Химическое строение и биологическая роль жиров и липоидов.

Липиды и их биологические и биохимические функции.

Классификация липидов, нейтральные жиры (строение, свойства, функции).

Классификация фосфолипидов. Фосфатидная кислота и ее роль. Фосфатидилхолины.

Липиды: классификация, свойства, функции. Расщепление и усвоение липидов в желудочно-кишечном тракте, эмульгирования жиров. Всасывания липидов.

Химическое строение и биологическая роль жиров и липоидов.

Жиры или липиды – это группа разнообразных по строению веществ, обладающих одинаковыми физико-химическими свойствами: они не растворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (бензол, толуол, бензин, гексан и др.)

Липиды — низкомолекулярные гидрофобные органические соединения.

Липиды — это сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. В каждом из них есть кислотный остаток СООН, он, теряя атом водорода, соединяется с глицерином, а с остатком соединяется углеродная цепочка.

Молекула жира состоит из глицерина и трех остатков жирных кислот, соединенных сложноэфирной связью. Это так называемые истинные жиры или триглицериды.

«Жирными» кислоты называют потому, что некоторые высокомолекулярные члены этой группы входят в состав жиров. Общая формула жирных кислот: СН₃ — (СН₂)_п — СООН. Большая часть жирных кислот содержит чётное число атомов углерода (от 14 до 22).

Общее содержание липидов в клетке колеблется в пределах 5 — 15% от массы сухого вещества. В клетках подкожной жировой клетчатки их количество возрастает до 90%.

Содержание жирных кислот в крови составляет в среднем 0,8 мг%, в желчи печени — 0,9—1,8%, в пузырной желчи — 5,7—10,8%

Жиры делятся на две группы – собственно жиры, или липиды и жироподобные вещества или липоиды.

Жирные кислоты, входящие в состав жиров делятся на

- предельные - не имеют двойных связей и называются ещё насыщенными

- непредельные - имеют двойные связи и называются ненасыщенными.

Есть ещё полиненасыщенные жирные кислоты, имеющие две и более двойные связи. Такие жирные кислоты в организме человека не синтезируются и должны обязательно поступать с пищей, так как являются для синтеза некоторых важных липоидов. Чем больше двойных связей, тем ниже температура плавления жира. Ненасыщенные жирные кислоты делают жиры более жидкими. Их много содержится в растительном масле.

Молекулы жирных кислот образуют вытянутую углеводородную цепь с концевой карбоксильной группой. У растений, человека и животных они обычно имеют чётное число углеродных атомов. Однако в клетках микроорганизмов могут синтезироваться жирные кислоты с нечётным числом атомов углерода, а в составе некоторых разновидностей липидов бактерий, птиц и растений имеются жирные кислоты с боковыми ответвлениями углеродной цепи.

Животные жиры в основном построены из высокомолекулярных насыщенных карбоновых кислот, имеющих высокие температуры плавления (40-80ºC). В связи с этим животные жиры при обычной температуре имеют твёрдую консистенцию. В жирах же растений преобладают ненасыщенные кислоты, имеющие более низкие температуры плавления, в связи с чем они существуют в жидком виде и их называют маслами.

Из насыщенных кислот в составе жиров наиболее часто встречаются пальмитиновая и стеариновая кислоты. В жирах тропических растений довольно много лауриновой и миристиновой кислот, а в масле арахиса ـ арахиновой кислоты. Их структурные формулы следующие:

Ненасыщенные жирные кислоты содержат от одной до четырёх двойных связей, которые чаще всего распределяются в углеводородном радикале между концевой метильной группой и одним из углеродных атомов в центральной его части. Между группировками атомов с двойными связями находятся свободные метиленовые группы. Из ненасыщенных кислот наиболее распространены в растительных жирах олеиновая, линолевая, линоленовая, а в клетках печени животных и человека содержится арахидоновая кислота. Они имеют следующие структурные формулы:

 

Организмы человека и животных не способны синтезировать ненасыщенные жирные кислоты с двумя и больше двойными связями (полиненасыщенные кислоты), хотя они необходимы для жизнедеятельности этих организмов и должны в обязательном порядке входить в состав пищи человека или кормов животных. В связи с этим указанные жирные кислоты принято называть незаменимыми.

Незаменимые жирные кислоты способствуют выведению из организма холестерина и повышают эластичность кровеносных сосудов, ослабляя таким образом развитие атеросклероза. В связи с тем, что полиненасыщенные кислоты участвуют в процессах обмена жиров, локализованных в подкожной клетчатке, при их недостатке появляются признаки кожных заболеваний - сухость кожи, образование экзем. Для обеспечения организма незаменимыми жирными кислотами человеку необходимо в сутки потреблять 20-25 г растительного масла.

Ненасыщенные жирные кислоты различают также по положению двойных связей на ω-конце углеводородной цепи (на противоположном конце от карбоксильной группы). В растительных жирах преобладают ω-6 кислоты, у которых двойные связи начинаются от шестого углеродного атома на ω-конце их молекул. В жирах животного происхождения (особенно в молоке и рыбе) содержится много ω-3 кислот, которые оказывают наиболее благоприятное действие на организм человека.

В маслах определённых видов растений могут содержаться специфические жирные кислоты, характерные только для этих генотипов. Так, например, в касторовом масле (из семян клещевины) довольно много рицинолевой кислоты, имеющей в составе углеводородного радикала одну двойную связь и гидроксильную группу:

СН₃(СН₂)₅СН(ОН)СН₂СН=СН(СН₂)₇СООН

В маслах из семян растений семейства капустные (рапс, горчица, рыжик) содержится мононенасыщенная эруковая кислота:

СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₁₁СООН

Жиры разного происхождения отличаются набором жирных кислот, входящих в их состав.

Физико-химические свойства жиров:

1. Жиры нерастворимы в воде. Однако, в присутствии особых веществ – эмульгаторов – жиры при смешивании с водой образуют устойчивую смесь – эмульсию. Пример эмульсии – молоко, а пример эмульгатора – мыла – натриевые соли жирных кислот. В организме человека в роли эмульгаторов выступают желчные кислоты и некоторые белки.

2. Липиды принято делить на жиры и масла в зависимости от того, остаются ли они твёрдыми при 20°С (жиры) или имеют при этой температуре жидкую консистенцию (масла).

Чистый жир всегда бывает белого цвета, а чистое масло всегда бесцветное. Жёлтая, оранжевая и бурая окраска масла объясняется присутствием каротина или подобных ему соединений. Оливковое же масло иногда имеет зеленоватый оттенок: в нём содержится немного хлорофилла.

3. У жиров высокая температура кипения. Благодаря этому на жирах удобно жарить пищу. Они не испаряются с горячей сковороды, начинают пригорать лишь при температуре 200 — 300⁰ С.

4. обладают высокой энергоёмкостью;

5. имеют плотность ниже, чем у воды;

6. высококалорийные вещества.

Классификация липидов

1. Простые – нейтральные жиры и воски

2. Сложные – фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды

3. Липоиды – жирные кислоты, глицерин, холестерин, жирор-римые витамины, стероидные гормоны.

Простые липиды

Нейтральные жиры (триглицериды) представляют собой соединения высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. В цитоплазме клеток триглицериды откладываются в виде жировых капель.

Избыток жира может вызывать жировую дистрофию. Главный признак появления жировой дистрофии — увеличение и уплотнение печени за счет накопления жира в гепатоцитах (клетках печени).

Воски — пластичные вещества, обладающие водоотталкивающими свойствами.

Три класса сложных липидов.

1. Фосфолипиды, состоящие из жирных кислот, спирта и обязательно фосфорной кислоты. По своей структуре фосфолипиды сходны с жирами, но в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены остатком фосфорной кислоты.

Роль: Они формируют основу всех биологических мембран.

2. Гликолипиды, состоящие из жирной кислоты, спирта и какого-нибудь простого углевода, чаще всего галактозы. Углеводные компоненты гликолипидных молекул полярны, и это определяет их роль: подобно фосфолипидам гликолипиды входят в состав клеточных мембран, особенно в миелиновой оболочке нервных волокон и на поверхности нервных клеток, а также компоненты мембран хлоропластов.

3. Липопротеиды, состоящие из гидрофобного ядра, образованного триглицеридами и холестерином. Снаружи гидрофобное ядро окружено белком, это фактор стабильности липопротеида (заряд белковой молекулы и водная оболочка не позволяет частицам слипаться). Роль: входят в состав клеточных мембран.

К жироподобным веществам (липоидам) относятся предшественники и производные простых и сложных липидов: холестерин, желчные кислоты, жирорастворимые витамины, стероидные гормоны, глицерин и другие.

Роль:

- Желчные кислоты входят в состав желчи. Соли желчных кислот способствуют эмульгированию и солюбилизации липидов в процессе переваривания.
- При недостатке витамина D развивается рахит.

- Сердечные гликозиды, например гликозиды наперстянки, применяются при сердечных заболеваниях.

- входят в состав эфирных масел растений, например ментол у мяты, камфора.

- Гиббереллины — ростовые вещества растений.

- Каротиноиды — фотосинтетические пигменты.

Общие функции липидов

Функция	Пояснение
Энергетическая	При расщеплении 1 г триглицеридов выделяется 38,9 кДж энергии
Структурная	Фосфолипиды и гликолипиды принимают участие в образовании клеточных мембран
Запасающая	Жиры и масла — важнейшие резервные вещества. Жиры откладываются в клетках жировой ткани животных и служат источником энергии во время спячки, миграций или голода. Масла семян растений обеспечивают энергией будущие проростки
Источник метаболической воды	При окислении 100 г жира образуется 101 г воды
Защитная	Прослойки жира обеспечивают амортизацию органов животных, а подкожная жировая клетчатка создает теплоизолирующий слой. Воск служит водоотталкивающим покрытием у растений
Регуляторная	Стероидные гормоны регулируют фундаментальные процессы в организмах животных — рост, дифференцировку, размножение, адаптации и т. д.
Каталитическая	Жирорастворимые витамины А, D, E, К являются кофакторами ферментов, и, хотя сами по себе они не обладают каталитической активностью, без них ферменты не могут выполнять свои функции