ЛИПИДЫ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА

Липиды (от греч. «lipos» — жир) — низкомолекулярные органические со­единения, полностью или почти полностью нерастворимые в воде и хорошо растворимые в неполярных органических растворителях (хлороформ, метанол, эфир, бензол и др.).

Гидрофобность (или липофильность) является общим признаком этого класса соединения. В их состав входят спирты, жирные кислоты, азотистые соединения, фосфорная кислота, углеводы и др.

К основным функциям липидов относятся:

¾ структурная. В комплексе с белками липиды являются структурными компонентами всех биологических мембран клеток. Они влияют на их проницаемость, участвуют в передаче нервного импульса, в создании межклеточного взаимодействия;

¾ энергетическая. Липиды, являясь более восстановленными по отношению к углеводам, служат наиболее энергоемким «клеточным топливом». При окислении 1 г жира выделяется 39 кДж энергии, что в два раза больше, чем при окислении 1 г углеводов;

¾ резервная. Липиды являются наиболее компактной формой депонирова­ния энергии в клетке. Они резервируются в адипоцитах — клетках жировой ткани;

¾ защитная. Обладая выраженными термоизоляционными свойствами, ли­пиды предохраняют организм от термических воздействий; жировая проклад­ка защищает тело и органы животных от механических и физических повреж­дений; защитные оболочки в растениях (восковой налет на листьях и плодах) защищают от инфекции и излишней потери или накопления влаги;

¾ регуляторная. Некоторые липиды являются предшественниками вита­минов, гормонов, в том числе гормонов местного действия. Кроме того, от состава, свойств, состояния мембранных липидов во многом зависит активность мембрано-связанных ферментов.

Липиды представляют собой разнородные в химическом отношении вещест­ва. В связи с этим существуют разные подходы к их классификации. На рисунке 2.25 приведена классификация липидов, в соответствии с которой они сгруппированы в отдельные классы и группы на основании их химического строения и состава.

Определяющим признаком для первичной классификации липидов, при­веденной выше, являются входящие в состав липидов многоатомные алифати­ческие спирты, содержащие две или три гидроксильные группы.

Жирные кислоты.Многообразие и физико-химические свойства липидов в ос­новном обусловлены наличием в их составе жирных кислот.

В природе обнару­жено более 200 жирных кислот. Однако широкое распространение имеют не более 20, которым присущ ряд общих свойств и особенностей:

Рисунок 2.25 - Классификация липидов

¾ жирные кислоты, входящие в состав липидов высших растений и жи­вотных — это монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводород­ные цепи (обычно С₁₂—С₂₀) с общей формулой СН₃(СН₂)_nСООН;

¾ жирные кислоты обычно содержат четное число атомов углерода (n – кратно 2). Одна­ко в природе встречаются также кислоты с нечетным числом уг­леродных атомов;

¾ жирные кислоты могут быть как насыщенными, т.е. содержат в углеводородной цепочке только ковалентные связи, так и ненасыщенными, т.е. содержат одну и более ненасыщенных (этиленовых) связей. Они всегда разделены од­ной метиленовой группой:

—СН=СН—СН₂—СН=СН—

Необходимо отметить, что на долю ненасыщенных кислот в природных липи­дах приходится примерно 3/4 всех жирных кислот.

¾ природные ненасыщенные жирные кислоты чаще имеют цис-конфигурацию, крайне редко в полиеновых кислотах встречается транс-конфигурация:

В таблице 2.4 приведены названия и структурные формулы некоторых наиболее распространенных высших жирных ксилот.

Таблица 2.4 - Некоторые физиологически важные высшие жирные кислоты

Большое число неполярных связей С—С и С—Н в углеводородной цепи жирных кислот придает неполярный характер молекуле липида в целом, хотя в ней имеет­ся полярная, заряженная, группа — СОО^—. Неполярность высших жирных кислот является причиной нерастворимости липидов в воде.

Цис-конфигурация двойной связи придает углеводородной цепи укороченный вид за счет ее изгиба. Введение цис-этиленовой связи су­щественно влияет на свойства жирных кислот. Так, например, с увеличением числа двой­ных связей значительно снижается температура плавления жирных кислот, возрастает их растворимость в неполярных растворителях.

Линолевая, линоленовая и другие полиеновые кислоты не синтезируются в организме высших животных и человека и должны поступать в организм с пищей. В связи с тем, что эти кислоты необходимы для нормальной жизне­деятельности организма, их относят к незаменимым (эссенциальным) жир­ным кислотам или чаще комплекс этих кислот объединяют в группу вита­минов F.

Особая роль в организме принадлежит 20-углеродным (эйкозановым) не­насыщенным кислотам (арахидоновой и дигомо-g-линоленовой), являющимся предшественниками тканевых гормонов (эйкозаноидов, простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов).

Ацилглицеролы, или нейтральные липиды, — наиболее распространенная в природе группа липидов. Эти соединения представляют собой сложные эфиры жирных кислот и трехатомного спирта глицерола (глицериды), в котором могут быть этерифицированы одна, две или три гидроксильные группы глице­рола с образованием соответственно моно-, ди- и триацилглицеролов:

В природе наиболее часто встречаются триацилглицеролы. Поскольку все приведенные выше ацилглицеролы не содержат ионных групп, они относятся к нейтральным липидам. Если все три кислотных радикала принадлежат одной и той же жирной кислоте, то такие триацилглицеролы называют простыми, если же разным жирным кислотам — то смешанными.

Животные жиры обычно содержат значительное количество насыщенных жирных кислот, благодаря чему они при комнатной температуре остаются твердыми. Жиры, в состав которых входит много ненасыщенных кислот, будут при этих условиях жидкими - их называют маслами.

Для характеристики свойств жира используют константы, или жировые числа, — кислотное число, число омыления, йодное число.

Нейтральные липиды играют важную роль в процессах метаболизма в ор­ганизме. Триацилглицеролы жировой ткани являются самой компактной и энерго­емкой формой хранения энергии, кроме того выполняют в подкожном слое роль физической защиты, термо- и электроизоляторов.

Воска — сложные эфиры высших жирных кислот и высших моноатомных или двухатомных спиртов.

Помимо эфиров, воска содержат свободные высшие жирные спирты, на­пример цетиловый спирт и другие спирты с четным числом углеродных атомов (от С₂₂—С₃₂), а также свободные жирные кислоты с длинной углеводородной цепью (от С₁₄ до С₃₄).

Спермацет, получае­мый из головного мозга кашалотов, является сложным эфиром цетилового спирта (первичный спирт, соответствующий пальмитиновой кислоте) и паль­митиновой кислоты.

Воска выполняют в организме преимущественно защитную функцию, которая сводится к образованию защитных покрытий. Они входят в состав жира, покрывающего кожу, шерсть, перья. У растений около 80% от всех липидов, образующих пленку на поверх­ности листьев, составляют воска. Известно также, что воска являются нор­мальными метаболитами некоторых микроорганизмов.

Фосфолипиды. Общий признак всех фосфолипидов — наличие в их составе фосфорной кислоты. В зависимости от спиртового компонента они делятся на глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды.