دساتوراز هستند.

همچنین بخوانید:

• اکتومورف (Ectomorph): ویژگی‌های نوع بدن و برنامه‌های غذایی
• اندومورف
• مزومورف چیست؟
• گلوکونئوژنز (Gluconeogenesis): مراحل، واکنش‌ها و اهمیت
• ماکرولیدها (Macrolide): نحوه فعالیت و مکانیسم مقاومت در برابر آن‌ها

منبع

مترجم: شقایق مرتاضی