Строение и свойства липвдов и их производных

Липиды (от греч. Проз — жир) ~ группа разнооб­разных по составу нерастворимых в воде органических ве­ществ, отличающихся разной степенью растворимости в орга­нических растворителях. Липиды являются производными высших жирных кислот, спиртов и альдегидов. Они широко представлены в тканях человека, животных, растений и мик­роорганизмов. Вегетативные части растений накапливают не более 5 % липидбв, семена — 50 % и более.

В тканях человека количество липидов резко варьирует. Так, в организме человека в норме содержится 10—20 % жира, но при некоторых нарушениях жирового обмена его количе­ство может возрасти до 50 %. Липиды входят в состав всех органов и тканей. Наибольшее их количество (до 90 %} нахо­дится в жировой ткани. Липиды составляют около половины массы мозга.

Липиды выполняют разнообразные функции.

Энергетическая. Эти вещества являются источником энер­гии: при окислении в организме 1 г жира выделяется 9 ккал (37,66 кДж). Так, за счет жиров обеспечивается 25—35 % су­точной потребности в энергии у жителей средних широт, а у северян их доля в энергетической обеспеченности рациона еще больше.

Регуляторная, Липиды — важные факторы регулирования обмена воды в организме. Количество воды, образующейся в организме при полной деградации жиров, достаточно вели­ко; при окислении 100 г жира выделяется 107 г эндогенной воды, что имеет особое значение в экстремальных условиях (например, при недостаточном поступлении воды извне).

Пластическая. Липиды выполняют структур но-пластичес­кую роль, так как входят в состав клеточных и внеклеточных мембран всех тканей в виде липопротеинов (комплексов с бел­ками) и гликопротеинов (липидов, содержащих углеводы).

Липопротеины содержатся в органеллах клеток (митохон­дрии и др.) и, следовательно, участвуют в окислительно-восстановительных процессах, биосинтезе белков, транспорте веществ в клетки.

Из липидов образуются некоторые гормоны (половые, коры надпочечников), а также витамины группы О.

Защитная, Липиды кожи и внутренних органов выполня­ют защитную роль. Они предохраняют организм человека и животных от переохлаждения (препятствуют отдаче тепло­ты) и от механического повреждения органов (например, почки). Липиды, выделяемые сальными железами, придают коже эластичность и предохраняют ее от высыхания.

Жиры являются растворителями витаминов А, О, Е, К, Р и способствуют их усвоению. С пишевыми жирами в орга­низм поступает ряд биологически активных веществ: фосфа-тиды, полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), сте-рины и др.

Входящие в состав пищи жиры улучшают ее вкусовые качества, а также повышают питательную и энергетическую ценность.

В организме человека жир находится в виде структурного (прото плаз мат и чес ко го, конституционного) и резервного (жир «жировых депо»).

Структурный жир в клетках представлен в сложных ли-пидах либо образует относительно прочные соединения с белками — липопротеиновые комплексы. Они содержатся в крови, участвуют в построении клеточных органелл (ядра, рибосом, митохондрий). Протоплазматический жир находит­ся в органах и тканях в постоянном количестве (около 25 % всех липидов), которое не изменяется даже при полном го­лодании.

Резервные жиры откладываются в так называемых «жи­ровых депо» (подкожной клетчатке, брыжейке, жировой кап­суле почек и др.). Они также образуют липопротеиновые ком­плексы, но неустойчивые, поэтому их количество быстро уменьшается при голодании, некоторых нервных и гумораль­ных расстройствах? В резервном жире постоянно происходит синтез и распад, вместе с тем он является источником об­новления внутриклеточного структурного жира.

Резервные жиры выполняют механическую роль, защи­щая организм от ударов, толчков, травм. Все внутренние орга­ны имеют жировую «подкладку», но самую большую — почки к сердце. Резервный жир участвует в тепловой регуляции организма: он плохо проводит теплоту и, откладываясь в под­кожной клетчатке, защищает внутренние органы от переох­лаждения.

Степень накопления резервного жира зависит от характе­ра питания, уровня энергозатрат, возраста, пола, конститу­ционных особенностей организма, состояния его регулятор-ных (нервной и гуморальной) систем. Так, тяжелая физическая работа, некоторые заболевания и недостаточное питание спо­собствуют уменьшению запасов жира. Напротив, избыточное питание, гиподинамия, снижение функции половых и щито­видной желез способствуют увеличению его количества.

Жиры представляют собой эфиры глицерола и высших жирных кислот, В природных жирах содержится также до 2 %

, от которых зависят их окраска, аро­мат и вкусовые особенности.

По химическому составу липиды делятся на простые и сложные {рис. 15).

Простые липиды — вещества, молекулы которых состоят из остатков жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. К ним относятся нейтральные жиры (триацилглицеролы, другие гли-церолы) и воски. В эту группу входят также эфиры витаминов А и О с высшими жирными кислотами.

Сложные липиды, помимо высших жирных кислот и Успиртов, содержат производные ортофосфорной кислоты (фосфолипиды), остатки Сахаров (гликолипиды), азотистые соединения (холин, коламин, серии).

Важное значение для организма имеют производные ли-ттидов. Они близки по строению и физико-химическим свой­ствам, тесно связаны в структуре клеток и процессах обмена. К ним относятся насыщенные и ненасыщенные жирные кис­лоты, моно- и диацюгглицеролы, высшие спирты, пигменты (каротины), жирорастворимые витамины и др.

ПРОСТЫЕ ЛИПИДЫ

Если в глицероле (глицерине) этерифицирована жирной кислотой одна гидроксильная группа, то образуется моноацилглицерол, если две, то диацилглицерол, если три, то триацилглицерол.

сопутствующих веществ

Основная масса природных жиров приходится на триа­цилглицеролы. В их состав входят насыщенные и ненасыщен­ные жирные кислоты (наиболее часто встречаются пальми­тиновая, стеариновая и олеиновая кислоты). Если глицерол содержит одну жирную кислоту, то он называется простым например, тристеарин, трипальмитин), если же кислотные радикалы принадлежат разным жирным кислотам, то обра-^ зуются смешанные триглицеролы, их названия зависят от вхо­дящих жирных кислот (например, 1-пальмито-2-стеарино-3-олеин).

Воскипредставляют собой эфиры высших жирных кис­лот и высших одноатомных или двухатомных спиртов, со­держащих от 20 до 70 углеродных атомов. Эта группа жи­ров выполняет в основном защитную роль. Природные воски (пчелиный, ланолин, спермацет), кроме сложных эфиров, включают свободные жирные кислоты, спирты и др. Они входят в состав сала, покрывающего кожу челове­ка. Их общие формулы можно представить следующим об­разом:

Воск защищает листья и плоды от проникновения воды и микробов, он обнаружен в составе капсул туберкулезных палочек. Под слоем пчелиного воска хранится мед.

Важнейшими компонентами жиров, определяющими в значительной мере их свойства, являются жирные кислоты. ' Жирные кислоты содержат, как правило, четное число углеродных атомов и неразветвленную цепь. Они (делятся на две большие группы: насыщенные (предельные) и ненасыщен­ные (непредельные), содержащие двойные связи. Именно от двойных связей в молекуле зависят все основные свойства ненасыщенных жирных кислот.

В тканях животных синтезируются различные кислоты, из некоторых насыщенных кислот (пальмитиновой и стеари-.новой) образуются ненасыщенные. Предельные жирные кис­лоты входят в состав животных жиров. В тканях человека при­сутствуют ненасыщенные жирные кислоты, которые относятся к четырем семействам: пальмитоолеиновой, олеи­новой, линолевой и линоленовой кислотам.

Вместе с тем, ткани человека не способны синтезиро­вать линолевую и линоленовую кислоты, а должны получать их с пищей, в связи с чем их относят к эссенциапьным фак­торам питания. Все другие полиненасыщенные жирные кис­лоты (ПНЖК) образуются путем удлинения цепи или введе­ния новых двойных связей.

Наибольшее значение по степени распространения и свойствам имеют следующие жирные кислоты:

насыщенные:

Систематические названия ряда природных жирных кис­лот приведены в таблице 8.

Ненасыщенные жирные кислоты распространены в жид­ких жирах (маслах). Во многих растительных маслах содержа­ние их доходит до 80—90 % (подсолнечное, кукурузное, льня­ное, оливковое).

Благодаря непрочным двойным связям между атомами углерода ненасыщенные жирные кислоты легко вступают в химические реакции. Путем гидрогенизации растительных жиров в промышленности получают маргарины.

Легкая окисляемость ненасыщенных жирных кислот яв­ляется одной из причин накопления в жирах продуктов окис­ления и последующей их порчи (прогоркание).

Большое значение имеет арахидоновая кислота, которая входит в состав некоторых животных жиров и отсутствует в растительных маслах. В настоящее время комплекс эссенци-альных полиненасыщенных жирных кислот рассматривают как фактор Р, биологическую значимость которого приравнива­ют к витаминам.

Биологическая роль ПНЖК весьма важна: они участвуют в качестве структурных элементов в фосфатидах, липопротеи-нах клеточных мембран. А кроме того, входят в состав оболо­чек нервных волокон, соединительной ткани, влияют на об­мен холестерина, повышая его окисление и способствуя его переводу в лабильное соединение. ПНЖК оказывают также нормализующее действие на стенки кровеносных сосудов. Эти кислоты связаны с обменом витаминов группы В (пиридок-сина и тиамина), стимулируют защитные механизмы орга­низма, повышают его устойчивость к инфекционным забо­леваниям и действию радиации, оказывают положительное влияние на состояние кожного и волосяного покрова. Ара­хидоновая кислота является предшественником простаглан-динов — модуляторов гормональной активности. Суточная потребность человека в ПНЖК составляет 5—10 г. Источни­ками ПНЖК в пище являются растительные масла, особен­но нерафинированные.

3. СЛОЖНЫЕ ЛИПИДЫ

{

Глицерофосфолипиды (сложные липиды) представ­ляют собой эфиры глицерола, жирных кислот, фосфорной кислоты и азотсодержащих соединений. Характерной особен­ностью их строения является наличие в молекуле гидрофоб­ных (радикалы жирных кислот) и гидрофильных (фосфорная кислота, азотистое основание) групп. Благодаря этому гли-церофосфолипиды взаимодействуют с жирами и водораство­римыми соединениями (рис. 16).

В комплексе с белками эти вещества входят в состав нерв­ной ткани, печени, сердечной мышцы, половых желез. Они

участвуют в построении мембран клеток, определяют сте­пень их проницаемости для жирорастворимых вешеств, уча­ствуют в активном транспорте сложных веществ и отдельных ионов в клетки и из них, повышают активность протромбина в процессах свертывания крови. Глицерофосфолипиды спо­собствуют лучшему использованию белка и жира в тканях, участвуют в биосинтезе белка, предупреждают жировую ин­фильтрацию печени. Являясь антиоксидантами, они предотв­ращают окисление других соединений, в том числе витами­нов А и Е.

Суточная потребность человека в фосфолипидах 5—6 г. Они содержатся в таких пищевых продуктах, как нерафини­рованные растительные масла, сливочное масло, яичный желток. При недостатке этих липидов в пище и низком со­держании веществ, необходимых для их синтеза, в ткани печени откладывается нейтральный жир, что нарушает ее функции. Фосфатиды, главным образом лецитин, игравдт важную роль в профилактике атеросклероза кровеносных сосудов.

Глицерофосфолипиды делятся на следующие группы (под­классы): 1) фосфатидилхолины (лецитины); 2) фосфатиди-лэтаноламины (кефалины); 3) фосфатидилсерины; 4} ацеталь-фосфатиды (плазмалогены); 5) фосфатидилинозиты.

В молекуле фосфатидилхолинов две карбоксильные груп­пы глицерина (в первом и втором положениях) замещены радикалами жирных кислот (насыщенной и ненасыщенной), а одна — фосфорной кислотой, соединенной с азотистым основанием — холином.

Фосфатидилэтаноламины (кефалины) отличаются от фос­фатидилхолинов тем, что вместо холина в них присутствует этаноламин (коламин).

Ацетальфосфатиды (плазмалогены) отличаются от дру­гих глицерофосфолипидов тем, что содержат лишь один радикал высшей жирной кислоты, а вместо другого — ос­таток альдегида жирной кислоты, который связан с гид-роксильной группой глицерола ненасыщенной эфирной связью.

Фосфатидилинозиты, кроме глицерола, радикалов жир­ных кислот и фосфорной кислоты, включают шестиатомный циклический спирт — инозит.

В природе встречается свободная фосфатидная кислота, хотя по сравнению с другими глицерофосфалиттидами в не­больших количествах.

К полиглицерофосфолипидам относится кардиолипин, который входит в состав мембран митохондрий.

Сфинголипиды (сфингомиелины) состоят из двух моле­кул жирных кислот, одной молекулы аминоспирта сфинго-зина, азотистого основания и фосфорной кислоты. Эти ли-пиды содержатся в мембране животных и растительных клеток, ими богаты нервная ткань, почки, печень.

К сложным липидам относятся также гликолипиды. Они построены из сфингозина, высшей жирной кислоты и угле­водной части (галактозы, глюкозы, галактозамина или ней-раминовой кислоты). К гликолипидам относятся церебрози

-ды, сульфатиды, ганглиозиды, которые играют определенную роль в осуществлении функций биологических мембран. Слож­ные липиды содержатся в белом веществе головного мозга, клетках крови и др.

В состав цереброзидов входят О-галактоза, жирные кис­лоты, аминослирт сфингозин. Они находятся в сером веще­стве мозга.

Сульфатиды по строению сходны с цереброзидами, но содержат в молекуле остаток серной кислоты. В молекулы ган-глиозидов входят высшая жирная кислота, сфингозин, О-глюкоза, О-галактоза, производные аминосахаров.

Стероиды. Это группа эфиров, образованных при взаи­модействии высокомолекулярных циклических спиртов и высших жирных кислот. Наиболее важным представителем стероидов является холестерол (холестерин). В организме он выполняет следующие функции: выступает предшествен­ником многих биологически важных соединений (стероид­ных гормонов, желчных кислот, витамина О), входит в состав клеточных мембран, повышает устойчивость эрит­роцитов к гемолизу, участвует в проведении нервных им­пульсов, представляет собой своеобразный изолятор для нервных клеток.

По химической природе стероиды являются производ­ными циклического спирта — циклопентанпергидрофенант-рена.

При этерификации гидроксильной группы, расположен­ной при С₃,образуются эфиры холестерола. Он является клю­чевым промежуточным продуктом в синтезе других соедине­ний. Холестерол играет определенную роль в развитии одной из самых распространенных «болезней цивилизации» — ате­росклероза кровеносных сосудов. В частности, установлено, что при прохождении через сосудистую систему комплексов холестерола с белками ф-липопротеинов и пре-(3-липопро-теинов) он, выделяясь, откладывается в толще сосудистой стенки и образует атеросклеротические бляшки. Последние уменьшают эластичность стенок и сужают просвет сосудов, что приводит к ухудшению снабжения тканей кислородом и питательными веществами.

В молодом здоровом организме поддерживается постоян­ный уровень холестерола в крови: 2,97—8,79 моль/л (115— 340 мг). Синтез этого стероида в тканях увеличивается при малом поступлении с пищей и понижается при высоком со­держании его в продуктах, входящих в рацион. Суточная по­требность человека в холестероле составляет 0,5—1,0 г.

Нормализации нарушенного обмена холестерола способ­ствует включение в пищу источников липотропных веществ (фосфатидов, витаминов и др.).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ:

1. Что такое липиды и каковы их функции в организме?

2. В составе свиного жира обнаружены трипальмитин, триоле-
ин, пальмитодиолеин. Напишите их формулы,

3. В кокосовом и пальмовом маслах найдены стеародипальми­
тин, олеод и пальмитин. Напишите их формулы.

4. В яичном желтке обнаружены фосфолипиды. Напишите их
формулы и перечислите основные функции.

5. Какой стероид животного происхождения способствует раз­
витию атеросклероза?

6. Напишите формулу холестерола и укажите его значение для
организма человека.

7. Назовите основные функции липопротеинов, гликолипи-
дов.

8. Какие продукты являются источниками полиненасыщенных
жирных кислот?

ХИМИЯ УГЛЕВОДОВ

ГЛАВА