Строение и классификация липидов

 

Липидами называется сложная смесь органических веществ с близкими физико-химическими свойствами, выделяемая из объектов растительного, животного и микробиологического происхождения.

К липидам относятся природные производные высших жирных кислот, спиртов и альдегидов, связанные сложноэфирной, простой эфирной, амидной и гликозидной связями. По химическому составу липиды обычно делят на простые и сложные.

 

Классификация липидов

 

ЛИПИДЫ

 

 

Простые   Ацилглицерины Воски Эфиры диолов Алькильные липиды Плазмалогены

Жирорастворимые пигменты Стерины Жирорастворимые витамины

Сложные Фосфолипиды Сфинголипиды

 

К простым липидам относят производные одноатомных высших карбоновых кислот и одно- и многоатомных спиртов. Наиболее распространенными и важными представителями простых липидов являются ацилглицерины и воски.

Ацилглицерины (глицериды) - сложные эфиры высокомолекулярных карбоновых кислот и глицерина. Они составляют основную массу липидов (до95-96%) и именно их называют жирами и маслами. В состав жиров, в основном, входят триацилглицериды, (триацилглицерины).

O

H₂C - O - C

R₁

 

O

H C - O - C

R₂

 

O

H₂C - O - C

R₃

Триацилглицерины, молекулы которых содержат одинаковые остатки жирных кислот, называются простыми, в противном случае - смешанными.

Свойства конкретных жиров и масел определяются составом жирных кислот и положением, которые занимают остатки этих кислот и молекулах ацилглициринов. В жирах и маслах обнаружено до 300 карбоновых кислот, наиболее распространенные содержат 12-18 атомов углерода:

 

лауриновая миристиновая пальмитиновая стеариновая олеиновая   линолевая   линоленовая

CH3-(CH2)10- COOH CH3-(CH2)12- COOH CH3-(CH2)14- COOH CH3-(CH2)16- COOH CH3-(CH2)7- CH=CH-(CH2)7- COOH CH3-(CH2)4- CH=CH- CH2- CH=CH -(CH2)7- COOH CH3-(CH2-CH=CH)3- (CH2)7 –COOH

C12 H24 O2 C14 H28 O2 C16 H32 O2 C18 H36 O2 C18 H34 O2   C18 H32 O2   C18 H30 O2

Стеариновая и пальмитиновая кислоты входят в состав практически всех природных жиров и масел. В состав большинства наиболее распространенных масел входят олеиновая, линолевая и линоленовая жирные кислоты. Ненасыщенные кислоты природных жиров и масел имеют, как правило, цис-конфигурацию, т.е. заместители расположены по одну сторону плоскости двойной связи.

Ацилглицерины – жидкости или твердые вещества с низкими (до40 °С) температурами плавления и довольно высокими температурами кипения, с повышенной вязкостью, легче воды, нелетучи.

Животные и растительные жиры обладают различными физическими свойствами и составом. Животные жиры - твердые вещества, в состав которых входит большое количество насыщенных жирных кислот. Растительные масла, как правило, - жидкие вещества, содержащие, в основном, ненасыщенные жирные кислоты (за исключением кокосового и какао-масла). Источником растительных жиров для человека являются -, в основном, масла растительные, орехи. Источником животных жиров являются шпик свиной, сливочное масло.

Содержание липидов в пищевых продуктах, (%)

Подсолнечное масло Орехи Овсяная крупа Гречневая крупа Шпик свиной Сливочное масло Жирная свинина Колбаса Сметана Сыры

- 99,9 - 55-65 - 6,9 - 3,3 - 90-92 - 72-82 - 49 - 20-40 - 30 - 15-30

Восками – называют эфиры высокомолекулярных одноосновных карбоновых кислот (С₁₈ - С₃₀) и одноосновных высокомолекулярных (С₁₆ - С₃₀) спиртов:

 

О

R – CH₂ – O – C

R₁

Они широко распространены в природе, покрывая тонким слоем листья, стебли, плоды растений, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Содержание их в зерне и плодах невелико и составляет десятые и сотые доли процента от массы оболочки.

Фосфолипиды. Молекула фосфолипидов построена из остатков спиртов, высокомолекулярных жирных кислот, фосфорной кислоты, азоистых оснований, аминокислот и некоторых других соединений. Общая формула глицеофосфатов:

 

 

О

Н₂ С – O – C

R₁

О

Н С – O – C

R₂

 

ОН

Н₂ С – O -­­­­­­­ Р = О

 

ОВ

В – это остаток азотистого основания (чаще всего холина) или аминокислоты (серина).

Следовательно, в молекуле фосфолипидов имеются группировки двух типов: гидрофильные и гидрофобные. В качестве гидрофильных (полярных) выступают остатки фосфорной кислоты и азотистого основания, гидрофобных – углеводородные радикалы жирных кислот. В связи с этим фосфолипиды являются хорошими эмульгаторами. Фосфолипиды, выделенные в виде побочных продуктов при получении масел, применяются в хлебопекарной, кондитерской промышленности и при производстве маргарина в качестве поверхностно-активных веществ.

Среди жирорастворимых природных пигментов наиболее распространены каротиноиды и хлорофиллы.

Каротиноиды – растительные красно-желтые пигменты, обеспечивающие окраску ряда жиров, овощей, фруктов, яичного желтка и др. Это углеводороды состава С₄₀ Н₅₆ Группа каротиноидов включает около 65-70 природных пигментов. Помимо красящих свойств отдельные каротиноиды обладают провитаминными свойствами, т. к. они, распадаясь в живом организме, превращаются в витамин А.

Хлорофиллы - придают зеленую окраску растениям. Это сложные соединения, например, α – хлорофилл, имеет следующую формулу С₅₅ Н₇₂ О₅ N₄ Mg.

Стероиды- производные циклопентанопергидрофенантрена, в основе строения которого лежит следующая структура:

 

 

R

CH₃

12 17

11 13 16

С Д

 

 

СН₃ 14 15

1 9

2 10 8

 

А В

3 5 7

НО 4 6

 

Следует выделить две группы стероидов:

- высокомолекулярные спирты – стерины;

- их сложные эфиры. Стерины не растворимы в воде и хорошо растворимы в жирах. Один из наиболее распространенных стеринов – холестерин. Он обнаружен во всех животных липидах, в крови, яичном желтке и практически не присутствует в липидах растений. Еще одним представителем стеринов является – эргостерол. Его химическая формула С₂₈ Н₄₃ ОН. Он содержится в дрожжах, в пшеничном зерне, в плесневых грибах. Из эргостерола, при облучении его ультрафиолетовыми лучами, образуются витамины группы Д.

Липиды как компоненты пищи

 

По своим функциям в живом организме липиды делятся на:

1) структурные - участвуют в построении органелл клетки и мембран – это, главным образом фосфолипиды;

2) запасные – являются энергетическим резервом организма, участвуют в обменных процессах – это в основном ацилглицерины.

 

В организме человека жиры выполняют следующие функции:

1) откладываясь в подкожной ткани, жиры предохраняют организм от переохлаждения;

2) заполняют полости между отдельными органами, предохраняя их от ударов и сотрясений;

3) являются смазочными веществами, выделяясь соответствующими железами, придают коже эластичность;

4) участвуют в процессе обмена веществ в организме.

В состав организма человека жиры входят в среднем в количестве от 7 до 10кг.

Насыщенные жирные кислоты, входящие в состав липидов, такие как пальмитиновая, стеариновая, миристиновая, лауриновая и др. используются организмом, в целом, как энергетический материал.

Особое значение для организма человека имеют полиненасыщенные жирные кислоты, с определенным положением двойной связи и цис-конфигурацией.

Линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организме человека, арахидоновая – синтезируется из линолевой при участии витамина В₆. Поэтому они получили название незаменимых кислот. Линоленовая кислота образует другие полиненасыщенные жирные кислоты. В состав полиненасыщенных жирных кислот семейства омега – 3 входя.: α- линоленовая, эйкозапентаеновая (имеет 5 двойных связей), докозагексаеновая (6 двойных связей) кислоты. Линолевая, γ- линоленовая, арахидоновая кислоты входят в семейство омега-6. Рекомендуемое Институтом питания РАМН соотношение омега-6/ омега-3 кислот в рационе составляет для здорового человека 10:1, для лечебного питания – от 3:1 до 5:1

Они участвуют в построении клеточных мембран, в регулировании обмена веществ в клетках, кровянного давления, агрегации тромбоцитов, способствуют выведению из организма избыточного количества холестерина, предупреждая и ослабляя атеросклероз, повышают эластичность стенок кровеносных сосудов. При отсутствии эссенциальных кислот прекращается рост организма и возникают тяжелые заболевания. Биологическая активность указанных кислот неодинакова. Наибольшей активностью обладает арахидоновая кислота, высокой – линолевая, активность линоленовой кислоты в 8-10 раз ниже линолевой. В последнее время особое внимание привлекают ненасыщенные жирные кислоты семейства омега-3, присутствующие в липидах рыб, особенно северных морей (ставриды, скумбрии, мойвы, палтуса и др.).

Среди продуктов питания наиболее богаты полиненасыщенными кислотами растительные масла, особенно кукурузное, подсолнечное и соевое.

Содержание в них линолевой кислоты достигает 50-60%, крайне мало ее в животных жирах (в говяжьем жире 0,6%). Арахидоновая кислота в продуктах питания содержится в незначительном количестве, а в растительных маслах ее практически нет. В наибольшем количестве арахидоновая кислота содержится в яйцах -0,5%, субпродуктах -0,3%, мозгах -0,5%, свином сале -0,5%.

Показателем качества жировых компонентов пищевых продуктов, отражающим содержание в них полиненасыщенных жирных кислот является коэффициент биологической эффективности.

Принято, что в 100г липидов, необходимых в ежедневном рационе взрослому человеку, на долю насыщенных жирных кислот (НЖК) приходится 20г., на долю полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) – 6 г., на долю олеиновой кислоты (ОК) –35г.

С целью использования этих данных для расчета биологической эффективности липидов различных продуктов питания введено понятие «идеальный» липид, представляющий собой гипотетический продукт, содержащий НЖК, ПНЖК и ОК в необходимой пропорции, коэффициент биологической эффективности которого равен 1.

Подобно химическому скору для белков скор для липидов определяется как отношение количества конкретной фракции (F₀₁ –НЖК, F₀₂-ПНЖК, F ₀₃- олеиновой кислоты) в исследуемом образце к количеству этой же фракции в «идеальном» липиде.

 

Fij

Cij = --------------; j=1,3

Foj

где Cij-скор для липидов по каждой конкретной фракции;

Fij- содержание фракции в исследуемом липиде; г;

Foj - содержание фракции в идеальном липиде; г.

Коэффициент использования липидов или коэффициент биологической эффективности рассчитывается по следующей формуле

3 Cik

Ψi = ---------------------; k= 1,3

Σ Cij

где Ψi- коэффициент биологической эффективности липи дов;

Сik - скор по минимальному уровню любой из фракций;

Cij - скор для липидов по каждой фракции.

Наименьшая величина скора по любой из фракций липидов пищевого продукта используется в формуле на основе положения об усвоении липидов по минимальному уровню любой из фракций т.е., если Ci₁ < Ci₂ < Ci₃ то все жирнокислотные фракции усваиваются на уровне Ci₁ , а избыток каждой фракции, равный (Ci₂ - Ci₁ ) и (Ci₃ – Ci₁ ), депонируется в организме или поступает на его энергетические нужды.

Для предложенного гипотетического липида Ciк = Ci₁ = Ci₂ = Ci₃ , а коэффициент биологической эффективности липидов Ψ = 1.

Фосфолипиды, являющиеся составной частью липидов, также играют важную роль в питании. Входя в состав клеточных оболочек, они имеют существенное значение для их проницаемости и обмена веществ между клетками и внеклеточным пространством. Основной представитель фосфолипидов – лецитин участвует в регулировании холестеринового обмена в организме. Потребность в фосфолипидах 5-10г. в сутки.

Стерины выполняют важную функцию в организме человека – участвуют в образовании ряда биологически активных жидкостей организма: гормонов, желчных кислот, витамина Д. Наиболее важную роль играет холестерин. Выведению избытка холестерина из кишечника способствуют пищевые волокна. Холестерин – незаменимый материал для формирования каждой живой клетки, обеспечивающий необходимую эластичность, прочность и проницаемость наружных клеточных мембран. Без холестерина практически исключен синтез важнейших гормонов, в частности половых. Большая часть его также используется для образования желчи печенью, а некоторое количество – для синтеза витамина Д.

Концентрация холестерина в крови возрастает, когда организм оказывается в неблагоприятных условиях (стресс) т.е. он выполняет защитную функцию. Он расходуется на срочный «ремонт» клеточных мембран.

Если надолго снижается нормальная концентрация холестерина в крови, то интенсивнее разрушаются эритроциты, может развиваться малокровие. В сутки организм получает 0,5 г. холестерина и, примерно, столько же его выводится из организма. 70-80 % необходимого организму холестерина синтезируется в печени и других тканях. Если нарушается баланс холестерина, возникает заболевание атеросклероз - отложение холестерина на стенках кровеносных сосудов. Как показали последние исследования, атеросклероз возникает не только и не столько от избытка холестерина в пище, сколько от недостатка в ней веществ – антиоксидантов препятствующих окислению липидов. Избыток липоперекисей и является причиной отложения холестерина на стенках артерий, аорты. Антиоксидантами являются витамины Р, С, Е, РР, некоторые витамины группы В, полифенолы, серосодержащие аминокислоты, селен.

В пищевом рационе должны сочетаться жиры как растительного, так и животного происхождения. Лучше всего если в суточном рационе предусматривается содержание 70 % животных и 30% растительных жиров. Это значит, что при норме потребления 100-105 г жиров в день, 70-75 г должны быть животными и 30г растительными. А наилучшим соотношением жирных кислот в рационе будет следующее: 10% - полиненасыщенных, 30%- насыщенных и 60%- мононенасыщенных.

По современным представлениям наиболее целесообразно использовать в каждый отдельный прием жиры, имеющие сбалансированный состав, а не потреблять жировые продукты различного состава в течение суток.

Итак, жиры необходимы в питании, как энергетический и структурный материал. Однако, избыток жиров в питании нежелателен, т.к. нарушается обмен холестерина, усиливаются свертывающие свойства крови, возникают условия способствующие развитию ожирения, желчнокаменной болезни, атеросклероза. При недостатке жиров: нарушается деятельность центральной нервной системы, снижается иммунитет, сокращается продолжительность жизни.