Липиды. Общая характеристика. Биороль

 

Липи́ды (от греч. λίπος, lípos — жир) — широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и по карбоксильной группе.

Используемое ранее определение липидов, как группы органических соединений, хорошо растворимых в неполярных органических растворителях (бензол, ацетон, хлороформ) и практически нерастворимых в воде, является слишком расплывчатым. Во-первых, такое определение вместо чёткой характеристики класса химических соединений говорит лишь о физических свойствах. Во-вторых, в настоящее время известно достаточное количество соединений, нерастворимых в неполярных растворителях или же, наоборот, хорошо растворимых в воде, которые, тем не менее, относят к липидам. В современной органической химии определение термина «липиды» основано на биосинтетическом родстве данных соединений — к липидам относят жирные кислоты и их производные[1]. В то же время в биохимии и других разделах биологии к липидам по-прежнему принято относить и гидрофобные или амфифильные вещества другой химической природы[2]. Это определение позволяет включать сюда холестерин, который вряд ли можно считать производным жирной кислоты.

Суточная потребность взрослого человека в липидах — 70—140 граммов.

Липиды — один из важнейших классов сложных молекул, присутствующих в клетках и тканях животных. Липиды выполняют самые разнообразные функции: снабжают энергией клеточные процессы, формируют клеточные мембраны, участвуют в межклеточной и внутриклеточной сигнализации. Липиды служат предшественниками стероидных гормонов, жёлчных кислот, простагландинов и фосфоинозитидов. В крови содержатся отдельные компоненты липидов (насыщенные жирные кислоты, мононенасыщенные жирные кислоты и полиненасыщенные жирные кислоты), триглицериды, холестерин, эфиры холестерина и фосфолипиды. Все эти вещества не растворимы в воде, поэтому в организме имеется сложная система транспорта липидов. Свободные (неэтерифицированные) жирные кислоты переносятся кровью в виде комплексов с альбумином. Триглицериды, холестерин и фосфолипиды транспортируются в форме водорастворимых липопротеидов. Некоторые липиды используются для создания наночастиц, например, липосом. Мембрана липосом состоит из природных фосфолипидов, что определяет их многие привлекательные качества. Они нетоксичны, биодеградируемы, при определенных условиях могут поглощаться клетками, что приводит к внутриклеточной доставке их содержимого. Липосомы предназначены для целевой доставки в клетки препаратов фотодинамической или генной терапии, а также компонентов другого назначения, например, косметического.

 

Классификация липидов

 

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

Простые липиды

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

Жирные кислоты

Жирные альдегиды

Жирные спирты

Предельные углеводороды с длинной алифатической цепочкой

Сфингозиновые основания

Воски

Сложные липиды

 

Общее строение фосфолипидов

Заместители R1 и R² — остатки жирных кислот, X зависит от типа фосфолипида.

Полярные

Фосфолипиды

Гликолипиды

Фосфогликолипиды

Сфинголипиды

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. Для подробного ознакомления следует перейти по ссылкам, указанным в схеме классификации.

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).

Функция теплоизоляции

Жир — хороший теплоизолятор, поэтому у многих теплокровных животных он откладывается в подкожной жировой ткани, уменьшая потери тепла. Особенно толстый подкожный жировой слой характерен для водных млекопитающих (китов, моржей и др.). Но в то же же время у животных, обитающих в условиях жаркого климата (верблюды, тушканчики) жировые запасы откладываются на изолированных участках тела (в горбах у верблюда, в хвосте у жирнохвостых тушканчиков), в качестве резервных запасов воды, так как вода — один из продуктов окисления жиров.

Структурная функция

Фосфолипиды составляют основу биослоя клеточных мембран, холестерин — регулятор текучести мембран. У архей в состав мембран входят производные изопреноидных углеводородов. Воски образуют кутикулу на поверхности надземных органов (листьев и молодых побегов) растений. Их также производят многие насекомые (так, пчёлы строят из них соты, а червецы и щитовки образуют защитные чехлы).

Регуляторная

Витамины — липиды (A, D, E, K)

Гормональная (стероиды, эйкозаноиды, простагландины и прочие.)

Кофакторы (долихол)

Сигнальные молекулы (диглицериды, жасмоновая кислота; МP3-каскад)

Защитная (амортизационная)

Толстый слой жира защищает внутренние органы многих животных от повреждений при ударах (например, сивучи при массе до тонны, могут прыгать в воду со скал высотой 20-25 м[источник не указан 72 дня]).

Увеличения плавучести

Самые разные организмы — от диатомовых водорослей до акул — используют резервные запасы жира как средство снижения среднего удельного веса тела и, таким образом, увеличения плавучести. Это позволяет снизить расходы энергии на удержание в толще воды.

33. ВЫСШИЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ (ВЖК), натуральные (природные) и синтетич. карбоновые к-ты алифатич. ряда с числом атомов углерода в молекуле не менее 6.Натуральные ВЖК - преим. одноосновные к-ты нормального строения с четным числом атомов углерода в молекуле; м. б. насыщенными и ненасыщенными (с двойными связями, реже с тройными). Кроме карбоксильной группы, они могут содержать др. функц. группы, напр. ОН. Содержатся в животных жирах и растит. маслах в виде сложных эфиров глицерина (т. наз. глицеридов), а также в прир. восках в виде эфиров ВЖС наиб. распространены к-ты с 10-22 атомами углерода в молекуле Получают натуральные ВЖК из жиров и масел. В промети используют преим. высокотемпературный (200-225 oС) гидролиз под давлением (~ 2,50 МПа), реже-кислотный гидролиз в присут. контакта Петрова. В лаб. условиях ВЖК синтезируют кислотным гидролизом в присут. реактива Твитчеля (смесь олеиновой и серной к-т с бензолом), ферментативным (липазным) гидролизом, омылением р-рами гидроксидов металлов I группы с послед. разложением образовавшихся солей (мыл) водными р-рами H2SO4 или НС1.

Насыщенные жирные кислоты

С 4 – С 10 – входят в состав липидов молока,

С 8 – С 14 – масло семян растений семейства Lauraceae, Myristscaceae,

С 16 – С 18 – большинство растительных и животных жиров,

С 20 –С 22 –арахиcное масло,

С 24 – буковый деготь, липиды,

С 26 – воски, шерстяной жир,

С 28 – продукты сухой перегонки бурого угля, воски,

С 30 – пчелиный, карнаубский воски.

1.3. Ненасыщенные кислоты

Характерные особенности природных ненасыщенных жирных кислот:

• неразветвленная цепь атомов углерода,

• в растительных жирных маслах нахождение преимущественно кислот с 18 атомами углерода,

• в жирах наземных животных присутствие жирных кислот с 18 атомами углерода, главным образом олеиновой и ее изомеров,

• в жирах растений и наземных животных найдены жирные кислоты с 1- 4 двойными связями,

• ненасыщенные жирные кислоты растительных жирных масел имеют преимущественно цис-конфигурацию,

• двойные связи жирных кислот часто расположены в молекулах так, что делят их углеродные цепи на части, число атомов углерода в которых кратно трем. В молекулах этих кислот содержатся системы изолированных двойных связей, характеризующихся группировкой –СН = СН – СН2 – СН = СН - Значительно реже встречаются группировки с сопряженными связями –СН = СН – СН = СН –

Атомы углерода нумеруются, начиная с карбоксильной группы,

ω          3    2     1                                                                  

СН3…….СН2 – СН2 – СООН

 

а углерод концевой метильной группы – ω (омега) углерод.

     Для указания = связей, их положения, было принято такое обозначение:

∆ 9 это значит, что двойная связь находится между 9 и 10 атомами углерода,

ω – 3 это значит, что двойная связь между 3 и 4 атомами углерода, если их отсчитывать с ω(омега) конца.

ω – 3, ω – 6, ω – 9 жирные кислоты семейства животного происхождения.

 

 

Роль полиеновых ВЖК.

1. Повышают растворимость ХС (активируют превращения ХС в желчные кислоты, копростанол)

2. Обеспечивают нормальное состояние кровеносных сосудов (способствуют образованию большого количества простациклинов).

3. Эйконол, полученный из ткани морских рыб, содержащих тимнодоновую и докозогексановую кислоты – препарат для лечения атеросклероза.

4. Стимулируют иммунитет (повышают устойчивость к инфекционным заболеваниям, рентгеновскому облучению).

 

Триацилглицеролы.

 простые липиды, представляющие собой эфиры трехосновного спирта глицерола и трех жирных кислот. Основная функция триацилглицеролов в живых организмах – это запасание энергии. Для этого они накапливаются в цитозоле клеток запасающих тканей (например, подкожной клетчатки) в виде мелкодисперсной эмульсии масляных капелек и могут занимать почти весь объем запасающей клетки.

Триацилглицеролы, содержащие остатки одинаковых жирных кислот во всех трех положениях, называют простыми триацилглицеро ламы; их название определяется названием жирной кислоты. Так, например, три-стеароилглицерол, трипальмитоилглице-рол и триолеилглицерол содержат соответственно остатки стеариновой, пальмитиновой и олеиновой кислот. Чаще пользуются тривиальными названиями этих соединений, а именно: тристеарин, трипалъмитин, триолеин.

смешанные – остатки разных жирных кислот.

 

Физико-химические свойства триглицеридов определяются свойствами входящих в их состав жирных кислот. Как правило, животные триацилглицериды содержат больше насыщенных кислот, чем растительные, и поэтому тверже. Состав и качество жира характеризуются особыми параметрами, называемыми химическими константами триглицеридов:
1) йодное число – это количество граммов йода, которое связывается 100 граммами жира. Поскольку йод связывается только с двойными связями жирных кислот, йодное число характеризует степень ненасыщенности жира.
2) кислотное число – количество милиграммов гидрооксида калия, необходимое для нейтрализации 1 грамма жира. Указывает на количество свободных жирных кислот в жире.
3) число омыления.

 

35. Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. В их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодержащие соединения. Общая формула глицерофосфолипидов выглядит так:

 

 

Фосфатидилхолины (лецитины). В отличие от триглицеридов в молекуле фосфатидилхолина одна из трех гидроксильных групп глицерина связана не с жирной, а с фосфорной кислотой. Кроме того, фосфорная кислота в свою очередь соединена эфирной связью с азотистым основанием – холином [НО—СН2—СН2—N+(CH3)3]. Таким образом, в молекуле фосфатидил-холина соединены глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорная кислота и холин.

 

Фосфатидилэтаноламины. Основное различие между фосфатидилхоли-нами и фосфатидилэтаноламинами – наличие в составе последних азотистого основания этаноламина (HO—CH2—CH2—N+H3):

 

Из глицерофосфолипидов в организме животных и высших растений в наибольшем количестве встречаются фосфатидилхолины и фосфатидил-этаноламины. Эти 2 группы глицерофосфолипидов метаболически связаны друг с другом и являются главными липидными компонентами мембран клеток.

Фосфатидилсерины. В молекуле фосфатидилсерина азотистымсоединением служит остаток аминокислоты серина.

 

 

Фосфатидилсерины распространены гораздо менее широко, чем фос-фатидилхолины и фосфоэтаноламины, и их значение определяется в основном тем, что они участвуют в синтезе фосфатидилэтаноламинов.

Фосфатидилинозитолы. Эти липиды относятся к группе производных фосфатидной кислоты, но не содержат азота. Радикалом (R3) в этом подклассе глицерофосфолипидов является шестиуглеродный циклический.

Фосфатидилинозитолы довольно широко распространены в природе. Они обнаружены у животных, растений и микроорганизмов. В животном организме найдены в мозге, печени и легких.