ליפידים איסוף חומרים

ליפידים איסוף חומרים

מה לא ידענו על הליפידים...

חלוקת הליפידים לקבוצות

ראשית קצת היסטוריה....

כימאים התחילו לחקור ליפידים בסוף מאה ה-18 כאשר בידיהם היו שיטות לאנליזה איכותית וכמותית.

אנטואן-לורן דה לבואזיה הוכיח בניסוייו ששמנים ושומנים מורכבים בעיקר בפחמן ומימן והסביר מדוע כמות האנרגיה ליחדת מסה בשמנים ובשומנים גדולה מזאת של פחמימות - השמנים והשומנים פחות מחומצנים (דרגת החמצון של הפחמן נמוכה יותר) מבפחמימות.

קרל וילהלם שֵׁלֶה ( Carl Wilhelm Scheele ) גילה, שאחד ממרכיבי השמנים והשומנים הוא גליצרול ובודד אותו משמנים ושומנים.

מישל אגן שברל ( Michel Eugène Chevreul ), כימאי צרפתי הנחשב לאב הליפידולוגיה, בודד בשנת 1811 מספר חומצות שומניות ובשנת 1812 גילה כולסטרול באבני כיס המרה. הוא הציעה מיון של הליפידים לשתי קבוצות: מסתבנים (אסטרים של כוהלים וחומצות שומניות, המתפרקים בהידרוליזה) ולא מסתבנים (סטרולים - ליפידים הבנויים מארבע טבעות פחמניות הקשורות יחדיו).

עד שנות ה-50 של מאה ה-20 לא היו שיטות לניקוי והפרדה של ליפידים ורק פיתוח שיטת כרומוטוגרפיה נתן אפשרות להפריד בין ליפידים שונים ולזהות אותם באופן מדוייק.

לליפידים מקום חשוב בקיום החיים על פני כדור הארץ - כל עוד המולקולות נעו באופן חופשי במים לא ניתן היה להגדיר תא או יחידת חיים. רק כאשר מולקולות ליפידים התארגנו ונוצרו קרומים, שהפרידו בין סביבה מיימית פנימית לבין סביבה מיימית חיצונית, יכלו להצטבר בתוך הקרום יונים חיוניים ומולקולות קטנות, ורק אז התחילה שרשרות תגובות שבסופה נוצרו החיים.

קרומים הבנויים מליפידים וחלבונים ממלאים תפקידים חשובים בתאים חיים: - מווסתים כניסה ויציאה של חומרים אל התא ומתוכו החוצה. - מבצעים תקשורת בין הסביבה החיצונית לבין הסביבה התוך תאית - אחראים על מעבר הדחף העצבי - אחראים על הפקת האנרגיה במיטוכונדריות וכלורופלסטים - ישנם ליפידים שמשתתפים בבקרה פעילות הגנים - קיימים ליפידים המשמשים בעצמם כאותות (כמו פרוסטגלנדינים)ומשתתפים, לדוגמה, בתגובות דלקתיות ובתגובה חיסונית.

חלק מקבוצות הליפידים, כמו טריגליצרידים, סטרולים ופוספוליפידים מוכרים לרובינו ואנו עוסקים בהם בשיעורי כימיה, אך מדענים מגלים באופן תדיר ליפידים נוספים הממלאים תפקידים שלא הכרנו בעבר, ועוד היד נטויה.

השנה במסגרת השתלמות במכון דווידסון נחשפנו לקבוצת ליפידים שלא רבים מאתנו שמעו עליה עד כה : ספינגוליפידים.

ספינגוליפידים.

ספינגוליפידים - חומרים הבנוים על בסיס מולקולת ספינגוזין שאליו קשורה חומצת שומן רוויה או בלתי רוויה על ידי יצירת קשר אמידי עם קבוצה אמינית על האטום הפחמן השני במולקולת ספינגוזין.

לרישאונה בשם "ספינגו" קינה את החומרים רופא אנגלי ג'ורג טודיקום ( J.L.W. Thudichum) בשנת 1884 כיוון שהטבע המסטורי של מולקולות הזכיר לו את תעלומת הספינקס. מרקמות המוח הוא הפיק חומרים שומניים שהכילו חנקן וזרחןולראשונה תיאר את החומרים ספינגומיאלין וצרברוזיד.

מושג "ספינגוליפיד" הוכנס לשימוש על ידי הרברט קרטר ( Herbert Carter ) בשנת 1947.

ספינגוזין

אם בטריגליצרידים המרכיב המשותף הוא גליצרול, בספינגוליפידים הוא כול ספינגוזין(18 אטומי פחמן, קשר כפול "טרנס, שתי קבוצות כוהליות וקבוצה אמינית)

לספינגוזין תפקידים חשובים ברגולציה תאית, כאן רק כמה מהם:

1. אניציאציה של אפופטוזיס (הרג מתוכנן של התא)

2. אקטיבציה של חלוקת התא

3. השפעה על המבנה השניוני של דנ"א

4. סימולציה של אנזים רנ"א-פולימראז

ספינגוזין חופשי מתקבל בתא כהידרוליזה של צרמידים על יד אנזים צרמידאז.

ספינגוליפידים ותפקידם.

ברוב ספינגוליפידים שייר של חומצת שומן קשור בקשר אמידי עם קבוצה אמינית בספינגוזין. מגוון של ספינגוליפידים נוצר על ידי קשירה של חומרים שונים אל הקבוצה הכוהלית בקצה המולקולה ספינגוזין. לכל קבוצה של ספינגוליפידים יש תפקיד שונה בתאים חיים.

ניתן למיין את הספינגוליפידים לשלוש קבוצות עיקריות:

I. צרמידים

צרמידים מהווים מקור לכל מגוון הספינגוליפידים בתא. מולקולת צרמיד בנויה מספינגוזין אליו קשורה חומצה שומנית (על ידי קשר אמידי עם קבוצה אמינת). הקבוצה הכוהלית בקצה מולקולת ספינגוזין נשארת כמו שהיא.

התפקידים העיקריים של צרמידים:

1. לעכב את חלוקת התא

2. סטימולציה של אפופטוזיס(ההרג המתוכנו של התא)

הפעולה של צרמידים תלויה בסוג חומצת שומן המרכיבה אותם

II. ספינגומיאלינים

שייכים לקבוצת פוספוליפידים: לקבוצה כוהלית קשור שייר של חומצה זרחתית ודרכה מולקולת כולין. בדומה לפוספוגליצרידים למולקולת ספינגומיאלינים קצה הידרופילי הנושא מטען שלילי(על השייר של חומצה זרחתית) ומטען חיובי(על כולין), וקצה הידרופובי המורכב משייר של חומצת שומן ושרשרת פחמנית של ספינגוזין.

ספינגומיאלינים הם הספינגוליפידים הנפוצים ביותר , רובם מהווים חלק מממברנות התאים ואברוני התא. כמות ספינגומיאלינים גדולה במיוחד יש בקרומי תאי העצב, תאי הכבד והכליות.

ספינגומיאלינים מגנים על התאים בפני אפופטוזיס ולכן שיווי משקל דינמי בין רמת הצרמידים ורמת ספינגומיאלינים קובע את גורלו של התא , את קושר הישרדותו או את מותו.

III . גליקוספינגוליפידים

מולקולות גליקוספינגוליפידים מתקבלות כאשר לצרמיד נקשרים אחד או כמה שיירים של סוכר.

גליקוספינגוליפיד גלקטוזילצרמיד הינו ליפיד עיקרי של מיאלין העוטף את תאי העצב.

מיקומם של גליקופוספוליפידים על השטח החיצוני של ממברנת התא מאפשר ביצוע תפקידים כמו תקשורת בין-תאית, זיהוי רעלנים בקטריאליים, קביעת סוגי הדם.

לקבוצת ספינגוליפידים תפקיד חשוב בפעילות המערכת החיסונית ובעיקר בתפקוד של T-לימפוציטים: מטבוליזם של חומרים השייכים לקבוצת ספינגוליפידים מהווה חלק ממנגנון המווסת הבשלה, מיון וחלוקת הלימפוציטים בתגובה לאנטיגן וגם הרג עצמי של תאי אלו לאחר ביצוע תפקודם.

רפואה.

כיום מנסים להשתמש בספינגוליפידים לטיפול בגידולים סרטניים על ידי הגדלת ריכוז הצרמידים בתאי הגידול שמביא להרג התא. קיימות שיטות רבות בהן ניתן להגדיל את כמות הצרמידים בתא, אך לצרמידים תפקיד מרכזי בהומיוסטזיס התא ולכן הוא מהר מאוד הופ לספינגוליפידים אחרים אשר מסעיים לגידול התאים הסרטניים. מכאן חשיבות רבה למציאת הדרכים למניעת המשך המטבוליזם של צרמידים ולצבירתם בתא.

ליפידים פשוטים:

1. חומצות שומניות והאסטרים שלהם (ביניהם הגליצרידים, המכילים את השומנים והפוספוליפידים). חומצות שומן, חומצות קרבוקסיליות, המורכבות מ 14-22 פחמנים (השכיחות ביניהן מכילות 16-18 פחמנים), כאשר רובן בעלות מספר זוגי של פחמנים. ישנן כ-100 סוגי חומצות שומן בטבע, ויצירתן בגוף החי הינה מתמדת (הדבר מתבטא בהשמנה). כאשר השרשרת היא ללא קשרים כפולים - מתקבלת חומצת שומן רוויה. לעיתים קיימים קשרים כפולים לאורך השרשרת, ואז מדובר בחומצה שומנית לא-רוויה.בשרשרת הלא רוויה יהיו בדרך כלל עד 3 קשרים לא רוויים המרוחקים זה מזה, באיזומריית 'ציס'.

טריגליצרידים הן מולקולות המכילות כל אחת 3 חומצות שומניות (קבוצת אציל), קשורות בקשר אסטרי למולקולת גליצרול (טריאצילגליצרול). מעבר חומצות השומן לטריגליצרידים מתרחש כאשר הן עוברות דרך המעי (שומן שנאכל מתפרק במעי, נבנה מחדש שם, או בכבד ועובר ללימפה). תהליך פירוק הטריגליצרידים הוא אנזימטי ונקרא ליפוליזה. התהליך כולו מזורז על ידי האנזים ליפאז (אנזים המיוצר בלבלב) ומשם תוצרי הפירוק עוברים לדם ולרקמות אחרות. טריגליצרידים יכולים להיות פשוטים- גליצרול קושר 3 חומצות שומן זהות. טריגליצרידים יכולים להיות מעורבים- בעלות שתי חומצות שומן שונות לפחות.כאשר חומצות השומן בעמדות 1 ו-3 הינן שונות, אטום פחמן מספר 2 במולקולת הגליצרול הינו פחמן כיראלי והטריגליצריד המתקבל הינו בעל פעילות אופטית.

תהליך הכנת טריגליצריד

סכימה כללית טריגליצרידים

פוספוליפידים הינם קבוצת חומרים חשובה הבונה את ממברנות התאים ומצוייה גם ברקמה העצבית. פוספוליפידים קרויים גם לעיתים פוספוגליצרידים. הפוספוליפידים בנויים ממולקולת שלד של גליצרול, הקושרת בקשרים אסטריים, לעמדות 1 ו-2, שתי חומצות שומן. לעמדה 3 בגליצרול, נקשרת קבוצת זרחה כהלית. רוב הפוספוליפידים מכילים חומצת שומן רוויה בעמדה C1 ואילו חומצת שומן בלתי רוויה בעמדה C2. לזרחה יכולות להקשר גם מולקולות נוספות כגון כולין, אתנולאמין וסרין. מבנה כללי של פוספוליפיד חומצות השומן מהוות את האיזור בו נוצרים קשרי ו.ד.ו. ולכן מסיסותם במים נמוכה ("זנב" הידרופובי). החלק האחר, האיזור בו נקשרת קבוצת הזרחה נקרא "ראש" קוטבי, וזהו איזור הידרופילי היוצר קשרים מקוטבים עם המים בזכות היווצרות קשרים יוניים בין הזרחה למים הקוטביים או קשרי מימן בין הקבוצה הכהלית לבין מולקולות המים. הפוספוליפידים מופיעים כמוצקים לבנים ושמנוניים בטמפרטורת החדר, בצורתם הטהורה. בתמיסה מימית, הם יכולים להופיע בשלוש צורות שונות, כאשר המשותף לכל הצורות הוא בעובדה שהחלק ההידרופובי בא במגע מינימלי עם המים. סוג המבנה תלוי בגודל ה"ראש" הקוטבי ובאורך בשרשרות ההידרופוביות (החומצות השומניות). כמו כן, יש השפעה לדרגת רוויון החומצות, בהרכב היוני של התווך המימי ובאופן פיזור הפוספוליפידים בתמיסה. המבנים האפשריים של פוספוליפידיים בתמיסה מימית:

1. מיצלה (נוצרות כאשר ה"ראש" הקוטבי גדול וה"זנב" ההידרופובי קצר. המבנה כדורי או גלילי)

2. רובד דו-שכבתי (מבנה דק ושטוח. עוביו כ-2 מולקולות והוא מפריד בין מדורים מימיים שונים (למשל: תוך וחוץ התא). נוצר כאשר ה"ראש" הקוטבי קטן ואילו ה"זנב" ההידרופובי גדול)

3. ליפוזום (מבנה דו שכבתי כדורי או גלילי המכיל חלל פנימי מלא במים. נוצר כאשר ה"ראש" הקוטבי קטן וה"זנב" ההידרופובי גדול)

הידעת? מנפלאות המיונז

2. סטרולים (לדוגמא: כולסטרול)

סטרואידים- משפחת תרכובות המתאפיינת מבנית ע"י ארבע טבעות פחמימות צמודות זו לזו, לרובם קבוצות צדדיות השונות בהרכב ובגודל.

קבוצות עיקריות של סטרוידים הן: סטרולים, חומצות מרה והורמונים סטרוידיים.

סטרולים הינם סטרואידים, כאשר על אחת הטבעות מופיעה קבוצת OH הידרופילית בעוד הטבעות הפחמימניות מהוות את החלק ההידרופובי במולקולה. המבנה הבסיסי המשותף לכל הסטרולים.

המבנה הבסיסי המשותף לכל הסטרולים

הנציג הידוע ביותר מקבוצה זאת הוא כולסטרול המצוי בגופם של בעלי החיים בלבד. בצמחים ובחיידקים קיימות מולקולות אחרות מאותה קבוצה כמו ארגוסטרול, סטיגמאסטרול

הכולסטרול

הכולסטרול כולסטרול הינו הסטרואיד הנפוץ ביותר ברקמות בעלי חיים (10% מקרום התא). הכולסטרול כולל קבוצת OH בפחמן C3, בטבעת A ובנוסף, קשורה שרשרת פחמנית מסועפת ל- C17 בטבעת D.

תפקידים עיקריים של כולסטרול בגופם של בעלי החיים:

1. מרכיב חשוב בקרומי התאים (ממברנות התא). נמצא בכמות גבוהה מאוד ברקמת העצב.

2. חומר מצע ביצור מלחי מרה

3. חלק קטן יחסית של כולסטרול משתתף ביצור הורמונים סטרואידיים(קורטיזול, הורמוני מין)

בדיאטה מאוזנת רק 30% מהכולסטרול מגיע ממזון, 70% הנותרים מיוצרים בגוף. יצור הכולסטרול נעשה בעיקר ברקמת הכבד, רקמות העור ובמעיים.

גורמים המגבירים את ייצורו הם חסר במרה, הקרנת קרני X (רנטגן), הזנה בשמן תירס. גורמים המדכאים את ייצורו הם חומצות ארומטיות וצום.

מסיסותו של כולסטרול במים נמוכה מאוד וכדי שהכולסטרול יעבור בגוף, הוא מתחבר לחלבון ליצירת ליפופרוטאין, כך הופך להיות מסיס יותר במים.

פירוק כולסטרול: עיקר הפירוק נעשה על ידי סילוק 3 פחמנים מן השרשרת הצדדית וקבלת קרבוקסיל במקומם. כמו כן נוספים 2 קבוצות OH ליצירת חומצה כולית, שהיא אחתמחומצות המרה.

חומצה כולית- אחת חומצות המרה ישנן עדויות שהכולסטרול גורם למחלות לב וכלי הדם כאשר הוא מצוי ברמה גבוהה בגוף. הכולסטרול שוקע בדפנות כלי הדם, מצר אותם ומוריד את רמת האלסטיות שלהם בשל המבנה מרובה הטבעות הקשיחות של המולקולה.

הידעת? כולסטרול...

ליפידים מורכבים:

אסטרים של חומצות שומן שכוללים בנוסף לשייר הכהלי גם קבוצה הידרופילית נוספת- קבוצת ראש קוטבית. בדר"כ שייר פוספאט או שייר פוספאט שקשור אליו שייר סוכר או שייר אחר(אתאנול אמין, כולין)

3. גליצרוליפידים : ליפידים שבהם השייר הכהלי הוא גליצרול.

4. ספינגוליפידים : אסטרים של הכהל ספינגוזין(כהל אליפטי אמיני ארוך שרשרת) עם חומצת שומן.

ניתן לחלק את הפוספוליפידים לשתי קבוצות: ===א. גליצרוליפידים (הבסיס למבנה המולקולה היא מולקולת הגליצרול)===.

[עריכה] תכונות פיזיקליות של פוספוליפידים 1. מולקולות אסימטריות (בעלי פעילות אופטית )

2. מולקולות אמפיפטיות

3.מולקולות אמפוטריות: בתנאים פיזיולוגיים פוספוליפידים בעלי מטען חשמלי. 

4. בתמיסה מימית הפוספוליפידים יכולים להופיע בשלוש צורות ארגון שונות:

                 א.  מיצלה
                 ב. רובד   דו-שכבתי
                ג.  ליפוזום
 בכל  הצורות  הנ"ל,  החלק  הידרופובי בה  במגע   מינימלי  עם  המים.

5. פוספוליפידים עוברים סבוניפיקציה ( הידרוליזה בסיסית ).

6. פוספוליפידים עוברים אינדיקציה עם יוד. 

פוספוליפידים עוברים הידרוליזה אנזימטית בעזרת אנזימים מסוג פוספוליפאזות

ב. ספינגוליפידים (הבסיס למבנה המולקולה היא מולקולת הספינגוזין).

[עריכה] תכונות פיזיקליות של ספינגוליפידים 1. המולקולה אסימטרית, בעלת פעילות אופטית; 2. המולקולה אמפוטרית; 3. המולקולה אמפיפטית; 4. המולקולה עוברת סבוניפיקציה (במשך 10 שעות, בטמפרטורה 80°C);

5. המולקולה עוברת אינדיקציה עם יוד; 6. המולקולה עוברת הידרוליזה אנזימטית בעזרת אנזימים מסוג פוספוליפאזות וספינגומיאלינאז.

האנזים ספינגומיאלינאז מפרק את הקשר האסטרי בין ספינגוזין לכהל המזורחן.

[עריכה] [עריכה] הטוב, הרע והכולסטרול כולסטרול מועבר ממקום בו הוא נוצר לכל תאי הגוף על ידי הדם. לכולסטרול מסיסות במים (פלסמת הדם היא ברובה מים) נמוכה מאוד ולכן הוא חייב להיות מועבר אל ומהתאים על ידי נשאים הנקראים ליפופרוטאינים.

ליפופרוטאינים בנויים כקומפלקס כדורי בעלי אזור פנימי המכיל ליפידים הידרופוביים (בעיקר טריגליצרידים ואצילכולסטרולים) והאזור החיצוני מורכב מפוליפרוטאינים, כולסטרול ופוספוליפידים. קוטביותה של המעטפת החיצונית מקנה לקומפלקס מסיסות במים.ככל שהאזור הפנימי גדול יותר, כך צפיפות הליפופרוטאין נמוכה יותר.

ניתן לחלק את הליפופרוטאינים ל-5 קבוצות על פי צפיפותם. החשובים ביניהם :

ליפופרוטאינים אשר צפיפותם נמוכה,(Low-density lipoprotein-LDL),מכונים "כולסטרול רע" ותפקידם להוביל כולסטרול מתאי הכבד לרקמות הגוף. רמה גבוהה של כולסטרול בגוף גורמת לפעילות מוגברת של LDL ועודפיו יכולים לשקוע על דפנות העורקים ולגרום להצרתם וליצירת פלאקים. שתי התופעות הללו גורמות להתפתחות טרשת עורקים שהיא מחלה שיכולה להביא להתקפי לב או לשבץ מוחי. ליפופרוטאינים אשר צפיפותם גבוהה,( High-density lipoprotein-(HDL ,המכונים "כולסטרול טוב" מובילים כולסטרול מתאי הגוף אל הכבד ומשם החוצה, מסייעים בהרחקת הכולסטרול מהדם ומקטינים בכך יכולת שקיעתו בכלי הדם.

שני סוגי ליפידים אלה, יחד עם רמות טריגליצרידים וכולסטרול, מהווים את ספירת הכולסטרול, שאותה ניתן לקבוע באמצעות בדיקת דם.

אנשים שלא נמצאים בשום קבוצת סיכון צריכים לשמור על רמת LDL של 130mg/dl. רמת ה-HDL הינה שונה בין גברים לנשים, כאשר אצל הנשים רמה גבוהה יותר מאשר אצל גברים (לנשים: סביב ה- 45mg/dl לעומת הגברים: סביב ה- 40mg/dl).

(LP(a (כולסטרול) (LP (a הוא וריאציה גנטית של LDL כולסטרול (רע). רמה גבוהה של (LP (a הוא גורם סיכון משמעותי להתפתחות מוקדמת של משקעי שומן בעורקים. (LP (a לא לגמרי מובן עדיין, אבל מניחים שהוא מבצע אינטראקציה עם חומרים הנמצא על דפנות העורקים, דבר התורם להצטברות משקעי השומן.