Липиды в живом организме

Размещено на http://www.allbest.ru/

Липиды в живом организме

1. Функции и классификация липидов

Липидами принято называть разнородные в химическом отношении вещества с общими физико-химическими свойствами. В частности, все липиды нерастворимы в воде и хорошо растворимы в органических растворителях. Липиды состоят из пяти основных элементов: углерода, водорода, кислорода и, в некоторых случаях, фосфора и азота.

В настоящее время еще нет общепринятой классификации липидов. Наиболее удобно деление, основанное на химическом составе этих веществ.

Классификация липидов

Липиды широко распространены в природе и являются обязательной составной частью каждой клетки любой биологической системы. Кроме того, существуют специализированные клетки, которые образуют жировые депо как в организме животного, так и растения. У человека и животных такие клетки находятся в подкожной клетчатке и в оболочке внутренних органов, называемой сальником.

Липиды выполняют многообразные функции в организме. Они используются как энергетический материал, играют важную роль в процессах теплорегуляции. С этим связано наличие больших запасов жира у полярных животных. Жиры выполняют и механическую функцию: жировая прокладка защищает внутренние органы от повреждений.

Воски предохраняют поверхностную ткань растений от гнилостного повреждения, а также от испарения воды.

Во всех клетках и особенно в нервных в большом количестве содержатся сложные липиды, принимающие активное участие в формировании структур, в частности мембранных. Их роль в создании границ поверхностного раздела сред в настоящее время доказана.

2.Строение и свойства жиров. Константы жиров. Незаменимые жирные кислоты

Молекулу жира в общем виде можно представить следующим образом:

Следовательно, их можно рассматривать как эфиры жирных кислот и трехатомного спирта - глицерина.

Природные жиры, как правило, представляют смесь триглицеридов. Моно- и диглицериды встречаются только в составе промежуточных продуктов обмена веществ.

Жирные кислоты, найденные в жирах как животного, так и растительного происхождения, содержат большей частью четное число углеродных атомов. Эта особенность обусловлена механизмом их синтеза и распада в организме.

В жирах животного происхождения из насыщенных кислот преобладают стеариновая и пальмитиновая кислоты. В фосфатидах и гликолипидах - жирные кислоты с большим числом углеродных атомов.

В качестве представителей ненасыщенных жирных кислот, имеющихся в организме человека, следует назвать олеиновую, линолевую и линоленовую кислоты. Две последние кислоты - главные кислоты льняного масла. Олеиновая кислота найдена почти во всех животных и растительных жирах.

В сложных липидах встречаются и более ненасыщенные жирные кислоты. В последнее время из плазмы крови были изолированы жирные кислоты с конъюгированными двойными связями (отделены друг от друга одной простой связью). Для таких кислот характерно сильное взаимодействие (резонанс электронов). В природных жирах жирные кислоты встречаются преимущественно в цис-конфигурации.

Физико - химические свойства жиров определяются составом жирных кислот, образующих эфирную связь с глицерином. Жиры, содержащие много двойных связей, при комнатной температуре имеют жидкую консистенцию и носят название масел. Жиры, в составе которых преобладают насыщенные жирные кислоты с большим числом углеродных атомов, имеют твердую консистенцию, и их часто называют салом. Большинство жиров животного происхождения представляют собой твердые вещества с различной температурой плавления в зависимости от их жирно-кислого состава.

Развитие современных методов анализа жиров позволило выявить большое многообразие в их строении. Были найдены не только кислоты с разветвленной углеродной цепью и нечетным числом углеродных атомов, но и с конъюгированными двойными связями, а также жирные кислоты в транс-форме (вакценовая). Например, в коровьем масле на их долю приходится до 20% от общего содержания ненасыщенных кислот.

Состав и точка плавления животных жиров зависят также от их местонахождения в организме и от питания. Жир подкожной соединительной ткани имеет наиболее низкую температуру плавления. По-видимому, существует связь между составом жира и температурой тела. Помимо той роли, которую выполняют жиры в организме как пищевые вещества, используемые для энергетических и пластических целей, они имеют значение и для многих производственных процессов изготовления мыла, красок, лаков, клеенки, линолеума, типографских красок и различных косметических средств

3.Автоокисление и термоокисление жиров. Деструкция

В процессе переработки и хранения жиров возможно ухудшение их качества в результате окислительных процессов, глубина и скорость которых зависит от природных свойств жира, температуры, наличия кислорода и света. Эти факторы могут вызвать окислительную порчу жиров.

Различают автоокисление и термическое окисление жиров. Автоокисление жиров протекает при низких температурах в присутствии газообразного кислорода. Термическое окисление протекает при температуре 140-200 ??С.

Между термическим и автоокислением есть много общего, но, однако, состав образующихся продуктов несколько различается.

Продукты, образующиеся при автоокислении и термоокислении подразделяются на три группы:

1. Продукты окислительной деструкции жирных кислот, в результате которой образуются вещества с укороченной цепью.

2. Продукты изомеризации, а также окисленные триглицериды, которые содержат то ж количество углеродных атомов, что и исходные триглицериды, но отличаются от последних наличием в углеводородных частях молекул жирных кислот новых функциональных групп, содержащих кислород.

3. Продукты окисления, содержащие полимеризованные или конденсированные жирные кислоты, в которых могут находиться и новые функциональные группы, имеющие в своем составе кислород.

Кроме того, продукты окисления делятся на термостойкие и нетермостойкие.

Первичными продуктами окисления являются перекиси, активирующие окисление других молекул. Благодаря этому реакция окисления носит цепной характер. Механизм окисления жиров в настоящее время изучен. Теория цепных реакций разработана академиком Н.Н.Семеновым и его учениками при изучении кинетики химических процессов. Процессы окисления жиров в данном разделе подробно не излагаются.

Окислению подвергаются в первую очередь ненасыщенные жирные кислоты, но могут окисляться также и насыщенные кислоты с образованием гидроперекисей. При глубоком окислении жиров возможно образование циклических перекисей или эпоксидных соединений.

О содержании перекисных соединений в жире судят по величине перекисного числа. Это довольно чувствительный показатель, и по его значению судят о начале и глубине окисления жира. В свежем жире перекисей нет. На начальных стадиях окисления в течение некоторого времени химические и органолептические показатели жира почти не изменяются. Этот период, имеющий различную продолжительность, называют индукционным периодом. После индукционного периода жир начинает портиться. Это обнаруживается по увеличению перекисного числа и изменению его органолептических свойств.

Наличие индукционного периода объясняется тем, что в начале процесса молекул с повышенной кинетической энергией (возбужденных или свободных радикалов) очень мало. Обусловлено это также содержанием в жире естественных антиокислителей: каротиноидов, токоферолов, лецитинов, которые более активно взаимодействуют со свободными радикалами и с кислородом воздуха и тем самым препятствуют окислению жиров. Продолжительность индукционного периода зависит от концентрации антиокислителей, природы жира и условий переработки и хранения.

Животные жиры, в составе которых меньше ненасыщенных жирных кислот, более устойчивы, чем растительные.

Процесс автоокисления жиров значительно ускоряется в присутствии влаги, света и катализаторов. Такими катализаторами могут быть легкоокисляющиеся металлы (окислы или соли железа, меди, свинца, олова), а также органические соединения, содержащие железо, белки, гемоглобин, цитохромы и другие.

Каталитическое действие металлов основано на способности их легко присоединять или отдавать электроны, что приводит к образованию свободных радикалов из гидроперекисей жирных кислот.

Активными катализаторами являются ферменты, главным образом ферменты микроорганизмов. Поэтому загрязнение жиров, особенно бактериальное обсеменение, ускоряет процесс окисления жиров.

Перекиси и гидроперекиси являются неустойчивыми соединениями, поэтому происходит их распад с образованием свободных радикалов, например,

R-О-О-Н --> RО^? + ^?ОН и других.

При этом протекают последующие разнообразные реакции, в результате которых накапливаются вторичные продукты: оксисоединения, альдегиды, кетоны, низкомолекулярные кислоты и другие.

При окислении жиров обнаружен ряд альдегидов, представляющих собой продукты распада цепи жирных кислот: нониловый, азолаиновый, гептиловый, малоновый. Дальнейшее превращение низкомолекулярных альдегидов ведет к появлению низкомолекулярных спиртов, жирных кислот и новому разветвлению окислительной цепи.

Кетоны, как и альдегиды, образуются окислительным путем в результате дальнейших превращений перекисей, например, в результате их дегидратации.

Предполагают, что в присутствии ферментов микроорганизмов кетоны могут образовываться по типу в-окисления, то есть с участием воды.

4.Термополимеризация жиров. Антиоксиданты

Антиоксиданты (антиокислители, ингибиторы окисления) это вещества, замедляющие или предотвращающие окислительные процессы, приводящие к старению полимеров, прогорканию пищевых жиров.

Выбор ингибиторов полимеризации в настоящее время носит во многом эмпирический характер, зависящий от многих объективных и субъективных причин, одной из которых является доступность и распространенность (и, соответственно, цена) ингибитора. Поэтому по распространенности одно из лидирующих положений занимают ингибиторы фенольного ряда.

Антиоксиданты - это синтетические или природные вещества, которые способны тормозить процессы окисления различных органических соединений. Существует мнение, что с помощью антиоксидантов можно замедлить процессы старения организма, предотвращая губительное действие свободных радикалов. Однако эта гипотеза на сегодняшний день еще не подтверждена окончательно. Тем не менее, антиоксиданты очень широко применяются на практике - в пищевой промышленности, в оздоровительных целях, а так же для стабилизации топлива.

Натуральные антиоксиданты содержатся в свежих фруктах, овощах, ягодах, а также продуктах, приготовленных из них. Из ягод наибольшее содержание антиоксидантов наблюдается в гранатах, смородине, рябине, клюкве, винограде, чернике. Цвет фруктов с повышенным содержанием антиоксидантов - от красного до красновато-синего. Все они имеют кислый вкус. Чемпионом среди фруктов по содержанию антиоксидантов является бразильский или южноамериканский асаи. В нем содержится в 100 раз больше антиоксидантов, чем в знакомой всем клюкве. Из напитков, содержащих антиоксиданты, можно упомянуть о какао, зеленом и черном чае, красном вине.

Некоторые антиоксиданты используются в пищевой промышленности в качестве добавок. Это пектин, лимонная и аскорбиновая кислота (витамин С), антоцианины, бутилгидрокситолуол BHT и бутилгидроксианизол ВНА, а так же дигидрокверцетин и другие антиоксиданты. В качестве дополнительного компонента, который связывает ионы переходных материалов, используется трилон Б (ЭДТА).

На практике, развивающиеся окислительные процессы приводят к быстрой порче продуктов питания. В них разрушаются витамины, и происходит прогоркание жиров. Волокно, каучук, пластмассы и другие полимеры теряют свою механическую прочность и изменяют цвет. В трансформаторных и турбинных маслах образуются шлам и кислоты. Топливо осмаливается. Для увеличения стойкости и сроков хранения данных продуктов и применяются различные антиоксиданты, например природные (нордигидрогваяретовая кислота, витамины Е и т.д.) и синтетические (бутилокситолуол, додециловый и пропиловый эфиры галловой кислоты и т.д.). Небольшое количество антиоксиданта (до 0,1 %), добавленное в топливо, замедляет его осмоление. В этом случае используются различные фракции древесной смолы, параоксидифениламин и альфа-нафтол. Для увеличения сроков хранения смазочных масел и консистентных смазок, применяются такие антиоксиданты, как трибутилфосфат, ионол, параоксидифениламин, диалкилдитиофосфат бария (или цинка) и диалкилфенилдитиофосфат цинка.

В медицине антиоксиданты используются также достаточно широко. В процессе избыточного окисления липидов, в организме накапливаются радикалы жирных кислот, липоперекиси, альдегиды, кетоны и кетокислоты. А это способно модифицировать ферменты, структуру белка, биологически активные вещества, увеличить проницаемость клеточных мембран, изменить характер транскрипций некоторых генов и стимулировать потерю кальция организмом. Проще говоря, активация процесса окисления свободных радикалов способна отрицательно повлиять на здоровье организма в целом.

Известно, что свободные радикалы особенно активируются при длительном воздействии ультрафиолетовых лучей, а антиоксиданты этому препятствуют. 10 минут, проведенные на жарком солнце, способны возродить к жизни сотни невидимых вредителей внутри нашего организма. Тоже относится к проблемам, связанным с недостаточным пребыванием на свежем воздухе. Курильщики обязательно должны иметь в рационе продукты, содержащие антиоксиданты, а в случае необходимости применять фармакологические препараты.

Для человека важнейшими являются 4 основных антиоксиданта - витамины А, С, Е и селен. Без витамина А и бета-каротинов существование человеческого организма просто не возможно. Дефицит антиоксидантов приводит к преждевременному старению организма, раку, катаракте и нарушениям деятельности сердечнососудистой системы. Бета-каротины в большом количестве содержатся в моркови, тыкве, свекле, абрикосах. Можно также восполнить суточную потребность в антиоксидантах при помощи жидкого препарата витамина А, рыбьего жира и витаминных комплексов, в состав которых обязательно входят бета-каротины.

Аскорбиновая кислота или витамин С - один из самых сильных антиоксидантов. Особенно показан он в период беременности, лактации, при простудных заболеваниях, при активных занятиях спортом, а так же в условиях неблагоприятной экологической обстановки.

Витамин Е в нашем организме предохраняет жирные кислоты от действия свободных радикалов. Типичным признаком недостаточного содержания антиоксидантов, и в частности витамина Е, являются старческие пигментные пятна на руках. Сегодня доказано, что витамин Е способен остановить множественные заболевания, включай дисфункцию дыхательных путей, а также заражение крови.

5.Строение фосфатидов и гликолипидов. Строение стероидов

В отличие от простых липидов фосфатиды содержат полярные группы. Это частично влияет на их растворимость. Наиболее известные в настоящее время фосфатиды по составу можно разделить на следующие группы.

Фосфатиды можно рассматривать как производные фосфатидной кислоты, встречающейся в растениях в довольно значительных количествах. В тканях и клетках животного происхождения найдены лишь ее следы. Однако фосфатидной кислоте в организме животного принадлежит важная роль в биосинтезе фосфатидов, которые образуются при замещении группы ОН фосфорной кислоты.

Природные фосфатиды обычно содержат одну насыщенную жирную кислоту и одну ненасыщенную. Присутствие этих углеводородных цепей в фосфатидах и обуславливает их гидрофобные свойства. Гидрофильные свойства связаны с фосфатной группой. Однако в растворителях (масло, вода) они могут существовать в очень небольших количествах в виде изолированных молекул, так как в этом случае их растворимость очень мала. Но на поверхности раздела двух фаз фосфатиды, как и другие полярные липиды, оказываются в энергетически наиболее выгодном состоянии. По мере растворения полярных липидов в воде или масле наблюдается самопроизвольное образование мицелл, которые концентрируются на поверхностях раздела. В некоторых интервалах концентрации образуются биомолекулярные слои, регулярно чередующиеся в воде. По такому же типу построены мембраны. По-видимому, главным элементом мембранной структуры клеток является биомолекулярный слой липидов. Такое строение удовлетворительно объясняет проницаемость клеточных мембран. Этот слой препятствует диффузии ионов и растворимых в воде веществ и сравнительно проницаем для веществ, растворимых в липидах.

Фосфатиды, подобно детергентам (вещества, имеющие большой углеродный скелет, несущий на одном из своих концов полярную группу), способны образовывать достаточно стойкую эмульсию при смешивании с водой благодаря снижению поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз, но полярная часть у фосфатидов значительно больше, чем у детергентов.

Фосфатиды - оптически активные вещества, так как фосфорная кислота связана через крайнюю ОН-группу молекулы. Все природные фосфатиды имеют одинаковую конфигурацию - все они относятся к L-ряду.

Наиболее изученные и часто встречающиеся фосфатиды - это лецитины, кефалины и фосфатидилинозиты. Все они, как правило, находятся в смеси друг с другом и в больших количествах входят в состав нервной ткани и внутриклеточных структур - ядра, митохондрий, микросом и других образований.

Лецитин в значительном количестве содержится в желтке яиц, из которого он может быть легко выделен. В физиологическом отношении фосфатиды, и в частности лецитин, играют важную роль в процессе переноса жира из одной ткани в другую. Лецитин обладает щелочными свойствами благодаря холину, связанному с фосфатидной кислотой:

Лецитин - это бесцветное вещество, быстро окисляющееся на воздухе, хорошо растворимое в спирте и других органических растворителях, кроме ацетона. Абсолютно нерастворим в воде, но образует с ней стойкую эмульсию.

В промышленности лецитин получают из соевых бобов. Он находит широкое применение как эмульгатор в пищевой промышленности, в производстве шоколадных конфет, маргарина, а также в общественном питании при изготовлении различных кремов. Лецитин используют также в парфюмерной и фармацевтической промышленности, в производстве авиационного бензина.

Кефалины - родственные лецитинам вещества - обладают наиболее кислыми свойствами, т.к. этаноламин, входящий в их состав, - менее сильное основание, чем холин. Имеют важное значение в процессах свертывания крови. Вместе с лецитином образуют стойкую эмульсию с водой, выполняя функцию смачивающегося вещества - посредника в растворении гидрофобных веществ.

Гликолипиды можно разделить на две группы: цереброзиды и ганглиозиды, которые иногда называют муколипидами.

Цереброзиды, как свидетельствует их название, впервые были выделены из тканей головного мозга. В последующем они были найдены и в других тканях, но в преобладающих количествах они содержатся в нервных клетках. В их состав входит углевод, как правило, галактоза, сфингозин и жирная кислота с 24 углеродными атомами. Типичные представители липидов этого типа - керозин, в состав которого входит лигноцериновая кислота (С₂₃Н₄₇СООН); френозин, включающий оксилигноцериновую кислоту; нервон, содержащий нервоновую кислоту; оксинервон, для которого характерна оксинервоновая кислота. Все они построены по следующему типу:

Помимо перечисленных цереброзидов, в тканях головного мозга обнаружены цереброзиды, содержащие серу. В них у шестого углеродного атома галактоза связана с остатком серной кислоты. Для этих цереброзидов характерны кислые свойства. При некоторых патологических состояниях в печени, селезенке и лимфатических узлах откладывается значительное количество цереброзидов, но галактоза в этом случае замещена глюкозой.

Ганглиозиды, в отличие от цереброзидов, в своем составе содержат азотсодержащую нейраминовую кислоту. Эти соединения встречаются как в тканях головного мозга, так и в других тканях. Присутствие их в мембране эритроцитов придает последним своеобразное свойство рецепторов (места прикрепления), принимающих участие в адсорбировании вируса на поверхности клеток.

Стероиды. К этой группе веществ относятся производные полициклического углеводорода стерина, который конденсируется из трех циклогексановых колец и одного циклопентана.

Кольца стеринового скелета обозначают буквами от А до D. Нумерация углеродных атомов начинается от кольца А. Существует большое число производных этого углеводорода. Двойную связь, как обычно, обозначают значком и указывают первый углеродный атом, участвующий в образовании двойной связи. Радикалы указывают по обычным правилам.

Между стероидами и другими липидами какое-либо химическое родство отсутствует, и первоначально отнесение этих соединений к липидам основывалось исключительно на общности их гидрофобных свойств. Однако позднее выявилась физиологическая связь между этими соединениями. Стероиды часто встречаются совместно с другими липидами и показывают аналогичную картину обмена. Так же как и другие липиды, стероиды синтезируются из ацетил-СоА. Таким образом, с биохимической точки зрения отнесение стероидов к классу липидов вполне оправдано.

Стероиды включают вещества, имеющие важное физиологическое значение: стерины, кальциферолы (витамин Д), желчные кислоты, гормоны половых желез и гормоны коркового слоя надпочечников, стероидгликозиды.

Стерины представляют собой высокомолекулярные циклические спирты со стериновым скелетом (циклопентанопергидрофенантрен). Основная масса стеринов в организме животного представлена холестерином - одноатомным спиртом, способным образовывать эфиры (холестериды) с жирными кислотами.

В свободном виде холестерин - белое кристаллическое вещество, растворимое только в жировых растворителях - хлороформе, этаноле и др. Благодаря присутствию ОН-групп он действует как слабый детергент.

Кроме желчных камней, которые состоят большей частью из холестерина, он содержится в значительных количествах в плазме крови. Кроме того, встречается во всех клетках как составная часть клеточных мембран.

Холестерин - исходное вещество для синтеза других стероидов.

При обычной смешанной пище в организм вводится достаточно холестерина, однако опытами последних лет была доказана возможность его синтеза в организме, что покрывает общую потребность в нем. Для синтеза холестерина используется в основном уксусная кислота и другие промежуточные продукты обмена.

В растительных и бактериальных клетках найдены другие стерины, из них наибольшее значение имеет эргостерин:

Он отличается от холестерина двумя дополнительными двойными связями и одной дополнительной метильной группой. При облучении ультрафиолетовыми лучами образуется смесь стеринов, и один из них - кальциферол - обладает свойствами витамина D. Другие растительные стерины - ситостерины, стигмистерины - не имеют значения для организма животного, так как в процессе пищеварения разрушаются и выводятся из организма.

Литература

липид жирный кислота стероид

1. Казаков Е.Д., Биохимия зерна и хлебопродуктов. [Текст] / Е.Д. Казаков, Г.П Карпиленко - СПб: ГИОРД, 2005.- 512 с.

2. Комов В.П., Биохимия. [Текст] /В,П. Комов. - СПб.: ГИОРД, 2004. - 465с

3. Ленинджер А. Основы биохимии: В 3 т. М.: Мир, 1987. 980 с.

4. Луценко Н.Г. Начала биохимии: Кур лекций / РХТУ им. Менделеева Д.И. . - М.: МАЙК «Наука/Интерпериодика» , 2002 - 125 с

5. Рис Э.., Введение в молекулярную биологию: от клеток к атомам: Пер. с англ. [Текст] / Э. Рис, М. Стернберг.- М.: Мир, 2002. - 142с.

6. Уайт А., Фендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии. В 3 т. - М.: Мир, 1981.

7. Щербаков В.Г., Биохимия. [Текст] / В.Г. Щербаков, В.Г. Лобанов, Т.Н. Прудникова, А.Д. Минакова - СПб.: ГИОРД, 2003. - 440 с.

8. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М.: НИИ биомед. химии РАМН, 1999. - 372 с

Размещено на Allbest.ru