Общая характеристика и классификация липидов

I. ЛИПИДЫ - органические вещества, характерные для живых организмов, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях (сероуглероде, хлороформе, эфире, бензоле), дающих при гидролизе высокомолекулярные жирные кислоты. Они не являются в отличие от белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов, не являются высокомолекулярными сединениями, их структура весьма разнообразна, они имеют лишь один общий признак – гидрофобность.

В организме липиды выполняют следующие функции:

1. энергетическая - являются резервными соединениями, основной формой запаса энергии и углерода. При окислении 1 г нейтральных жиров (триацилглицеролов) выделяется около 38 кДж энергии;

2. регуляторная – липидами являются жирорастворимые витамины и производные некоторых жирных кислот, которые участвуют в обмене веществ.

3. структурная - являются главными структурными компонентами клеточных мембран, образуют двойные слои полярных липидов, в которые встраиваются белки-ферменты;

4. защитная функция:

Ø защищает органы от механических повреждений;

Ø участвует в терморегуляции.

Образование запасов жира в организме человека и некоторых животных рассматривается как приспособление к нерегулярному питанию и к обитанию в холодной среде. Особенно большой запас жира у животных, впадающих в длительную спячку (медведи, сурки) и приспособленных к обитанию в условиях холода (моржи, тюлени). У плода жир практически отсутствует, и появляется только перед рождением.

По структуре липиды можно подразделит на три группы:

Ø простые липиды – к ним относятся только эфиры жирных кислот и спиртов. Сюда относятся: жиры, воски и стериды;

Ø сложные липиды – в их состав входят жирные кислоты, спирты и другие компоненты различного химического строения. К ним относятся фосфолипиды, гликолипиды и т.д.;

Ø производные липидов – это в основном жирорастворимые витамины и их предшественники.

В тканях животных жиры находятся в частично свободном состоянии, в большей степени они составляют комплекс с белками.

По химическому составу, строению и функции, выполняемой в живой клетке липиды подразделяются на:

II. Простые липады – соединения, состоящие только из жирных кислот и спиртов. Они делятся на нейтраольные ацилглицериды (жиры) и воска.

Жиры – запасные вещества, накапливаающиеся в очень больших количествах в семеных и плодах многих растений, входят в состав организма человека, животных, микробов и даже вирусов.

По химическому строению жиры – смесь сложных эфиров (глицеринодов) трехатомного спитра глицерина и высокомолекулярных жирных кислот – построены по типу:

СН 2 -О-С-R 1

СН 2 -О-С-R 3

где R 1 , R 2 , R 3 – радикалы высокомолекулярных жирных кислот.

Жирные кислоты представляют собой длинноцепочечные монокарбоновый кислоты (содержат от 12 до 20 углеродных атомов).

Жирные кислоты, входящие в состав жиров, разделяются на насыщенные (не содержат двойных углерод-углеродных связей) и ненасыщенные или непридельные (содержат одну и более двойную углерод-углеродную связь). Ненасыщенные жирные кислоты подразделяются на:

1. мононенасыщенные – содержат одну связь:

2. полиненасыщенные – содержат больше чем одну связь.

Из насыщенных кислот наибольшее значение имеют:

пальмитиновая (СН 3 – (СН 2) 14 – СООН)

стеариновая (СН 3 – (СН 2) 16 – СООН);

наиболее важные из ненасыщенных жирных кислот – олеиновая, линолевая и линоленовая.

СН 3 – (СН 2) 7 – СН = СН– (СН 2) 7 – СООН – олеиновая кислота

СН 3 –(СН 2) 4 –СН= СН – СН 2 – СН = СН – (СН 2) 7 – СООН – линолевая кислота

СН 3 –СН 2 –СН=СН–СН 2 –СН=СН–СН 2 –СН=СН–(СН 2) 7 – СООН – линоленовая

Свойства жиров определяются качественным составом жирных кислот, их количественным соотношением, процентным содержанием свободных, несвязанных с глицерином жирных кислот и т.п.

Если в составе жира преобладают насыщенные (предельные) жирные кислоты, то жир имеет твердую консистенцию. Напротив в жидких жирах преобладают непридельные (ненасыщенные) кислоты. Жидкие жиры называют маслами.

Показателем насыщенности жира служит йодное число – количество миллиграмм йода, способного присоединиться к 100 г жира по месту разрыва двойных связи в молекулах непридельных кислот. Чем больше в молекуле жира двойных связей (выше его ненасыщенность), тем выше его йодное число.

Другой важный показатель – число омыления жира. При гидролизе жира образуются глицерин и жирные кислоты. Последние со щелочами образуют слои, называемые мылами, а процесс их образования называется омыления жиров.

Число омыления – количество КОН (мг), идущего на нейтрализацию кислот, образующихся при гидролизе 1 г жира.

Особенностью жиров является их способность к образованию в определенных условиях водных эмульсий, что важно для питания организма. Примером такой эмульсии служит молоко – секрет молочных желез млекопитающих и человека. Молоко представляет собой тонкую эмульсию жира молока в его плазме. В 1 мм 3 молока содержится до 5-6 млн. молочных жировых шариков диаметром около 3 мкм. Липиды молока состоят преимущественно из триглицеридов, в которых преобладают олеиновая и пальметиновая кислоты.

Полиненасыщенные жирные кис(лоты олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая) называют незаменимыми (эссенциальными), т.к. они необходимы человеку. Полиненасыщенные жирные кислоты способствуют выделению из организма холестерина, предупреждая и ослабляя атеросклероз, повышают эластичность кровеносных сосудов.

Благодаря тому, что в ненасыщенных жирных кислотах есть двойные связи, они очень легко окисляются. Процесс окисления жира может идти сам по себе за счет присоединения кислорода воздуха по месту двойных связей, однако он может значительно ускоряться под влиянием фермента липоксигеназы.

Воски – сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и одноатомных спиртов с длинной углеродной цепью. Это твердые соединения с ярко выраженными гидрофобными свойствами. Жирные кислоты в них содержат от 24 до 30 углеродных атомов, а высокомолекулярные спирты – 16-30 атомов углерода.

R 1 – CH 2 – O – CO – R 2

Основная функция природных восков – образование защитных покрытий на листьях, стеблях и плодах растений, которые предохраняют плоды от высыхания и поражения микроорганизмами. Под покровом из пчелиного воска хранится мед и развиваются личинки пчелы. Ланолин - воск животного происхождения предохраняет волосы и кожу от действия воды

Стериды – сложные эфиры циклических спиртов (стеролов) и высших жирных кислот. Они образуют омыляемую фракцию липидов.

Омыляемую фракцию липидов образуют стеролы.

II. Сложные липиды

Фосфатиды (фосфолипиды ) – жиры, содержащие в своем составе фосфорную кислоту, связанную с азотистым основанием или другим соединением (В ).

СН 2 -О-С-R 1

СН 2 -О- Р = О

Если В представляет собой остаток холина, то фосфатид называется лецитином; если коламином – кофалином. В зерне и семенах преобладает лецитин, кефалин сопровождает его в небольших количествах.

Липиды обеспечивают нормальное функционирование всех систем организма. Именно они являются тем гарантированным запасным веществом, посредством которого в непредвиденных ситуациях может выжить человек.

Жиры – это строительные блоки, необходимые для образования многих важных для организма человека структур и соединений. Липиды в большинстве своем являются сложными эфирами жирных кислот и различных по химическому составу спиртов. Если рассматриваются простые жиры, то имеются в виду такие элементы в их структуре, как углерод, водород и кислород. Функции липидов в организме многообразны. Без этих соединений немыслима отлаженная работа каждого органа в рамках сложной системы человеческого метаболизма.

Липиды являются органическими соединениями, не смешивающимися с водным раствором, содержащимися в клетках, которые выполняют многообразные функции.

Жиры – это соединения глицерина с жирными кислотами. Иначе их называют триглицеридами.

Жиры животного и растительного характера содержат разные виды жирных кислот, строение которых различно. Этим определяется такая характеристика, как агрегатное состояние: твердое или жидкое. Также состав жирных кислот обусловливает и иные физические и химические качества.

Все виды обменных процессов в клетках человека, протекающие с участием липидов, можно условно поделить на 3 общие группы:

• процесс, при котором расщепляется и всасывается жир в желудочно-кишечном тракте;
• процесс, когда продукты расщепления превращаются в иные органические вещества;
• процесс выделения конечных продуктов как результата распада жиров.

При попадании жиров в отделы кишечника наблюдается их расщепление до глицерина и жирных кислот. Потом эти вещества просачиваются через стенки органа и снова переходят в жиры, забираемые клетками крови. Они транспортируют липиды к тканям, где они работают как энергетические и строительные материалы.

Сложные жирные кислоты в слизистой оболочке кишечника становятся триглицеридами и фосфолипидами, которые проходят по лимфе и крови как небольшие капли. Таким образом, они имеют в некотором роде сложные строительные функции, при реализации которых поступают к клеткам, где происходит их основной процесс биохимического превращения. Фосфолипиды участвуют в создании мембран клеток, триглицериды движутся к циклу бета-окисления, где после отдачи энергии распадаются, пройдя дополнительно соответствующие стадии, на Н2О и СО2. Одновременно из жиров образуются кетоновые тела (типа ацетона).

Жиры имеют многие уникальные свойства. Одна их важнейшая характеристика в том, что эти соединения поддаются практически полной утилизации. Поступающие с пищей элементы жирных кислот выходят из организма человека только в объеме 5% (так, в испражнениях и моче находятся остатки жирных кислот и кетоновых тел). Жиры, остающиеся в тканях и органах, преобразуются в сложные соединения глицерина и жирных кислот.

Существуют также резервные липиды. Их свойства и строение практически не отличается от структуры простых липидов, но они имеют несколько другие функции.

Животные жиры – это сложные соединения, содержащие большой процент жирных кислот, имеющих насыщенную форму. В состав растительных жиров входят ненасыщенные кислоты.

Свойства жиров определяют их биологическую ценность. Намного полезнее жиры, имеющие большой процент ненасыщенных жирных кислот в своей структуре. А самую большую ценность для организма человека представляет наличие полиненасыщенных жирных кислот. Это так называемые эссенциальные, практически незаменимые жирные кислоты для нормального функционирования всех систем.

Все функции соединений липидной природы в организме человека можно разделить на две группы:

• энергетическая;
• структурно-пластическая.

Жиры обеспечивают организм энергией. При окислении 1 кг этих соединений выделяются 9 ккал энергии. Если сравнивать аналогичные процессы разложения углеводов и белков, то они являются менее емким. Разрушение таких же количеств этих органических соединений дает всего 4 ккал. Такое положение дел сделало липиды основным резервным материалом, используемым организмом после болезни, а также после вынужденного голодания (как строительные кирпичики, составляющие основу здания).

С другой стороны, липиды – это сложные соединения, содержащиеся в клеточных и межклеточных мембранах. Они поддерживают строение клеточных структур, то есть играют очень важную роль в процессе образования новых клеток, и тем самым выполняют структурно-пластическую функцию.

Липиды переносят все виды жирорастворимых витаминов, таких как А, D, Е, К. Так реализуется еще одна их функция – транспортная.

Также они ответственны за направление потоков нервных сигналов. Липиды являются важными компонентами миелиновых оболочек нервных волокон, обеспечивают соответствующее строение каждой нервной клетки и отростков нервных окончаний.

Жиры принимают активное участие в процессе синтеза половых гормонов и витамина D. Необходимы они для образования тромбопластина и миелина нервных тканей, желчной кислоты, простагландина. Жиры являются, по сути дела, теми кладовыми, которые дают такой важный продукт для организма, как стероидные гормоны.

Согласно утверждениям ученых, жировая прослойка также участвует в гуморальной регуляции функций организма. Вследствие этого мужские половые стероидные гормоны могут преобразовываться в женские.

Жиры предотвращают потери тепла, когда человек попадает в некомфортные условия. Так проявляется еще одна функция – регулирование термобаланса организма.

Кожа человека состоит практически из липидов, которые придают ей, так же, как и стенкам сосудов, и всем внутренним органам, определенную эластичность. Кроме того, жиры принимают участие в синтезе необходимых для организма соединений, которые предохраняют от воздействия неблагоприятных условий. В этом состоит их защитная функция.

Эта характеристика не совсем полная, но основные качества здесь указаны. Вдобавок стоит отметить, что при поступлении в организм избыточного количества жира, он откладывается как соответствующий «стратегический» запас в жировой ткани. Вот почему, например, у спортсменов нормальным количеством жира считается его наличие не менее 10-12% от общего веса тела.

Жиры в разных органах и системах

Благодаря существованию нейтральных жиров человек имеет дополнительный источник энергии. Фактически окисление жиров дает организму около пятидесяти процентов энергетического потенциала. Липиды во всех системах человека составляют до 20%, являясь при этом источником эндогенной воды (иначе ее называют “метаболическая”). Такое качество этих соединений является одним из важнейших для поддержания жизненного тонуса.

Так, жиры, откладывающиеся в подкожной клетчатке, имеют такие свойства и являются тем источником энергии, который предоставляет возможность организму сохранять тепло при попадании в экстремальные условия. Те же, что накапливаются возле внутренних органов, создают защиту от механических повреждений. Жир также может депонироваться в клетках печени, а также мышц.

Функции мембранных липидов

Строение мембран предполагает наличие двух составляющих: белков и непосредственно липидов. Даже те десять процентов от всей структуры мембраны, что составляют углеводы, представлены их соединениями: гликолипидами и гликопротеинами.

Важнейшей особенностью мембранных липидов является их огромное разнообразие, достигаемое за счет включения в их состав молекул белков и углеводов. Скорее всего, причиной этому может быть то большое количество функций, которое выполняют эти жировые субстанции.

Какие виды мембранных липидов существуют

Все мембранные липиды в зависимости от выполняемых задач делятся на следующие виды:

• глицерорфосфолипиды – имеют самое большое распространение;
• фосфосфинголипиды;
• гликоглицеролипиды;
• гликосфинголипиды;
• стеролы – присутствуют практически во всех мембранах живых организмов: растений, животных и микробов;
• минорные компоненты.

Особенности и многообразие функций мембранных липидов

То, что разные по назначению мембраны обладают и различными по своим характеристикам липидами, до сих пор до конца не исследовано. Какие здесь срабатывают механизмы, неизвестно. У каждой мембраны бывает около ста разных липидных образований.

При этом существуют определенные факторы, которые и влияют на липидный состав мембраны. Липидная смесь всегда создает слой. Именно благодаря такой пространственной организации могут реализовываться все функции мембранных липидов, нередко требующие дополнительного участия белков.

Существуют липиды, способствующие стабилизации порядком искривленных участков мембраны, созданию связи между мембранами или комбинированию белков, поскольку форма жировых молекул благоприятствует необходимой упаковке бислоя на определенных точках мембраны.

Некоторые липиды являются важнейшими биологическими регуляторами. Максимально исследован вопрос о роли регуляторных процессов производной фосфатидилинозитола в мембранах клеток эукариот.

Часть липидов активизирует процесс, способствующий усилению реакций биосинтеза. К примеру, клетки Е. coli фосфатидилглицерол обеспечивает глицерофосфатным фрагментом при биосинтезе периплазматических олигосахаридов. Существуют также липиды, поддерживающие уровень активности некоторых ферментов.

Подробнее о липидах

Для тех, кто имеет желание более подробно и наглядно познакомиться с функциями мембранных липидов и их важнейшей ролью для организации работы всех систем и органов человека, включая строение клетки и межклеточного пространства, существует такой способ подачи информации, как презентация.

В ее разделах, как правило, помещены сведения о сложных жирах и эфирах, таблица с наиболее распространенной классификацией жиров и их свойств, несколько сложных биохимических схем, где размещены наиболее сложные формулы липидов, их строение, места расположения в клетках, указано, как происходит обмен липидов, каким должно быть соотношение липидов и белков.

Презентация, как правило, является возможностью увидеть более полную картину важности такого рода жиров для человека, и по-настоящему оценить, какую огромную роль играют эти незаменимые жировые субстанции.

Подготовка такого информационного материала, как презентация, может иметь много различных направленностей в зависимости от конечной цели ознакомления с материалом, представленным в ее содержании.

Часто при рассмотрении особенностей взаимодействия липидов с различными химическими элементами звучит вопрос: “Перечислите характерные функции важнейших органов человека, которые не могут осуществляться без расщепления жировых клеток”. На самом деле, таких функций практически нет. Поскольку присутствие липидов можно наблюдать в любом клеточном пространстве организма, именно благодаря этим соединениям и происходит слаженная работа всех систем.

Эти соединения, кроме всего прочего, обеспечивают своего рода синергетические процессы в различных важнейших органах человека, связанные с выработкой гормонов роста. Таким образом, без липидов невозможно правильно настроить функции организма на выполнение задач по обеспечению жизненно важных органов своевременным питанием.

Глава II. ЛИПИДЫ

§ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ

Липиды представляют собой неоднородную группу химических соединений, нерастворимых в воде, но хорошо растворимых в неполярных органических растворителях: хлороформе, эфире, ацетоне, бензоле и др., т.е. общим их свойством является гидрофобность (гидро – вода, фобия – боязнь). Из-за большого разнообразия липидов дать более точное определение им невозможно. Липиды в большинстве случаев являются сложными эфирами жирных кислот и какого-либо спирта. Выделяют следующие классы липидов: триацилглицерины, или жиры, фосфолипиды, гликолипиды, стероиды, воска, терпены. Различают две категории липидов – омыляемые и неомыляемые. К омыляемым относятся вещества, содержащие сложноэфирную связь (воска, триацилглицерины, фосфолипиды и др.). К неомыляемым относятся стероиды, терпены.

Триацилглицерины, или жиры

Триацилглицерины являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина

и жирных (высших карбоновых) кислот. Общая формула жирных кислот имеет вид: R-COOH, где R – углеводородный радикал. Природные жирные кислоты содержат от 4 до 24 атомов углерода. В качестве примера приведем формулу одной из наиболее распространенной в жирах стеариновой кислоты:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH

В общем виде молекулу триацилгицерина можно записать так:

Если в состав триациоглицерина входят остатки различных кислот (R 1 R 2 R 3), то центральный атом углерода в остатке глицерина становится хиральным.

Триацилглицерины неполярны и вследствие этого практически нерастворимы в воде. Основная функция триацилглицеринов – запасание энергии. При окислении1 гжира выделяется 39 кДж энергии. Триацилглицерины накапливаются в жировой ткани, которая, кроме депонирования жира, выполняет термоизолирующую функцию и защищает органы от механических повреждений. Более подробную информацию о жирах и жирных кислотах вы найдете в следующем параграфе.

Интересно знать! Жир, которым заполнен горб верблюда, служит, в первую очередь, не источником энергии, а источником воды, образующейся при его окислении.

Фосфолипиды

Фосфолипиды содержат гидрофобную и гидрофильную области и поэтому обладают амфифильнымы свойствами, т.е. они способны растворяться в неполярных растворителях и образовывать стойкие эмульсии с водой.

Фосфолипиды в зависимости от наличия в их составе спиртов глицерина и сфингозина делятся на глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды .

Глицерофосфолипиды

В основе строения молекулы глицерофосфолипидов лежит фосфатидная кислота, образованная глицерином, двумя жирными и фосфорной кислотами:

В молекулах глицерофосфолипидов к фосфатидной кислоте сложноэфирной связью присоединена НО-содержащая полярная молекула. Формулу глицерофосфолипидов можно представить так:

где Х – остаток НО-содержащей полярной молекулы (полярная группировка). Названия фосфолипидов образуются в зависимости от наличия в их составе той или иной полярной группировки. Глицерофосфолипиды, содержащие в качестве полярной группировки остаток этаноламина,

HO-CH 2 -CH 2 -NH 2

носят название фосфатидилэтаноламинов, остаток холина

– фосфатидилхолинов, серина

– фосфатидилсеринов.

Формула фосфатидилэтаноламина выглядит так:

Глицерофосфолипиды отличаются друг от друга не только полярными группами, но и остатками жирных кислот. В их состав входят как насыщенные (состоящие обычно из 16 – 18 атомов углерода), так и ненасыщенные (содержащие чаще 16 – 18 атомов углерода и 1 – 4 двойные связи) жирные кислоты.

Сфингофосфолипиды

Сфингофосфолипиды по составу сходны с глицерофосфолипидами, но вместо глицерина содержат аминоспирт сфингозин:

или дигидросфингазин:

Наиболее распространенными сфингофосфолипидами являются сфингомиелины. Они образованы сфингозином, холином, жирной кислотой и фосфорной кислотой:

Молекулы как глицерофосфолипидов, так и сфингофосфолипидов состоят из полярной головы (образована фосфорной кислотой и полярной группировкой) и двух углеводородных неполярных хвостов (рис.1). У глицерофосфолипидов оба неполярных хвоста являются радикалами жирных кислот, у сфингофосфолипидов – один хвост является радикалом жирной кислоты, другой – углеводородной цепочкой спирта сфингазина.

Рис. 1. Схематическое изображение молекулы фосфолипида.

При встряхивании в воде фосфолипиды спонтанно формируют мицеллы , в которых неполярные хвосты собираются внутри частицы, а полярные головы располагаются на ее поверхности, взаимодействуя с молекулами воды (рис. 2а). Фосфолипиды способны образовывать также бислои (рис. 2б) и липосомы – замкнутые пузырьки, окруженные непрерывным бислоем (рис. 2в).

Рис. 2. Структуры, образуемые фосфолипидами.

Способность фосфолипидов, образовывать бислой, лежит в основе формирования клеточных мембран.

Гликолипиды

Гликолипиды содержат в своем составе углеводный компонент. К ним относятся гликосфинголипиды, содержащие, кроме углевода спирт, сфингозин и остаток жирной кислоты:

Они так же, как и фосфолипиды, состоят из полярной головы и двух неполярных хвостов. Гликолипиды располагаются на внешнем слое мембраны, являются составной частью рецепторов, обеспечивают взаимодействие клеток. Их особенно много в нервной ткани.

Стероиды

Стероиды являются производными циклопентанпергидрофенантрена (рис. 3). Один из важнейших представителей стероидов – холестерин . В организме он встречается как в свободном состоянии, так и в связанном, образуя сложные эфиры с жирными кислотами (рис. 3). В свободном виде холестерин входит в состав мембран и липопротеинов крови. Сложные эфиры холестерина являются его запасной формой. Холестерин является предшественником всех остальных стероидов: половых гормонов (тестостерон, эстрадиол и др.), гормонов коры надпочечников (кортикостерон и др.), желчных кислот (дезоксихолевая и др.), витамина D (рис. 3).

Интересно знать! В организме взрослого человека содержится около 140 г холестерина, больше всего его находится в нервной ткани и надпочечниках. Ежедневно в организм человека поступает 0,3 – 0,5 г холестерина, а синтезируется – до 1 г.

Воска

Воска – это сложные эфиры, образованные длинноцепочечными жирными кислотами (число атомов углерода 14 – 36) и длинноцепочечными одноатомными спиртами (число атомов углерода 16 – 22). В качестве примера рассмотрим формулу воска, образованного олеиновым спиртом и олеиновой кислотой:

Воска выполняют главным образом защитную функцию, находясь на поверхности листьев, стеблей, плодов, семян они защищают ткани от высыхания и проникновения микробов. Они покрывают шерсть и перья животных и птиц, предохраняя их от намокания. Пчелиный воск служит строительным материалом для пчел при создании сот. У планктона воск служит основной формой запасания энергии.

Терпены

В основе терпеновых соединений лежат изопреновые остатки:

К терпенам относятся эфирные масла, смоляные кислоты, каучук, каротины, витамин А, сквален. В качестве примера приведем формулу сквалена:

Сквален является основным компонентом секрета сальных желез.

Классификация липидов, как и других соединений биологической природы, -- весьма спорный и проблематичный процесс. Предлагаемая ниже классификация хоть и широко распространена в липидологии, но является далеко не единственной. Она основывается, прежде всего, на структурных и биосинтетических особенностях разных групп липидов.

Простые липиды

Простые липиды -- липиды, включающие в свою структуру углерод (С), водород(H) и кислород(O).

Примеры жирных кислот: миристиновая (насыщенная жирная кислота) и миристолеиновая (мононенасыщенная кислота) имеют 14 атомов углерода.

• · Жирные кислоты -- алифатические одноосновные карбоновые кислоты с открытой цепью, содержащиеся в этерифицированной форме в жирах, маслах и восках растительного и животного происхождения.
• · Жирные альдегиды -- высокомолекулярные альдегиды, с числом атомов углерода в молекуле выше 12.
• · Жирные спирты -- высокомолекулярные спирты, содержащие 1-3 гидроксильные группы
• · Предельные углеводороды с длинной алифатической цепочкой
• · Сфингозиновые основания
• · Воски -- сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов.

Сложные липиды

Сложные липиды -- липиды, включающие в свою структуру помимо углерода(С), водорода(H) и кислорода(О) другие химические элементы. Чаще всего: фосфор(Р), серу(S), азот(N).

Общее строение фосфолипидов Заместители R 1 и R? -- остатки жирных кислот, X зависит от типа фосфолипида.

• · Полярные
• · Фосфолипиды -- сложные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот, содержащие остаток фосфорной кислоты и соединённую с ней добавочную группу атомов различной химической природы.
• · Гликолипиды -- сложные липиды, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами.
• · Фосфогликолипиды
• · Сфинголипиды -- класс липидов, относящихся к производным алифатических аминоспиртов.
• · Мышьяколипиды
• · Нейтральные
• · Ацилглицериды
• · Триглицериды (Жиры)
• · Диглицериды
• · Моноглицериды
• · Церамиды
• · Эфиры стеринов
• · N-ацетилэтаноламиды

Оксилипиды

• · Оксилипиды липоксигеназного пути
• · Оксилипиды циклооксигеназного пути

Строение

Молекулы простых липидов состоят из спирта, жирных кислот, сложных -- из спирта, высокомолекулярных жирных кислот, возможны остатки фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и др. Строение липидов зависит в первую очередь от пути их биосинтеза.

Биологические функции

Энергетическая (резервная) функция

Многие жиры, в первую очередь триглицериды, используются организмом как источник энергии. При полном окислении 1 г жира выделяется около 9 ккал энергии, примерно вдвое больше, чем при окислении 1 г углеводов (4.1 ккал). Жировые отложения используются в качестве запасных источников питательных веществ, прежде всего животными, которые вынуждены носить свои запасы на себе. Растения чаще запасают углеводы, однако в семенах многих растений высоко содержание жиров (растительные масла добывают из семян подсолнечника, кукурузы, рапса, льна и других масличных растений).

Почти все живые организмы запасают энергию в форме жиров. Существуют две основные причины, по которым именно эти вещества лучше всего подходят для выполнения такой функции. Во-первых, жиры содержат остатки жирных кислот, уровень окисления которых очень низкий (почти такой же как у углеводородов нефти). Поэтому полное окисление жиров до воды и углекислого газа позволяет получить более чем в два раза больше энергии, чем окисление той же массы углеводов. Во-вторых, жиры гидрофобные соединения, поэтому организм запасая энергию в такой форме, не должен нести дополнительной массы воды необходимой для гидратации, как в случае с полисахаридами, на 1 г которых приходится 2 г воды. Однако триглицериды это «более медленный» источник энергии, чем углеводы.

Жиры запасаются в форме капель в цитоплазме клетки. У позвоночных имеются специализированные клетки -- адипоциты, почти полностью заполненные большой каплей жира. Также богатым на триглицериды являются семена многих растений. Мобилизация жиров в адипоцитах и клетках прорастающих семян, происходит благодаря ферментам липазы, которые расщепляют их до глицерола и жирных кислот.

У людей наибольшее количество жировой ткани находится под кожей (так называемая подкожная клетчатка), особенно в районе живота и молочных желез. Лицу с лёгким ожирением (15-20 кг триглицеридов) таких запасов может хватить для обеспечения энергией в течение месяца, в то время как всего запасного гликогена хватит менее чем на сутки.

Липиды – это органические вещества, которые плохо растворимыили нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях; они являются настоящими или потенциальными эфирами жирных кислот.

Содержание липидов в организме человека составляет в среднем 10-20% от массы тела. Липиды можно условно разделить на два вида: протоплазматические и резервные. Протоплазматические (конституционные) входят в состав всех органов и тканей. Они составляют примерно 25% всех липидов организма и практически остаются на одном уровне в течение всех жизни. Резервные липиды запасаются в организме и количество их меняется в зависимости от различных условий.

Биологическое значение липидов в организме велико. Так, они обнаружены в составе всех органов и тканей. Наибольшее количество (до 90%) содержится в жировой ткани. В мозге липиды составляют половину массы органа.

Функции липидов в организме:

Ø Энергетическая – наряду с углеводами являются основным энергетическим топливом клетки. При сжигании 1 г липидов выделяется 38,9 кДж (или 9,3 ккал).

Ø Структурная – липиды (фосфолипиды, гликолипиды) вместе с белками входят в состав биологических мембран.

Ø Защитная – функция механической защиты, роль которой выполняет подкожная жировая клетчатка.

Ø Терморегуляторная – реализация этой функции осуществляется благодаря двум аспектам: а) жир плохо проводит тепло, поэтому является теплоизолятором; б) при охлаждении организма на генерирование тепла за счёт выделения энергии расходуются липиды.

Ø Регуляторная – ряд гормонов (половые, гормоны коры надпочечников) являются производными липидов.

Ø Липиды являются источником ненасыщенных высших жирных кислот – витамина F , одного из незаменимых факторов питания.

Ø Жир является источником эндогенной воды в организме. При окислении 100 г липидов образуется 107 г воды.

Ø Липиды выполняют функцию естественных растворителей. Они обеспечивают всасывание в кишечнике незаменимых жирных кислот и жирорастворимых витаминов.

Классификация липидов

Все липиды делятся на 2 группы: омыляемые и неомыляемые .

Различают два класса омыляемых липидов: простые и сложные липиды. Простые липиды получили свое название вследствие того, что состоят только из атомов С, Н и О. К ним относятся две группы соединений: нейтральные жиры и воски.

Простые липиды

К этой группе относятся вещества, представляющие собой сложные эфиры спиртов и высших жирных кислот. Из спиртов в составе липидов имеются: глицерин, олеиновый спирт и циклический спирт – холестерин.

Триацилглицерины (ТАГ) (триглицериды, нейтральные жиры). Являются сложными эфирами глицерина и трех молекул высших жирных кислот. ТАГ – основные компоненты аподоцитов жировой ткани, являющейся депо нейтральных жиров в организме человека и животных.

ТАГ имеют следующую структуру:

где R 1 , R 2, R 3 – остатки насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

Поскольку глицерин - это трехатом­ный спирт, жирные кислоты могут образовывать сложноэфир ные связи в трех местах. Соответственно в тканях организма встречаются моноацилглицериды, диацилглицериды и триацил глицериды.

Атомы углерода в молекуле глицерина пронумерованы в со­ответствии со стереохимической номенклатурой. Существует много различных типов триацилглицеридов, которые отлича­ются природой трех остатков жирных кислот, присоединенных к глицерину сложноэфирной связью. Если во всех трех поло­жениях находятся остатки одной и той же жирной кислоты, то такие триацилглицериды называются простыми . В этом слу­чае названия их определяются названием соответствующей жирной кислоты. Примерами простых триацилглицеридов мо­гут служить тристеароилглицерин (три остатка стеариновой кислоты в составе), трипальмитоилглицерин. Триацилглицери­ды, в составе которых содержатся остатки двух или трех раз­ных жирных кислот, называются смешанными.

Температура плавления нейтральных жиров (ТАГ) зависит от жир­но-кислотного состава. Она повышается с увеличением числа и длины жирно-кислотных компонентов. К примеру, при 20°С тристеарин и трипальмитин являются твердыми веществами, а триолеин и трилинолеин - жидкостью. Надо отметить, что три­ацилглицериды полностью нерастворимы в воде, так как в их составе отсутствуют полярные группы. Что касается диацил- и моноацилглицеридов, то они обладают полярностью вследствие наличия свободных гидроксильных групп. Поэтому они частич­но взаимодействуют с водой. Триацилглицериды растворимы в диэтиловом эфире, бензоле, хлороформе. Большинство нейтраль­ных жиров в организме животных содержит в своем составе преимущественно остатки пальмитиновой, стеариновой, олеи­новой и линолевой жирных кислот. При этом состав нейтраль­ного жира из различных тканей одного и того же организма может существенно различаться. Так, подкожный жир человека более богат насыщенными жирными кислотами, чем жир пе­чени, содержащий больше ненасыщенных жирных кислот.

Жиры масла и молока содержат наибольшее количество короткоцепочечных жирных кислот.

Жирные кислоты – это алифатические карбоновые кислоты. Они служат своеобразными строительными блоками для большинства липидов. В настоящее время из живых организмов выделено свыше 70 жирных кислот. Их можно разделить на две группы: 1) насыщенные жирные кислоты и 2) ненасыщенные жирные кислоты.

Из насыщенных жирных кислот в организме чаще встречаются пальмитиновая, стеариновая и реже – лигноцериновая, имеют в своем составе 24 углеродных атомов. Жирные кислоты, содержащие 10 и меньше атомов угле­рода редко встречаются в составе липидов живот­ных. Из ненасыщенных жирных кислот наиболее широко представлены в организме кислоты, состоящие из 18 углеродных атомов. К ним относятся олеиновая (имеет одну двойную связь), линолевая (две двойных связи), линоленовая (три двойных связи) и арахидоновая (имеет четыре двойных связи) кислоты. Линолевая и линоленовая в организме не синтезируются , и поэтому относятся к незаменимым факторам питания и должны регулярно поступать с пищей – растительными маслами, где они составляют до 95%.

В жирах человека преобладают пальмитиновая, миристиновая и в меньшем количестве стеариновая кислота, а из ненасыщенных – олеиновая, линолевая и линоленовая.

Физико-химические свойства липидов определяются свойствами входящих в их состав жирных кислот. Так, насыщенные жирные кислоты имеют высокую температуру плавления и соответственно животные жиры, состоящие в основном из этих кислот, плавятся при более высокой температуре. Жиры, в которых преобладают ненасыщенные кислоты (растительные масла), имеют более низкую температуру плавления. Ненасыщенность жирных кислот существенно влияет на их свойства. С увеличением числа двойных связей снижается тем­пература плавления жирных кислот, возрастает их раство­римость в неполярных растворителях и они более легко вступают в реакции, чем насыщенные. Так, ненасыщенные кислоты могут присоединять различные атомы по месту двойных связей. В организме олеиновая кислота, имеющая двойную связь, присоединяет два атома водорода и превращается в стеариновую. Все ненасыщенные жир­ные кислоты, встречающиеся в природе, при комнатной тем­пературе - жидкости.

Простагландиды – это производные жирных кислот с 20 углеродными атомами, имеющие в своем составе циклопентановое кольцо. Простагландины встречаются во всех тканях млекопитающих и обладают разнообразным биологическим действием. В настоящее время известно несколько групп простагландинов: A, B, E, F, I, D, H, G. Среди них преобладают простагландины F 2 и F 2α , предшественником которых является арахидоновая кислота. У человека все клетки и ткани, за исключением эритроцитов, синтезируют простагландины.

Механизм действия простагландинов на клетки до конца не выяснен. Биологическое действие простагландинов в организме заключается в следующем:

• Влияние на сердечно-сосудистую систему – увеличение кровотока путем общего расширения сосудов с уменьшением периферического сопротивления. Кроме того, простагландины регулируют агрегацию тромбоцитов (простагландины группы F – ускоряют, а группы I – ингибируют).

• Влияние на водно-электролитный обмен. Все простагландины усиливают ионный поток через мембраны эпителиальных клеток.

• Влияние на нервную систему. Простагландины оказывают седативное и транквилизирующее действие, являются антагонистами противосудорожных препаратов.

• Влияние на желудочно-кишечный тракт. Простагландины тормозят секрецию желудка и поджелудочной железы, усиливают моторику кишечника.

• Влияние на репродуктивную систему.

Простагландины участвуют в воспалительном процессе, усиливая его в очаге воспаления. Ингибиторами образования простагландинов является ацетилсалициловая кислота и другие салицилаты. Аспирин инактивирует фермент, катализирующий превращение арахидоновой кислоты в простагландины. Этим объясняется противовоспалительное действие аспирина.

Воски – это сложные эфиры жирных кислот и высших одноатомных или двухатомных спиртов. Число углеродных атомов у таких спиртов составляет от 16 до 22. Это твердые вещества, выполняют в основном защитные функции. К воскам относятся так называемые природные воски , т.е. те, которые синтезируются живыми организмами (пчелиный воск; ланолин – воск, входящий в состав жира, покрывающий шерсть; воск, покрывающий листья растений).

Сложные липиды

В класс сложные липиды входят три группы соединений: фосфолипиды, гликолипиды и сульфолипиды.

Фосфолипиды – сложные липиды, содержащие фосфор. Кроме фосфорной кислоты в их молекулах присутствуют спирты, жирные кислоты, азотистые основания и некоторые другие соединения. Фосфолипиды имеют важное значение для организма: составляют основу биологических мембран, содержатся в большом количестве в нервной ткани (ткань мозга на 60-70% состоит из фосфолипидов), их много в печени и сердце.

В зависимости от входящего в их состав спирта они подразделяются на глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды.

Глицерофосфолипиды . Об­щая структурная формула глицерофосфолипидов включает в себя остаток спирта - глицерина, гидроксильные группы которого у первого и второго углеродных атомов образуют сложные эфир­ные связи с жирными кислотами. Гидроксильная группа у тре­ тьего углеродного атома образует сложноэфирную связь с остат­ ками фосфорной кислоты. Обычно к остатку фосфорной кисло­ ты присоединено какое-то азотсодержащее вещество (холина, серина, этаноламина). Общая фор­ мула глицерофосфолипидов выглядит следующим образом:

где R 1 – насыщенная жирная кислота, R 2 – ненасыщенная жирная кислота, R 3 – азотистое основание, которое дает название отдельным представителям глицерофосфатидов: так, холин дал название – фосфатидилхолину (лецитин); серин – фосфатидилсерину; этаноламин – фосфатидилэтаноламину (кефалин).

Простейшим глицерофосфолипидом является фосфатидная кислота . В тканях организма она содержится в незначительных коли­чествах, однако является важным промежуточным соединени­ем в синтезе триацилглицеридов и фосфолипидов. Наиболее широко представлены в клетках различных тканей фосфатидилхолин (лецитин) и фосфатидилэтаноламин (кефалин). У них к остатку фосфорной кислоты присоединены аминоспирты - холин и этаноламин. Эти два глицерофосфолипида метаболи­чески тесно связаны друг с другом. Они являются главными липидными компонентами большинства биологичес­ких мембран. В тканях находятся и другие глицерофосфолипиды. В фосфатидилсерине фосфорная кислота этерифицирована гидроксильной группой серина, а в фосфатидилинозите - шестиатомным спиртом - инозитом.

Производное фосфатидилинозита - фосфатидилинозит-4,5-бисфосфат является важным компонентом биологических мем­бран. При стимуляции соответствующим гормоном он расщеп­ляется. Продукты его расщепления (диацилглицерид и ипозитолтрифосфат) служат в качестве внутриклеточных мессснджеровдействия гормонов.

С глицерофосфолипидами метаболически очень тесно свя­заны лизофосфолипиды. Вих составе содержится только один остаток жирной кислоты. Примером может служить лизофосфатидилхолин, который играет важную роль в метаболизме фосфолипидов.

Сфингофосфолипиды . Они содержат в своем составе двухатомный ненасыщенный спирт сфингозин.

Представителем этой группы соединений, широко распространенным в организме является сфингомиелин. В его состав входят сфингозин, остаток жирной кислоты, остаток фосфорной кислоты и холин. Сфингомиелин обнаружен в мембранах растительных и животных клеток. Особенно богата сфингофосфолипидами нервная ткань, в частности мозг.

Роль фосфолипидов:

• Участвуют в образовании мембран.

• Влияют на функции мембран – избирательную проницаемость, реализацию внешних воздействий на клетку.

• Формируют гидрофильную оболочку липопротеинов, способствую транспорту гидрофобных липидов.

Характерной особенностью фосфолипидов является их дифильность, т. е. способность растворяться как в водной среде, так и в нейтральных липидах. Это обусловлено наличием у фосфолипидов выраженных полярных свойств. При рН 7,0 их фосфатная группа всегда несет отрицательный заряд.

Остаток серина в молекуле фосфатидилсерина содержит альфа-амино- и карбоксильную группы. Следовательно, при рН 7,0 молекула фосфатидилсерина имеет две отрицательно и одну положительно заряженных группы и несет суммарный отри­цательный заряд. В то же время радикалы жирных кислот в со­ставе фосфолипидов не имеют электрического заряда в вод­ной среде и таким образом являются гидрофобной частью мо­лекулы фосфолипида. Наличие полярности за счет заряда по­лярных групп обусловливает гидрофильность. Поэтому на по­верхности раздела масло - вода фосфолипиды располага­ются таким образом, чтобы полярные группы находились в вод­ной фазе, а неполярные группы - в масляной. За счет этого в водной среде они образуют бимолекулярный слой, а при дости­жении некоторой критической концентрации - мицеллы.

На этом основано участие фосфолипидов в построении биологических мембран. Обработка находящегося в водной среде дифильного липида ультразвуком приводит к образова­нию липосом. Липосома - замкнутый липидный бислой, внутри которого оказывается часть водной среды. Липосомы находят применение в клинике, косметологии в качестве своеобразных контейнеров для переноса лекарств, питательных веществ к оп­ределенным органам и для комбинированного дей­ствия на кожу.

Гликолипиды – это сфинголипиды, содержащие углеводы.

Гликолипиды широко представлены в тканях. Особенно богаты ими миелиновые оболочки нервов. В состав гликолипидов входит спирт – сфингозин. Гликолипиды не содержат фосфорной кислоты. Молекулы их имеют полярные, гидрофильные углеводные группы (чаще всего D-галактозу).

Различают две группы гликолипидов: цереброзиды и ганглиозиды.

Цереброзиды : в состав молекулы входит спирт сфингозин, связанный сложноэфирной связью с остатком жирной кислоты (нервоновая, цереброновая, лигноцериновая) – этот комплекс называется церамид . Углеводная часть цереброзида представлена D-галактозой, которая присоединена к сфингозину. Обнаруженные в цереброзидах жирные кислоты необычны в том отношении, что они содержат 24 атома углерода. Чаще встречаются нервоновая, цереброновая и лигноцериновая кислоты. В состав цереброзидов других тканей (кроме, нервной ткани) вместо галактозы может входить глюкоза.

Ганглиозиды имеют сложное строение. В состав молекулы помимо сфингозина, входит олигосахарид, содержащий остатки глюкозы и галактозы, а также одна или несколько молекул сиаловых кислот (производные аминосахаров).

Сиаловые кислоты - это производные аминосахаров. Доми­нирующими в составе ганглиозидов являются N-ацетилглюкозамин и N-ацетилнейраминовая кислота.

Ганглиозиды обнаруживаются обычно на внешней поверхности клеточных мембран, особенно нервной.

Отмечено распределение цереброзидов и ганглиозидов в ткани мозга. Если в составе белого вещества преобладают цереброзиды, то в составе серого вещества – ганглиозиды.

Сульфолипиды – это гликолипиды, содержащие остаток серной кислоты.

Сульфолипиды (сульфатиды) имеют структуру, аналогичную цереброзидам, с той лишь разницей, что у 3-го углеродного атома галактозы вместо гидроксильной группы присоединен остаток серной кислоты.

Липопротеиды – комплексы липидов с белками. По строению это небольшого размера сферические частицы, наружная оболочка которых образована белками (что позволяет им передвигаться по крови), а внутренняя часть – липидами и их производными. Основная функция липопротеидов – транспорт по крови липидов. В зависимости от количества белка и липидов липопротеиды подразделяются на хиломикроны, липопротеиды очень низкой плотности (ЛПОНП) – пре-β-липопротеины, липопротеиды низкой плотности (ЛПНП) - β-липопротеины и липопротеиды высокой плотности (ЛПВП) –α-липопротеины.

Неомыляемые липиды

Неомыляемые липиды не гидролизуются щелочью с освобождением жирных кислот. Известны два основных типа неомыляемых липидов – высшие спирты и высшие углеводороды.

Высшие спирты

К высшим спиртам относятся холестерин и жирорастворимые витамины – А, D, E.

Стерины – это группа высокомолекулярных циклических спиртов, образующих с жирными кислотами сложные эфиры – стериды. Представителем стеринов является холестерин (одноатомных циклический спирт), впервые выделенный из желчных камней Э. Конради в 17 веке.

Холестерин является производным циклопентанпергидрофенантрена, содержащего три конденсированных циклогексановых колец, с которыми соединено циклопентановое кольцо.

Холестерин является кристаллическим нерастворимым в воде веществом, способным растворяться в органических растворителях.

Холестерин находится во всех клетках организма. Холестерин – один из главных компонентов плазматической мембраны и липопротеинов плазы крови, часто находится в организме в этерифированной форме (в виде эфиров жирных кислот) и служит исходным соединением для синтеза всех стероидов, функционирующих в организме (гормоны коры надпочечников, половые гормоны, витамин D 3). В растениях холестерин не обнаружен .

В организме холестерин выполняет важные функции:

• Является предшественником многих биологически важных соединений: желчных кислот, стероидных гормонов, витамина Д, глюкокортикоидов и минералокортикоидов;

• Входит в состав клеточных мембран;

• Повышает устойчивость эритроцитов к гемолизу;

• Служит своеобразным изолятором для нервных клеток, обеспечивая проведение нервных импульсов.

Высшие углеводороды

Высшие углеводороды – производные изопрена. К числу липидных компонентов, которые встречаются в клетках ив сравнительно небольшом количестве, относятся терпены . Их молекулы построены путем объединения нескольких молекул пятиуглеродного углеводорода – изопрена. Терпены, содержащие в своем составе две изопреновые группировки, называются монотерпенами, а содержащие три – секвитерпенами.

В растениях обнаружено большое количество моно- и секвитерпенов. Многие из них придают растениям свойственный им аромат и служат главными компонентами душистых масел, получаемых из таких растений. К группе высших терпенов принадлежат каротиноиды (предшественники витамина А). Природный каучук является политерпеном.