Ферментативный гидролиз липидов
Общий анализ жиров и жироподобных веществ растительного и животного происхождения, их классификации. Выявление особенностей ферментативного гидролиза жиров различного жирно-кислотного состава липазами животного и микробиологического происхождения.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.01.2014 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Муниципальное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Светский институт народов Кавказа»
Курсовая работа
Ферментативный гидролиз липидов
Хасавюрт 2014
Введение
Ферментные препараты находят все более широкие области применения в медицине, в биотехнологии, пищевой, фармацевтической, косметической и других отраслях промышленности. Сравнительно новое направление - изучение применения ферментных препаратов в неводных средах, что позволяет значительно расширить круг объектов и процессов, для которых могут быть использованы ферментные препараты.
Цель и задачи данной курсовой работы - выявление особенностей ферментативного гидролиза жиров различного жирно-кислотного состава липазами животного и микробиологического происхождения.
В настоящее время заметно возрос интерес к липидам со стороны всех направлений медико-биологической науки. Прежде всего - это связано с теми функциями, которые липиды выполняют в организме растений, животных и человека. Исследования трёх последних десятилетий показали, что липиды не только источник и форма хранения информации. Сложные липиды и их природные комплексы являются основой строения биологических мембран и в составе ее осуществляют важнейшие жизненные процессы. Установлено также, что серьезные поражения нервной системы, расстройства сердечно-сосудистой системы тесно связаны с нарушением обмена липидов
К липидам относятся жиры и жироподобные вещества растительного и животного происхождения. Обычно их разделяют на две группы: простые липиды - жиры и сложные липиды, к которым относятся фосфатиды, цереброзиды и фосфосфингозиды. В биохимии к липидам часто относят и свободные длинноцепочечные кислоты жиров, стерины, воски и некоторые другие, растворимые в неполярных растворителях органические соединения.
Окислительное расщепление запасных жиров - универсальный биохимический процесс, протекающий во всех живых организмах и поставляющий энергию, необходимую для жизнедеятельности. Такие запасные жиры или жиры депо наряду с белками и сахарами - один из трех основных питательных компонентов для млекопитающих.
В последние годы выявлена крайне важная роль сложных липидов в функционировании клеточных мембран. Все клеточные мембраны, помимо белка и полисахаридов, содержат от 20 до 75% полярных и нейтральных липидов (фосфолипиды, сфинголипиды, гликосфингозиды, холестерин и жирные кислоты). Липиды образуют бимолекулярный слой толщиной около 5 нм с полярными группами по обе стороны слоя, в которой вкраплены белковые субчастицы и структурированная вода. Этот слой регулирует обмен веществ в клетках, определяя проницаемость мембран для ионов, неэлектролитов и воды.
Рис. 1. Схема непрерывно-поточной установки АВЖ для производства животных жиров
1 -- центробежная машина АВЖ-245; 2, 5 -- питательные бачки; 3 -- центрифуга; 4, 7 -- центробежные машины АВЖ-130; 6 -- сепаратор; 8 -- приёмник жира; 9 -- шнековый охладитель [13].
1. Общие сведения
Жиры и липоиды подвергаются гидролитическому расщеплению в пищеварительном тракте. Нейтральные жиры распадаются на глицерин и жирные кислоты; фосфатиды (лецитины, кефалины, серинфосфатиды и др.) расщепляются на глицерин, жирные кислоты, фосфорную кислоту и азотистые основания -- холин, коламин (этаноламин), серин и т. д. При гидролизе стеридов освобождаются холестерин или эргостерин и жирные кислоты.
Гидролитический распад жиров катализируется ферментами липазами, которые содержатся в соке желудка, поджелудочной железы и тонкого кишечника. Роль желудочной липазы у взрослого человека весьма невелика, так как фермент катализирует расщепление лишь тонко диспергированных, предварительно эмульгированных жиров (например, молочного). Значительная роль в переваривании жиров принадлежит липазе поджелудочной железы. Расщепление жиров происходит главным образом в тонком кишечнике.
Липаза поджелудочной железы выделяется в малоактивной форме и активируется желчными кислотами. Значение желчных кислот в переваривании жира очень велико. Они являются не только активаторами липазы. Будучи поверхностно-активными веществами, желчные кислоты способствуют эмульгированию жиров, что увеличивает во много раз их поверхность соприкосновения с водным раствором липазы.
Липазы содержатся также в растительных объектах (семенах злаков, масличных растений) и микроорганизмах. При их участии происходит порча круп, муки и других продуктов при хранении.
2. Классификация липидов
Существует несколько классификаций липидов. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на структурных особенностях липидов. По этой классификации различают следующие основные классы липидов.
Простые липиды: сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами.
Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы - по международной номенклатуре) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот.
Воска: сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных или двухатомных спиртов.
Сложные липиды: сложные эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно содержащие и другие группы.
Фосфолипиды: липиды, содержащие, помимо жирных кислот и спирта, остаток фосфорной кислоты. В их состав часто входят азотистые основания и другие компоненты:
- глицерофосфолипиды (в роли спирта выступает глицерол);
- сфинголипиды (в роли спирта - сфингозин).
Гликолипиды (гликосфинголипиды).
Стероиды.
Другие сложные липиды: сульфолипиды, аминолипиды. К этому классу можно отнести и липопротеины.
Предшественники и производные липидов: жирные кислоты, глицерол, стеролы и прочие спирты (помимо глицерола и стеролов), альдегиды жирных кислот, углеводороды, жирорастворимые витамины и гормоны.
2.1 Жирные кислоты
Жирные кислоты - алифатические карбоновые кислоты - в организме могут находиться в свободном состоянии (следовые количества в клетках и тканях) либо выполнять роль строительных блоков для большинства классов липидов.
В природе обнаружено свыше 200 жирных кислот, однако в тканях человека и животных в составе простых и сложных липидов найдено около 70 жирных кислот, причем более половины из них в следовых количествах. Практически значительное распространение имеют немногим более 20 жирных кислот. Все они содержат четное число углеродных атомов, главным образом от 12 до 24. Среди них преобладают кислоты, имеющие С16 и С18 (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и линолевая). Нумерацию углеродных атомов в жирно-кислотной цепи начинают с атома углерода карбоксильной группы. Примерно 3/4 всех жирных кислот являются непредельными (ненасыщенными), т.е. содержат двойные связи. Ненасыщенные жирные кислоты человека и животных, участвующие в построении липидов, обычно содержат двойную связь между 9-м и 10-м атомами углерода; дополнительные двойные связи чаще бывают на участке между 11-м атомом углерода и метильным концом цепи. Своеобразие двойных связей природных ненасыщенных жирных кислот заключается в том, что они всегда отделены двумя простыми связями, т.е. между ними всегда имеется хотя бы одна метиленовая группа (--СН=СН--СН2--СН=СН--). Подобные двойные связи обозначают как «изолированные».
Систематическое название жирной кислоты чаще всего образуется путем добавления к названию углеводорода окончания -овая. Насыщенные кислоты при этом имеют окончание -ановая (например, октановая кислота - систематическое название, каприловая кислота - тривиальное название), а ненасыщенные кислоты - -еновая (например, октадеценовая кислота - систематическое название, олеиновая кислота - тривиальное название) (табл.1; 2).
В соответствии с систематической номенклатурой, количество и положение двойных связей в ненасыщенных жирных кислотах, часто обозначают с помощью цифровых символов: например, олеиновую кислоту - как 18:1;9, линолевую кислоту - как 18:2;9,12. Где первая цифра - число углеродных атомов, вторая - число двойных связей, а следующие цифры - номера ближайших к карбоксилу углеродных атомов, вовлеченных в образование двойной связи.
В растворах, жирно-кислотная цепь может образовать бесчисленное количество конформаций, вплоть до клубка, в котором имеются и линейные участки различной длины в зависимости от числа двойных связей. Клубки могут слипаться между собой, образуя так называемые мицеллы. В последних - отрицательно заряженные карбоксильные группы жирных кислот обращены к водной фазе, а неполярные углеводородные цепи - спрятаны внутри мицеллярной структуры. Такие мицеллы имеют суммарный отрицательный заряд и в растворе остаются суспендированными благодаря взаимному отталкиванию.
Известно также, что при наличии двойной связи в жирнокислотной цепи вращение углеродных атомов относительно друг друга ограничено. Это обеспечивает существование ненасыщенных жирных кислот в виде геометрических изомеров (рис.1), причем природные ненасыщенные жирные кислоты имеют цис-конфигурацию и крайне редко транс-конфигурации
Считают, что жирной кислоте с несколькими двойными связями цис-конфигурация придает углеводородной цепи изогнутый и укороченный вид. По этой причине молекулы этих кислот занимают больший объем, а при образовании кристаллов упаковываются не так плотно, как транс-изомеры. Вследствие этого цис-изомеры имеют более низкую температуру плавления (олеиновая кислота (рис.2), например, при комнатной температуре находится в жидком состоянии, тогда как элаидиновая (рис.2) - в кристаллическом). Цис-конфигурация делает ненасыщенную кислоту менее стабильной и более подверженной катаболизму.
Рис. 2. Конфигурация 18-углеродных насыщенных (а) и мононенасыщенных (б) жирных кислот
2.2 Глицериды (Ацилглицеролы)
Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы ) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Если жирными кислотами этерифицированы все тригидроксильные группы глицерина (рис.3) (ацильные радикалы R1, R2 и R3 могут быть одинаковы или различны), то такое соединение называют триглицеридом (триацилглицерол), если две - диглицеридом (диацилглицерол) и, наконец, если этерии-фицирована одна группа - моноглицеридом (моноацилглицерол) (рис.3):
ферментный гидролиз липиды
Рис. 3. Глицерин, моноглицерид
Рис. 4. Диглицерид, триглицерид
Наиболее распространенными являются триглицериды (рис.4), часто называемые нейтральными жирами или просто жирами. Нейтральные жиры находятся в организме либо в форме протоплазматического жира, являющегося структурным компонентом клеток, либо в форме запасного, резервного, жира. Роль этих двух форм жира в организме неодинакова. Протоплазматический жир имеет постоянный состав и содержится в тканях в определенном количестве, не изменяющемся даже при патологическом ожирении, в то время как количество резервного жира подвергается большим колебаниям.
Основную массу природных нейтральных жиров составляют триглицериды. Жирные кислоты в триглицеридах могут быть насыщенными и ненасыщенными. Из жирных кислот чаще встречаются пальмитиновая, стеариновая и олеиновые кислоты. Если все три кислотных радикала принадлежат одной и той же жирной кислоте, то такие триглицериды называют простыми (трипальмитин, тристеарин, триолеин и т.д.), если разным жирным кислотам, то смешанными. Названия смешанных триглицеридов образуются в зависимости от входящих в их состав жирных кислот, при этом цифры 1, 2 и 3 указывают на связь остатка жирной кислоты с соответствующей спиртовой группой в молекуле глицерина (1-олео-2-пальмитостеарин). Необходимо отметить, что положение крайних атомов в молекуле глицерина на первый взгляд равнозначно, тем не менее, их обозначают сверху вниз - 1 и 3. Это объясняется прежде всего тем, что в структуре триглицерида при пространственном ее рассмотрении крайние «глицериновые» атомы углерода становятся уже не равнозначными, если гидроксилы 1 и 3 ацилированы разными жирными кислотами. При необходимости применяют также систему стереохимической нумерации (обозначают sn - stereochemical n u m b e r i n g ): например, 1,2-дистеарил-3-пальмитил-sn-глицерол (рис.5):
Рис. 5. Триацил-sn-глицерол
По этой системе, если в проекции Фишера гидроксильная группа при 2-м углеродном атоме глицерина располагается слева, атому углерода, находящемуся над ним, присваивается номер 1, а расположенному под ним - номер 3.
Действительно, углероды 1 и 3 глицерола, учитывая их пространственное расположение, неидентичны. Особенно четко это видно на примере молекулы триглицерида. Ферменты это различают и всегда специфичны только к одному из трех углеродов глицерина. Так, глицеролкиназа фосфорилирует глицерин в положении sn-3, в результате чего образуется глицерол-3-фосфат, но не глицерол-1-фосфат.
Жирные кислоты, входящие в состав триглицеридов, практически определяют их физико-химические свойства. Так, температура плавления триглицеридов повышается с увеличением числа и длины остатков насыщенных жирных кислот. Напротив, чем выше содержание ненасыщенных жирных кислот, или кислот с короткой цепью, тем ниже точка плавления.
Животные жиры (сало) обычно содержат значительное количество насыщенных жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.), благодаря чему при комнатной температуре они твердые. Жиры, в состав которых входит много ненасыщенных кислот, при обычной температуре жидкие и называются маслами. Так, в конопляном масле 95% всех жирных кислот приходится на долю олеиновой, линолевой и линоленовой кислот и только 5% - на долю стеариновой и пальмитиновой кислот. В жире человека, плавящемся при температуре 15°С (при температуре тела он жидкий), содержится 70% олеиновой кислоты.
Глицериды способны вступать во все химические реакции, свойственные сложным эфирам. Наибольшее значение имеет реакция омыления, в результате которой из триглицеридов образуются глицерол и жирные кислоты. Омыление жира может происходить как при ферментативном гидролизе, так и при действии кислот или щелочей.
2.3 Воска
Воска - сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных или двухатомных спиртов с числом углеродных атомов от 16 до 22. Общие их формулы можно представить так:
Рис. 6. Радикалы воска
В этих формулах R, R' и R" - возможные радикалы воска могут входить в состав жира, покрывающего кожу, шерсть, перья. У растений 80% от всех липидов, образующих пленку на поверхности листьев и плодов, составляют воска. Известно также, что воска являются нормальными метаболитами некоторых микроорганизмов. Природные воска (пчелиный воск, спермацет, ланолин) обычно содержат, кроме указанных сложных эфиров, некоторое количество свободных жирных кислот, спиртов и углеводородов с числом углеродных атомов 21-35.
2.4 Фосфолипиды
Фосфолипиды представляют собой сложные эфиры многоатомного спирта глицерина или сфингозина с высшими жирными кислотами и фосфорной кислотой. В состав фосфолипидов входят также азотсодержащие соединения: холин, этаноламин или серин. В зависимости от того, какой многоатомный спирт участвует в образовании фосфолипида (глицерин или сфингозин), последние делят на 2 группы: глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды. Необходимо отметить, что в глицерофосфолипидах либо холин, либо этаноламин или серин соединены эфирной связью с остатком фосфорной кислоты; в составе сфинголипидов обнаружен только холин. Наиболее распространеными в тканях животных являются глицерофосфолипиды.
Фосфолипиды расщепляются полностью или частично под действием гидролитических ферментов - специфических фосфолипаз. Продуктом полного гидролиза фосфолипидов являются: глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорная кислота и азотистые основания.
2.5 Глицерофосфолипиды
Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. В их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодержащие соединения. Общая формула глицерофосфолипидов выглядит так:
Рис. 7. Производные фосфатидной кислоты
В этих формулах R1и R2- радикалы высших жирных кислот, a R3- чаще радикал азотистого соединения. Для всех глицерофосфолипидов характерно, что одна часть их молекул (радикалы R1и R2) обнаруживает резко выраженную гидрофобность, тогда как другая часть гидрофильна благодаря отрицательному заряду фосфорной кислоты и положительному заряду радикала R3.
Из всех липидов глицерофосфолипиды обладают наиболее выраженными полярными свойствами. При помещении глицерофосфолипидов в воду, в истинный раствор переходит лишь небольшая их часть. Основная же масса липидов находится в виде мицелл. Существует несколько групп (подклассов) глицерофосфолипидов в зависимости от характера азотистого основания, присоединенного к фосфорной кислоте, Глицерофосфолипиды подразделяют на фосфатидилхолины (лецитины, фосфатидилэтаноламины кефалины) и фосфатидилсерины. В состав некоторых глицерофос-фолипидов, вместо азотсодержащих соединений, входит не содержащий азота шестиуглеродный циклический спирт инозит, называемый также инозитолом. Эти липиды называются фосфатидилинозитолами.
2.5.1 Фосфатидилхолины (лецитины)
В отличие от триглицеридов в молекуле фосфатидилхолина одна из трех гидроксильных групп глицерина связана не с жирной, а с фосфорной кислотой. Кроме того, фосфорная кислота в свою очередь соединена эфирной связью с азотистым основанием - холином [НО--СН2--СН2--N+(CH3)3]. Таким образом, в молекуле фосфатидилхолина (рис.8) соединены глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорная кислота и холин:
Рис. 8. Фосфатидилхолин
Фосфатидилэтаноламины в отличии от фосфатидилхолинов имеет в составе азотистое основание этаноламин (HO--CH2--CH2--N+H3):
Рис. 9. Фосфатидилэтаноламин
Из глицерофосфолипидов в организме животных и высших растений в наибольшем количестве встречаются фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины. Эти 2 группы глицерофосфолипидов метаболически связаны друг с другом и являются главными липидными компонентами мембран клеток.
2.5.2 Фосфатидилсерины
В молекуле фосфатидилсерина азотистым соединением служит остаток аминокислоты серина.
Рис. 9. Фосфатидилсерин
Фосфатидилсерины распространены гораздо менее широко, чем фосфатидилхолины и фосфоэтаноламины, и их значение определяется в основном тем, что они участвуют в синтезе фосфатидилэтаноламинов.
Фосфатидилинозитолы. Эти липиды относящиеся к группе производных фосфатидной кислоты, но не содержат азота. Радикалом (R3) в этом подклассе глицерофосфолипидов является шестиуглеродный циклический спирт инозитол:
Фосфатидилинозитолы довольно широко распространены в природе. Они обнаружены у животных, растений и микроорганизмов. В животном организме найдены в мозге, печени и легких.
2.6 Сфинголипиды (сфингофосфолипиды)
Сфингомиелины (рис.11). Это наиболее распространенные сфинголипиды. В основном они находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань. Сфингомиелины обнаружены также в ткани почек, печени и других органов. При гидролизе сфингомиелины образуют одну молекулу жирной кислоты, одну молекулу двухатомного ненасыщенного спирта сфингозина, одну молекулу азотистого основания (чаще это холин) и одну молекулу фосфорной кислоты. Общую формулу сфингомиелинов можно представить так:
Рис. 11. Сфингомиелин
Общий план построения молекулы сфингомиелина, в определенном отношении, напоминает строение глицерофосфолипидов. Молекула сфинго-миелина содержит как бы полярную «головку», которая несет одновременно и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток фосфорной кислоты) заряды, и два неполярных «хвоста» (длинная алифатическая цепь сфингозина и ацильный радикал жирной кислоты). В некоторых сфинго-миелинах, выделенных из мозга и селезенки, вместо сфингозина найден спиртдигидросфингозин (восстановленный сфингозин):
Рис. 12. Сфингозин, дигидросфингозин
2.7 Гликолипиды (Гликосфинголипиды)
Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в мозге. Главной формой гликолипидов в животных тканях являются гликосфинголипиды. Последние содержат церамид, состоящий из спирта сфингозина и остатка жирной кислоты, и один или несколько остатков сахаров.
Простейшими гликосфинголипидами являются галактозилцерамиды и глюкозилцерамиды.
Галактозилцерамиды - главные сфинголипиды мозга и других нервных тканей, но в небольших количествах встречаются и во многих других тканях. В состав галактозилцерамидов (рис.13) входит гексоза (обычно это D-галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспирта сфингозина. Кроме того, в составе галактозилцерамида имеется жирная кислота. Чаще всего это лигноцериновая, нервоновая или цереброновая кислота, т.е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома.
Рис. 13. Структура галактозилцерамида
Существуют сульфогалактозилцерамиды, которые отличаются от галактозилцерамидов наличием остатка серной кислоты, присоединенного к третьему углеродному атому гексозы. В мозге млекопитающих сульфо-галактозилцерамиды в основном находятся в белом веществе, при этом содержание их в мозге намного ниже, чем галактозилцерамидов.
Глюкозилцерамиды - простые гликосфинголипиды, представлены в тканях, отличных от нервной, причем главным образом глюкозилцерамидами. В небольших количествах они имеются в ткани мозга. В отличие от галактозилцерамидов, у них вместо остатка галактозы имеется остаток глюкозы.
Более сложными гликосфинголипидами являются ганглиозиды, образующиеся из гликозилцерамидов. Ганглиозиды (рис.14) дополнительно содержат одну или несколько молекул сиаловой кислоты. В тканях человека доминирующей сиаловой кислотой является нейраминовая. Кроме того, вместо остатка глюкозы они чаще содержат сложный олигосахарид. Ганглиозиды в больших количествах находятся в нервной ткани. Они, по-видимому, выполняют рецепторные и другие функции. Одним из простейших ганглиозидов является гематозид, выделенный из стромы эритроцитов. Он содержит церамид (ацилсфингозин), одну молекулу глюкозы, одну молекулу N-ацетилнейраминовой кислоты.
Рис. 14. Гематозид
2.8 Стероиды
Все рассмотренные липиды принято называть омыляемыми, поскольку при их щелочном гидролизе образуются мыла. Однако имеются липиды, которые не гидролизуются с освобождением жирных кислот. К таким липидам относятся стероиды.
Стероиды - широко распространенные в природе соединения. Они часто обнаруживаются в ассоциации с жирами. Их можно отделить от жира путем омыления (они попадают в неомыляемую фракцию). Все стероиды в своей структуре имеют ядро, образованное гидрированным фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (кольцо D):
Рис. 15. Обобщенное стероидное ядро
К стероидам относятся, например, гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и другие соединения. В организме человека важное место среди стероидов занимают стерины (стеролы), т.е. стероидные спирты. Главным представителем стеринов является холестерин (холестерол).
Ввиду сложного строения и асимметрии молекулы стероиды имеют много потенциальных стереоизомеров. Каждое из шестиуглеродных колец (кольца А, В и С) стероидного ядра может принимать две различные пространственные конформации - конформацию «кресла» либо «лодки».
В природных стероидах, в том числе и в холестерине, все кольца в форме «кресла» (рис. 6.2), что является более устойчивой конформацией. В свою очередь по отношению друг к другу кольца могут находиться в цис- или транс-положениях.
Холестерин (рис.16). Как отмечалось, среди стероидов выделяется группа соединений, получивших название стеринов (стеролов). Для стеринов характерно наличие гидроксильной группы в положении 3, а также боковой цепи в положении 17. У важнейшего представителя стеринов - холестерина - все кольца находятся в транс-положении; кроме того, он имеет двойную связь между 5-м и 6-м углеродными атомами. Следовательно, холестерин является ненасыщенным спиртом:
Рис. 16. Холестерин
Кольцевая структура холестерина отличается значительной жесткостью, тогда как боковая цепь - относительной подвижностью. Итак, холестерин содержит спиртовую гидроксильную группу при С-3 и разветвленную алифатическую цепь из 8 атомов углерода при С-17. Химическое название холестерина - 3-гидрокси-5,6-холестен. Гидроксильная группа при С-3 может быть этерифицирована высшей жирной кислотой, при этом образуются эфиры холестерина (холестериды).
Рис. 17. Эфир холестерина
Каждая клетка, в организме млекопитающих, содержит холестерин. Находясь в составе мембран клеток, неэтерифицированный холестерин вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны и оказывает регулирующее влияние на состояние мембраны и неактивность связанных с ней ферментов. В цитоплазме холестерин находится преимущественно в виде эфиров с жирными кислотами, образующих мелкие капли - так называемые вакуоли. В плазме крови как неэтерифицированный, так и этерифицированный холестерин транспортируется в составе липопротеинов.
Холестерин - источник образования в организме млекопитающих желчных кислот, а также стероидных гормонов (половых и кортикоидных). Холестерин, а точнее продукт его окисления - 7-дегидрохолестерин, под действием УФ-лучей в коже превращается в витамин D3. Таким образом, физиологическая функция холестерина многообразна.
Холестерин находится в животных, но не в растительных жирах. В растениях и дрожжах содержатся близкие по структуре к холестерину соединения, в том числе эргостерин (рис.18).
Рис. 18. Эргостерин
Эргостерин - предшественник витамина D. После воздействия на эргостерин УФ-лучами он приобретает свойство оказывать противорахитное действие (при раскрытии кольца В).
3. Качественная реакция на желчные кислоты
Желчные кислоты (рис.19) по своему строению близки к холестерину и являются производными холановой кислоты.
Рис. 19. Желчная кислота
Желчные кислоты (холевая, дезоксихолевая, литохолевая) входят в состав желчи как в чистом виде, так и в виде парных соединений с гликоколлом (глицином) и таурином (с которыми они соединяются посредством пептидной ковалентной связи).
Для открытия желчных кислот используют их способность давать красное окрашивание с оксиметилфурфуролом (реакция Петтенкофера). Оксиметилфурфурол образуется при реакции фруктозы с концентрированной соляной или серной кислотой.
Реактивы:
а) желчь, водный раствор (1:2);
б) сахароза, 5%-ный раствор, или фруктоза, 3%-ный раствор;
в) серная кислота, концентрированная.
В сухую пробирку наливают 10 капель разведенной желчи, добавляют 1--2 капли раствора сахарозы (или фруктозы) и, наклонив пробирку, осторожно (по стенке) наслаивают равный объем концентрированной серной кислоты. На границе слоев образуется пурпурное кольцо, которое затем принимает красно-фиолетовое окрашивание.
4. Действия эмульгаторов на жир
Расщепление жира на глицерин и высшие жирные кислоты осуществляется под влиянием фермента липазы. Для воздействия липазы на жир необходимо его предварительное эмульгирование, достигаемое путем перемешивания в кишечнике пищевой кашицы с желчью.
В желудке присутствует липаза, однако ее активность невелика из-за отсутствия условий, необходимых для эмульгирования жира. В желудке гидролизуются только эмульгированные жиры -- жиры молока и яичного желтка. В основном переваривание жира происходит в кишечнике и в первую очередь в двенадцатиперстной кишке, куда по протокам попадают вместе с желчью соли желчных кислот, обладающие мощным эмульгирующим действием.
Желчные кислоты образуют тончайшую пленку на жировых каплях, которая препятствует слиянию отдельных капелек жира в более крупные капли. Это приводит к резкому увеличению поверхности соприкосновения жира с ферментом липазой и, следовательно, скорости гидролитического распада жира
Основной эмульгатор -- желчные кислоты, но определенными эмульгирующими свойствами обладают и бикарбонаты кишечного и панкреатического соков, белковые вещества и в сравнительно небольшой степени мыла, содержащиеся в полости кишечника.
Гидролитическое расщепление жиров (Рис.20) протекает в несколько стадий. Липаза действует главным образом на внешние (а) эфирные связи молекулы триглицерида. Вначале отщепляются жирные кислоты, связанные с глицерином в б-положении, и образуется глицерин-2-жирная кислота, которая затем изомеризуется в-кислоту, подвергающуюся уже окончательному расщеплению.
Продукты гидролитического расщепления жиров всасываются в тонком кишечнике. Глицерин растворим в воде и всасывается легко. Жирные кислоты образуют растворимые комплексные соединения с желчными кислотами (так называемые холеиновые кислоты), которые также всасываются в кишечнике. Холеиновые кислоты затем расщепляются на свои компоненты в клетках эпителия кишечных ворсинок.
Рис. 20. Гидролитическое расщепление жиров
Освободившиеся желчные кислоты всасываются в кровь и через систему воротной вены снова поступают в печень. Жирные же кислоты вступают в сложноэфирную связь с глицерином, образуя жир, свойственный уже данному виду животного.
Гидролиз фосфолипидов катализируется ферментами фосфолипазами (А, В, С, D), расщепление холестеридов происходит под влиянием холестеролэстеразы.
Реактивы: а) желчь; б) мыло, 2%-ный раствор; в) яичный белок, 2%-ный раствор; г) двууглекислый натрий, 2%-ный раствор; д) растительное масло.
В штатив ставят 5 пробирок. В первую из них наливают 20 капель желчи, во вторую -- 20 капель раствора мыла, в третью, четвертую и пятую соответственно по 20 капель раствора яичного белка, двууглекислого натрия и дистиллированной воды. Затем во все пробирки вносят по 3 капли растительного масла, содержимое взбалтывают. Через 5 мин. учитывают результаты опыта.
5. Кинетика гидролитического действия липазы поджелудочной железы
Общие сведения. Скорость химической реакции определяется количеством субстрата, подвергшегося превращению в единицу времени. Единицей действия фермента называют то количество его, которое катализирует превращение одного микромоля субстрата в минуту при оптимальных условиях -- соответствующей температуре, pH, концентрациях реагирующих веществ и фермента и т. д.
Скорость ферментативной реакции зависит, также, от химической природы субстрата, присутствия активаторов или ингибиторов и некоторых других факторов.
Одним из важнейших факторов, определяющих скорость ферментативной реакции, является концентрация субстратов.
Фермент Е образует с субстратом S промежуточный комплекс ES, который затем распадается. При этом образуется продукт реакции Р, а фермент регенерирует
где константа скорости прямой реакции; константа скорости обратной реакции; константа скорости реакции расщепления фермент-субстратного комплекса; скорости обратной реакции.
Принимая, что фермент-субстратный комплекс способен к диссоциации, можем написать
т. е. константа диссоциации фермент-субстратного комплекса равна отношению констант скоростей обратной и прямой реакций.
Если велико значение константы скорости обратной реакции и мало значение, то константа диссоциации фермент-субстратного комплекса является высокой и комплекс легко подвергается распаду на исходные вещества. В этом случае реакция протекает с малой скоростью. Если же, наоборот, значение велико, мало, то реакция идет с большой скоростью.
В соответствии с законом действия масс можно написать
где -- общая концентрация фермента в начале реакции;
-- концентрация фермент-субстратного комплексного соединения;
-- концентрация свободного фермента за вычетом той части, которая связана с субстратом.
Преобразуя данное уравнение, получим
Или
Чем больше значение [ES], тем выше скорость ферментативной реакции. Наибольшая скорость реакции будет достигнута при, т. е. когда весь фермент соединится с субстратом.
Таким образом,
где v -- скорость данной реакции; -- максимальная скорость реакции.
Но
Тогда уравнение (III) примет следующий вид: о
Откуда
Уравнение (IV) называют уравнением Михаэлиса--Ментен.
При более точных расчетах кинетики ферментативных реакций вместо константы диссоциации KS применяют так называемую константу Михаэлиса
В этом случае уравнение (IV) можно написать
Уравнение (V) известно как уравнение Холдейна -- Бриггса.
Константа Михаэлиса соответствует той концентрации субстрата (в молях на литр), при которой скорость реакции равна половине максимальной.
Кинетика реакции гидролитического расщепления жира. Исследуют скорость реакции расщепления молочного жира, катализируемой липазой поджелудочной железы.
Реактивы: а) вытяжка из поджелудочной железы. Свежую поджелудочную железу (крупного рогатого скота, свиньи) тщательно очищают от жира, измельчают на мясорубке и растирают в ступке с водой до получения гомогенной массы (соотношение железы и воды 1:3), которую процеживают через марлю, сложенную в 2--3 слоя; б) молоко. Свежее молоко нагревают до кипения и охлаждают до 37--38° С; в) фенолфталеин, 0,1%-ный спиртовой раствор; г) едкий натр, 0,1 н раствор; д) желчь.
В две конические колбы на 100 мл отмеривают по 50 мл кипяченого молока, после чего добавляют по 2 мл вытяжки из поджелудочной железы, содержащей липазу. В первую колбу прибавляют еще 5 капель желчи, которая является активатором липазы.
Содержимое обеих колб быстро перемешивают и тотчас же из каждой отбирают (пипетками) по 10 мл жидкости (для титрования), а колбы с реакционной смесью переносят в термостат, нагретый до 37° С.
К отобранным 10 мл жидкости добавляют 10 мл дистиллированной воды, 2--3 капли раствора фенолфталеина и титруют 0,1 н раствором едкого натра до слабо-розового окрашивания. Отдельно титруют пробы, взятые из первой и второй колб. Результаты титрования записывают. Из колб, помещенных в термостат, через 15--30--45 мин. отбирают пробы по 10 мл, которые также оттитровывают раствором едкого натра, как описано выше.
Под влиянием липазы происходит гидролитическое расщепление молочного жира и со временем нарастает содержание свободных жирных кислот. Гидролиз проходит энергичнее в колбе, в которую была добавлена желчь.
Рис. 21. Кривые процесса гидролитического расщепления жира: 1-липаза, активированная желчью; 2 -- липаза без желчи
Результаты исследования отражены на графике (рис. 21). На оси абсцисс откладывают время протекания реакции (в минутах), на оси ординат -- количество 0,1 н раствора щелочи (в миллилитрах), израсходованное на титрование, и вычерчивают кривые, характеризующие кинетику реакций гидролитического расщепления жира, катализируемых как самой липазой, так и активированным ферментом (с добавлением желчи).
Заключение
Липиды играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на их проницаемость, участвуют в передаче нервного импульса, создании межклеточных контактов.
Жир служит в организме весьма эффективным источником энергии либо при непосредственном использовании, либо потенциально - в форме запасов жировой ткани. В натуральных пищевых жирах содержатся жирорастворимые витамины и «незаменимые» жирные кислоты.
Важная функция липидов - создание термоизоляционных покровов у животных и растений, защита органов и тканей от механических воздействий.
Наряду с белками, нуклеиновыми кислотами и углеводами липиды обеспечивают основные функции в процессах жизнедеятельности. Являясь ключевыми компонентами биологических мембран, липиды в их составе обладают свойствами специфических регуляторов внутриклеточных метаболических превращений, участвуют в осуществлении межклеточных взаимодействий, проведении нервного импульса, мышечном сокращении. Эти соединения обеспечивают энергетические потребности клетки, создавая резерв энергии, накапливающейся в ходе биохимических реакций. Они также выполняют важную роль водо- и термозащитного барьера, обеспечивают механическую плотность клеток.
По мнению многих специалистов, липиды представляют собой очень перспективный и далеко не полностью исчерпанный источник потенциальных лекарственных и диагностических препаратов. Однако многие физиологические функции липидов еще до конца не выяснены. Эти вещества таят в себе много загадок, которые еще предстоит разгадать ученым.
Литература
1. Грандберг И.И. Органическая химия. - М: Дрофа. - 2001. - С. 393-401.
2. Уайт А. Хендлер Ф. Смит Э. Хилл Р. Леман И. Основы биохимии. - Т. 1 -М: Мир. - 1981. - С. 54-92.
3. Николаев А.Я. Биологическая химия. - М. - 2004. - С. 287- 326.
4. Березов Т.Т. Корявкин Б.Ф. Биологическая химия. - М. - 1998. - С. 188-203.
5. Кери Ф. Сандбер Р. Углубленный курс органической химии. - М. - 1981 - С. 231-253.
6. Грин Н. Стаут У. Тейлор Д. Биология. - М: Мир. - С. 134-156.
7. Аркадьева З.А., Безбородов А.М. Промышленная микробиология. - М: Высшая школа. - 1989г. - С. 74-88.
8. Евстигнеева Р.П., Звонкова Е.Н. Химия липидов. - М. - 1983. - С. 83-96.
9. Габриелян О.С. Маскаев Ф.Н. Пономарёв С.Ю. Химия 10 класс. - М. - 1998. - С. 78-82.
10. Иванищев В.В. Сборник заданий для самостоятельной работы. - Т. -2002. - С. 17-20.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Переваривание жиров в кишечнике. Расщепление жиров в процессе пищеварения. Эмульгирование и гидролиз липидов. Полный ферментативный гидролиз триацилглицерола. Кишечно-печеночная рециркуляция желчных кислот. Причины нарушений переваривания липидов.
реферат [886,1 K], добавлен 12.01.2013Переваривание жиров как гидролиз жиров панкреатической липазой. Активность панкреатической липазы при t=20 мин. Данные замеров титруемой кислотности в молоке с разной дозой облучения. Показатели содержания малонового диальдегида в исследуемой продукции.
контрольная работа [173,3 K], добавлен 16.05.2016Роль жиров в здоровом питании спортсменов. Растительные и животные жиры, их физические свойства. Получение жиров по реакции глицеринового спирта с высшими карбоновыми кислотами, реакция этерификации. Особенности гидролиза жиров (омыления), гидрирование.
презентация [284,2 K], добавлен 18.09.2013Природные органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот. Применение растительных и животных жиров. Жидкие жиры растительного происхождения. Свойства, биологическая роль, промышленное производство жиров и масел.
презентация [251,9 K], добавлен 06.05.2011Жиры и жироподобные вещества как производные высших жирных кислот, спиртов или альдегидов. Химические и физические свойства липидов. Реакция образования акролеина, компоненты жиров. Схема гидролиза. Гидролитическое прогоркание. Подлинность жирных масел.
реферат [126,5 K], добавлен 24.12.2011Характеристика природных животных и растительных жиров. Кислоты как их составляющая, классификация, свойства, разновидности. Физические и химические свойства жиров. Химические формулы сложных липидов и строение биологических мембран, описание свойств.
курсовая работа [423,3 K], добавлен 12.05.2009Общая характеристика состава жиров. Жирные кислоты, ненасыщенные (предельные) жирные кислоты, ненасыщенные (непредельные) жирные кислоты. Классификация жиров. Растительные, животные жиры. Применение того или иного жира. Значение жиров в кулинарии.
курсовая работа [32,1 K], добавлен 25.10.2010Гидролиз как реакция обменного разложения веществ водой. Гидролиз галогеналканов, сложных эфиров, дисахаридов, полисахаридов. Разложение веществ по аниону и катиону. Соли, образованные сильной кислотой и основанием. Способы усиления, подавления гидролиза.
презентация [60,5 K], добавлен 19.11.2013Понятие стероидов как веществ животного и растительного происхождения с высокой биологической активностью, особенности их образования в природе. Обнаружение стероидов в ассоциации с жирами. Обобщенное стероидное ядро. Кольцевая структура холестерина.
презентация [342,2 K], добавлен 17.11.2012Расчетные методы определения рН. Примеры уравнений реакций гидролиза солей. Понятие и формулы расчета константы и степени гидролиза. Cмещение равновесия (вправо, влево) гидролиза. Диссоциация малорастворимых веществ и константа равновесия этого процесса.
лекция [21,7 K], добавлен 22.04.2013
