Вміст ліпідів у насінні та плодах рослин

ЛІПІДИ

Ліпідами (від грецьк. lipos – жир) називається велика група природних сполук, які відіграють значну роль у життєдіяльності всіх живих організмів (тварин, рослин, бактерій тощо). Разом з білками та вуглеводами вони становлять основу структури клітинних і тканинних мембран таких організмів. Ліпіди сприяють утворенню енергетичного резерву (депо) в організмі, захищають тканини від дії механічного впливу, температури, води.

Класифікація ліпідів. За походженням ліпіди поділяються на тваринні та рослинні. У рослинах ліпіди накопичуються, в основному, у насінні та плодах. Вміст ліпідів у насінні та плодах рослин наведено у табл. 4.1. Вміст ліпідів в окремих видах рослин залежить від сорту, місця та умов зростання.

Таблиця 4.1

Вміст ліпідів у насінні та плодах рослин

У тварин та риб ліпіди накопичуються у тканинах, що оточують важливі органи (серце, нірки), підшкірних, мозкової і нервової тканинах. Вміст ліпідів у туші риб може досягати 20 – 25 %, у наземних тварин кількість ліпідів сильно коливається: у свинині – 33 %, яловичині – 9,8 %, м'ясі поросят – 3 %. У молоці кози – 5 %, корови – 3,5–4 %. Вміст ліпідів у тварин залежить від виду, складу кормів, умов життя та інших факторів.

До складу ліпідів входять різні за хімічною будовою структурні компоненти – вищі карбонові кислоти (ВКК), вищі спирти (ВС), аміноспирти, гліцерин, діоли, неорганічні кислоти (фосфатна), які утворюють здебільшого відповідні естери, а також етери та інші похідні. Така структурна різноплановість ліпідних речовин значно ускладнює їхню хімічну класифікацію. Загальною рисою ліпідів є нерозчинність у воді та розчинність в органічних розчинниках (нижчих спиртах, хлороформі та інших галогеналканах, бензені, ацетоні, діалкілових етерах, оліях). На цій загальній властивості ґрунтується віднесення до ліпідів таких сполук, як ВКК та їх естери (жири), ВС та їх естери з ВКК (воски), інші естери ВКК з аміноспиртами тощо.

В основу сучасної хімічної класифікації ліпідів покладений принцип структурної подібності речовин, згідно з яким ліпіди поділяються на групи:

Прості ліпіди – це ліпіди, які не містять атомів Нітрогену, Фосфору, Сульфуру. Це естери ВКК і спиртів: жири, воски. Найбільше важливою і поширеною групою простих ліпідів є ацилгліцерини. Ацилгліцерини (або гліцериди) – це естери гліцерина та ВКК. Вони складають основну масу ліпідів (іноді до 95 %) та, по суті, саме їх називають жирами та оліями. Зрозуміло, що різниця між різними жирами за фізичними та хімічними властивостями обумовлена виключно кислотами. В залежності від кількості естерефікованих гідроксилів гліцерину розрізняють моно-‚ ди- та триацилгліцерини. Триацилгліцерини, молекули яких містять залишки однієї кислоти, називають простими, різних кислот – змішаними. Природні жири та олії містять переважно змішані тригліцериди.

До складу жирів входять головним чином триацилгліцерини, а також диацилгліцерини і моноацилгліцерини.

У 1854 році М. Бертло довів будову жирів, отримавши їх шляхом нагрівання гліцерину з вищими жирними кислотами в ампулах.

Гліцерин входить до складу усіх природних жирів. Різниця між різними жирами за фізичними та хімічними властивостями обумовлена виключно вищими жирними кислотами.

Нині відомо біля 50 природних насичених і ненасичених карбонових кислот, найпоширеніші з яких у складі жирів подано у табл. 4.2.

Таблиця 4.2.

Найважливіші кислоти, які виділені з природних жирів

	Тривіальна назва	Формула
Вищі насичені карбонові кислоти	Масляна (С4)	СН3(СН2)2СООН
Капронова (С6)	СН3(СН2)4СООН
Каприлова (С8)	СН3(СН2)6СООН
Капринова (С10)	СН3(СН2)8СООН
Лауринова (С12)	СН3(СН2)10СООН
Міристинова (С14)	СН3(СН2)12СООН
Пальмітинова (С16)	СН3(СН2)14СООН
Стеаринова (С18)	СН3(СН2)16СООН
Арахінова (С20)	СН3(СН2)18СООН
Бегенова (С22)	СН3(СН2)20СООН
Лігноцеринова (С24)	СН3(СН2)22СООН
Церотинова (С26)	СН3(СН2)24СООН
Монтанова (С28)	СН3(СН2)26СООН
Мелісинова (С30)	СН3(СН2)28СООН
Вищі ненасичені карбонові кислоти з одним подвійним зв'язком	Додеценова (С12)	СН3СН2 –СН=СН–(СН2)7СООН
Тетрадеценова (С14)	СН3(СН2)3–СН=СН– (СН2)7СООН
Пальмітолеїнова (С16)	СН3(СН2)5–СН=СН(СН2)7СООН
Олеїнова (С18)	СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН
Петроселева (С18)	СН3(СН2)10СН=СН(СН2)4СООН
Вакценова (С18)	СН3(СН2)5СН=СН(СН2)9СООН
Ейкозенова (гадолеїнова) (С20)	СН3(СН2)9СН=СН(СН2)7СООН
Ерукова (С22)	СН3(СН2)7СН=СН(СН2)11СООН
Нервонова (С24)	СН3(СН2)7СН=СН(СН2)13СООН
З двома подвійними зв'язками	Лінолева (С18)	СН3(СН2)4СН=СНСН2СН=СН(СН2)7СООН
З трьома подвійними зв'язками	Ліноленова (С18)	СН3–(СН2СН=СН)3–(СН2)7СООН
Елеостеаринова (С18)	СН3–(СН2)3–(СН=СН)3–(СН2)7СООН
Дигомо-γ-ліноленова (С20)	СН3(СН2)3–(СН2СН=СН)3–(СН2)6СООН
З чотирма подвійними зв'язками	Арахідонова (С20)	СН3(СН2)4–(СН=СНСН2)4–(СН2)2СООН
З шістьма подвійними зв'язками	Докозагексенова (С22)	СН3 –(СН=СНСН2)6–(СН2)2СООН
З потрійним зв'язком	Тарірова (С18)	СН3(СН2)10–СНºСН– (СН2)4СООН
З циклами у вуглецевому ланцюзі	Стеркулова (С20)
Хаульмугрова (С18)
Гіднокарпова (С16)
Гідрокси та кетокислоти	Рицинолева (С18)	СН3(СН2)5СН(ОН)СН2СН=СН(СН2)7СООН
Ліканова (С18)	СН3(СН2)3(СН=СН)3(СН2)4СО(СН2)2СООН

Жирні кислоти, що містять один або більше подвійних зв’язків називаються ненасиченими карбоновими кислотами (олеїнова – С₁₇Н₃₃СООН, лінолева – С₁₇Н₃₁СООН, ліноленова – С₁₇Н₂₉СООН). Ступінь насиченості жирних кислот, які входять до складу жирів та інших ліпідів, визначає їх агрегатний стан: чим вище ненасиченість жирних кислот та менше атомів Карбону, тим нижче температура топлення. Рідкі жири називають оліями. У складі твердих жирів переважають ацили насичених кислот, а рідких – ацили ненасичених кислот.

Найбільш поширені з кислот містять від 12 до 18 атомів Карбону і мають нерозгалужені карбонові ланцюги з парним числом атомів Карбону. Виключення складають циклічні кислоти (хаульмугрова, стеркулова, гіднокарпова).

Воски До простих ліпідів відносяться воски – жироподібні аморфні речовини з температурою топлення 36 – 90 ^оС. Воски – це естери вищих карбонових кислот і вищих спиртів, які здебільшого мають парну кількість атомів Карбону (табл. 6). Крім згаданих естерів, віск містить вільні ВКК і ВС, алкани та інші домішки. Завдяки тому, що до складу восків входять головним чином насичені ВКК і спирти, воски в хімічному відношенні достатньо інертні речовини і важко окиснюються киснем повітря. Воски важко гідролізуються.

Таблиця 6. Вищі спирти

Більшість восків – тверді, пружньопластичні, інколи за кімнатної температури навіть крихкі речовини. Тільки деякі воски мають за кімнатної температури рідку консистенцію. Воски широко розповсюджені у природі. У рослин вони вкривають тонким шаром листя, стеблі, плоди і оберігають їх від змочування водою, висихання та дії мікроорганізмів. Бджолиний віск оберігає мед, личинок бджіл. Ланолін – тваринний віск – оберігає волосся і шкіру від дії води. У фітопланктону воски виконують функцію клітинного палива.

За походженням воски поділяють на тваринні (бджолиний, ланолін, спермацет), рослинні (карнаубський, лляний) і викопні (монтанний).

Складні ліпіди, молекули яких крім залишків жирних кислот і спиртів містять також похідні ортофосфатної кислоти (фосфоліпіди), залишки вуглеводів (гліколіпіди), азотисті сполуки – холін, коламін, серін. Складні ліпіди містяться майже у всіх тканинах людського і тваринного організму, переважно у клітинних мембранах, особливо у мозкової і нервовій тканинах.

Фосфоліпіди (фосфатиди) – ліпіди, які при гідролізі крім гліцерину і вищих жирних кислот дають фосфатну кислоту і аміноспирт. Фосфоліпіди розділяються на два класи: лецитини і кефаліни (цефаліни), які відрізняються аміноспиртом.

Лецитини (від грецьк. lethitos – жовток) містять холін НО-СН₂-СН₂-N⁺(CH₃)₃. Кефаліни містять коламін (етаноламін) НО-СН₂-СН₂-NН₂, а також серин –
НО-СН₂-СН(NН₂)-СООН.

Лецитини (фосфатидилхоліни) вперше були виділені в 1845 р. з яєчного жовтка. Вони також містяться у печінці, серцевому м'язі. Особливо багато їх в рослинних продуктах – насінні олійних культур, гороху, злаків. За хімічною будовою вони є діацилгліцерофосфатами, в яких фосфатна група додатково естерифікована холіном.

Лецитин Кефалін

(фосфатидилхолін) (фосфатидилетаноламін)

В утворенні молекул фосфатидилхолінів беруть участь як насичені так і ненасичені вищі жирні кислоти. В більшості випадків до складу лецитинів входить один залишок насиченої і один залишок ненасиченої жирних кислот (здебільшого С₁₆ – С₂₂).

Лецитини добувають із природних джерел послідовними екстракцією ліпідів, виділенням фракційним осадженням та хроматографічним розділенням на силікагелі.

Лецитини розчинні в спирті і етері, кефаліни – тільки в етері.

Фосфатиди є поверхнево-активними речовинами. В молекулі міститься гідрофільний (полярний) фрагмент, який називається «головкою», і гідрофобний (неполярний) – «хвіст». До «головки» належать залишки карбоксильної групи карбонових кислот, азотовмісної складової та фосфатної кислоти, а до «хвоста» – залишки аліфатичної частини ВКК. Тому фосфоліпіди є амфифілами (мають спорідненість як до полярних розчинників, так і до неполярних).

Завдяки амфифільній природі фосфоліпіди можуть утворювати емульсії. Використовуються як емульгатори у хлібопекарному та кондитерському виробництві і для одержання маргаринової продукції.

Гліколіпіди – сполуки, що містять залишки вуглеводів, сполучених із ліпідною основою. Виконують структурні функції, приймають участь у побудові мембран, їм належить важлива роль у формуванні клейковинних білків пшениці, які визначають хлібопекарну якість борошна. Гліколіпіди розділяють на дві основні групи: цереброзиди і гангліозиди.

В молекулах гліколіпідів роль полярного компоненту виконує не фосфат, а залишок вуглеводу (галактози, глюкози, манози або олігосахариду), з'єднаний з центральною ланкою етерним зв'язком. На відміну від гліцерофосфоліпідів, побудованих на основі гліцерину, центральною ланкою може бути двоатомний аміноспирт сфінгозин з 18 атомами Карбону:

Цереброзиди в значній кількості містяться в головному мозку, де виконують важливу структурну і метаболічну функції в мембранах нервових клітин. Вуглеводним компонентом їх є D-галактоза або D-глюкоза;аміноспирт – сфінгозин; нервонова (С₂₄), церебронова СН₃-(СН₂)₁₂СН(ОН)СООН, лігноцеринова кислоти.

Залишок сфінгозину

Галактоцереброзид (нервон)

До складу галактоцереброзиду (1^/-β-D-галактопіранозил-N-нервоноїлсфінгозину) входить нервонова кислота, сполучена амідним зв'язком із сфінгозином, і β-D-галактоза, приєднана β-глікозидним зв'язком до гідроксилу сфінгозину при С₁.

Цереброзиди – тверді речовини, що не розчиняються у воді, але розчиняються в органічних розчинниках. При кислотному гідролізі розщеплюються на складові: сфінгозини, ВКК і моносахариди.

Цереброзиди використовуються як діагностичні біопрепарати.

Гангліозиди містяться переважно в сірій речовині мозку, у мембранах нервових тканин і беруть участь у регуляції росту і адгезії тканин, передачі нервових імпульсів, імунологічних процесах тощо. У структурному відношенні гангліозиди подібні до цереброзидів, відрізняються тим, що замість моносахариду вони містять складний олігосахарид, до складу якого входить принаймні один залишок N-ацетилнейраміновой (сіалової) кислоти:

Піранозна форма

N-ацетилнейрамінова (сіалова) кислота

Одним з найпростіших представників гангліозидів є гематозид, який виділено із строми еритроцитів.

Галактоза Глюкоза Сфінгозин

Гематозид

Єдиної системи класифікації ліпідних сполук практично немає. Віднесення до ліпідів сполук ізопреноїдної будови (каротини, вітаміни А), стероїдів (стерини, жовчні кислоти, гормони), деяких жиророзчинних вітамінів тощо є дискусійним і остаточно ще не вирішеним питанням. Загальною властивістю цих сполук з ліпідами є нерозчинність у воді і розчинність у органічних розчинниках.