Medisinstudenten.no

Lipider og membraner

Før noe annet fordi dette kommer opp i mange forelesninger:

🧠Lær det en gang for alle: HVA ER PERCENTILER?

Percentiler hjelper oss å forstå hvordan en verdi ligger i forhold til andre verdier i en gruppe. Enkelt forklart viser percentiler hvilken prosentandel av dataene som ligger under en gitt verdi. Her er en steg-for-steg forklaring for å gjøre det klart:

Eksempel:

  • Tenk deg at du er i en gruppe med 20 personer.
  • Du er den fjerde høyeste personen i gruppen.
  • Det betyr at 80 % av personene i gruppen er lavere enn deg.

Resultat: Du er i 80. percentilen! Det betyr at 80 % av dataene (eller folkene i dette tilfellet) er lavere enn deg.

Enkel definisjon:

  • Percentilen forteller deg hvor mange prosent av dataene som ligger under deg.
  • Eksempel: Hvis du er i 25. percentilen, betyr det at 25 % av dataene (eller folkene) er lavere enn deg.

VIKTIGST AV ALT!!! Hvis du er i 95. percentilen, har du gjort det bedre enn 95 % av de som tok testen. Det er målet.

Lipider og Membraner

Definisjon av Lipider

Lipider:

Lipider er en gruppe av organiske forbindelser som er karakterisert ved at de har lav vannløselighet. De er typisk hydrofobe eller amfifile.

Lipidene inkluderer:

  • Fett (triacylglyceroler/triglyserider)
  • Kolesterol
  • Membranlipider som fosfolipider, glykolipider og sphingolipider.
  • Enkelte hormoner og signalsubstanser.

    Lipider utgjør en forutsetning for alt liv og spiller en sentral rolle i cellens strukturelle oppbygning, energilagring og signaloverføring.

Lipider – Struktur

Lipider har en variert kjemisk struktur som kan inkludere både fettsyrer og steroidringstrukturer.

  • Hovedkomponenter:
    • Fettsyrer: Lange hydrokarbonkjeder med en terminal karboksylgruppe (-COOH).
    • Steroidstrukturer: Karakteristiske ringer av karbonatomer som finnes i kolesterol og steroidhormoner.
  • Fettmolekyler kan binde seg til andre kjemiske grupper som fosfatgrupper eller glyserol for å danne komplekse lipider som fosfolipider.

Fettsyrer – Struktur

Fettsyrer er en undergruppe av lipider og består av:

  • Karboksylsyrer med en lang hydrokarbonkjede.
  • Kjeden varierer i lengde fra 14 til 24 karbonatomer.
  • Funksjonelle grupper:
    • Karboksylgruppen (-COOH):
      • Syrefunksjon: Blir ionisert i vann ved pH ~ 7.
      • Reaktiv: Kan delta i kovalente bindinger.
      • Polaritet: Gjør molekylet delvis vannløselig (hydrofil).
  • Hydrokarbonkjeden er derimot upolar, hydrofob og lipofil. Denne delen av molekylet er svært lite reaktiv.

Fettsyrer – Funksjoner

Fettsyrer har flere biologiske funksjoner:

  1. Lipidmembraner: Inngår i strukturen av membranlipider som fosfolipider.
  2. Energikilde: Kan oksideres til ATP gjennom beta-oksidasjon.
  3. Energilager: Lagres som triglyserider i fettvev.
  4. Signalsubstanser: Kan omdannes til signalmolekyler som prostaglandiner (PG), tromboxaner (TX) og leukotriener (LT).
  5. Kofaktorer: Fettsyrer inngår i strukturen av flere viktige enzymkofaktorer.

Triacylglycerol (Triglyserid) – «Fett»

Triglyserider, også kjent som triacylglyceroler, er de vanligste formene for lagringsfett i kroppen.

Består av én glyserol bundet til tre fettsyrer.

Funksjoner:

  • Energikilde: Nedbrytning av triglyserider frigjør fettsyrer og glyserol som kan oksideres til ATP.
  • Energilagring: Lagres i fettvev og fungerer som et konsentrert energilager.
  • Isolasjon: Bidrar til varmeisolasjon hos dyr.
  • Vannkilde: Metabolisme av fett frigjør vann som biprodukt.
  • Vektkontroll: Kroppsfett er en viktig faktor i energibalansen og vektkontroll.

Mettet / Umettet fett

Fettsyrer kan klassifiseres som mettede eller umettede basert på tilstedeværelsen av dobbeltbindinger:

  • Mettede fettsyrer:
    • Ingen dobbeltbindinger mellom karbonatomene.
    • Rettlinjet struktur => Tett pakket => Høyt smeltepunkt.
    • Typisk stabile og finnes i animalsk fett.
  • Umettede fettsyrer:
    • Inneholder én eller flere dobbeltbindinger.
    • Bøyd struktur => Mindre tett pakket => Lavere smeltepunkt.
    • Kan deles inn i enumettede og flerumettede (f.eks. omega-3 og omega-6).

Cis- / Trans-fettsyrer

Cis-konfigurasjon:

  • Dobbeltbindingen er orientert slik at hydrogenatomene er på samme side.
  • Vanligst i naturlige fettsyrer.
  • Gir lavere smeltepunkt og mykere konsistens.
  • Trans-konfigurasjon:
    • Hydrogenatomene er på motsatt side av dobbeltbindingen.
    • Høyere smeltepunkt, stivere struktur.
    • Transfettsyrer er assosiert med økt risiko for hjerte-karsykdom.
    • Kilder: Finner hovedsakelig i industrielt bearbeidet mat.

Fettsyrer – Nomenklatur

Fettsyrer navngis basert på antall karbonatomer og dobbeltbindinger:

  • Eksempler:
    • 16:0: Palmitinsyre (16 karbonatomer, ingen dobbeltbindinger).
    • 18:3(Δ9,12,15): Linolensyre (18 karbonatomer, dobbeltbindinger ved C9, C12 og C15).
  • Omega-fettsyrer (f.eks. omega-3 og omega-6) refererer til posisjonen av den første dobbeltbindingen fra metyl-enden (ω-enden) av fettsyren.

Essensielle fettsyrer

Fettsyrer som kroppen ikke kan syntetisere og må tilføres via kosten.

  • Linolsyre (n-6):
    • Kan omdannes til arakidonsyre, en forløper til prostaglandiner, tromboxaner og leukotriener.
  • Linolensyre (n-3):
    • Kan omdannes til EPA og DHA, viktige for hjernefunksjon og antiinflammatoriske prosesser.
  • Kilder: Fisk, planteoljer og nøtter.

Steroider og Kolesterol

  • Steroider:
    • Steroider er en type lipider som er karakterisert ved deres spesifikke ringstruktur, som består av fire sammenhengende hydrokarbonringer.
    • Funksjoner av steroider:
      • Lipidmembraner: Kolesterol er en viktig komponent som stabiliserer og regulerer fluiditeten i cellemembraner.
      • Hormoner: Mange steroidhormoner, som testosteron, østrogener og kortikosteroider, er avledet fra kolesterol.
      • Vitaminer: Vitamin D, som spiller en rolle i kalsiumopptak og beinhelse, er også avledet fra steroider.
      • Lipoproteiner: Kolesterol inngår i lipoproteiner som transporterer lipider i blodet.
      • Gallesyre: Kolesterol danner grunnlaget for gallesyrer, som er nødvendige for opptak av lipider fra tarmen.
  • Kolesterol:
    • Kolesterol er en amfipatisk lipid som har både en hydrofob og en hydrofil del, noe som gjør det ideelt som en strukturell komponent i lipidmembraner.
    • I tillegg til strukturelle funksjoner i membranen, er kolesterol også en forløper for viktige biologiske molekyler som hormoner og gallesyrer.

Lipidmembraner – Biologiske Membraner

Biologiske membraner består hovedsakelig av lipider og proteiner.

  • Funksjoner:
    • Membraner fungerer som en barriere som skiller cellens indre fra det ytre miljøet.
    • De opprettholder ulike konsentrasjonsgradienter av ioner og molekyler, noe som er essensielt for mange cellefunksjoner.
    • Membraner er vanntette, semipermeable og fleksible, noe som gjør det mulig å opprettholde et stabilt intracellulært miljø.
    • De kan også fungere som plattformer for signaloverføring og interaksjon mellom celler.

Lipidmembraner – Egenskaper og Struktur

Fleksibilitet: Lipidmembranen er fleksibel og kan selvreparere mindre skader.

Amfifile lipider:

  • Består av molekyler som har både en hydrofil (vannelskende) og en hydrofob (vannavstøtende) del.
  • Typiske amfifile lipider i membranen inkluderer:
    • Fosfolipider: Har en polar fosfatgruppe og hydrofobe fettsyrekjeder.
    • Glykolipider: Inneholder karbohydratgrupper i stedet for fosfat.
    • Sphingolipider: Inneholder en sphingosinbase i stedet for glyserol.
  • Kolesterol: Finnes i dyrecellemembraner og bidrar til å opprettholde membranens struktur og fluiditet ved å interagere med fettsyrene i fosfolipider.

Fosfolipider – Byggesteiner i Membranen

Fosfolipider:

  • Fosfolipider består av:
    • En polart hode: Inneholder en fosfatgruppe som er bundet til en glyserol og en ytterligere polar gruppe som varierer mellom ulike fosfolipider.
    • To hydrofobe haler: Består av to fettsyrekjeder.
  • Fosfolipidene danner en dobbel lipidlagstruktur (bilayer) der de hydrofobe halene peker innover, mens de polare hodene peker utover, mot de vandige miljøene inne i og utenfor cellen.
  • Vanlige fosfolipider: Fosfatidylkolin, fosfatidyletanolamin og fosfatidylserin.
  • Dannelsen av en dobbel lipidlag gir membranen en selvforseglende egenskap, som er viktig for å opprettholde celleintegritet.

Lipidmembranen – Bilayerstruktur

Lipidmembranen består av en dobbel lagstruktur (bilayer) av fosfolipider som er ordnet slik at de hydrofobe halene vender mot hverandre, mens de hydrofile hodene vender ut mot det vandige miljøet.

Denne strukturen gir membranen en to-dimensjonal væskelignende egenskap som tillater bevegelse av molekyler innenfor planet av membranen.

Membranfluiditeten påvirkes av faktorer som:

  • Fettsyresammensetning: Umettede fettsyrer gir større fluiditet, mens mettede fettsyrer gir stivere membraner.
  • Kolesterolinnhold: Øker membranens stabilitet ved høye temperaturer og opprettholder fluiditet ved lave temperaturer.

Lipidmembranen er en såkalt «2D-væske», noe som betyr at komponentene i membranen kan bevege seg sideveis innenfor membranplanet.

Lateral diffusjon: Lipidmolekyler kan bevege seg lateralt, altså sideveis, langs membranens overflate.

Fleksibilitet og selvreparerende:

  • Membranen kan bøyes, strekkes og deformeres uten å miste sin integritet.
  • Små skader kan raskt repareres ved omorganisering av lipidene.

«Flip-flop» bevegelse: Lipidmolekyler kan bytte plass fra ett lag til et annet, men dette skjer sjeldent og krever energi.

Ulik sammensetning i de to lagene:

  • Yttermembranlaget (mot det ekstracellulære rom) har en annen sammensetning enn innermembranlaget (mot cytosol).

Hovedkategorier:

  1. Fosfolipider:
    • Består av et glyserolskjelett med to fettsyrekjeder og en fosfatgruppe.
    • Deles videre inn i:
      • Glycerofosfolipider: Bygget på et glyserolmolekyl med fettsyrekjeder, en fosfatgruppe og en alkohol.
      • Sphingolipider: Bygget på en sphingosinbase med en fettsyrekjede, fosfat og en kolingruppe.
  2. Glykolipider:
    • Ligner fosfolipider, men har en karbohydratgruppe (mono- eller oligosakkarid) i stedet for en fosfatgruppe.
    • Funksjon i celle-celle-interaksjoner og signaloverføring.

Kolesterol i Lipidmembranen

  • Kolesterol er en viktig komponent i eukaryote cellemembraner.
    • Finnes mellom fosfolipidene og stabiliserer membranen ved å redusere bevegelsen av fettsyrene.
    • Hindrer krystallisering av fettsyrer ved lave temperaturer og overdreven flyt ved høye temperaturer.
  • Kolesterol regulerer membranens fluiditet og dermed dens fleksibilitet og permeabilitet.

Semipermeabel Membran

Semipermeabilitet refererer til membranens selektive permeabilitet, som gjør det mulig for noen molekyler å passere fritt, mens andre blir blokkert.

Små, uladete molekyler som oksygen, karbondioksid og etanol passerer lett gjennom lipidlaget.

Store, polare molekyler som glukose eller ladete ioner kan ikke krysse lipidlaget direkte uten hjelp av transportproteiner.

Denne egenskapen tillater opprettholdelse av konsentrasjonsgradienter og ionebalanse, som er avgjørende for cellefunksjoner som nerveimpulser og muskelkontraksjon.

Membranproteiner – Funksjoner

Membranproteiner utgjør ca. 50 % av membranens masse og har mange ulike roller:

  • Transport: Spesifikke membranproteiner muliggjør selektiv transport av molekyler over cellemembranen:
    • Eksempel: Aquaporiner: Danner porer som tillater selektiv passasje av vannmolekyler gjennom cellemembranen. Aquaporiner er svært selektive og kan la vann passere, men ikke ioner eller andre små molekyler. Dette er spesielt viktig i celler som trenger rask vanntransport, som i nyrene.
  • Cellestruktur og mekanisk stabilitet:
    • Membranproteiner spiller en viktig rolle i å forankre cellemembranen til det underliggende celleskjelettet.
    • Dette gir cellen strukturell integritet og mekanisk styrke, noe som er avgjørende for å opprettholde cellens form og motstandsdyktighet mot ytre påkjenninger.
    • Eksempler på slike proteiner inkluderer spektrin og ankyrin, som danner et nettverk under membranen og kobler den til aktinfilamenter i cytoskjelettet.
    • Defekter i disse proteinene kan føre til sykdommer som hereditær sfærocytose, hvor de røde blodcellene mister sin normale form og blir mer skjøre.
  • Celleforankring: Binder celler sammen gjennom adhesjonsmolekyler.
  • Signaloverføring: Membranproteiner som reseptorer kan binde seg til signalmolekyler (f.eks. hormoner) og overføre signalet til cellens indre. (Det står mer om dette litt lenger ned.
  • ATP-produksjon: Proteinkomplekser som ATP-syntase i mitokondriemembranen produserer energi.
Elektrontransportkjeden har slike proteiner:
  • Trinn 1: Elektrontransportkjeden skaper en protongradient ved å pumpe H⁺ over membranen.
  • Trinn 2: ATP-syntase bruker energien fra protongradienten til å syntetisere ATP.

Litt mer om proteiner som hjelper til med signaloverføring

  • Ekstracellulært signalmolekyl:
    • Signalmolekyler (f.eks. hormoner, vekstfaktorer eller nevrotransmittere) binder seg til spesifikke reseptorproteiner på celleoverflaten.
    • Disse signalmolekylene kan være små peptider, steroider eller andre typer molekyler som fungerer som kjemiske beskjeder mellom celler.
  • Reseptorprotein:
    • Reseptorer er proteiner som sitter i plasmamembranen og mottar signalmolekyler fra utsiden av cellen.
    • Når signalmolekylet binder seg til reseptoren, skjer det en konformasjonsendring i reseptorens struktur som aktiverer den.
    • Reseptorene kan være av ulike typer, som ionekanaler, G-protein-koblede reseptorer (GPCR) eller tyrosin-kinase-reseptorer.
  • Intracellulære signalproteiner:
    • Aktiverte reseptorer sender signalet videre ved hjelp av et nettverk av intracellulære signalproteiner.
    • Disse proteinene kan forsterke signalet, omdanne signalet til andre typer beskjeder eller regulere hastigheten på signaloverføringen.
    • De intracellulære proteinene kan inkludere:
      • Enzymer som katalyserer videre biokjemiske reaksjoner.
      • Adapterproteiner som binder og organiserer andre signalproteiner.
    • Signaloverføringen kan skje gjennom kaskader av fosforylering, binding av små GTPase-molekyler eller aktivering av sekundære budbringere som cAMP.
  • Effektorproteiner:
    • Signalet når til slutt bestemte effektorproteiner som utfører den endelige cellulære responsen.
    • De tre hovedtypene av effektorproteiner er:
      • Metaboliske enzymer: Endrer aktiviteten til metabolske prosesser som glykolyse eller fettsyresyntese.
      • Genregulerende proteiner: Regulerer genuttrykk ved å aktivere eller inaktivere spesifikke gener.
      • Cytoskjelettproteiner: Påvirker celleform, bevegelse eller interne strukturer.
  • Cellulære effekter:
    • Avhengig av hvilke effektorproteiner som blir aktivert, kan signaloverføringen resultere i forskjellige celleprosesser:
      • Endret metabolisme: Aktivering eller inhibering av metabolske veier.
      • Endret genuttrykk: Oppregulering eller nedregulering av bestemte gener som påvirker cellevekst, celledeling eller differensiering.
      • Endret celleform eller bevegelse: Påvirker cellemigrasjon, forankring eller form ved å regulere cytoskjelettet.

Hereditær Sfærocytose

  • En genetisk sykdom der det oppstår en defekt i forankringen av cellemembranen til cytoskjelettet.
    • Forårsakes av mutasjoner i gener som koder for membranproteiner som ankyrin eller spektrin.
    • Fører til at røde blodceller får en sfærisk form i stedet for den normale bikonkave formen.
    • Resultatet er redusert membranstabilitet, noe som fører til økt hemolyse (ødeleggelse av røde blodceller) og anemi.