Lipidy funkcjonują jako składniki strukturalne błon komórkowych, a także działają jako rezerwuary energii i cząsteczki sygnałowe. Są one zatem niezbędne dla wszystkich organizmów żywych. Trzy biologicznie ważne klasy lipidów to trójglicerydy, fosfolipidy i steroidy.

Niepolarne i hydrofobowe właściwości lipidów

Lipidy to strukturalnie i funkcjonalnie zróżnicowana grupa węglowodorów – związków składających się z atomów węgla i wodoru. Wiązania węgiel-węgiel i węgiel-wodór są niepolarne, co oznacza, że elektrony między atomami są równo podzielone. Te niepolarne wiązania nadają lipidom ogólną niepolarną charakterystykę. Dodatkowo lipidy są z natury hydrofobowe lub "nienawidzące wody". Oznacza to, że nie tworzą wiązań wodorowych z cząsteczkami wody, co czyni je prawie nierozpuszczalnymi w wodzie, ale rozpuszczalnymi w rozpuszczalnikach organicznych, takich jak chloroform lub benzen.

Trójglicerydy — triester kwasów tłuszczowych i glicerolu

Szkielet węglowodorowy trójglicerydów ma cząsteczkę glicerolu z trzema grupami hydroksylowymi (-OH), z których każda jest połączona z łańcuchem kwasów tłuszczowych. Kwas tłuszczowy to długi łańcuch węglowodorowy z grupą karboksylową (–COOH) na jednym końcu. Grupa karboksylowa kwasu tłuszczowego i grupa hydroksylowa glicerolu tworzą stabilne wiązanie z uwalnianiem cząsteczki wody. Otrzymana cząsteczka nazywana jest estrem (–COOR). Dlatego trójgliceryd to triester glicerolu i trzech kwasów tłuszczowych. Trzy składowe kwasy tłuszczowe mogą być identyczne lub różne i zwykle mają długość 12–18 atomów węgla. Są one nasycone lub nienasycone w zależności od obecności lub braku wiązań podwójnych w łańcuchach węglowodorowych.

Fosfolipidy są integralną częścią błon komórkowych

Fosfolipidy mają kluczowe znaczenie dla komórki, ponieważ tworzą główne składniki błon komórkowych. Są strukturalnie podobne do trójglicerydów, ale zawierają tylko dwa kwasy tłuszczowe - nasycone lub nienasycone - związane z ugrupowaniem glicerolu. Trzecia grupa hydroksylowa glicerolu jest połączona z ujemnie naładowaną grupą fosforanową.

Dodanie do grupy fosforanowej innej grupy funkcyjnej, takiej jak mniejsze cząsteczki polarne, takie jak cholina lub reszta seryny, powoduje zróżnicowane właściwości chemiczne fosfolipidów.

Fosfolipidy są cząsteczkami amfipatycznymi, co oznacza, że mają części, które są hydrofobowe, a inne są hydrofilowe lub "kochające wodę". Kiedy fosfolipidy są dodawane do wody, spontanicznie tworzą dwuwarstwę, cienką warstwę o grubości dwóch cząsteczek fosfolipidów. Ta samoorganizacja ma miejsce, ponieważ głowy polarne są przyciągane przez wodę, podczas gdy hydrofobowe kwasy tłuszczowe są zakopane w środku warstwy, aby uniknąć kontaktu z wodą. Ta dwuwarstwa fosfolipidowa tworzy błonę komórkową we wszystkich organizmach żywych. Dzieli płyny we wnętrzu i na zewnątrz komórki. W dwuwarstwie osadzone są białka i steroidy, inna klasa lipidów. Dodatkowe dwuwarstwy fosfolipidowe mogą dodatkowo dzielić wnętrze komórki eukariotycznej, na przykład lizosom i retikulum endoplazmatyczne.

Sterydy składają się z czterech pierścieni strukturalnych

Sterydy są kolejną biologicznie ważną klasą lipidów składających się z czterech pierścieni węglowych. Różnią się one między sobą w zależności od grup chemicznych przyłączonych do pierścieni węglowych. Chociaż sterydy różnią się strukturalnie od trójglicerydów i fosfolipidów, są one również hydrofobowe i nierozpuszczalne w wodzie. Zmieniają płynność błony komórkowej, a także działają jako cząsteczki sygnałowe w komórce. Cholesterol jest najczęstszym sterydem i jest syntetyzowany w wątrobie. Jest obecny w błonie komórkowej i służy jako prekursor hormonów płciowych u zwierząt.