Общие признаки, функции, классификация
МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ
Кафедра химической технологии
высокомолекулярных соединений
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
для студентов специальностей
49 01 01, 49 01 02, 91 01 01
ЛИПИДЫ И ИХ ОБМЕН
Могилев 2005
УДК 577.15.820
Рассмотрен и рекомендован к изданию кафедрой
химической технологии высокомолекулярных соединений
Протокол № __ от ___________ 2005 г.
Рассмотрен и рекомендован к изданию секцией выпускающих кафедр
Протокол № _ от ____________2005 г.
Составитель доцент Макасеева О.Н.,
ст. преподаватель Ткаченко Л.М.
Оформление
графического материала
Рецензент доцент
Ó УО «Могилевский государственный университет продовольствия»
Содержание
1 Липиды
1.1 Общие признаки, функции, классификация.
1.2 Жирные кислоты
1.3 Омыляемые липиды
1.3.1 Простые липиды
1.3.1.1 Триацилглицеролы (жиры)
1.3.1.2 Воски
1.4 Прогоркание жиров
1.5 Сложные липиды
1.5.1 Фосфолипиды
1.5.1.1 Глицерофосфолипиды
1.5.1.2 Сфингофосфолипиды
1.5.2 Гликолипиды
1.6 Неомыляемые липиды
1.6.1 Терпены
1.6.2 Стероиды
1.7 Биологические мембраны
Метаболизм жиров
2.1 Переваривание и всасывание жиров
2.2 Окисление жиров
2.2.1 Окисление глицерина
2.2.2 Окисление жирных кислот
2.3 Синтез жира
3 Метаболизм фосфолипидов
3.1 Распад (катаболизм) фосфолипидов
3.2 Синтез фосфолипидов
Липиды
Общие признаки, функции, классификация
Липиды ( от греч. lipos – жир ) представляют собой группу природных органических соединений, различающихся по своей химической структуре и функциям. Однако, они характеризуются следующими общими признаками: нерастворимостью в воде, растворимостью в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензоле), содержанием высших жирных кислот и гидрофобностью. Многие липиды, однако, содержат как минимум одну полярную группу, которая может служить местом связывания с другими компонентами.
В организме липиды выполняют пять основных функции:
1.Энергетическая. Являются резервными соединениями, основной формой запасания энергии и углерода. При окислении 1г нейтральных жиров (триацилглицеролов) выделяется около 38 кДж энергии.
2. Защитная. Липиды (воски) образуют защитные водоотталкивающие покровы растений, их семян и плодов, и термоизоляционные прослойки у животных организмов.
3. Структурная. Являются главными структурными компонентами клеточных мембран.
4. Поставщик метаболитов–липиды служат предшественниками ряда других биологически активных веществ–витамина Д, стероидных гормонов, желчных кислот, каротиноидов, стеролов и т.д.
5. Регуляторная: 1) производными жирных кислот являются простоглондины–гормоны местного действия. От свойств и структуры мембранных липидов во многом зависит активность мембраносвязанных ферментов; 2) липидами являются жирорастворимые витамины и провитамины (каротины, стеролы), обладая высокой биологической активностью, эти вещества оказывают регулирующее влияние на обмен веществ.
Существует несколько классификаций липидов. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на структурных особенностях липидов и их способности к гидролизу.
Липиды извлекают из любого растительного материала в виде сложной смеси, и в зависимости от способов и приемов экстрагирования, вида растворителя, различают следующие группы липидов (рисунок 1).
1. Свободные липиды, извлекаемые неполярными безводными растворителями (чаще всего используют диэтиловый эфир). При этом в эфирный экстракт переходит не только собственно жир, но и примесь к нему других липидов: свободных высших жирных кислот, высших спиртов, фосфатидов, стеролов, восков, хлорофилла, каротиноидов, жирорастворимых витаминов, т. е. в экстракте находится так называемый сырой жир. В настоящее время принято сырой жир, т.е. все липиды, перешедшие в экстракт диэтилового эфира, называть свободными липидами. Для количественного определения сырого жира используют аппарат Сокслета (см. лаб. практикум).
2. Связанные липиды. Часть липидов может быть связана с белками (липопротеины) и углеводами (гликопротеины). Это вещества извлекаются гидрофильн
ными полярными растворителями или их смесями (хлороформ, этанол, ацетон),
Рисунок 1 – Классификация липидов
которые разрушают непрочные белково-липидные и гликолипидные соединения.
3. Прочносвязанные липиды, извлекаемые после обработки растительного материала спиртовым раствором щелочи при кипячении для разрушения прочных комплексов липидов с нелипидными соединениями; при этом происходит гидролиз и омыление липидов щелочью.
Состав свободных и связанных липидов неодинаков. Основная фракция свободных липидов - триацилглицеролы (60-70%), а связанных - фракции полярных липидов (фосфолипидов) от 30% до 40%.
Жирные кислоты
В природе обнаружено свыше 200 жирных кислот, однако более 100 различных жирных кислот идентифицированы в липидах микроорганизмов, растений и животных.
Жирные кислоты – алифатические карбоновые кислоты - в организме могут находиться как в свободном состоянии, либо выполнять роль строительных блоков для большинства классов липидов (рисунок 2).
Все жирные кислоты, входящие в состав жиров, делят на две группы: насыщенные и ненасыщенные, содержащие ненасыщенные жирные кислоты, имеющие две и более двойных связи называют полиненасыщенными.
Природные жирные кислоты весьма разнообразны, однако имеют ряд общих черт:
- это монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводородные цепи;
- почти все они содержат четное число атомов углерода от 14 до 22, чаще всего встречаются с 16 или 18 атомами углерода;
- содержание ненасыщенных жирных кислот в липидах, как правило, выше, чем насыщенных. Двойные связи почти всех природных жирных кислот имеют цис-конфигурацию;
Рисунок 2 – Основная структура и номенклатура жирных кислот
- высшие жирные кислоты практически нерастворимы в воде, но их натриевые или калиевые соли, называемые мылами, образуют в воде мицеллы, стабилизируемые за счет гидрофобных взаимодействий. Мыла обладают свойствами поверхностно-активных веществ.
Жирные кислоты отличаются:
- длиной их углеводородного хвоста, степенью их ненасыщенности и положением двойных связей в цепях жирных кислот;
- физическими свойствами. Обычно насыщенные жирные кислоты при температуре 22°С имеют твердую консистенцию, тогда как ненасыщенные представляют собой масла. Ненасыщенные жирные кислоты имеют более низкую температуру плавления;
- структурной конфигурацией. В насыщенных жирных кислотах углеводородный хвост, в принципе может принимать бесчисленное множество конфигураций вследствие полной свободы вращения вокруг одинарной связи; однако, наиболее вероятной является вытянутая форма, поскольку она энергетически наиболее выгодна. В ненасыщенных кислотах наблюдается иная картина: невозможность вращения вокруг двойной связи (или связей) обусловливает жесткий изгиб углеводородной цепи. В природных жирных кислотах двойная связь, находясь в цис-конфигурации, дает изгиб цепи под углом приблизительно 30°. В жирных кислотах с несколькими двойными связями цис-конфигурация придает углеродной цепи изогнутый и укороченный вид.
– химическими свойствами. Полиненасыщенные жирные кислоты быстро окисляются на открытом воздухе. Кислород реагирует с двойными связями с образованием пероксидов и свободных радикалов. Ненасыщенные жирные кислоты участвуют в реакциях присоединения по двойным связям, к ним легко присоединяются галогены.
В таблице 1 приведены некоторые наиболее важные природные жирные кислоты.
В высших растениях присутствуют в основном пальмитиновая кислота и две ненасыщенные кислоты - олеиновая и линолевая.
Таблица 1 – Основные карбоновые кислоты, входящие в состав масел и жиров
| Число С-атомов | Число двойных связей | Наименование кислоты | Структурная формула |
| Насыщенные | |||
| Лауриновая Миристиновая Пальмитиновая Стеариновая Арахиновая | СН3-(СН2)10-СООН СН3-(СН2)12-СООН СН3-(СН2)14-СООН СН3-(СН2)16-СООН СН3-(СН2)18-СООН СН3-(СН2)20-СООН | ||
| Ненасыщенные | |||
| Олеиновая Линолевая Линоленовая Арахидовая | СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)7-СООН СН3-(СН2)4-(СН=СН-СН2)2-(СН2)6-СООН СН3-СН2-(СН=СН-СН2)3-(СН2)6-СООН СН3-(СН2)4-(СН=СН-СН2)-(СН2)2-СООН |
Стеариновая кислота в растениях почти не встречается, а содержится в значительном количестве (25% и более) в некоторых твердых животных жирах (жир баранов и быков) и маслах тропических растений (кокосовое масло). Лауриновой кислоты много в лавровом листе, миристиновой – в масле мускатного ореха, арахиновой и бегеновой – в арахисовом и соевом маслах. Полиненасыщенные жирные кислоты - линоленовая и линолевая - составляют главную часть льняного, конопляного, подсолнечного, хлопкового и некоторых других растительных масел. Доля ненасыщенных жирных кислот в составе растительных жиров очень высока (до 90%), а из предельных лишь пальмитиновая кислота содержится в них в количестве 10-15%.
В организме человека и животных не могут синтезироваться такие важные кислоты, как линолевая, линоленовая и арахидоновая, и должны поступать в организм с пищей. Эти три кислоты получили название незаменимых жирных кислот. Комплекс этих кислот получил название витамина F. При длительном отсутствии в пище у животных наблюдается отставание в росте, сухость и шелушение кожи, выпадение шерсти. Описаны случаи недостаточности незаменимых жирных кислот и у человека. Так, у детей грудного возраста, получающих искусственное питание с незначительным содержанием жиров, может развиться чешуйчатый дерматит.
Механизм действия витамина F неизвестен, но установлено, что он участвует в регуляции обмена липидов; способствует выведению из организма холестерина, предупреждая и ослабляя атеросклероз; также оказывает благотворное влияние на стенки кровеносных сосудов, повышая их эластичность; являются (в частности арахидоновая кислота) предшественником гормонов - простагландинов, оказывающих влияние на обмен веществ, в частности, ряд простагландинов влияет на деятельность гладких мышц сосудов, в связи с чем их используют для лечения гипертонии, облегчения родов и т. д. Растительные масла не содержат арахидоновой кислоты. Она присутствует в продуктах животного происхождения (яйца, сердце, почки и т. д.) Ежедневно человеку необходимо потреблять в среднем 20-25 г растительного масла и 55-60 г животного.
Масла некоторых растений содержат значительное количество специфических жирных кислот, характерных именно для данных растений. В маслах из семян крестоцветных растений - рапса и горчицы содержится от 42 до 55 % ненасыщенной эруковой кислоты:
СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)11-СООН
Масло клещевины содержит рицинолевую кислоту - оксикислоту, имеющую гидроксильную группу у 12-го углеродного атома:
СН3-(СН2)5-СН-СН2-СН=СН -(СН2)7-СООН
|
ОН
Омыляемые липиды
Простые и сложные липиды легко омыляются. При действии кислот и щелочей на них происходит расщепление сложноэфирной связи – омыление жира. При этом выделяются свободный спирт и свободные жирные кислоты или их соли, называемые мылами. Употребляемое мыло состоит в основном из калиевых и натриевых солей жирных кислот.
Простые липиды
Простые липиды – соединения, состоящие только из жирных кислот и спиртов. Они делятся на две группы: 1) нейтральные ацилглицеролы и 2) воски.