Lipide: Definition, Struktur und biologische Bedeutung

Was sind Lipide?

Lipide sind eine heterogene Gruppe von Biomolekülen, deren charakteristisches, wenn auch nicht exklusives Merkmal ihre Unlöslichkeit in Wasser ist. Im Gegensatz dazu sind sie in organischen Lösungsmitteln wie Benzol, Chloroform oder Hexan löslich.

Sie bestehen im Wesentlichen aus drei Elementen: Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). In geringerem Maße können auch Stickstoff (N), Phosphor (P) und Schwefel (S) enthalten sein.

Biochemische Eigenschaften

Lipide können kovalent mit anderen Biomolekülen verbunden sein, wie es bei Glycolipiden in biologischen Membranen der Fall ist. Zudem gibt es zahlreiche nicht-kovalente Verbände, etwa bei Lipoproteinen.

Ein grundlegendes Merkmal der Lipide ist ihre Hydrophobie. Diese geringe Wasserlöslichkeit ist auf ihre chemische Struktur zurückzuführen, die überwiegend aus Kohlenwasserstoffketten mit zahlreichen C-H- und C-C-Bindungen besteht. Da diese Bindungen unpolar sind, ist das Dipolmoment minimal, was die Bildung von Wasserstoffbrücken mit Wasser verhindert.

Der hydrophobe Effekt

In wässriger Umgebung ordnen sich Wassermoleküle käfigartig um Lipide an, was die Entropie verringert und energetisch ungünstig ist. Um diesen Zustand zu minimieren, lagern sich Lipidmoleküle zusammen. Dieses Phänomen wird als hydrophober Effekt bezeichnet.

Lipide sind ein wichtiger Bestandteil der Nahrung und erfüllen vielfältige Funktionen:

• Energiequelle und Energiespeicher
• Wärmedämmung
• Bausteine biologischer Membranen
• Vorstufen von Hormonen, Gallensäuren und Vitaminen

Triglyceride: Fette und Öle

Triglyceride entstehen durch die Veresterung von Glycerin mit drei Fettsäuren. Dabei wird Wasser abgespalten. Je nach Anzahl der gebundenen Fettsäuren unterscheidet man:

• Monoglyceride (eine Fettsäure)
• Diglyceride (zwei Fettsäuren)
• Triglyceride (drei Fettsäuren)

Die wichtigsten Triglyceride sind Fette und Öle. Der Unterschied liegt im Aggregatzustand bei Raumtemperatur: Öle sind flüssig (oft ungesättigte Fettsäuren), Fette sind fest (oft gesättigte Fettsäuren). Sie dienen als Energiereserve in tierischen und pflanzlichen Zellen und fungieren bei Tieren zudem als Wärmedämmung.

Phospholipide und Zellmembranen

Phospholipide sind die Hauptbestandteile von Zellmembranen. Ihre Struktur besteht aus einem Glycerinmolekül, zwei Fettsäuren, einer Phosphatgruppe und einer Stickstoffbase.

Sie sind amphipathisch, das heißt, sie besitzen sowohl einen hydrophilen „Kopf“ (Phosphatgruppe) als auch hydrophobe „Schwänze“ (Kohlenwasserstoffketten). Diese Eigenschaft ermöglicht die Bildung von:

• Mizellen
• Monoschichten
• Doppelschichten (Vesikel)

Die Phospholipid-Doppelschicht bildet eine semipermeable Membran, die den Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und der Umgebung reguliert.

Steroide

Steroide bilden eine Gruppe von Lipiden mit vielfältiger physiologischer Aktivität. Sie bestehen aus vier miteinander verbundenen Kohlenstoffringen.

Wichtige Vertreter sind:

• Cholesterin: Bestandteil von Zellmembranen und der Myelinscheide. Ablagerungen in Blutgefäßen können jedoch zu Bluthochdruck oder Herzinfarkten führen.
• Sexualhormone und Hormone der Nebennierenrinde: Diese werden aus Cholesterin synthetisiert.
• Prostaglandine: Fettsäurederivate mit hormonähnlicher Wirkung.