Строение и биологические функции липидов. Какие функции выполняют липиды. Влияют на функции мембран – избирательную проницаемость, реализацию внешних воздействий на клетку

Глава II. ЛИПИДЫ

§ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ

Липиды представляют собой неоднородную группу химических соединений, нерастворимых в воде, но хорошо растворимых в неполярных органических растворителях: хлороформе, эфире, ацетоне, бензоле и др., т.е. общим их свойством является гидрофобность (гидро – вода, фобия – боязнь). Из-за большого разнообразия липидов дать более точное определение им невозможно. Липиды в большинстве случаев являются сложными эфирами жирных кислот и какого-либо спирта. Выделяют следующие классы липидов: триацилглицерины, или жиры, фосфолипиды, гликолипиды, стероиды, воска, терпены. Различают две категории липидов – омыляемые и неомыляемые. К омыляемым относятся вещества, содержащие сложноэфирную связь (воска, триацилглицерины, фосфолипиды и др.). К неомыляемым относятся стероиды, терпены.

Триацилглицерины, или жиры

Триацилглицерины являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина

и жирных (высших карбоновых) кислот. Общая формула жирных кислот имеет вид: R-COOH, где R – углеводородный радикал. Природные жирные кислоты содержат от 4 до 24 атомов углерода. В качестве примера приведем формулу одной из наиболее распространенной в жирах стеариновой кислоты:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH

В общем виде молекулу триацилгицерина можно записать так:

Если в состав триациоглицерина входят остатки различных кислот (R 1 R 2 R 3), то центральный атом углерода в остатке глицерина становится хиральным.

Триацилглицерины неполярны и вследствие этого практически нерастворимы в воде. Основная функция триацилглицеринов – запасание энергии. При окислении1 гжира выделяется 39 кДж энергии. Триацилглицерины накапливаются в жировой ткани, которая, кроме депонирования жира, выполняет термоизолирующую функцию и защищает органы от механических повреждений. Более подробную информацию о жирах и жирных кислотах вы найдете в следующем параграфе.

Интересно знать! Жир, которым заполнен горб верблюда, служит, в первую очередь, не источником энергии, а источником воды, образующейся при его окислении.

Фосфолипиды

Фосфолипиды содержат гидрофобную и гидрофильную области и поэтому обладают амфифильнымы свойствами, т.е. они способны растворяться в неполярных растворителях и образовывать стойкие эмульсии с водой.

Фосфолипиды в зависимости от наличия в их составе спиртов глицерина и сфингозина делятся на глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды .

Глицерофосфолипиды

В основе строения молекулы глицерофосфолипидов лежит фосфатидная кислота, образованная глицерином, двумя жирными и фосфорной кислотами:

В молекулах глицерофосфолипидов к фосфатидной кислоте сложноэфирной связью присоединена НО-содержащая полярная молекула. Формулу глицерофосфолипидов можно представить так:

где Х – остаток НО-содержащей полярной молекулы (полярная группировка). Названия фосфолипидов образуются в зависимости от наличия в их составе той или иной полярной группировки. Глицерофосфолипиды, содержащие в качестве полярной группировки остаток этаноламина,

HO-CH 2 -CH 2 -NH 2

носят название фосфатидилэтаноламинов, остаток холина

– фосфатидилхолинов, серина

– фосфатидилсеринов.

Формула фосфатидилэтаноламина выглядит так:

Глицерофосфолипиды отличаются друг от друга не только полярными группами, но и остатками жирных кислот. В их состав входят как насыщенные (состоящие обычно из 16 – 18 атомов углерода), так и ненасыщенные (содержащие чаще 16 – 18 атомов углерода и 1 – 4 двойные связи) жирные кислоты.

Сфингофосфолипиды

Сфингофосфолипиды по составу сходны с глицерофосфолипидами, но вместо глицерина содержат аминоспирт сфингозин:

или дигидросфингазин:

Наиболее распространенными сфингофосфолипидами являются сфингомиелины. Они образованы сфингозином, холином, жирной кислотой и фосфорной кислотой:

Молекулы как глицерофосфолипидов, так и сфингофосфолипидов состоят из полярной головы (образована фосфорной кислотой и полярной группировкой) и двух углеводородных неполярных хвостов (рис.1). У глицерофосфолипидов оба неполярных хвоста являются радикалами жирных кислот, у сфингофосфолипидов – один хвост является радикалом жирной кислоты, другой – углеводородной цепочкой спирта сфингазина.

Рис. 1. Схематическое изображение молекулы фосфолипида.

При встряхивании в воде фосфолипиды спонтанно формируют мицеллы , в которых неполярные хвосты собираются внутри частицы, а полярные головы располагаются на ее поверхности, взаимодействуя с молекулами воды (рис. 2а). Фосфолипиды способны образовывать также бислои (рис. 2б) и липосомы – замкнутые пузырьки, окруженные непрерывным бислоем (рис. 2в).

Рис. 2. Структуры, образуемые фосфолипидами.

Способность фосфолипидов, образовывать бислой, лежит в основе формирования клеточных мембран.

Гликолипиды

Гликолипиды содержат в своем составе углеводный компонент. К ним относятся гликосфинголипиды, содержащие, кроме углевода спирт, сфингозин и остаток жирной кислоты:

Они так же, как и фосфолипиды, состоят из полярной головы и двух неполярных хвостов. Гликолипиды располагаются на внешнем слое мембраны, являются составной частью рецепторов, обеспечивают взаимодействие клеток. Их особенно много в нервной ткани.

Стероиды

Стероиды являются производными циклопентанпергидрофенантрена (рис. 3). Один из важнейших представителей стероидов – холестерин . В организме он встречается как в свободном состоянии, так и в связанном, образуя сложные эфиры с жирными кислотами (рис. 3). В свободном виде холестерин входит в состав мембран и липопротеинов крови. Сложные эфиры холестерина являются его запасной формой. Холестерин является предшественником всех остальных стероидов: половых гормонов (тестостерон, эстрадиол и др.), гормонов коры надпочечников (кортикостерон и др.), желчных кислот (дезоксихолевая и др.), витамина D (рис. 3).

Интересно знать! В организме взрослого человека содержится около 140 г холестерина, больше всего его находится в нервной ткани и надпочечниках. Ежедневно в организм человека поступает 0,3 – 0,5 г холестерина, а синтезируется – до 1 г.

Воска

Воска – это сложные эфиры, образованные длинноцепочечными жирными кислотами (число атомов углерода 14 – 36) и длинноцепочечными одноатомными спиртами (число атомов углерода 16 – 22). В качестве примера рассмотрим формулу воска, образованного олеиновым спиртом и олеиновой кислотой:

Воска выполняют главным образом защитную функцию, находясь на поверхности листьев, стеблей, плодов, семян они защищают ткани от высыхания и проникновения микробов. Они покрывают шерсть и перья животных и птиц, предохраняя их от намокания. Пчелиный воск служит строительным материалом для пчел при создании сот. У планктона воск служит основной формой запасания энергии.

Терпены

В основе терпеновых соединений лежат изопреновые остатки:

К терпенам относятся эфирные масла, смоляные кислоты, каучук, каротины, витамин А, сквален. В качестве примера приведем формулу сквалена:

Сквален является основным компонентом секрета сальных желез.

Жиры и жироподобные вещества, например, такие как стероиды, воски и фосфолипиды, в биологии объединены одним термином: липиды. Они различаются между собой внешним видом, строением и химическими характеристиками. Однако есть свойство, которое всех их объединяет в один класс. На вопрос "что такое липиды" мы ответим так: это нерастворимые в воде соединения, способные растворяться в органических растворителях. Они выполняют в клетке и в организме в целом много важных функций. Мы и рассмотрим их в нашей статье.

Жиры в клетке

Соединения, являющиеся сложными эфирами трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот - это жиры. Содержание и функции липидов в клетке зависят от особенностей ткани, в которую они входят. Например, эндосперм семян и плодов таких растений, как грецкий орех, подсолнечник, кукуруза, может вмещать до 90% жира. Подкожная жировая клетчатка млекопитающих представляет собой резервуар богатого энергией органического вещества, выполняющего также защитные и теплоизоляционные функции. В клетках эпителия или мышц содержание жира не превышает 5-15%. Синтез клеточного жира происходит на каналах эндоплазматической сети в процессе реакций пластического обмена. Давая ответ на вопрос о том, что такое липиды, большое внимание мы уделим их химическому строению.

Химическое строение

Реакция, приводящая к образованию молекул жира, называется этерификацией. Сложные эфиры, образовавшиеся в ее результате, кроме остатка глицерина содержат также жирные кислоты. Чаще всего это стеариновая, олеиновая и пальмитиновая высшие карбоновые кислоты. Свойства жиров зависят от их качественного состава и количественного соотношения. Растительные жиры практически всегда легкоплавки, поэтому в обычных условиях представляют собой жидкости. Они содержат ненасыщенные кислоты, например олеиновую. Это оливковое, подсолнечное, горчичное, кунжутное масла. Исключение составляет кокосовое масло, имеющее твердую консистенцию. Твердые - животные жиры - в основном содержат в своем составе насыщенные (предельные) кислоты и накапливаются в сальнике или подкожной жировой клетчатке. Равно как углеводы и белки, липиды относятся к сложным органическим соединениям и синтезируются в реакциях цикла Кальвина клетками зеленых растений в процессе фотосинтеза.

Что такое фосфолипиды

Все живые организмы на Земле, за исключением вирусов, имеют клеточное строение. В состав биологических мембран клеток обязательно входят фосфолипиды. Они также являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. От настоящих, или истинных жиров, рассмотренных нами ранее, фосфолипиды отличаются присутствием в их молекулах остатков ортофосфорной кислоты. Молекулы веществ невелики и состоят из частей, именуемых головкой (имеет гидрофильные свойства) и двумя гидрофобными хвостами. Такие соединения называют амфифильными. Находясь в воде, они формируют мицеллы и способны образовывать билипидный слой. Такой состав липидов вместе с белками является основой всех клеточных мембран.

Гликолипиды

Соединения, в состав которых, кроме липидов, входят еще и углеводы, наиболее распространены в нервной ткани, являющейся структурным материалом головного и спинного мозга, а также отходящих от них нервов.

Центробежные нервные окончания передают процесс возбуждения от центральной нервной системы к органам и тканям, а центростремительные нервные волокна посылают импульсы от рецепторов к отделам головного и спинного мозга. Для осуществления передачи возбуждения нервы собраны в пучки и покрыты слоем нейроглии, содержащей гликолипиды. Она выполняет как трофическую (питают нейроны), так и изоляционную функции, не допуская рассеивания электрических импульсов, проходящих по нервным волокнам. Важные функции липидов, содержащих остатки сахаров, характерны для гликокаликса - надмембранного комплекса животной клетки. Благодаря ему осуществляется процесс адгезии - слипания клеток, приводящий к образованию ткани как устойчивой структуры организма.

Лецитин

Вещество входит в группу липидов и в чистом виде представляет собой белую массу, похожую на воск и хорошо впитывающую воду. Температура плавления его составляет +149 °C. Соединение растворяется в органических растворителях, в воде способно набухать и образовывать мицеллы. В промышленности выделяют лецитин из соевых бобов, высокое содержание вещества также наблюдается в яичном желтке, мясе, рыбе. Именно из пищи организм и получает лецитин, так как того, что самостоятельно продуцируется клетками, недостаточно. Какая функция липидов наиболее ярко выражена у лецитина? Это участие вещества в метаболических реакциях. Соединение играет важную роль в жировом обмене, препятствует перерождению гепатоцитов и предохраняет печень от цирроза. Лецитин является протектором, защищающим стенки кровеносных сосудов от появления атеросклеротических бляшек. Доказана функция вещества как антиоксиданта. Как видим, роль липидов в клетке не ограничивается только энергетической и строительной функциями. Велико их значение в поддержании гомеостаза - нормального уровня обмена веществ на уровне клетки и организма в целом.

Стероиды

Половые гормоны, витамин D, холестерин дополняют перечень веществ под общим названием липиды. Эстроген, прогестерон, тестостерон являются регуляторами полового развития организма и его репродуктивных функций. Жирорастворимый витамин D участвует в обмене кальция и фосфора в костной ткани, предотвращая развитие рахита у детей. Исключительно важная роль принадлежит холестерину, который в большом количестве синтезируется половыми железами, надпочечниками, кишечником и почками. Вместе с цитохромами (белками-переносчиками) холестерин находится в крови. Он участвует в синтезе многих гормонов: половых и альдостерона, витамина D. Высокая концентрация холестерина в крови может вызвать появление холестериновых бляшек на стенках сосудов и спровоцировать развитие некоторых сердечно-сосудистых заболеваний: гипертонии, ишемической болезни сердца. Избыточный вес, малоподвижный образ жизни, курение повышают риск образования плохого холестерина. Провоцирует развитие атеросклероза несбалансированное питание, в котором преобладают рафинированные жиры, избыток углеводов, много копченостей и консервантов. Подводя итог, мы ответим на вопрос "что такое липиды" следующим образом: это органические вещества, регулирующие работу важных в организме человека систем - эндокринной, половой и сердечно-сосудистой.

Витамины, гормоны и воски

Низкомолекулярные соединения, выполняющие важные биохимические и физиологические функции - это витамины. Среди них существует группа веществ, растворяющихся в жирах и имеющих липидную природу. Например, витамин D, являющийся производным соединением холестерина. Попадая в организм сначала в виде провитамина, он под действием ультрафиолетовых лучей в клетках кожи превращается в активную форму. Гормоны надпочечников и половых желез - альдостерон, тестостерон, эстроген, прогестерон - также являются жироподобными соединениями. Воски, как и липиды, в клетке выполняют функции защиты. Они встречаются в растительных и животных организмах в качестве водоотталкивающего покрытия. Например, на листьях фикуса, семенах и плодах растений, на перьевом покрове птиц. Пчелами воск используется для постройки сот.

Энергетическая функция

Обмен веществ и энергии в клетках состоит из двух взаимосвязанных и противоположных процессов - ассимиляции и диссимиляции. В реакциях расщепления органических веществ, происходящих при участии кислорода, выделяется определенное количество энергии, которое аккумулируется в клеточных органеллах (митохондриях) в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты - АТФ. Наибольшее количество энергии образуется при расщеплении жиров. Кроме жиров, содержание которых в пище невелико, клетка в основном использует для получения необходимого количества АТФ запасы углеводистой пищи (картофеля, хлеба, сахара), поступившей в организм. Таким образом, еще одним ответом на вопрос о том, что такое липиды, будет следующее утверждение: это наиболее энергоемкий пластический материал клетки.

Обмен жиров в организме

Основными поставщиками липидов в наш организм служат высококалорийные продукты: сливочное масло, жирные сорта мяса и рыбы, сливки, грецкие орехи, арахис, подсолнечное масло.

Они поступают вместе с пищей сначала в желудок, где частично перевариваются под действием фермента желудочного сока - липазы. Затем в двенадцатиперстной кишке под действием панкреатического сока и желчи расщепляются до глицерина и жирных кислот. Эти соединения, попав в тонкий кишечник, всасываются его ворсинками, содержащими мельчайшие лимфатические капилляры. Попав в лимфу, глицерин и высшие карбоновые кислоты проникают из нее в межклеточную жидкость, а затем и в клетки. Здесь, на каналах гладкой эндоплазматической сети, располагается система ферментов, катализирующих реакции ассимиляции, приводящие к образованию молекул жира, специфичных для организма человека.

В нашей статье мы изучили, что такое липиды, и рассмотрели примеры их распространения в живой природе.

Состав, свойства и функции липидов в организме

Пищевая ценность масел и жиров, используемых в хлебопекарной и кондитерской промышленности.

Циклические липиды. Роль в пищевой технологии и жизнедеятельности организма.

Простые и сложные липиды.

Состав, свойства и функции липидов в организме.

Липиды в сырье и пищевых продуктах

Липиды объединяют большое количество жиров и жироподобных веществ растительного и животного происхождения, имеющих ряд общих признаков:

а) нерастворимость в воде (гидрофобность и хорошая растворимость в органических растворителях, бензине, диэтиловом эфире, хлороформе и др.);

б) наличие в их молекулах длинноцепочечных углеводородных радикалов и сложноэфирных

группировок ().

Большинство липидов не являются высокомолекулярными соединениями и состоят из нескольких, связанных одна с другой молекул. В состав липидов могут входить спирты и линейные цепи ряда карбоновых кислот. В некоторых случаях их отдельные блоки могут состоять из высокомолекулярных кислот, разнообразных остатков фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и других компонентов.

Липиды вместе с белками и углеводами составляют основную массу органических веществ, всех живых организмов, являясь обязательным компонентом каждой клетки.

При выделении липидов из масличного сырья, в масло переходит большая группа сопутствующих им жирорастворимых веществ: стероиды, пигменты, жирорастворимые витамины и некоторые другие соединения. Извлекаемая из природных объектов смесь, состоящая из липидов и растворимых в них соединений, получила название «сырого» жира.

Основные компоненты сырого жира

Вещества сопутствующие липидам играют большую роль в пищевой технологии, влияют на пищевую и физиологическую ценность полученных продуктов питания. Вегетативные части растений накапливают не более 5% липидов, главным образом в семенах и плодах. Например, содержание липидов в различных растительных продуктах составляет (г/100г): подсолнечник 33-57, какао (бобы) 49-57, соя 14-25, конопля 30-38, пшеница 1,9-2,9, арахис 54-61, рожь 2,1-2,8, лён 27-47, кукуруза 4,8-5,9, кокосовая пальма 65-72. Содержание в них липидов зависит не только от индивидуальных особенностей растений, но и от сорта, места, условий произрастания. Липиды играют важную роль в процессах жизнедеятельности организма.

Их функции весьма разнообразны: важна их роль в энергетических процессах, в защитных реакциях организма, в его созревании, старении и т.д.

Липиды входят в состав всех структурных элементов клетки и в первую очередь клеточных мембран, оказывая влияние на их проницаемость. Они участвуют в передаче нервного импульса, обеспечивают межклеточный контакт, активный перенос питательных веществ через мембраны, транспорт жиров в плазме крови, синтез белка и различные ферментативные процессы.

По своим функциям в организме условно делят на две группы: запасные и структурные. Запасные (в основном ацилглицерины) обладают высокой калорийностью, являются энергетическим резервом организма и используются им при недостатке питания и заболеваниях.

Запасные липиды являются запасными веществами, помогающими организму переносить неблагоприятные воздействия внешней среды. Большая часть растений (до 90%) содержит запасные липиды, главным образом в семенах. Они легко извлекаются из жиросодержащего материала (свободные липиды).

Структурные липиды (в первую очередь фосфолипиды) образуют сложные комплексы с белками и углеводами. Они участвуют в разнообразных сложных процессах, протекающих в клетке. По массе они составляют значительно меньшую группу липидов (в масличных семенах 3-5%). Это трудноизвлекаемые «связанные» липиды.

Природные жирные кислоты, входящие в состав липидов, животных и растений, имеют много общих свойств. Они содержат, как правило, четкое число углеродных атомов и имеют неразветвленную цепь. Условно жирные кислоты делят на три группы: насыщенные, мононенасыщенные и полиненасыщенные. Ненасыщенные жирные кислоты животных и человека обычно содержат двойную связь между девятым и десятым атомами углерода, остальные карбоновые кислоты, входящие в состав жиров следующие:

Большинство липидов имеют некоторые общие структурные особенности, однако строгой классификации липидов пока не существует. Один из подходов к вопросу классификации липидов химический, согласно которому к липидам относятся производные спиртов и высших жирных кислот.

Схема классификации липидов.

Простые липиды. Простые липиды представлены двухкомпанентными веществами, сложными эфирами жирных высших кислот с глицерином, высшими или полициклическими спиртами.

К ним относятся жиры и воски. Наиболее важными представителями простых липидов являются ацилглицериды (глицерины). Они составляют основную массу липидов (95-96%) и именно их называют маслами и жирами. В состав жров входят в основном триглицериды, но присутствуют моно− и диацилглицерины:

Свойства конкретных масел определяются составом жирных кислот, участвующих в построении их молекул и положением, которое занимают остатки этих кислот в молекулах масел и жиров.

В жирах и маслах обнаружено до 300 карбоновых кислот различного строения. Однако большинство из них присутствуют в небольшом количестве.

Стеариновые и пальмитиновые кислоты входят в состав практически всех природных масел и жиров. Эруковая кислота входит в состав рапсового масла. В состав большинства наиболее распространенных масел входят ненасыщенные кислоты, содержащие 1-3 двойные связи. Некоторые кислоты природных масел и жиров имеют, как правило, цис-конфигурацию, т.е. заместители распределены по одну сторону плоскости двойной связи.

Кислоты, имеющие разветвлённые углеводные цепи, содержащие окси, кето и другие группы, в липидах, как правило, содержатся в незначительном количестве. Исключение составляет рацинолевая кислота в касторовом масле. В природных растительных триацилглицеринах положения 1 и 3 заняты предпочтительно остатками насыщенных жирных кислот, а положение 2 ненасыщенными. В животных жирах картина обратная.

Положение остатков жирных кислот в триацилглицеринах существенно влияет на их физико-химические свойства.

Ацилглицерины − это жидкость или твердые вещества с низкими температурами плавления и довольно высокими температурами кипения, с повышенной вязкостью, без цвета и запаха, легче воды, нелетучи.

В воде жиры практически нерастворимы, но образуют с ней эмульсии.

Помимо обычных физических показателей жиры характеризуются рядом физико-химических констант. Эти константы для каждого вида жира и его сорта предусмотрены стандартом.

Кислотное число, или коэффициент кислотности, показывает сколько свободных жирных кислот содержится в жире. Оно выражается числом мг KOH, которое требуется для нейтрализации свободных жирных кисло в 1 г жира. Кислотное число служит показателем свежести жира. В среднем оно колеблется для разных сортов жира от 0,4 до 6.

Число омыления, или коэффициент омыления, определяет общее количество кислот, как свободных, так и связанных в триацилглицеринах, находящихся в 1 г жира. Жиры, содержащие остатки высокомолекулярных жирных кислот, имеют меньшее число омыления, чем жиры, образуемые низкомолекулярными кислотами.

Йодное число – показатель ненасыщенности жира. О определяется количеством граммов йода, присоединяющихся к 100 г жира. Чем выше йодное число, тем более ненасыщенным является жир.

Воски. Восками называют сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов (18-30 атомов углерода). Жирные кислоты, входящие в состав восков такие же, как и для жиров, но есть и специфические, характерные только для восков.

Например: карнаубовая ;

церотиновая ;

монтановая .

Общая формула восков может быть записана так:

Воски широко распространены в природе, покрывая тонким слоем листья, стебли, плоды растений, они предохраняют их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Содержание воска в зерне и плодах невелико.

Сложные липиды. Сложные липиды имеют многокомпонентные молекулы, отдельные части которых соединены химическими связями различного типа. К ним относятся фосфолипиды, состоящие из остатков жирных кислот, глицерина и других многоатомных спиртов, фосфорной кислоты и азотистых оснований. В структуре гликолипидов наряду с многоатомными спиртами и высокомолекулярной жирной кислотой имеются также углеводы (обычно остатки галактозы, глюкозы, маннозы).

Имеются также две группы липидов в составе которых представлены и простые и сложные липиды. Это − диольные липиды, являющиеся простыми и сложными липидами двухатомных спиртов и высокомолекулярных жирных кислот, содержащих в ряде случаев фосфорную кислоту, азотистые основания.

Ормитинолипиды построены из остатков жирных кислот, аминокислоты ормитина или лизина и включающих в некоторых случаях двухатомные спирты. Наиболее важная и распространенная группа сложных липидов − фосфолипиды. Молекула их построена из остатков спиртов, высокомолекулярных жирных кислот, фосфорной кислоты, азотистых оснований, аминокислот и некоторых других соединений.

Общая формула фосфолипидов (фосфотидов) имеет следующий вид:

Следовательно молекуле фосфолипидов имеются группировки двух типов: гидрофильные и гидрофобные.

В качестве гидрофильных группировок выступают остатки фосфорной кислоты и азотистые основания, а в качестве гидрофобных группировок углеводородные радикалы.

Схема строения фосфолипидов

Рис. 11. Молекула фосфолипидов

Гидрофильная полярная головка − это остаток фосфорной кислоты и азотистого основания.

Гидрофобные хвосты − это углеводородные радикалы.

Фосфолипиды выделены в качестве побочных продуктов при получении масел. Являются поверхностно-активными веществами, улучшающими хлебопекарные достоинства пшеничной муки.

В качестве эмульгаторов они применяются также в кондитерской промышленности и при производстве маргариновой продукции. Они являются обязательным компонентом клеток.

Вместе с белками и углеводами они участвуют в построении мембран клеток и субклеточных структур, выполняющих функции несущих конструкции мембран. Они способствуют лучшему усвоению жиров и препятствуют ожирению печени, играя важную роль в профилактике атеросклероза.

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.

Омыляемые - те, что подвергаются гидролизу и разлагаются на составные части. Примеры: воски, фосфолипиды, эфиры стеринов, нейтральные жиры.
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?

Высшие жирные кислоты (ВЖК).
Высшие спирты.
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.