Lipide: Struktur, Biologische Funktionen und Klassifizierung

Lipide: Definition und Eigenschaften

Lipide sind Stoffe biologischen Ursprungs, die keine einzelne charakteristische funktionelle Gruppe besitzen. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie in organischen Lösungsmitteln löslich und in Wasser unlöslich sind. Diese Eigenschaft (Hydrophobie) ist auf den Hauptteil ihrer Struktur zurückzuführen, im Gegensatz zu Kohlenhydraten.

Biologische Funktionen der Lipide

Lipide erfüllen essenzielle Aufgaben in lebenden Organismen:

• Sie dienen als wichtige Energie-Reserven.
• Sie sind grundlegende Bestandteile der Zellmembranen.
• Sie regulieren die Aktivität von Zellen und Geweben (z. B. als Hormone).

Klassifizierung von Lipiden: Verseifbarkeit

Eine gängige Methode zur Klassifizierung von Lipiden basiert auf ihrem Verhalten bei der alkalischen Hydrolyse (Verseifung):

Verseifbare Lipide

Diese Lipide werden im alkalischen Medium hydrolysiert und setzen Fettsäuren frei. Dazu gehören:

• Wachse
• Triglyceride (Triacylglyceride)
• Phosphoglyceride
• Sphingolipide

Unverseifbare Lipide

Diese Lipide erfahren die Verseifungsreaktion nicht. Dazu zählen:

• Terpene
• Steroide
• Prostaglandine

Fettsäuren: Struktur und Typen

Fettsäuren sind Moleküle, die aus einer langen Kohlenwasserstoffkette (meist mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen) bestehen, deren letztes Kohlenstoffatom eine Carboxylgruppe trägt. Sie unterscheiden sich hauptsächlich durch die Kettenlänge und die Anzahl sowie Position der Doppelbindungen.

• Gesättigte Fettsäuren (z. B. Palmitinsäure und Stearinsäure): Besitzen keine Doppelbindungen. Sie haben eine lineare Struktur.
• Ungesättigte Fettsäuren (z. B. Ölsäure und Linolsäure): Besitzen eine oder mehrere Doppelbindungen, was zu einem Knick in der Mitte der Kette führt.

Wachse: Aufbau und Schutzfunktion

Wachse sind verseifbare Lipide, die durch die Veresterung einer Fettsäure mit einem langkettigen Monoalkohol gebildet werden. Sie sind bei Kälte hart, aber bei Wärme weich und geschmeidig.

Funktionen von Wachsen

• Pflanzen: Sie bedecken die Oberfläche von Stielen und Blättern und schützen diese vor Feuchtigkeitsverlust und Insekten.
• Tiere: Sie dienen als Schutzschicht für Federn, Haare und Haut.

Triacylglyceride (Triglyceride)

Triacylglyceride entstehen durch die Veresterung von drei Fettsäuremolekülen mit einem Glycerinmolekül.

Fette und Öle

Der Schmelzpunkt wird durch die Art der enthaltenen Fettsäuren bestimmt:

• Fette: Sind bei Umgebungstemperatur fest (enthalten mehr gesättigte Fettsäuren).
• Öle: Sind bei Umgebungstemperatur flüssig (enthalten mehr ungesättigte Fettsäuren).

Energiespeicherung

Fette stellen eine effiziente Form der Energiespeicherung dar. Bei Tieren synthetisieren und speichern Fettzellen (Adipozyten) Triglyceride, die sich im Fettgewebe konzentrieren.

Wichtige Reaktionen der Triacylglyceride

Triacylglyceride können zwei Arten der Hydrolyse erfahren:

1. Alkalische Hydrolyse (Verseifung): Dies ist das grundlegende Verfahren zur Herstellung von Seifen.
2. Enzymatische Hydrolyse: Erfolgt durch Enzyme (Lipasen) beim Abbau von Nahrungsfetten.

Eine weitere wichtige Reaktion ist die katalytische Hydrierung von ungesättigten Acylgruppen, die häufig in pflanzlichen Ölen vorkommen. Durch diesen Prozess werden die ungesättigten Acylgruppen gesättigt (z. B. bei der Herstellung von Margarine).

Phosphoglyceride (Phospholipide)

Phosphoglyceride sind essenzielle Bestandteile biologischer Membranen. Sie sind wie folgt aufgebaut:

• Zwei Acylgruppen sind an die Sauerstoffatome der Kohlenstoffe 1 und 2 des Glycerins gebunden.
• Die dritte Hydroxylgruppe ist mit Phosphorsäure verestert, die wiederum an einen polaren Rest (X) gebunden ist, der dem Phosphoglycerid seinen spezifischen Namen gibt.

Amphipathische Natur und Vorkommen

Phosphoglyceride sind amphipathisch, da sie einen polaren Kopf (hydrophil) und einen apolaren Schwanz (hydrophob) besitzen. Diese strukturelle Eigenschaft ermöglicht es ihnen, sich in biologischen Strukturen wie Zellmembranen anzuordnen.

Häufige Beispiele:

• In Zellmembranen höherer Pflanzen und Tiere: Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylcholin.
• In bakteriellen Membranen: Phosphatidylglycerin und Diphosphatidylglycerin (Cardiolipin).

Sphingolipide: Aufbau und Funktion im Nervensystem

Sphingolipide sind komplexe, amphipathische Lipide, deren Grundgerüst aus Sphingosin oder Dihydrosphingosin besteht, anstelle von Glycerin. Sie sind wichtige Bestandteile zellulärer Membranen.

Gemeinsame Komponenten

Alle Sphingolipide teilen drei Hauptkomponenten:

1. Eine Acylgruppe
2. Ein Sphingosin-Molekül
3. Einen polaren Kopf

Sphingomyeline sind besonders reichlich im Gehirn und Nervengewebe vorhanden. Sie umgeben und isolieren die Axone der Nervenzellen elektrisch (Myelinscheide).