Какими химическими элементами образованы липиды. Вещества сложного строения

Наравне с белками, углеводами и нуклеиновыми кислотами большое значение для всех живых организмов имеют также и липиды. Это органические соединения, выполняющие важные биологические функции. Поэтому постоянное пополнение организма ими просто необходимо для нормальной жизнедеятельности. Что же они представляют собой с точки зрения химии и какие липиды в клетке выполняют функции, узнаем из этой статьи.

Липиды: общее понятие

Если давать общую характеристику рассматриваемым соединениям, то можно сказать, что липиды - это сложные жироподобные молекулы, которые включают в свой состав гидрофильную и гидрофобную часть.

Проще говоря, все и животного происхождения, воски, холестерины, многие гормоны, терпены - это все липиды. Просто данным термином обозначают всю совокупность подобных по свойствам соединений. Все они - нерастворимые в воде, но растворимые в органических неполярных веществах соединения. На ощупь маслянистые.

Состав липидов с точки зрения химии достаточно сложный и зависит от того, о каком конкретно соединении идет речь. Поэтому данный вопрос рассмотрим отдельно.

Классификация

Распределить все липиды на группы можно по разным признакам. Одной из самых распространенных классификаций является основанная на способности молекул к гидролизу. По данной характеристике выделяют две большие группы органических жиров.

1. Омыляемые - те, что подвергаются гидролизу и разлагаются на составные части. Примеры: воски, фосфолипиды, эфиры стеринов, нейтральные жиры.
2. Неомыляемые - те, что гидролизу не подвергаются. К ним относятся терпены, стерины, жирорастворимые витамины (A, D, E, K), холестерин, эстрадиол, тестостерон и прочие.

Существует и другой признак классификации рассматриваемых веществ - количество входящих в состав компонентов. Так, выделяют:

• двухкомпонентные, или простые (жиры и воски растений);
• многокомпонентные, или сложные (фосфолипиды, гликолипиды, орнитинолипиды и прочие).

Вообще липиды в клетке выполняют функции очень важные, ведь они являются прямыми или косвенными участниками всех жизненно необходимых процессов. Поэтому разнообразие их очень велико.

Состав липидов

С химической точки зрения в состав молекулы жироподобных веществ входят два основных компонента:

• гидрофобная составляющая;
• гидрофильная.

Так как липидов очень много, то и примеров обеих частей также немало. Для понимания химического состава соединения приведем примеры.

Какие соединения являются гидрофобными составляющими молекул липидов?

1. Высшие жирные кислоты (ВЖК).
2. Высшие спирты.
3. Высшие альдегиды.

Гидрофильные компоненты молекул следующие:

• глицерин;
• аминодиолы;
• углеводы;
• фосфорная и серная кислоты;
• аминоспирты;
• аминокислоты.

Различные сочетания перечисленных компонентов, удерживающиеся друг возле друга за счет ионных, ковалентных взаимодействий, сил электростатического притяжения и водородных связей, формируют все многообразие маслянистых, нерастворимых в воде соединений, известных под общим названием липиды.

Строение и свойства

Свойства липидов объясняются их химическим строением. Так, если в состав входит непредельная высшая и глицерин, то жир будет проявлять характерные особенности кислоты и спирта трехатомного. Если в составе альдегид, значит, реакции будут те, что характерны для кето-группы.

Поэтому взаимосвязь свойств и химического строения молекулы совершенно очевидна. Единственные общие для всех видов жиров характеристики - это:

• растворимость в бензоле, гексане, хлороформе и других неполярных растворителях;
• жирность или маслянистость на ощупь.

Преобразование в клетке

Те липиды, которые выполняют в организме функцию запасного питательного вещества, источника энергии, относятся к нейтральным жирам. По классификации рассматриваемых веществ это будут смеси триацилглицеринов. Гидрофобные, нерастворимые в воде, неполярные соединения, представляющие собой образование из глицерина и трех молекул высших карбоновых кислот.

Именно эти липиды и подвергаются обработке в клетках живых организмов. Что это за преобразования? Это процесс гидролиза специальными ферментами, именуемыми липазами. В результате полного расщепления образуется молекула глицерина и жирные кислоты. Они затем снова с током крови поступают в клетки и подвергаются дальнейшей переработке - происходит синтез липидов в клетке, уже иного строения.

Существует несколько высших жирных кислот, которые являются незаменимыми для человека, так как самостоятельно в клетках не образуются. Это:

• олеиновая;
• линолевая;
• линоленовая.

Для нормального поддержания уровня липидов необходимо употреблять продукты, богатые этими кислотами: мясо, рыба, яйцо, мясо птицы, зелень, орехи, творог и прочие, зерновые.

Роль липидов в клетке

Каково же значение жиров для организма? Липиды в клетке выполняют функции:

• резервно-энергетическую;
• структурную;
• сигнальную;
• защитную.

Каждая из них крайне важна для поддержания нормальной жизнедеятельности каждого живого существа.

Особенное значение имеют те, что образованы непредельными кислотами, так как они незаменимы. Они участвуют в образовании особых молекул простагландинов, которые, в свою очередь, являются регуляторами многих процессов. Также именно свойства липидов этой группы позволяют нейтрализовать холестерин и предотвратить развитие атеросклероза.

Резервно-энергетическая и структурная функция

Триацилглицерины или - это основной источник энергии для многих внутренних органов (печени, почек, мышц). При расщеплении 1 грамма липидов высвобождается 9,3 ккал тепла, что значительно превышает соответствующий показатель при распаде углеводов и белков.

Поэтому в момент голодания для организма жиры - это источник жизненных сил и энергии. Липиды в клетке выполняют функции структурные, так как входят в состав мембран клеток. Это такие молекулы, как:

• гликолипиды;
• фосфолипиды;
• холестерол.

Такой липид, как фосфатидилхолин является обязательным структурным звеном клеток печени. Поэтому резервная функция жиров - это их запасание в отдельных частях организма. Энергетическая - это расщепление в случае необходимости с высвобождением энергии. А структурная заключается в том, что именно из липидов строятся некоторые звенья клеток и тканей.

Сигнальная и защитная

Сигнальная функция липидов заключается в том, что многие из них являются переносчиками важных сигналов из клетки и внутрь нее. Это такие жиры, как:

• фосфатидилинозитол;
• эйкозаноиды;
• гликолипиды.

Они связываются с гормонами и обеспечивают быструю в клетку и из нее. Также жиры обеспечивают регуляции многих функций, которые осуществляемых клетками.

Защитная роль липидов заключается в том, что масса подкожного жира обеспечивает термо- и теплоизоляцию, а также механическую защиту внутренних органов от повреждений. У человека (женщин) главная концентрация жира во время беременности - область живота. Что также является приспособлением для защиты плода от ударов, столкновений и прочих воздействий.

Кроме того, фосфолипиды выполняют важную роль, активируя белки и гормоны, работающие при свертывании крови. Так как этот процесс также является защитным приспособлением организма, то и функция жиров в этом случае такая же.

Липиды – органические вещества, которые: 1) плохо растворимы или нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях;2) являются настоящими или потенциальными эфирами жирных кислот; 3)усваиваются и используются живыми организмами.

1. Резервные липиды (жиры жировых депо) – кол-во и состав непостоянны, зависят от режима питания и физического состояния организма.

2. Структурные липиды - их кол-во и состав в организме строго постоянны, генетически обусловлены и в норме не зависят от режима питания, функционального состояния организма.

Классификация липидов по химическому строению:

Функции простых липидов :

1. Энергетическая функции (основное Энергетическое топливо клетки) . Преимущества жиров в качестве источников энергии перед углеводами: 1) большая теплотворная способность (1 г ТАГ – 9,3 ккал, а 1г углеводов – 4 ккал). 2) из-за гидрофобности жир откладывается про запас в безводной среде, а значит, он занимает меньший объем. В результате запасов липидов хватает на месяц жизни без пищи, а углеводов – только на сутки.

2. Терморегуляторная функция благодаря: а) жир плохо проводит тепло, поэтому жировая клетчатка хороший теплоизолятор; б) при охлаждении организма на генерирование тепла за счет выделения энергии расходуются все те же ацилглицеролы.

3. Защитная функция (Механическая защита подкожной жировой клетчатки).

4. Источники эндогенной воды в организме . При окислении 100 г ацилглицеролов образуется 107 г воды.

5. Функция естественных растворителей . Ацилглицеролы обеспечивают всасывание в кишечнике незаменимых ЖК и жирорастворимых витаминов.

6. Предшественники эйкозаноидов .

7. Воска выполняют защитные функции

Функции фосфолипидов :

1) главные компоненты биомембран (особенно лецитин, кефалин)

2) фосфатидилинозит-4,5-бисфосфат (производное фосфотидилинозита) – предшественник важных вторичных посредников – ДАГ и ИФ3

3) регуляторы активности ферментов (фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, сфингомиелин активируют или ингибируют активность ферментов, катализирующих процессы свертывания крови).

4) ряд гормонов (половые, гормоны коры надпочечников) являются производными липидов

5) детергенты кишечника и желчного пузыря (важным компонентом желчи и мицелл, образуемых в ходе переваривания пищи).

6) источник арахидоновой кислоты - предшественника эйкозаноидов

7) обеспечивают прикрепление белков к мембране (некоторые внеклеточные белки прикрепляются к внешней стороне плазматической мембраны за счет образования ковалентных связей с фосфатидилинозитолом: щелочная фосфатаза, липопротеин липаза, холинэстераза).

8) принимают участие в формировании транспортных форм других липидов;

9) могут выполнять энергетическую функцию

10) являются компонентом сурфактанта легких

Функции гликолипидов в организме :

Функции неомыляемых липидов :

1) холестерол – один из основных компонентов биомембран и ЛП, исходное соединение для синтеза ряда стероидных гормонов.

2) к неомыляемым липидам относятся жирорастворимые витамины (А, Д, Е, К)

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.

Липиды являются производными жирных кислот, спиртов, построенных с помощи сложноэфирной связи. В липидах также встречается простая эфирная связь, фосфоэфирная связь, гликозидная связь. Липидами называют сложную смесь органических соединений с близкими физико-химическими свойствами.

Липиды нерастворимы в воде (гидрофобны), но хорошо растворимы в органических растворителях (бензине, хлороформе). Различают липиды растительного происхождения и животного происхождения. В растениях накапливается в семенах и плодах, больше всего в орехах (до 60 %). У животных липиды концентрируются в подкожных, мозговой, нервных тканях. В рыбе содержится 10-20 % , в мясе свинины до 33 %, в мясе говядины 10 % липидов.

По строению липиды разделяют на две группы:

- простые липиды

- сложные липиды .

К простым липидам относят сложные (жир и масло) или простые (воск) эфиры высших жирных кислот и спиртов.

Строение жиров и масел можно представить общей формулой:

СН 2 - О – СО - R 1

СН – О - СО – R 2

СН 2 - О – СО - R 3

Где: радикалы жирных кислот - R 1 , R 2 , R 3.

Сложные липиды имеют в своем составе соединения, содержащие атомы азота, серы, фосфора. В эту группу относят фосфолипиды. Они представлены фосфотидной кислотой , которая содержат только фосфорную кислоту, занимающую место одного из остатков жирных кислот, и фосфолипидами, в состав которых входят три азотистых основания. Азотистые основания присоединяются к остатку фосфорной кислоты у фосфотидной кислоты. Фосфотидилэтаноламин содержит азотистое основание этаноламин НО - СН 2 – СН 2 - NH 2 . Фосфотидилхолин содержит азотистое основание холин [НО- СН 2 – (СН 3) 3 N]+(ОН), это вещество называют лецитин. Фосфотидилсерин содержит аминокислоту серин НО- СН(NH 2) – СООН.

Сложные липиды содержат остатки углеводов – гликолипиды , остатки белков – липопротеиды , спирт сфингозин (вместо глицерина) содержат сфинголипиды .

Гликолипиды выполняют структурные функции, входят в состав клеточных мембран, в состав клейковины зерна. Чаще всего в составе гликолипидов встречаются моносахариды D- галактоза, D – глюкоза.

Липопротеиды входят в состав клеточных мембран, в протоплазму клеток, влияют на обмен веществ.

Сфинголипиды участвуют в деятельности центральной нервной системы. При нарушении обмена и функционирования сфинголипидов развиваются нарушения в деятельности центральной нервной системы.

Наиболее распространены простые липиды – ацилглицнриды. В состав ацилглицеридов входят спирт глицерин и высокомолекулярные жирные кислоты. Наиболее распространены среди жирных кислот насыщенные кислоты (не содержащие кратных связей) пальмитиновая (С 15 Н 31 СООН) и стеариновая (С 17 Н 35 СООН) кислоты и ненасыщенные кислоты (содержащие кратные связи): олеиновая с одной двойной связью (С 17 Н 33 СООН), линолевая с двумя кратными связями (С 17 Н 31 СООН), линоленовая с тремя кратными связями (С 17 Н 29 СООН). Среди простых липидов главным образом встречаются триацилглицериды (содержат три одинаковых или различных остатка жирных кислот). Однако простые липиды могут быть представлены в виде диацилглицеридов и моноацилглицеридов.

В составе жиров преимущественно находятся насыщенные жирные кислоты. Жиры имеют твердую консистенцию и повышенную температуру плавления. Содержатся преимущественно в липидах животного происхождения. Масла содержат в основном ненасыщенные жирные кислоты, имеют жидкую консистенцию и низкую температуру плавления. Содержатся в липидах растительного происхождения.

Восками называют сложные эфиры, в состав которых входит один высокомолекулярный одноатомный спирт с 18 - 30 атомами углерода, и одна высокомолекулярная жирная кислота с 18 – 30 атомами углерода. Воска встречаются в растительном мире. Воск покрывает очень тонким слоем листья, плоды, предохраняя их от переувлажнения, высыхания, воздействия микроорганизмов. Содержание воска невелико и составляет 0,01 - 0,2 %.

Среди сложных липидов распространены фосфолипиды. В составе фосфолипидов имеются заместители двух типов: гидрофильные и гидрофобные. Гидрофобными выступают радикалы жирных кислот, а гидрофильными - остатки фосфорной кислоты и азотистые основания. Фосфолипиды участвуют в построении мембран клетки, регулируют поступление в клетку питательных веществ.

При извлечении липидов из масличного сырья в масло переходят различные жирорастворимые соединения: фосфолипиды, пигменты, жирорастворимые витамины, стеролы и стерины. Извлекаемая смесь называется «сырой жир». При очистке (рафинировании) растительных масел практически все компоненты, сопутствующие маслам удаляются, что значительно снижает пищевую ценность масла.

Из жирорастворимых пигментов следует отметить группу каротиноидов – предшественников витамина А. По химической природе это углеводороды. Это вещества красно-оранжевого цвета. Хлорофилл – зеленый краситель растений.

Стероиды это циклические соединения, имеющие структуру пергидроциклопентанофенантрена. Из стероидов большое влияние на человека оказывает холистерин. Он участвует в обмене гормонов, желчных кислот.

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.