Lipide

Lipide (von griechisch λίπος, lípos, „das Fett“) sind eine Sammelbezeichnung für Naturstoffe, die sich in ihrer chemischen Struktur teilweise erheblich unterscheiden, aber aufgrund ihrer geringen Polarität (d. h. die elektrische Ladung ist gleichmäßig im Molekül verteilt) in Wasser unlöslich, in hydrophoben bzw. lipophilen (unpolaren) Lösungsmitteln wie Benzin, Benzol, Ether oder Chloroform hingegen gut löslich sind.

Lipide werden in sieben Gruppen eingeteilt:

Fettsäuren
Triacylglyceride (Fettsäure-Ester des Glycerols; noch einmal unterteilbar in Fette und fette Öle)
Glycerophospholipide (Phosphatidsäure, Lecithine, Cardiolipine, Plasmalogene u. a.)
Sphingolipide (Sphingosin, Ceramid, Sphingophospho- und Sphingoglycolipide)
Isoprenoide (auch Terpene genannt; Steroide, d. h. Steran-Derivate, Carotinoide, etc.)
Wachse (Ester langkettiger aliphatischer Alkohole mit Fettsäuren)
Lipopolysaccharide (Bestandteile der Zellhülle Gram-negativer Bakterien)

Membranlipide wie Glycerophospholipide, Sphingolipide und Cholesterol sind amphiphil, (das heißt, sie haben einen polaren und einen unpolaren Teil) und bilden deswegen in polaren Lösungsmitteln Micellen oder Membranen.

Abhängig von ihrer Verseifbarkeit (durch Laugen) werden die Lipide auch in verseifbar und unverseifbar unterteilt. Verseifbar sind dementsprechend die Fettsäureester und -amide.

Biologische Funktionen

Die biologischen Funktionen der Lipide sind ebenso vielfältig wie ihre chemische Struktur. Sie dienen als

Brennstoff (β-Oxidation der Fettsäuren)
Energiespeicher (Triacylglyceride)
Membranbausteine (Phospholipide)
Signalmoleküle (Diacylglycerol; IP₃-Kaskade)
Hormone (Eicosanoide; Prostaglandine etc.)
Fettlösliche Vitamine (Vitamine A, D, E, K)
Cofaktoren (Dolichol)
Pigmente (Carotinoide)

Viele Lipide können vom menschlichen Körper selbst synthetisiert werden, aber manche müssen mit der Nahrung aufgenommen werden. Diese werden dann als essentielle Lipide bezeichnet.

Fettsäuren, Wachse, Fette und fette Öle

Die Triacylglycerole (Triglyzeride) machen mit >90 % den Hauptanteil der Nahrungslipide aus. Sie sind ein wichtiger Energielieferant (1 g Fett enthält 39 kJ = 9 kcal Energie, 1 g Zucker nur 4 kcal). Weiterhin sind Triglyzeride der wichtigste Speicherstoff des Körpers für Energie (Zucker, d. h. Glucose, wird dagegen in viel geringerer Menge als Glykogen in der Leber gespeichert), sie sind ein guter Kälteschutz in der Haut, und dort schützen sie auch vor Verletzungen, da sie eine Polsterfunktion haben. Alle wichtigen Organe werden durch einen Fettmantel geschützt.

Fettsäuren-beispiel.svg

Fettsäuren

Fettsäuren sind meist unverzweigte Monocarbonsäuren, die aus einer Kette von Kohlenstoffatomen bestehen, an deren einem Ende sich eine Carboxylgruppe befindet.

Es werden gesättigte Fettsäuren, in denen keinerlei Doppelbindungen vorkommen, und ungesättigte Fettsäuren, die ein oder mehrere Doppelbindungen , die zumeist in cis-Stellung und voneinander isoliert vorkommen, unterschieden. Ein Beispiel für gesättigte Fettsäuren ist die Buttersäure, sie ist zugleich die kürzeste und enthält vier Kohlenstoffatome. Wichtige Vertreter der ungesättigten Fettsäuren sind Ölsäure (einfach ungesättigt) und Arachidonsäure (mehrfach ungesättigt). Je mehr Doppelbindungen eine Fettsäure enthält, desto niedriger liegt ihr Schmelzpunkt. Ungesättigte Fettsäuren können vom tierischen Organismus nur unter Einschränkung synthetisiert werden. Man bezeichnet daher all jene Fettsäuren, die mit der Nahrung aufgenommen werden müssen als 'essentielle Fettsäuren' (s. u.). Triglyceride.svg

Triglyzeride

Triglyzeride stellen mit einem Anteil von 80% - 90% die größte Gruppe der Nahrungslipide dar. Sowohl Fette als auch Öle sind Dreifach-Ester (Ester sind Verbindungen nach dem Schema R¹-CO-O-R², mehr dazu siehe dort) des Glycerols und werden als Triglyzeride bezeichnet. Werden Triglyzeride mit Hilfe eines Verseifung genannten Prozesses gespalten, entstehen Glycerol und die entsprechenden Salze der Fettsäuren.
Es gibt zwei Arten von Triglyzeriden, einfache und gemischte. Bei einfachen Triglyzeriden sind die Seitenketten (also die enthaltenen Fettsäuren) identisch, bei gemischten sind sie verschieden. Die Ursache dafür, dass Fett fest und Öl flüssig ist, liegt im wesentlich höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren in den Ölen.
Sind in einem Triglycerid die Seitenketten R¹ und R³ verschieden, so treten Chiralität (das heißt, würde man das Molekül spiegeln, so kommt ein neues Molekül zustande, das nicht durch Drehung mit dem Original in Deckung gebracht werden kann) und damit optische Aktivität (das heißt, dass eine Lösung einfallendes polarisiertes Licht dreht) auf.

Wachse

Beewax.svg als Stellvertreter für Wachse]] Wachse sind Einfach-Ester von Fettsäuren, und unterscheiden sich als solche von Fetten und Ölen, die Dreifach-Ester sind. Sowohl der Säuren- als auch der Alkoholteil von Wachsen haben lange gesättigte Fettsäurereste. Im Gegensatz zu Triglyzeriden sind Wachse weniger „ölig“, außerdem härter und poröser.

Eine andere Definition (Deutsche Gesellschaft für Fettwissenschaft) sieht Wachse als Stoffklasse, die ausschließlich über ihre mechanisch-physikalischen Eigenschaften definiert wird. Laut dieser Definition sind Wachse bei 20 °C knetbar, fest bis brüchig hart, sie weisen eine grobe bis feinkristalline Struktur auf, farblich sind sie durchscheinend bis opak (undurchsichtig), aber nicht glasartig, über 40 °C schmelzen sie ohne Zersetzung, wenig oberhalb des Schmelzpunktes sind sie leicht flüssig (wenig viskos), weisen eine stark temperaturabhängige Konsistenz und Löslichkeit auf und sind unter leichtem Druck polierbar.

Membranbildende Lipide

Membranbildende Lipide sind Lipide, die einen hydrophilen und einen hydrophoben Teil besitzen. Der hydrophile Teil richtet sich immer zu polaren Lösungsmittel wie Wasser, der hydrophobe Teil richtet sich immer weg von ihnen. Somit können sie Mizellen (Aggregate aus amphiphilen Molekülen, die sich in einem Dispersionsmedium (meist Wasser) spontan zusammenlagern) oder Doppellipidschichten bilden. Aus diesen Doppellipidschichten sind alle Biomembranen aufgebaut, was membranbildende Lipide zu einer der Grundvorraussetzungen allen Lebens macht.

Phospholipide

Phospholipid.svg | Phospholipide sind neben Proteinen der Hauptbestandteil von Biomembranen. Man unterscheidet sie in Phosphoglyzeride und Sphingomyeline. Die Struktur der Phosphogylzeride leitet sich von der Phosphatidsäure ab. Diese wiederum ähnelt derjenigen von Triglyzeriden, mit dem Unterschied, dass sich an der C3-Hydroxylgruppe statt des Acylrestes eine Phosphorylgruppe befindet. Sphingomyeline hingegen unterscheiden sich von Glycerolipiden durch ihr Sphingosin-Grundgerüst. Die Phosphorsäurediestergruppe aller Phospholipide ist hydrophil und wird „Kopf“ genannt. Die Acylreste bzw. der unpolare Teil des Sphingosins werden als „Schwanz“ bezeichnet und sind hydrophob. Dieser gegensätzliche Charakter führt zur Bildung von Lipid-Doppelschichten, bei denen der hydrophobe Teil der Membranlipide nach innen und der hydrophile Teil nach außen zeigen. Die wichtigsten am Aufbau von Biomembranen beteiligten Phospholipide sind die Phosphoglyzeride Phosphatidylcholin (auch Lecithin), Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin und außerdem Sphingomyeline. Letztere zählen sowohl zu den Phospho- als auch den Sphingolipiden. Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylserin werden auch als Kephaline bezeichnet. Eine vor allem in der intrazellulären Weiterleitung extrazelluärer Signale (Signaltransduktion) wichtige Gruppe der Phosphoglyzeride sind die in verschiedenen Phosphorylierungsstufen auftretenden Phosphatidylinositole; als Kopfgruppe besitzen sie ein Phosphoinositol.

Sphingolipide

[[Bild:Sphingolipid_de.svg|260px|thumb|Allgemeine Struktur der Sphingolipide
Verschiedene Reste (R) ergeben unterschiedliche Untergruppen.
Wasserstoff - Ceramide
Phosphocholin oder Phosphoethanolamin - Sphingomyeline
Saccharid - Glycolipide]] Sphingolipide sind ebenfalls Bestandteile von Zellmembranen. Ihr Grundgerüst besteht aus einer Fettsäure und Sphingosin. Sie werden unterschieden in die Gruppen der Ceramide, der Sphingomyeline und Glycolipide. Sphingolipide finden sich im Nervengewebe, sie spielen eine wichtige Rolle in der Signalübertragung und der Interaktion einzelner Zellen.

Glycolipide

Glycolipide sind phosphatfreie, sphingosinhaltige Lipide mit einem glykosidisch an die 1-Hydroxyl-Gruppe des Sphingosin gebundenen Kohlenhydrat-Anteil. Sie bilden häufig die Außenseite biologischer Membranen, wobei ihr Kohlenhydrat-Anteil auf der Zellmembran präsentiert wird. Es wird vermutet, dass diese eine Rolle in der Kommunikation und Interaktion zwischen einzelnen Zellen spielen. Glycolipide werden in Cerebroside, Ganglioside und Sulfatide unterschieden.

Terpenoide

Als Terpenoide werden Verbindungen bezeichnet, die auf Isopreneinheiten aufbauen. Zu den Lipiden zählende Verbindungen sind die Steroide und die Carotinoide. Natürlich vorkommende Steroide gehören zu den Triterpenoid-Derivaten (Triterpenoid bedeutet es besteht aus 30 Kohlenstoffatomen), da sie alle ausgehend von Squalen biosynthetisiert werden. Carotinoide werden zu den Tetraterpenoid-Derivaten (40 Kohlenstoffatome) gezählt, sie leiten sich von Lycopen ab.

Steroide

Steran.svg-Molekül]] Alle Steroide haben als Grundstruktur ein System aus vier, üblicherweise trans-verbundenen Kohlenstoffringen, drei sechseckigen und einem fünfeckigen. Der bekannteste Vertreter der Steroide ist das zu den Sterinen zählende Cholesterin. Es ist unter anderem auch ein essentieller Bestandteil aller Zellmembranen mit Ausnahme der Innenmembran der Mitochondrien, und kann somit im erweiterten Sinne auch zu den Membranlipiden gezählt werden.

Gallensäuren, die an der Fettverdauung beteiligt sind, besitzen einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil, können somit Fette ummanteln und damit deren Absorption im Verdauungstrakt erleichtern. Sexualhormone sind in den Eierstöcken und den Hoden produzierte Steroide, die die Fortpflanzung und die Ausbildung der sekundären Geschlechtsmerkmale steuern. Die weiblichen Geschlechtshormone sind Progesteron und Östrogen, die männlichen Androgene (z. B. Testosteron und Androsteron).

Weitere Beispiele sind die Sterine und Sterinester Phytosterin, Ergosterin, Vitamin D und Herzglykoside (z. B.: Digitalis und Strophantin).

Carotinoide

Gammacarotin.svg | Carotinoide sind Polymerisationsprodukte von Isopren, die ausschließlich in Pflanzen hergestellt werden und dort als gelb bis rötliche Farbstoffe fungieren. Sie bestehen meist aus ungesättigten Kohlenwasserstoffketten und deren Oxidationsprodukten, und sind aus 8 Isopren-Einheiten aufgebaut. Sie werden in Carotine und Xanthophylle unterschieden. Das bekannteste und am häufigsten vorkommende Carotinoid ist das β-Carotin, auch bekannt als Provitamin A. Es wird im Körper in Retinol (Vitamin A) umgewandelt, das eine wichtige Rolle für den Sehvorgang spielt.

Ernährungsphysiologische Bedeutung

Während manche Lipide vom menschlichen Körper selbst im Fettstoffwechsel selbst hergestellt werden können, müssen andere mit der Nahrung aufgenommen werden. Diese bezeichnet man als essentielle Lipide. Dazu gehören die essentiellen Fettsäuren und die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K.

Essentielle Fettsäuren

Doppelbindungen in der Kohlenwasserstoff-Kette einer Fettsäure, die mehr als 9 C-Atome von der Carboxyl-Gruppe entfernt sind, kann der Organismus nicht eigenständig herstellen. Diese sind jedoch von wichtiger Bedeutung und müssen daher über die Nahrung aufgenommen werden. Deshalb werden sie als essentiell bezeichnet. Zu den Vertretern der essentiellen Omega-3-Fettsäuren zählen die Linolensäure, Eicosapentaensäure und Docosahexaensäure. Essentielle Omega-6-Fettsäuren sind die Linolsäure und die Arachidonsäure, aus der die Eikosanoide, die wichtige Gewebshormone und Mediatoren im Körper sind, synthetisiert werden. Omega-9-Fettsäuren sind nicht essentiell, da sie aus Omega-3- und Omega-6-Fettsäuren synthetisiert werden können. Mögliche Nahrungsquellen für Omega-3- und Omega-6-fettsäuren sind Fische, Leinsamen, Sojaöl, Hanföl, Kürbiskerne oder Walnüsse.

Essentielle Fettsäuren spielen eine wichtige Rolle in vielen Stoffwechselprozessen, und es gibt Hinweise, dass Mängel oder Ungleichgewichte in der Aufnahme der essentiellen Fettsäuren Ursache zahlreicher Krankheiten sind.

Fettlösliche Vitamine

Die fettlöslichen Vitamine sind:

Vitamin A, ein Terpen, das eine wichtige Rolle zum einen beim Sehvorgang, zum anderen für Wachstum, Funktion und Aufbau von Haut und Schleimhäuten spielt,
Vitamin D, zuständig für die Regelung der Kalzium- und Phosphor-Konzentrationen im Blut und somit für die Knochenstabilität von entscheidender Bedeutung
Vitamin E, ein Terpenoid mit antioxidativer Wirkung und
Vitamin K, ein Terpenoid, das bei der Blutgerinnung mitwirkt.

Literatur

Georg Löffler, Petro E. Petrides: Biochemie und Pathobiochemie. Springer, Berlin 2003, ISBN 3540422951
Florian Horn, Isabelle Moc, Nadine Schneider: Biochemie des Menschen. Thieme, Stuttgart 2005, ISBN 3131308834
Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Chemie. Thieme, Stuttgart 2003, ISBN 3134843080

Weblinks

http://www.medizinfo.de/kardio/lipide/blutfette.htm
Animation auf Englisch
European Federation for the Science and Technology of Lipids
Genomics of Lipid-Associated Disorders - Seite der Technischen Universität Graz, u. a. mit einer Fülle von Lipid-Stoffwechselwegen

Stoffgruppe | Biomolekülgruppe | Öl und Fett

Gourt Home::Gourt :: Lipide