Фосфолипиды, стерины и другие липиды

Фосфолипиды – жироподобные вещества, относящиеся к группе сложных липидов. В качестве эфирного компонента содержат фосфорную кислоту. Массовая доля фосфолипидов в молоке составляет от 0,01 до 0,04%, в молочном жире – от 0,2 до 1%, из них около 58% содержатся в оболочках жировых шариков. К фосфолипидам молока относятся фосфоглицериды и сфинголипоиды.

Фосфоглицериды содержат спиртовый компонент глицерин, а сфинголипоиды – аминоспирт сфингозин.

К фосфоглицеридам относятся: фосфатидилхолин (лецитин) – 35-40%; фосфатидилэтаноламин (кефалин) – 29-38%; фосфатидилсерин – 2-3%.

К сфинголипоидам относятся сфингомиелины. Содержание их составляет от 19 до 24% (к общему содержанию фосфолипидов). Содержат спирт сфингозин, высокомолекулярную жирную кислоту и фосфорилхолин. Все фосфолипиды являются полноценными веществами с точки зрения физиологии питания, так как они активно участвуют в обмене жиров в организме, необходимы для построения костной ткани и мозгового вещества. Лецитин в организме проявляет выраженное липотропное действие, предотвращая накопление холестерина и способствуя его выведению.

В молоке фосфолипиды стабилизируют эмульсию тем, что в форме белково-лецитинового комплекса образуют оболочку жировых шариков. В молочных продуктах могут действовать либо как антиокислители (в сухих молочных продуктах), либо наоборот, как окислители – во влагосодержащих продуктах. Это объясняется тем, что фосфолипиды отличаются от ацилглицеринов повышенным содержанием ненасыщенных жирных кислот, а при высокотемпературной обработке разрушается липопротеиновый комплекс, фосфолипиды выделяются в свободном виде, двойные связи входящие в их состав ненасыщенных жирных кислот разрушаются.

Фосфолипиды особенно лецитин обладают хорошей эмульгирующей способностью, так как его молекула построена из двух частей: гидрофобной (неполярной) и гидрофильной (полярной).

Гидрофобной частью (радикалы жирных кислот) лецитин ориентируется к жиру, а его гидрофильная часть обращена к водной фазе. Благодаря взаимодействию электрических зарядов (полярная часть молекулы) фосфолипиды с белками образуют липопротеиновый комплекс, который в свою очередь образует гидратную оболочку.

При сепарировании молока большая часть фосфолипидов (65-70%) остается в сливках, а при выработке масла из сливок сбиванием, большая часть фосфолипидов (55-70%) переходит в пахту.

O

C – O – CH₂

C₁₅H₃₁

O

C – O – CH

C₁₇H₃₃ OH

CH₂ – O – P – O – CH₂ – CH₂ – N⁺(CH₃)₃

О^-

гидрофобная

часть гидрофильная

Фосфатидилхолин (лецитин)

Стерины – это кристаллические вторичные спирты, относятся к веществам, сопутствующим жиру. Содержание их составляет 0,25-0,4% от массы жира. Стерины в молочном жире в основном представлены холестерином. Холестерин в организме выполняет жизненно важные функции: обладает способностью обезвреживать ядовитые вещества крови. При избытке холестерина возможно нарушение обмена веществ, отложение холестерина на стенках кровеносных сосудов и как следствие – сердечно-сосудистые заболевания.

Каротиноиды – жирорастворимые пигменты, входят в группу тетратерпеновых углеводородов – каротины (α; β; γ) и спирты-ксантофиллы. Содержание их в молоке – от 0,05 до 0,9 мг/кг и зависит от состава кормов и сезона года. Каротиноиды обусловливают окраску молочного жира и молока. Сезонные колебания цвета сливочного масла связаны с их содержанием.

Гликолипиды молока представлены главным образом цереброзидами, содержащими в своем составе в качестве спиртового компонента аминоспирт сфингозин, высокомолекулярную жирную кислоту и углеводный компонент (галактозу), но в них отсутствует фосфор. Содержание гликолипидов в молоке невелико – менее 0,01%, но они являются биологически активными компонентами, препятствуя продуцированию энтеротоксинов в организме отдельными видами бактерий. Большая часть гликолипидов содержится в оболочках жировых шариков.

Биосинтез липидов

По общепризнанному мнению, из всех составных частей молока больше всего известно в настоящее время о биосинтезе молочного жира. Достоверно известно, что молочный жир синтезируется путем преобразования в эпителиальных клетках альвеол молекул триацилглицеринов, фосфолипидов, эфиров, холестерина, доставляемых кровью, а также в результате этерификации свободными жирными кислотами, синтезированными тканями железы, α-глицерофосфорной кислоты.

Синтез молочного жира осуществляется в две стадии: образование жирных кислот и глицерина, и синтез триацилглицеринов.

В молочную железу в составе липидов крови поступает около половины всех жирных кислот, участвующих в синтезе молочного жира. Причем, из липидов крови образуются главным образом высокомолекулярные жирные кислоты (от С₁₈ и выше, частично С₁₆). Другая часть жирных кислот (от С₄ до С₁₄, частично С₁₆) синтезируется в тканях молочной железы из низкомолекулярных предшественников: летучих жирных кислот (в основном – 92-95% из уксусной и частично из масляной).

Высокомолекулярные жирные кислоты, образовавшиеся при гидролизе триацилглицеринов крови, поглощаются железой, а затем подвергаются превращениям в самой железе. Так, например, установлено, что молочная железа больше поглощает стеариновой кислоты (С_18:0), чем олеиновой (С_18:1) в 3-4 раза, однако молочный жир содержит больше олеиновой кислоты. Объясняется это превращениями насыщенных кислот: стеариновой – в олеиновую, а пальмитиновой (С_16:0) – пальмитолеиновую (С_16:1) под действием специфической оксигеназы, в присутствии кислорода, при участии кофермента НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат – кофермент оксигеназ, катализирующих реакции дегидрирования, переносчик атомов водорода).

Глицерин, входящий в структуру жира (триацилглицеринов), поступает в молочную железу в составе липидов крови, или синтезируется из ряда органических веществ, в том числе аминокислот, и главным образом, из продукта гидролиза глюкозы – диоксиацетонфосфата. Глицерин, а также и жирные кислоты, участвующие в синтезе молекул жира, предварительно должны быть активированы, без этого они не будут реагировать между собой. Активирование глицерина заключается в его фосфорилировании под действием фермента глицеролкиназы, при участии АТФ. Глицеролкиназа катализирует перенос фосфатных групп от АТФ к глицерину.

Н₂С – ОН Н₂С – ОН

НС – ОН + АТФ _{глицеролкиназа} НС – ОН + АДФ

ОН

Н₂С – ОН Н₂С – О – Р = О

ОН

Глицеро-3-фосфат

(активированный глицерин)

При условии синтеза из диоксиацетонфосфата (образуется при распаде углеводов) глицерин образуется уже в активированной форме путем дигидрирования диоксиацетонфосфата.

Н₂С – ОН Н₂С – ОН

НАД^.Н₂ НАД`

С = О _{глицерофосфат-} НС – ОН

дегидрогеназа ОН ОН

Н₂С – О – Р = О Н₂С – О – Р = О

ОН ОН

диоксиацетонфосфат глицеро-3-фосфат

(НАД – никотинамидадениндинуклеотид – кофермент дегидрогеназ, переносчик атомов водорода).

Синтез жирных кислот. Предшественниками жирных кислот служат ацетат (в основном) и β-оксибитурат, содержащиеся в большом количестве в крови жвачных.

На первом этапе синтеза жирных кислот исходными веществами являются активированная уксусная кислота (в форме ацетил-КоА) и двуокись углерода СО₂, реагирующие между собой с использованием энергии АТФ.

СН₃ – С ~ SkoA - активированная уксусная кислота

О (ацетил-КоА)

(Кофермент-А или КоА – выполняет функцию переносчика ацетильных групп, как АТФ является источником и переносчиком фосфатных групп. Активным началом сложной по своей структуре молекулы кофермента ацилирования служит группа – SH, поэтому его обычно обозначают (КоASH). Итак, на первом этапе происходит карбоксилирование ацетила-КоА в присутствии СО₂ и образование малонила-КоА.

CH₃ – С ~ SkoA + CO₂ + АТФ + H₂O ацетил-КоА-

карбоксилаза

О

→НООС – СН₂ – С ~ SkoA + АДФ + Н₃РО₄

О

Малонил-SkoA

Далее синтез идет следующим образом: ацетильная и малонильная группы переносятся на ацилпереносящий белок (АПБ), находящийся в центре ферментного комплекса. АПБ служит своего рода якорем, к которому в ходе реакций присоединяются ацильные группы ацетил-КоА и малонил-КоА при участии соответствующих ферментов, имеющих SН-группы.

Ацетил ~ SКoA + АПБ – SH ↔ Ацетил ~ SАПБ + КоASH

Малонил ~ SКoA + АПБ – SH ↔ Малонил ~ SАПБ + КоASH

В дальнейших реакциях синтеза жирных кислот участвуют ацетил ~ SАПБ и малонил ~ SАПБ.

CH₂ – C ~ SАПБ + HOOC – CH₂ – C ~ SАПБ →

O O

→CH₃ – C – CH₂ – C ~ SАПБ + АПБ – SH + CO₂

O O

ацетоацетил ~ SАПБ

Реакция идет с выделением большого количества энергии и сдвинута сильно в направлении синтеза, то есть декарбоксилирование малонильного остатка обеспечивает сильный термодинамический толчок в нпаравлении синтеза жирных кислот. Ацетоацетил-АПБ восстанавливается затем НАДФ^.Н₂ с образованием β-оксибутирила ~SАПБ.

Под действием дегидратазы от β-оксибутирила ~SАПБ отщепляется молекула воды и образуется кротонил ~SАПБ, который восстанавливается при участии НАДФ^.Н₂ с образованием бутирила ~SАПБ.

СH₃ – C – CH₂ – C ~SАПБ НАДФ^.Н₂ НАДФ`

║ ║

О О

Ацетоацетил ~SАПБ

→ СН₃ – СНОН – СН₂ – С ~SАПБ - Н₂О

║ дегидратаза

О

β оксибутирилил ~SАПБ

→СН₃ – СН = СН – С ~SАПБ НАДФ^.Н₂ НАДФ`

║

О

Кротонил ~SАПБ

СН₃ – СН₂ – СН₂ – С ~SАПБ

║

О

Бутирил ~SАПБ

Бутирил ~SАПБ под действием фермента деацилазы превращается в масляную кислоту или снова вступает в аналогичную цепь реакций, начинающуюся с конденсации с малонилом ~SАПБ. Таким образом происходит удлинение углеродной цепи на два углеродных атома: С₆, С₈, С₁₀, С₁₂ и т.д. до С₁₆ (пальмитиновой кислоты). Конечным продуктом синтеза является пальмитил ~SАПБ. В конце цикла пальмитиновая кислота отщепляется от АПБ.

Суммарное уравнение синтеза жирных кислот:

8Ацетил – КоА + 14НАДФ^.Н + 14Н⁺ + 7АТФ + Н₂О →

→С_16:0 + 8КоА + 14НАДФ⁺ + 7АДФ + 7Ф

пальмитиновая кислота

Молекула пальмитиновой кислоты может удлиняться при участии ферментных систем путем последовательного добавления ацетил-КоА (на некоторых стадиях в качестве восстановителя участвует НАДФ^.Н₂).

Мононенасыщенные жирные кислоты образуются из насыщенных в присутствии О₂, специфической оксигеназы и восстанавливающего агента НАДФ^.Н₂: из пальмитиновой (С_16:0) – пальмитолеиновая (С_16:1), из стеариновой (С_18:0) – олеиновая (С_18:1).

Полиненасыщенные жирные кислоты являются производными пальмитиновой и олеиновой кислот. Удлинение цепи происходит аналогичным образом, как при синтезе насыщенных кислот, а введение двойных связей катализируется оксигеназами в присутствии НАДФ^.Н₂ (так же, как при синтезе пальмитолеиновой и олеиновой кислот). Однако, в организме млекопитающих не синтезируются полиненасыщенные кислоты – линолевая (С_18:2) , линоленовая (С_18:3), а арахидоновая (С_20:4) может синтезироваться из линоленовой. Поэтому эти кислоты называют незаменимыми жирными кислотами, которые должны поступать в организм с растительными жирами. В жире молока из полиненасыщенных жирных кислот в основном содержатся линолевая, линоленовая и арахидоновая.

Биосинтез триацилглицеринов. Для синтеза триацилглицеринов используется глицеро-3-фосфат (активированный глицерин) и КоА – производные жирных кислот – активированные жирные кислоты.

Первая стадия образования триацилглицеринов заключается в ацилировании гидроксильных групп глицерофосфата двумя молекулами КоА – производного жирной кислоты с образованием фосфатидной кислоты, которая на последующей стадии под действием фосфатазы подвергается дефосфорилированию с образованием диацилглицерина, а затем триацилглицерина.

О

НС₂ - ОН +2R – C ~ SКoA H₂C – O – COR

- 2 KoASH -Ф_Н

НС – ОН НС – О – СОR фосфатаза

ОН ОН

Н₂С – О – Р = О Н₂С – О – Р = О

ОН ОН

глицеро-3-фосфат фосфатидная кислота

О

Н₂С – О – COR Н₂С – О – COR

+ R – C ~SКoA

HC – O – COR HC – O – COR

- KoASH

H₂C – OH H₂C – O – COR

диацилглицерин триацилглицерин

Кроме этого, синтез триацилглицеринов может идти путем непосредственного ацилирования моно- или диацилглицеринов крови:

Моноацилглицерин + R – CO ~ SКoA ↔ Диацилглицерин + KoASH

Контрольные вопросы

1. В чем заключается значение липидов молока?

2. Каким образом классифицируют липиды молока?

3. Дать характеристику глицеридного состава молочного жира.

4. Охарактеризовать жирнокислотный состав триацилгдицеринов.

5. От чего зависят физико-химические свойства триацилглицеринов: способность к плавлению и кристаллизации?

6. Какие физико-химические свойства молочного жира характеризуют константы: йодное число, число рефракции, число омыления, числа Рейхерта-Мейссля и Поленске?

7. Какова специфика ферментативного гидролиза молочного жира?

8. При каких условиях молочный жир подвержен перекисному окислению, каким образом протекает этот процесс?

9. Как предотвратить (или замедлить) перекисное окисление?

10. Какова последовательность стадий ферментативного окисления молочного жира, какие ферменты участвуют при этом и какие продукты образуются в результате окисления?

11. Какие фосфолипиды входят в состав молочного жира, каково их значение в молоке и роль в организме человека как биологически активных соединений?

12. Что составляет основу биосинтеза липидов в молочной железе?

13. В чем заключается специфика синтеза насыщенных и образование ненасыщенных жирных кислот в молочной железе?