فهرست فصل
اهمیت زیستپزشکی
لیپیدها گروهی ناهمگون از ترکیباتاند که چربیها، روغنها، استروئیدها، مومها و ترکیبات وابسته را دربر میگیرند. ویژگی مشترک آنها این است که در آب نسبتاً نامحلولاند، اما در حلالهای غیرقطبی مانند اتر و کلروفرم حل میشوند. لیپیدها از اجزای مهم رژیم غذاییاند؛ نهتنها بهدلیل ارزش انرژیزای بالای چربیها، بلکه به این علت که اسیدهای چرب ضروری، ویتامینهای محلول در چربی و سایر ریزمغذیهای چربیدوست در بخش چربی غذاهای طبیعی وجود دارند.
تصور میشود مکملیاری با اسیدهای چرب بلندزنجیر خانواده ω3 در شماری از بیماریهای مزمن، از جمله بیماریهای قلبیعروقی، آرتریت روماتوئید و دمانس، آثار سودمندی داشته باشد. چربی در بافت چربی ذخیره میشود و در بافت زیرجلدی و اطراف برخی اندامها نقش عایق حرارتی دارد. لیپیدهای غیرقطبی همچنین بهصورت عایق الکتریکی عمل میکنند و انتشار سریع امواج دپلاریزاسیون را در امتداد اعصاب میلیندار امکانپذیر میسازند.
لیپیدها در خون بهصورت ترکیبشده با پروتئینها و در قالب ذرات لیپوپروتئین (lipoprotein) حمل میشوند. این مولکولها در تغذیه و سلامت نقشهای اساسی دارند و آگاهی از بیوشیمی لیپیدها برای درک بسیاری از بیماریهای مهم زیستپزشکی، از جمله چاقی، دیابت شیرین و آترواسکلروز، ضروری است.
اهداف فصل
پس از مطالعه این فصل باید بتوانید:
- لیپیدهای ساده و مرکب را تعریف کنید و گروههای لیپیدی هر دسته را بشناسید.
- ساختمان اسیدهای چرب اشباع و غیراشباع را بیان کنید، مثال بزنید و روش نامگذاری آنها را توضیح دهید.
- تفاوت پیوندهای دوگانه کربن–کربن از نوع سیس و ترانس را توضیح دهید.
- شرح دهید ایکوزانوئیدها چگونه با تغییر ساختمان اسیدهای چرب غیراشباع ساخته میشوند و گروهها و عملکردهای آنها را مشخص کنید.
- ساختمان کلی تریآسیلگلیسرولها و عملکرد آنها را توضیح دهید.
- ساختمان کلی فسفولیپیدها و گلیکواسفنگولیپیدها و عملکرد گروههای مختلف آنها را بیان کنید.
- اهمیت کلسترول را بهعنوان پیشساز بسیاری از استروئیدهای مهم زیستی، از جمله هورمونهای استروئیدی، اسیدهای صفراوی و ویتامین D درک کنید.
- توضیح دهید چرا رادیکالهای آزاد به بافت آسیب میزنند و سه مرحله واکنش زنجیرهای پراکسیداسیون لیپیدی را بشناسید.
- شرح دهید آنتیاکسیدانها چگونه از پراکسیداسیون لیپیدها جلوگیری میکنند.
- تشخیص دهید که بسیاری از لیپیدها همزمان گروههای آبگریز و آبدوست دارند و توضیح دهید این ویژگی چگونه تشکیل ساختار پایه غشاهای زیستی را ممکن میکند.
لیپیدها ممکن است ساده، مرکب یا مشتق باشند
- لیپیدهای ساده شامل چربیها، روغنها و مومها هستند که از استریفیکاسیون اسیدهای چرب با الکلهای مختلف ایجاد میشوند:
- چربیها: استرهای اسیدهای چرب با گلیسرول.
- روغنها: چربیهایی که در دمای اتاق به حالت مایعاند.
- مومها: استرهای اسیدهای چرب با الکلهای تکهیدروکسیلی دارای وزن مولکولی بالا.
- لیپیدهای مرکب استرهای اسیدهای چرباند که همیشه یک الکل و یک یا چند اسید چرب دارند، اما گروههای دیگری نیز در ساختمان آنها وجود دارد:
- فسفولیپیدها: دارای یک باقیمانده اسید فسفریکاند و اغلب بازهای نیتروژندار مانند کولین و جانشینهای دیگر دارند. در بسیاری از آنها الکل، گلیسرول است و به آنها گلیسروفسفولیپید (glycerophospholipid) گفته میشود؛ اما در اسفنگوفسفولیپیدها (sphingophospholipids) الکل، اسفنگوزین است که گروه آمینی دارد.
- گلیکولیپیدها یا گلیکواسفنگولیپیدها: شامل اسید چرب، اسفنگوزین و کربوهیدراتاند.
- سایر لیپیدهای مرکب: مانند سولفولیپیدها و آمینولیپیدها. لیپوپروتئینها را نیز میتوان در این دسته قرار داد.
- لیپیدهای مشتق از هیدرولیز لیپیدهای ساده و مرکب ایجاد میشوند. اسیدهای چرب، گلیسرول، استروئیدها و استرولها از جمله کلسترول، سایر الکلها، آلدهیدهای چرب، اجسام کتونی، هیدروکربنها، ویتامینها و ریزمغذیهای محلول در چربی و هورمونها در این گروه قرار دارند. برخی از آنها، مانند اسیدهای چرب آزاد و گلیسرول، خود پیشساز ساخت لیپیدهای ساده و مرکب نیز هستند.
اسیدهای چرب، اسیدهای کربوکسیلیک آلیفاتیکاند
اسیدهای چرب در بدن عمدتاً بهصورت استر در چربیها و روغنهای طبیعی یافت میشوند، اما به شکل استریفیهنشده یا اسید چرب آزاد نیز در پلاسما وجود دارند و در این حالت یکی از اشکال انتقالی آنها محسوب میشوند. اسیدهای چرب موجود در چربیهای طبیعی معمولاً تعداد زوجی اتم کربن دارند. زنجیره آنها ممکن است اشباع باشد، یعنی پیوند دوگانه نداشته باشد، یا غیراشباع باشد و یک یا چند پیوند دوگانه داشته باشد.
اسیدهای چرب بر اساس هیدروکربن متناظر نامگذاری میشوند
در رایجترین روش نامگذاری نظاممند، نام اسید چرب از هیدروکربنی گرفته میشود که تعداد و آرایش کربنهای یکسانی دارد و پسوند نهایی آن با -oic جایگزین میشود. نام اسیدهای اشباع به -anoic ختم میشود؛ برای مثال octanoic acid با ۸ کربن از هیدروکربن octane گرفته شده است. نام اسیدهای غیراشباع دارای پیوند دوگانه به -enoic ختم میشود؛ برای مثال octadecenoic acid یا اسید اولئیک با ۱۸ کربن.
شمارهگذاری اتمهای کربن از کربن گروه کربوکسیل آغاز میشود که کربن شماره ۱ است. سه کربن مجاور گروه کربوکسیل، یعنی کربنهای ۲، ۳ و ۴، بهترتیب کربنهای α، β و γ نامیده میشوند. کربن متیل انتهایی نیز کربن ω یا n نام دارد.
برای نشاندادن تعداد و محل پیوندهای دوگانه از قراردادهای گوناگونی استفاده میشود. برای مثال، Δ9 به معنای وجود پیوند دوگانه روی کربن نهم با شمارش از کربن ۱ است؛ در حالی که ω9 یا n-9 وجود نخستین پیوند دوگانه را روی کربن نهم با شمارش از انتهای متیل نشان میدهد. در جانوران، پیوند دوگانه جدید فقط میتواند میان یک پیوند دوگانه موجود در موقعیتهای ω9، ω6 یا ω3 و کربن کربوکسیلی ایجاد شود؛ ازاینرو سه خانواده اسیدهای چرب ω9، ω6 و ω3 بهوجود میآیند.
اسیدهای چرب اشباع فاقد پیوند دوگانهاند
میتوان اسیدهای چرب اشباع را اعضای مجموعهای در نظر گرفت که نخستین عضو آن اسید استیک است و در اعضای بعدی، واحدهای —CH₂— بهتدریج میان گروه متیل انتهایی و گروه کربوکسیل افزوده میشوند. اعضای بلندتر این مجموعه، بهویژه در مومها، یافت میشوند. تعداد اندکی اسید چرب شاخهدار نیز از منابع گیاهی و جانوری جدا شدهاند.
| نام رایج | تعداد اتم کربن | محل یا منبع معمول |
|---|---|---|
| اسید استیک | ۲ | محصول نهایی عمده تخمیر کربوهیدرات توسط میکروارگانیسمهای شکمبه |
| اسید بوتیریک | ۴ | در برخی چربیها به مقدار کم، بهویژه کره؛ همچنین محصول نهایی تخمیر کربوهیدرات در شکمبه |
| اسید میریستیک | ۱۴ | جوز هندی، روغن هسته نخل، روغن نارگیل، گیاهان خانواده مورد و کره |
| اسید پالمیتیک | ۱۶ | در همه چربیهای حیوانی و گیاهی شایع است. |
| اسید استئاریک | ۱۸ | پس از پالمیتیک دومین اسید چرب اشباع شایع طبیعت است و در چربیهای حیوانی از گیاهی فراوانتر است. |
اسید بوتیریک در سکوم گیاهخواران و با مقدار کمتر در کولون انسان نیز ساخته میشود.
اسیدهای چرب غیراشباع دارای یک یا چند پیوند دوگانهاند
اسیدهای چرب غیراشباع را میتوان به سه گروه تقسیم کرد:
- اسیدهای تکغیراشباع: دارای یک پیوند دوگانه.
- اسیدهای چندغیراشباع: دارای دو یا چند پیوند دوگانه.
- ایکوزانوئیدها: ترکیباتی مشتق از اسیدهای چرب چندغیراشباع ۲۰ کربنی که پروستانوئیدها، لوکوترینها و لیپوکسینها را دربر میگیرند.
| تعداد کربن و محل پیوندها | خانواده | نام رایج | نام نظاممند | محل وجود |
|---|---|---|---|---|
| 18:1;9 | ω9 | اولئیک | cis-9-Octadecenoic | شایعترین اسید چرب در چربیهای طبیعی؛ فراوان در روغن زیتون |
| 18:2;9,12 | ω6 | لینولئیک | all-cis-9,12-Octadecadienoic | روغن ذرت، بادامزمینی، پنبهدانه، سویا و بسیاری از روغنهای گیاهی |
| 18:3;6,9,12 | ω6 | γ-لینولنیک | all-cis-6,9,12-Octadecatrienoic | روغن گل مغربی و روغن گل گاوزبان |
| 18:3;9,12,15 | ω3 | α-لینولنیک | all-cis-9,12,15-Octadecatrienoic | اغلب همراه اسید لینولئیک؛ فراوان در روغن بذر کتان |
| 20:4;5,8,11,14 | ω6 | آراشیدونیک | all-cis-5,8,11,14-Eicosatetraenoic | چربیهای حیوانی و جزء مهم فسفولیپیدهای جانوری |
| 20:5;5,8,11,14,17 | ω3 | تیمنودونیک یا EPA | all-cis-5,8,11,14,17-Eicosapentaenoic | روغن ماهی، از جمله روغن کبد ماهی، ماهی خالمخالی، منهادن و سالمون |
| 22:6;4,7,10,13,16,19 | ω3 | سروونیک یا DHA | all-cis-4,7,10,13,16,19-Docosahexaenoic | روغن ماهی، روغن جلبک و فسفولیپیدهای مغز |
ایکوزانوئیدها و آرایش فضایی اسیدهای چرب غیراشباع
ایکوزانوئیدها از اسیدهای چرب ۲۰ کربنی مشتق میشوند
پروستانوئیدها شامل پروستاگلاندینها، پروستاسیکلینها و ترومبوکسانها هستند. پروستاگلاندینها تقریباً در همه بافتهای پستانداران وجود دارند و مانند هورمونهای موضعی عمل میکنند. این ترکیبات فعالیتهای فیزیولوژیک و داروشناختی مهمی دارند و در بدن از طریق حلقویشدن بخش مرکزی زنجیره کربنی اسیدهای چرب چندغیراشباع ۲۰ کربنی، مانند اسید آراشیدونیک، و تشکیل یک حلقه سیکلوپنتان ساخته میشوند.
ترومبوکسانها گروه وابسته دیگری هستند که در آنها حلقه پنجعضوی با یک اتم اکسیژن قطع شده و حلقه اکسان ایجاد میشود. سه اسید چرب ۲۰ کربنی متفاوت، سه گروه ایکوزانوئید ایجاد میکنند که بر اساس تعداد پیوندهای دوگانه زنجیرههای جانبی مشخص میشوند؛ مانند PG1، PG2 و PG3.
گروههای جانشین متفاوت متصل به حلقه، مجموعههای A، B، E، F و غیره را ایجاد میکنند. برای مثال، پروستاگلاندین نوع E مانند PGE₂ در موقعیت ۹ گروه کتو دارد، در حالی که نوع F در همین موقعیت گروه هیدروکسیل دارد.
لوکوترینها و لیپوکسینها گروه دیگری از مشتقات ایکوزانوئیدیاند که از مسیر لیپواکسیژناز ساخته میشوند. لوکوترینها سه پیوند دوگانه مزدوج و لیپوکسینها چهار پیوند دوگانه مزدوج دارند. لوکوترینها موجب انقباض برونش میشوند، عوامل قوی پیشبرنده التهاباند و در آسم نقش دارند.
بیشتر اسیدهای چرب غیراشباع طبیعی دارای پیوند دوگانه سیس هستند
زنجیره کربنی اسیدهای چرب اشباع در دمای پایین و در حالت کشیده، آرایش زیگزاگ دارد. در دمای بالاتر، چرخش برخی پیوندها موجب کوتاهشدن زنجیره میشود و این موضوع توضیح میدهد چرا با افزایش دما غشاهای زیستی نازکتر میشوند.
چون پیوند دوگانه کربن–کربن اجازه چرخش نمیدهد، نوعی ایزومری هندسی به نام ایزومری سیس–ترانس ایجاد میشود که به جهت قرارگیری اتمها یا گروهها در دو سوی محور پیوند دوگانه وابسته است. اگر زنجیرههای آسیل در یک سمت پیوند باشند، آرایش سیس و اگر در دو سمت مخالف باشند، آرایش ترانس نامیده میشود.
آرایش سیس در محل پیوند دوگانه خمیدگی حدود ۱۲۰ درجهای در مولکول ایجاد میکند، در حالی که آرایش ترانس چنین خمیدگیای ندارد. بنابراین اسید اولئیک شکلی شبیه حرف V دارد، اما ایزومر ترانس آن، یعنی اسید الائیدیک، تقریباً مستقیم باقی میماند. افزایش تعداد پیوندهای سیس، حالتهای فضایی بیشتری ایجاد میکند؛ برای نمونه، چهار پیوند سیس در اسید آراشیدونیک مولکول را به شکل U درمیآورد.
این تفاوتهای فضایی برای نحوه بستهبندی مولکولها در غشای سلول و جایگاه اسیدهای چرب در لیپیدهای مرکبی مانند فسفولیپیدها اهمیت بسیار زیادی دارد. پیوندهای ترانس این روابط فضایی را تغییر میدهند.
اگرچه پیوندهای دوگانه اسیدهای چرب غیراشباع طبیعی تقریباً همیشه سیس هستند، اسیدهای چرب ترانس در چربی نشخوارکنندگان، در اثر فعالیت میکروارگانیسمهای شکمبه، و نیز در چربیهای ترانس صنعتی یافت میشوند. چربیهای ترانس صنعتی محصول جانبی هیدروژنهکردن یا سختکردن روغنهای طبیعی در ساخت مارگاریناند.
امروزه مشخص شده است که مصرف غذایی اسیدهای چرب ترانس برای سلامت زیانآور است و با افزایش خطر بیماریهای قلبیعروقی، دیابت شیرین و سرطان ارتباط دارد. به همین دلیل، مقدار چربی ترانس صنعتی در مواد غذایی در بسیاری از کشورها بهطور قانونی محدود شده است. سازمان جهانی بهداشت در سال ۲۰۱۸ برنامهای را برای حذف کامل این چربیها از زنجیره غذایی جهان اعلام کرد.
خواص فیزیکی و فیزیولوژیک اسیدهای چرب به طول زنجیره و درجه غیراشباعبودن بستگی دارد
نقطه ذوب اسیدهای چرب با تعداد زوج کربن، با افزایش طول زنجیره بالا میرود و با افزایش غیراشباعبودن کاهش مییابد. بنابراین تریآسیلگلیسرولی که سه اسید چرب اشباع ۱۲ کربنی یا بلندتر داشته باشد، در دمای بدن جامد است؛ اما اگر باقیماندههای اسید چرب آن چندغیراشباع باشند، حتی در دمای زیر صفر درجه سانتیگراد نیز میتواند مایع بماند.
آسیلگلیسرولهای طبیعی معمولاً مخلوطی از اسیدهای چرب دارند که متناسب با عملکرد آنها تنظیم شده است. برای مثال، لیپیدهای غشایی که باید در دماهای مختلف محیطی سیال بمانند، نسبت به لیپیدهای ذخیرهای غیراشباعترند. لیپیدهای بافتهایی که در معرض سردشدن قرار میگیرند، مانند بافتهای جانوران در خواب زمستانی یا اندامهای انتهایی آنها، نیز غیراشباعترند.
اسیدهای چرب ω3 اثر ضدالتهابی و فواید سلامتی دارند
اسیدهای چرب بلندزنجیر خانواده ω3، مانند ALA موجود در روغنهای گیاهی، EPA موجود در روغن ماهی و DHA موجود در روغن ماهی و جلبک، اثرات ضدالتهابی دارند. احتمالاً بخشی از این اثر به آن علت است که در مقایسه با اسیدهای چرب ω6، ساخت پروستاگلاندینها و لوکوترینهای کمالتهابتری را تقویت میکنند.
به همین دلیل، کاربرد احتمالی آنها در درمان بیماریهای مزمن شدیدی که التهاب در ایجادشان نقش دارد، بهطور گسترده بررسی میشود. شواهد موجود نشان میدهد رژیمهای غنی از اسیدهای چرب ω3 بهویژه در بیماری قلبیعروقی و احتمالاً در بیماریهای مزمن دژنراتیو دیگر مانند سرطان، آرتریت روماتوئید و بیماری آلزایمر سودمندند.
تریآسیلگلیسرولها شکل اصلی ذخیره اسیدهای چرباند
تریآسیلگلیسرولها که گاهی تریگلیسرید نامیده میشوند، استرهای الکل سههیدروکسیلی گلیسرول با اسیدهای چرباند. مونوآسیلگلیسرولها و دیآسیلگلیسرولها، که بهترتیب یک یا دو اسید چرب با گلیسرول استریفیه شدهاند، نیز در بافتها یافت میشوند و در سنتز و هیدرولیز تریآسیلگلیسرولها اهمیت ویژهای دارند.
کربنهای ۱ و ۳ گلیسرول یکسان نیستند
باید توجه داشت که کربنهای ۱ و ۳ گلیسرول در نمای سهبعدی معادل نیستند. برای شمارهگذاری بدون ابهام اتمهای کربن گلیسرول، از سیستم sn یا شمارهگذاری فضایی استفاده میشود. آنزیمها بهآسانی موقعیتهای sn-1 و sn-3 را از یکدیگر تشخیص میدهند و تقریباً همیشه برای یکی از این دو کربن اختصاصیاند.
برای مثال، گلیسرول کیناز همیشه گلیسرول را در موقعیت sn-3 فسفریله میکند و گلیسرول-۳-فسفات میسازد، نه گلیسرول-۱-فسفات.
فسفولیپیدها اجزای لیپیدی اصلی غشاها هستند
بسیاری از فسفولیپیدها مشتقات اسید فسفاتیدیک هستند. در این ترکیب، یک بخش گلیسرول با یک گروه فسفات و دو اسید چرب بلندزنجیر استریفیه شده است و به این خانواده گلیسروفسفولیپید گفته میشود. اسید فسفاتیدیک واسطه مهم سنتز تریآسیلگلیسرولها و گلیسروفسفولیپیدهاست، اما مقدار زیادی از آن در بافتها تجمع نمییابد.
اسفنگولیپیدهایی مانند اسفنگومیلین نیز از اجزای مهم غشا هستند. در این ترکیبات، فسفات به اسفنگوزین، یعنی یک آمینوالکل مرکب، استریفیه شده است. گلیسروفسفولیپیدها و اسفنگولیپیدها هر دو دو دم هیدروکربنی بلند دارند که برای تشکیل دولایه لیپیدی غشای سلول ضروری است. در گلیسروفسفولیپیدها هر دو دم، زنجیره اسید چرباند؛ اما در اسفنگولیپیدها یکی اسید چرب و دیگری بخشی از مولکول اسفنگوزین است.
فسفاتیدیلکولینها و اسفنگومیلینها در غشای سلول فراواناند
گلیسروفسفولیپیدهای دارای کولین، یعنی فسفاتیدیلکولینها که معمولاً لسیتین نامیده میشوند، فراوانترین فسفولیپیدهای غشای سلولاند و بخش بزرگی از ذخیره کولین بدن را تشکیل میدهند. کولین در انتقال عصبی به شکل استیلکولین و نیز بهعنوان منبع گروههای متیل قابلانتقال اهمیت دارد.
دیپالمیتوئیل لسیتین یک ماده فعال سطحی بسیار مؤثر و جزء اصلی سورفاکتانت ریه است. این ترکیب با کاهش کشش سطحی از چسبیدن سطوح داخلی ریه به یکدیگر جلوگیری میکند. نبود آن در ریه نوزادان نارس موجب سندرم زجر تنفسی میشود.
در بیشتر فسفولیپیدها، موقعیت sn-1 گلیسرول دارای یک گروه آسیل اشباع و موقعیت sn-2 دارای یک گروه آسیل غیراشباع است.
فسفاتیدیلاتانولآمین یا سفالین و فسفاتیدیلسرین نیز در غشای سلولی بیشتر بافتها یافت میشوند. تفاوت آنها با فسفاتیدیلکولین این است که بهترتیب اتانولآمین یا سرین جایگزین کولین شده است. فسفاتیدیلسرین در آپوپتوز یا مرگ برنامهریزیشده سلول نیز نقش دارد.
اسفنگومیلینها در لایه خارجی دولایه لیپیدی غشای سلول و بهویژه در نواحی تخصصیافتهای به نام رَفت لیپیدی فراواناند. همچنین مقدار زیادی از آنها در غلاف میلین اطراف رشتههای عصبی وجود دارد. این ترکیبات در پیامرسانی سلولی و آپوپتوز نقش دارند. اسفنگومیلین فاقد گلیسرول است و هیدرولیز آن اسید چرب، اسید فسفریک، کولین و اسفنگوزین آزاد میکند.
ترکیب اسفنگوزین با یک اسید چرب، سرامید (ceramide) نام دارد؛ این ساختمان در گلیکواسفنگولیپیدها نیز وجود دارد.
فسفاتیدیلاینوزیتول پیشساز پیامرسانهای دوم است
اینوزیتول موجود در فسفاتیدیلاینوزیتول به شکل استریوایزومر موسوم به میواینوزیتول حضور دارد. فسفاتیدیلاینوزیتولهای فسفریله یا فسفواینوزیتیدها اجزای کممقدار غشای سلولاند، اما در پیامرسانی سلولی و جابهجایی غشا نقش مهمی دارند.
فسفواینوزیتیدها ممکن است یک، دو یا سه گروه فسفات روی حلقه اینوزیتول داشته باشند. برای مثال، فسفاتیدیلاینوزیتول 4,5-بیسفسفات یا PIP₂ پس از تحریک گیرنده توسط هورمون مناسب، به دیآسیلگلیسرول و اینوزیتول تریسفسفات شکسته میشود و هر دو بهعنوان پیامرسان داخلی یا پیامرسان دوم عمل میکنند.
کاردیولیپین یکی از لیپیدهای اصلی غشای میتوکندری است
اسید فسفاتیدیک پیشساز فسفاتیدیلگلیسرول است و فسفاتیدیلگلیسرول نیز کاردیولیپین را میسازد. کاردیولیپین فقط در میتوکندری یافت میشود و برای عملکرد میتوکندری ضروری است. کاهش مقدار کاردیولیپین یا تغییر ساختمان و متابولیسم آن باعث اختلال عملکرد میتوکندری در پیری و بیماریهایی مانند نارسایی قلبی، سرطان و سندرم بارت میشود. سندرم بارت بیماری ژنتیکی نادری است که کاردیومیوپاتی و میوپاتی اسکلتی ایجاد میکند.
لیزوفسفولیپیدها واسطه متابولیسم فسفوگلیسرولها هستند
لیزوفسفولیپیدها گلیسروفسفولیپیدهاییاند که فقط یک گروه آسیل دارند. لیزوفسفاتیدیلکولین یا لیزولسیتین در متابولیسم و تبدیل متقابل فسفولیپیدها اهمیت دارد. این ترکیب در لیپوپروتئینهای اکسیدشده نیز یافت میشود و احتمالاً در برخی اثرهای آترواسکلروززای آنها نقش دارد.
پلاسمالوژنها در مغز و عضله وجود دارند
پلاسمالوژنها ۱۰ تا ۳۰ درصد فسفولیپیدهای مغز و قلب را تشکیل میدهند. از نظر ساختمان شبیه فسفاتیدیلاتانولآمین هستند، اما در کربن sn-1 بهجای پیوند استر دارای پیوند اتر هستند. گروه آلکیل معمولاً از یک الکل غیراشباع تشکیل شده است. گاهی کولین، سرین یا اینوزیتول جایگزین اتانولآمین میشود.
پلاسمالوژنها در ساختمان غشا اهمیت دارند و تصور میشود در پیامرسانی سلولی نقش داشته و بهعنوان آنتیاکسیدانهای درونزاد عمل کنند.
گلیکولیپیدها در بافت عصبی و غشای سلول اهمیت دارند
گلیکولیپیدها لیپیدهاییاند که یک کربوهیدرات یا زنجیره کربوهیدراتی به آنها متصل است. این مولکولها در همه بافتهای بدن و بهویژه در بافت عصبی، مانند مغز، پراکندهاند. گلیکولیپیدها عمدتاً در لایه خارجی غشای پلاسمایی قرار دارند و در ساخت کربوهیدراتهای سطح سلول و گلیکوکالیکس مشارکت میکنند.
گلیکولیپیدهای اصلی بافتهای حیوانی، گلیکواسفنگولیپیدها هستند. این ترکیبات از سرامید و یک یا چند قند تشکیل شدهاند.
گالاکتوزیلسرامید و سولفاتید
گالاکتوزیلسرامید یکی از گلیکواسفنگولیپیدهای اصلی مغز و سایر بافتهای عصبی است و در بافتهای دیگر مقدار کمتری دارد. این ترکیب دارای چند اسید چرب اختصاصی ۲۴ کربنی مانند اسید سربرونیک است.
گالاکتوزیلسرامید میتواند به سولفوگالاکتوزیلسرامید یا سولفاتید تبدیل شود. در این ترکیب یک گروه سولفو به اکسیژن کربن ۳ گالاکتوز متصل است. سولفاتید در میلین مقدار زیادی دارد.
گلوکوزیلسرامید و گانگلیوزیدها
گلوکوزیلسرامید شبیه گالاکتوزیلسرامید است، اما گروه سر آن گلوکز است نه گالاکتوز. این مولکول، گلیکواسفنگولیپید ساده غالب در بافتهای خارج عصبی است و مقدار کمی نیز در مغز وجود دارد.
گانگلیوزیدها گلیکواسفنگولیپیدهای پیچیدهایاند که از گلوکوزیلسرامید ساخته میشوند و یک یا چند مولکول اسید سیالیک دارند. اسید نورآمینیک یا NeuAc مهمترین اسید سیالیک بافتهای انسان است.
گانگلیوزیدها نیز در بافت عصبی غلظت بالایی دارند و در شناسایی و ارتباط سلول با سلول، و نیز بهعنوان گیرنده هورمونها و سموم باکتریایی مانند سم وبا، عمل میکنند.
سادهترین گانگلیوزید موجود در بافتها GM3 است که از سرامید، یک گلوکز، یک گالاکتوز و یک NeuAc تشکیل میشود. در نامگذاری کوتاه، G به معنای گانگلیوزید، حرف M نشاندهنده مونوسیالو بودن و عدد ۳ بر اساس سرعت مهاجرت کروماتوگرافیک تعیین شده است.
GM1 گانگلیوزید پیچیدهتری است که از GM3 مشتق میشود و از نظر زیستی اهمیت زیادی دارد، زیرا گیرنده سم وبا در روده انسان است. گانگلیوزیدهای دیگر ممکن است از یک تا پنج مولکول اسید سیالیک داشته باشند و بهترتیب دیسیالو، تریسیالو و غیره نامیده شوند.
استروئیدها نقشهای فیزیولوژیک مهمی دارند
اگرچه کلسترول برای بسیاری از افراد بیش از هر چیز با آترواسکلروز و بیماری قلبی شناخته میشود، در بدن نقشهای ضروری متعددی دارد. کلسترول پیشساز تعداد زیادی استروئید مهم است که اسیدهای صفراوی، هورمونهای قشر آدرنال، هورمونهای جنسی، ویتامین D و گلیکوزیدهای قلبی را دربر میگیرند.
همه استروئیدها هسته حلقوی مشابهی دارند که از سه حلقه ششعضوی A، B و C شبیه فنانترن و یک حلقه پنجعضوی D تشکیل شده است.
در فرمولهای ساختمانی استروئیدها، یک حلقه ششضلعی ساده به معنای یک حلقه ششکربنی کاملاً اشباع است که ظرفیتهای آن با هیدروژن پر شدهاند، مگر آنکه خلاف آن نشان داده شود؛ بنابراین این حلقه بنزن نیست. همه پیوندهای دوگانه بهطور مشخص رسم میشوند.
گروههای متیل معمولاً در موقعیتهای ۱۰ و ۱۳ قرار دارند و کربنهای شماره ۱۹ و ۱۸ را تشکیل میدهند. وجود زنجیره جانبی در کربن ۱۷ معمول است، مانند کلسترول. اگر یک ترکیب یک یا چند گروه هیدروکسیل داشته باشد و فاقد گروه کربونیل یا کربوکسیل باشد، یک استرول محسوب میشود و نام آن به -ol ختم میشود.
بهعلت عدم تقارن مولکول استروئید، استریوایزومرهای متعددی ممکن است ایجاد شوند
هر حلقه ششکربنی هسته استروئیدی میتواند در فضای سهبعدی به شکل صندلی یا قایقی قرار گیرد. در استروئیدهای طبیعی تقریباً همه حلقهها به شکل صندلی هستند که پایدارتر است.
حلقهها نسبت به یکدیگر میتوانند سیس یا ترانس باشند. اتصال میان حلقههای A و B در استروئیدهای طبیعی ممکن است سیس یا ترانس باشد، اما اتصال B/C همیشه ترانس و اتصال C/D نیز معمولاً ترانس است.
پیوندهایی که گروههای جانشین را به بالای صفحه حلقهها متصل میکنند، پیوند β هستند و با خطوط ضخیم و پیوسته نشان داده میشوند؛ در حالی که پیوندهای متصلکننده گروهها به پایین صفحه، پیوند α هستند و با خطوط شکسته نمایش داده میشوند.
در یک استروئید 5α، یعنی هنگامی که هیدروژن موقعیت ۵ در آرایش α است، حلقه A همیشه نسبت به حلقه B در وضعیت ترانس قرار دارد. در استروئید 5β، یعنی وقتی هیدروژن کربن ۵ در آرایش β است، اتصال A/B از نوع سیس است. گروههای متیل متصل به کربنهای ۱۰ و ۱۳ همیشه در آرایش β قرار دارند.
کلسترول جزء مهم بسیاری از بافتهاست
کلسترول در همه سلولهای بدن و بهویژه در بافت عصبی پراکنده است. این مولکول یکی از اجزای اصلی غشای پلاسمایی و لیپوپروتئینهای پلاسماست.
کلسترول اغلب بهصورت استر کلستریل یافت میشود که در آن گروه هیدروکسیل کربن ۳ با یک اسید چرب بلندزنجیر استریفیه شده است. کلسترول در جانوران وجود دارد، اما در گیاهان یا باکتریها یافت نمیشود.
ارگوسترول پیشساز ویتامین D است
ارگوسترول در گیاهان و مخمر وجود دارد و بهعنوان منبع غذایی ویتامین D اهمیت دارد. هنگام تابش اشعه فرابنفش، حلقه B آن باز و ویتامین D₂ ساخته میشود. این فرایند مشابه ساخت ویتامین D₃ از ۷-دهیدروکلسترول در پوست است.
پلیپرنوئیدها با کلسترول پیشساز مشترک دارند
پلیپرنوئیدها استروئید نیستند، اما با آنها ارتباط دارند؛ زیرا مانند کلسترول از واحدهای پنجکربنی ایزوپرن ساخته میشوند. این گروه یوبیکینون را دربر میگیرد که در زنجیره تنفسی میتوکندری شرکت میکند.
دولیکولها الکلهای بلندزنجیری هستند که در سلولهای جانوری ۱۵ تا ۲۳ واحد ایزوپرن دارند. دولیکولها در ساخت گلیکوپروتئین شرکت میکنند و باقیماندههای الیگوساکارید را به باقیماندههای آسپاراژین زنجیرههای پلیپپتید گلیکوپروتئین در حال ساخت منتقل میکنند.
پلیپرنوئیدهای گیاهی شامل لاستیک، کافور، ویتامینهای محلول در چربی A، D، E و K و بتاکاروتن یا پروویتامین A هستند.
پراکسیداسیون لیپیدی منبع رادیکالهای آزاد است
پراکسیداسیون یا خوداکسیداسیون لیپیدها در تماس با اکسیژن و تشکیل پراکسیدها، نهتنها مسئول فساد و تندشدگی غذاهاست، بلکه در بدن نیز به بافتها آسیب میزند و ممکن است در سرطان، بیماریهای التهابی، آترواسکلروز و پیری نقش داشته باشد.
آثار زیانآور به رادیکالهای آزاد نسبت داده میشود؛ یعنی مولکولهایی که الکترون ظرفیت جفتنشده دارند و به همین دلیل بسیار واکنشپذیرند. رادیکالهای آزاد حاوی اکسیژن مانند ROO•، RO• و OH•، گونههای فعال اکسیژن یا ROS نامیده میشوند.
این مولکولها هنگام تشکیل پراکسید از اسیدهای چربی تولید میشوند که پیوندهای دوگانه آنها با گروههای متیلن از یکدیگر جدا شده است؛ یعنی همان ساختاری که در اسیدهای چرب چندغیراشباع طبیعی دیده میشود.
پراکسیداسیون لیپیدی یک واکنش زنجیرهای است. رادیکالهای آزاد در مرحله آغاز ایجاد میشوند و سپس در مرحله گسترش، رادیکالهای بیشتری میسازند؛ بنابراین این فرایند ظرفیت آسیبزایی بسیار بالایی دارد.
۱. آغاز واکنش
یک رادیکال آزاد X• با یک اسید چرب چندغیراشباع واکنش میدهد و نخستین رادیکال اسید چرب را میسازد.
۲. گسترش واکنش زنجیرهای
رادیکال ناپایدار اسید چرب با اکسیژن واکنش میدهد و یک رادیکال پراکسیل میسازد. این رادیکال به اسید چرب دیگری حمله میکند و هم یک پراکسید و هم رادیکال اسید چرب جدیدی ایجاد میکند. رادیکال تازه میتواند با مولکول بعدی واکنش دهد و چرخه ادامه یابد. بنابراین یک رادیکال آزاد ممکن است موجب پراکسیداسیون تعداد بسیار زیادی مولکول اسید چرب چندغیراشباع شود.
۳. خاتمه واکنش
واکنش زنجیرهای زمانی پایان مییابد که دو رادیکال با یکدیگر واکنش دهند و محصولی غیررادیکالی مانند ROOR یا RR ایجاد کنند.
آنتیاکسیدانها پراکسیداسیون لیپیدی را مهار میکنند
برای کنترل و کاهش پراکسیداسیون لیپیدی، هم در طبیعت و هم در صنایع انسانی، از آنتیاکسیدانها استفاده میشود. پروپیل گالات، بوتیله هیدروکسیآنیزول یا BHA و بوتیله هیدروکسیتولوئن یا BHT از آنتیاکسیدانهای افزودنی مواد غذاییاند.
آنتیاکسیدانهای طبیعی شامل ویتامین E یا توکوفرول محلول در چربی، و اورات و ویتامین C محلول در آب هستند. بتاکاروتن در فشار جزئی پایین اکسیژن خاصیت آنتیاکسیدانی دارد.
آنتیاکسیدانها به دو گروه تقسیم میشوند:
- آنتیاکسیدانهای پیشگیرانه که سرعت آغاز زنجیره را کاهش میدهند.
- آنتیاکسیدانهای قطعکننده زنجیره که مرحله گسترش واکنش را متوقف میکنند.
آنتیاکسیدانهای پیشگیرانه شامل کاتالاز و سایر پراکسیدازها مانند گلوتاتیون پراکسیداز هستند که با ROOH واکنش میدهند. سلنیوم جزء ضروری گلوتاتیون پراکسیداز است و فعالیت آن را تنظیم میکند. شلاتورهای یونهای فلزی مانند EDTA و DTPA نیز در این گروه قرار میگیرند.
در بدن، آنتیاکسیدانهای اصلی قطعکننده زنجیره شامل سوپراکسید دیسموتاز هستند که در فاز آبی رادیکال سوپراکسید را به دام میاندازد، و نیز اورات و ویتامین E؛ ویتامین E در فاز لیپیدی رادیکالهای ROO• را مهار میکند.
پراکسیداسیون در بدن بهوسیله ترکیبات هِم و لیپواکسیژنازهای موجود در پلاکتها و لکوسیتها نیز کاتالیز میشود. سایر محصولات مهم خوداکسیداسیون یا اکسیداسیون آنزیمی شامل اکسیاسترولهای مشتق از کلسترول و ایزوپروستانهای شبیه پروستاگلاندین هستند. ایزوپروستانها از پراکسیداسیون اسیدهای چرب چندغیراشباع مانند اسید آراشیدونیک ساخته میشوند و نشانگرهای قابلاعتماد استرس اکسیداتیو در انساناند.
لیپیدهای آمفیپاتیک در مرز روغن و آب خودآرایی میکنند
این لیپیدها غشا، میسل، لیپوزوم و امولسیون میسازند
لیپیدها بهطور کلی در آب نامحلولاند، زیرا بیشتر ساختمان آنها از گروههای غیرقطبی هیدروکربنی تشکیل شده است. بااینحال، اسیدهای چرب، فسفولیپیدها، اسفنگولیپیدها، نمکهای صفراوی و با شدت کمتر کلسترول، گروههای قطبی نیز دارند. بنابراین بخشی از مولکول آبگریز و نامحلول در آب و بخشی دیگر آبدوست و محلول در آب است. این مولکولها آمفیپاتیک (amphipathic) نامیده میشوند.
لیپیدهای آمفیپاتیک در مرز روغن و آب بهگونهای آرایش مییابند که گروه قطبی در فاز آبی و بخش غیرقطبی در فاز روغنی قرار گیرد. دولایهای از این لیپیدها ساختار پایه غشاهای زیستی را میسازد.
هنگامی که غلظت بحرانی این لیپیدها در محیط آبی فراهم شود، میسل تشکیل میشود؛ ذرهای کروی که دمهای آبگریز درون آن و سرهای آبدوست رو به آب قرار دارند.
لیپوزومها کرههایی از دولایه لیپیدیاند که بخشی از محیط آبی را درون خود محصور میکنند. آنها را میتوان با سونیکاسیون یک لیپید آمفیپاتیک در محیط آبی ایجاد کرد.
تجمع نمکهای صفراوی در میسل و تشکیل میسل مختلط همراه با محصولات هضم چربی، برای جذب لیپیدها از روده اهمیت زیادی دارد.
لیپوزومها کاربرد بالینی بالقوه دارند. بهویژه هنگامی که با آنتیبادی اختصاصی بافت ترکیب شوند، میتوانند داروها را در گردش خون حمل و به اندام خاص هدایت کنند؛ برای مثال در درمان سرطان. همچنین برای انتقال ژن به سلولهای عروقی و رساندن موضعی یا ترانسدرمال داروها و مواد آرایشی استفاده میشوند.
امولسیونها ذرات بسیار بزرگتری هستند که معمولاً از لیپیدهای غیرقطبی در محیط آبی تشکیل میشوند. عوامل امولسیونکننده مانند لیپیدهای آمفیپاتیک، از جمله فسفاتیدیلکولین، با تشکیل لایه سطحی میان توده اصلی ماده غیرقطبی و فاز آبی، این ذرات را پایدار میکنند.
خلاصه فصل
- ویژگی مشترک لیپیدها این است که در آب نسبتاً نامحلول یا آبگریزند، اما در حلالهای غیرقطبی حل میشوند. لیپیدهای آمفیپاتیک یک یا چند گروه قطبی نیز دارند و ازاینرو برای حضور در مرز لیپید–آب و ساخت غشا مناسباند.
- لیپیدهای دارای اهمیت عمده فیزیولوژیک شامل اسیدهای چرب و استرهای آنها، کلسترول و سایر استروئیدها هستند.
- اسیدهای چرب بلندزنجیر بر اساس تعداد پیوندهای دوگانه ممکن است اشباع، تکغیراشباع یا چندغیراشباع باشند. سیالیت آنها با افزایش طول زنجیره کاهش و با افزایش غیراشباعبودن بیشتر میشود.
- ایکوزانوئیدها از اسیدهای چرب چندغیراشباع ۲۰ کربنی ساخته میشوند و گروه مهمی از ترکیبات فعال فیزیولوژیک و داروشناختی، شامل پروستاگلاندینها، ترومبوکسانها، لوکوترینها و لیپوکسینها را تشکیل میدهند.
- استرهای گلیسرول از نظر کمی مهمترین لیپیدها هستند. تریآسیلگلیسرول یا چربی، جزء عمده برخی لیپوپروتئینها و شکل ذخیره لیپید در بافت چربی است.
- گلیسروفسفولیپیدها و اسفنگولیپیدها لیپیدهای آمفیپاتیکاند و در غشاها، لایه خارجی لیپوپروتئینها، سورفاکتانت ریه، ساخت پیامرسانهای دوم و ساختمان بافت عصبی نقش دارند.
- گلیکولیپیدها نیز اجزای مهم بافت عصبی، بهویژه مغز، و لایه خارجی غشای سلولاند و در کربوهیدراتهای سطح سلول مشارکت میکنند.
- کلسترول یک لیپید آمفیپاتیک و جزء مهم غشاهاست. همه استروئیدهای دیگر بدن، از جمله هورمونهای قشر آدرنال، هورمونهای جنسی، ویتامینهای D و اسیدهای صفراوی از آن ساخته میشوند.
- پراکسیداسیون لیپیدهای دارای اسیدهای چرب چندغیراشباع، رادیکالهای آزادی ایجاد میکند که به بافت آسیب میزنند و در بیماری نقش دارند.
مطالعه پیشنهادی
Gurr MI, Harwood JL, Frayn KN, et al: Lipids, Biochemistry, Biotechnology and Health. Wiley-Blackwell, 2016.