Липиды для чего они нужны. Липиды. Какие функции выполняют липиды

Липиды - что это такое? В переводе с греческого, слово "липиды" означает "мелкие частички жира". Представляют они собой группы соединений природной органики обширного характера, включающие в себя непосредственно жиры, а также жироподобные вещества. Являются частью всех без исключения живых клеток и подразделяются на простые и сложные категории. В состав простых липидов входит спирт и жирные кислоты, а сложные содержат высокомолекулярные компоненты. И те и другие связаны с биологическими мембранами, оказывают действие на активные ферменты, а также участвуют в формировании нервных импульсов, стимулирующих мышечные сокращения.

Жиры и гидрофобия

Одной из является создание энергетического резерва организма и обеспечение водооталкивающих свойств кожного покрова вкупе с термоизоляционной защитой. Некоторые жиросодержащие вещества, не имеющие жирных кислот, также отнесены к липидам, к примеру, и терпены. Липиды не поддаются воздействию водной среды, но легко растворяются в органических жидкостях типа хлороформа, бензола, ацетона.

Липиды, презентация которых периодически проводится на международных семинарах в связи с новыми открытиями, являются неисчерпаемой темой для исследований и научных изысканий. Вопрос "Липиды - что это такое?" никогда не теряет своей актуальности. Тем не менее, научный прогресс не стоит на месте. В последнее время выявлено несколько новых жирных кислот, которые находятся в биосинтетическом родстве с липидами. Классификация органических соединений может быть затруднена из-за схожести по определенным характеристикам, но при существенном различии других параметров. Чаще всего создается отдельная группа, после чего восстанавливается общая картина гармоничного взаимодействия родственных веществ.

Клеточные мембраны

Липиды - что это такое с точки зрения функционального предназначения? Прежде всего, они являются важнейшим компонентом живых клеток и тканей позвоночных животных. Большинство процессов в организме происходит при участии липидов, формирование клеточных мембран, взаимосвязь и обмен сигналами в межклеточной среде не обходятся без жирных кислот.

Липиды - что это такое, если их рассматривать с позиции спонтанно возникающих стероидных гормонов, фосфоинозитидов и простагландинов? Это, прежде всего, присутствие в плазме крови которые, по определению, являются отдельными компонентами липидных структур. Из-за последних организм вынужден вырабатывать сложнейшие системы их транспортировки. Жирные кислоты липидов в основном переносятся в комплексе с альбуминами, а липопротеиды, растворимые в воде, транспортируются обычным порядком.

Классификация липидов

Распределение соединений, имеющих биологическую природу, по категориям - это процесс, связанный с некоторыми проблемами спорного характера. Липиды в связи с биохимическими и структурными свойствами могут быть отнесены в равной степени к разным категориям. Основные классы липидов включают в себя простые и сложные соединения.

К простым относятся:

• Глицериды - эфиры глицеринового спирта и жирных кислот высшей категории.
• Воски - эфир высшей жирной кислоты и 2-атомного спирта.

Сложные липиды:

• Фосфолипидные соединения - с включением азотистых компонентов, глицерофосфолипиды, офинголипиды.
• Гликолипиды - расположенные в наружных биологических слоях организма.
• Стероиды - высокоактивные вещества животного спектра.
• Сложные жиры - стеролы, липопротеины, сульфолипиды, аминолипиды, глицерол, углеводороды.

Функционирование

Липидные жиры выполняют роль материала для клеточных мембран. Участвуют в транспортировке различных веществ по периферии организма. Жировые прослойки на основе липидных структур помогают защитить тело от переохлаждения. Обладают функцией энергетического накопления "про запас".

Запасы жиров концентрируются в цитоплазме клеток в форме капель. Позвоночные животные, и человек в том числе, обладают специальными клетками - адипоцитами, которые способны содержать в себе достаточно много жира. Размещение жировых накоплений в адипоцитах происходит благодаря липоидным ферментам.

Биологические функции

Жир не только надежный источник энергии, он также обладает теплоизолирующими свойствами, чему способствует биология. Липиды при этом позволяют достичь нескольких полезных функций, таких как естественное охлаждение организма или, наоборот, его теплоизоляция. В северных регионах, отличающихся низкими температурами, все животные накапливают жир, который откладывается по всему телу равномерно, и таким образом создается естественная защитная прослойка, выполняющая функцию теплозащиты. Особенно важно это для крупных морских животных: китов, моржей, тюленей.

Животные, обитающие в жарких странах, тоже накапливают жировые отложения, но у них они не распределяются по всему телу, а сосредотачиваются в определенных местах. Например, у верблюдов жир собирается в горбах, у пустынных зверьков - в толстых, коротких хвостиках. Природа тщательно следит за правильным размещением и жира, и воды в живых организмах.

Структурная функция липидов

Все процессы, связанные с жизнедеятельностью организма, подчиняются определенным законам. Фосфолипиды являются основой биологического слоя мембран клеток, а холестерин регулирует текучесть этих мембран. Таким образом, большинство живых клеток находится в окружении плазматических мембран с двойным слоем липидов. Такая концентрация необходима для нормальной клеточной деятельности. В одной микрочастице биомембраны содержится более миллиона липидных молекул, которые обладают двойными характеристиками: они одновременно гидрофобные и гидрофильные. Как правило, эти взаимоисключающие свойства носят неравновесный характер, и поэтому их функциональное назначение выглядит вполне логично. Липиды в клетке - это эффективный природный регулятор. Гидрофобный слой обычно доминирует и защищает клеточную мембрану от проникновения вредоносных ионов.

Глицерофосфолипиды, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилхолин, холестерол также способствуют непроницаемости клеток. В тканевых структурах располагаются другие мембранные липиды, это сфингомиелин и сфингогликолипид. Каждое вещество выполняет определенную функцию.

Липиды в диете человека

Триглицериды - характера, являются эффективным источником энергии. кислотами обладают мясо и молочные продукты. А кислоты жирные, но ненасыщенные, содержатся в орехах, подсолнечном и оливковом масле, семечках и зернах кукурузы. Чтобы в организме не повышался уровень холестерина, рекомендуется ежедневную норму животных жиров ограничить 10 процентами.

Липиды и углеводы

Многие организмы животного происхождения "укладывают" жиры в определенных точках, подкожной клетчатке, в складках кожного покрова, других местах. Окисление липидов таких жировых отложений происходит медленно, и поэтому процесс их перехода в углекислый газ и воду позволяет получить значительное количество энергии, почти в два раза больше, чем могут дать углеводы. Кроме того, гидрофобные свойства жиров избавляют от необходимости использования большого количества воды для стимулирования гидратации. Переход жиров в энергетическую фазу происходит "всухую". Вместе с тем жиры действуют гораздо медленнее в плане высвобождения энергии, и больше подходят для животных в состоянии спячки. Липиды и углеводы как бы дополняют друг друга в процессе жизнедеятельности организма.

ЛИПИДЫ - это разнородная группа природных соединений, полностью или почти полностью нерастворимых в воде, но растворимых в органических растворителях и друг в друге, дающих при гидролизе высокомолекулярные жирные кислоты.

В живом организме липиды выполняют разнообразные функции.

Биологические функции липидов:

1) Структурная

Структурные липиды образуют сложные комплексы с белками и углеводами, из которых построены мембраны клетки и кле­точных структур, участвуют в разнообразных процессах, протекаю­щих в клетке.

2) Запасная (энергетическая)

Запасные липиды (в основном жиры) являются энергетическим резервом организма и участвуют в обменных процессах. В растениях они накапливаются главным образом в плодах и семенах, у животных и рыб - в подкожных жировых тканях и тканях, окру­жающих внутренние органы, а также печени, мозговой и нервной тка­нях. Содержание их зависит от многих факторов (вида, возраста, питания и т. д.) и в отдельных случаях составляет 95-97% всех вы­деляемых липидов.

Калорийность углеводов и белков: ~ 4 ккал/грамм.

Калорийность жира: ~ 9 ккал/грамм.

Преимуществом жира как энергетического резерва, в отличие от углеводов, является гидрофобность – он не связан с водой. Это обеспечивает компактность жировых запасов - они хранятся в безводной форме, занимая малый объем. В среднем, у человека запас чистых триацилглицеринов составляет примерно 13 кг. Этих запасов могло бы хватить на 40 дней голодания в условиях умеренной физической нагрузки. Для сравнения: общие запасы гликогена в организме – примерно 400 гр.; при голодании этого количества не хватает даже на одни сутки.

3) Защитная

Подкожные жировые ткани предо­храняют животных от охлаждения, а внутренние органы - от меха­нических повреждений.

Образование запасов жира в организме человека и некоторых животных рассматривается как приспособление к нерегулярному питанию и к обитанию в холодной среде. Особенно большой запас жира у животных, впадающих в длительную спячку (медведи, сурки) и приспособленных к обитанию в условиях холода (моржи, тюлени). У плода жир практически отсутствует, и появляется только перед рождением.

Особую группу по своим функциям в живом организме составляют защитные липиды растений - воски и их производные, покрывающие поверхность листьев, семян и плодов.

4) Важный компонент пищевого сырья

Липиды являются важным компонентом пищи, во многом опреде­ляя ее пищевую ценность и вкусовое достоинство. Исключительно велика роль липидов в разнообразных процессах пищевой техноло­гии. Порча зерна и продуктов его переработки при хранении (прогоркание) в первую очередь связана с изменением его липидного комп­лекса. Липиды, выделенные из ряда растений и животных, - основное сырье для получения важнейших пищевых и технических про­дуктов (растительного масла, животных жиров, в том числе сливоч­ного масла, маргарина, глицерина, жирных кислот и др.).

2 Классификация липидов

Общепринятой классификации липидов не существует.

Наибо­лее целесообразно классифицировать липиды в зависимости от их хи­мической природы, биологических функций, а также по отношению к некоторым реагентам, например, к щелочам.

По химическому составу липиды обычно делят на две группы: простые и сложные.

Простые липиды – сложные эфиры жирных кислот и спиртов. К ним относятся жиры , воски и стероиды .

Жиры – эфиры глицерина и высших жирных кислот.

Воски – эфиры высших спиртов алифатического ряда (с длинной углеводной цепью 16-30 атомов С) и высших жирных кислот.

Стероиды – эфиры полициклических спиртов и высших жирных кислот.

Сложные липиды – помимо жирных кислот и спиртов содержат другие компоненты различной химической природы. К ним относятся фосфолипиды и гликолипиды .

Фосфолипиды – это сложные липиды, в которых одна из спиртовых групп связана не с ЖК, а с фосфорной кислотой (фосфорная кислота может быть соединена с дополнительным соединением). В зависимости от того, какой спирт входит в состав фосфолипидов, они подразделяются на глицерофосфолипиды (содержат спирт глицерин) и сфингофосфолипиды (содержат спирт сфингозин).

Гликолипиды – это сложные липиды, в которых одна из спиртовых групп связана не с ЖК, а с углеводным компонентом. В зависимости от того, какой углеводный компонент входит в состав гликолипидов, они подразделяются на цереброзиды (в качестве углеводного компонента содержат какой-либо моносахарид, дисахарид или небольшой нейтральный гомоолигосахарид) и ганглиозиды (в качестве углеводного компонента содержат кислый гетероолигосахарид).

Иногда в самостоятельную группу липидов (минорные липиды ) выделяют жирораство­римые пигменты, стерины, жирорастворимые витамины. Некоторые из этих соединений могут быть отнесены к группе простых (нейтраль­ных) липидов, другие - сложных.

По другой классификации липиды в зависимости от их отношения к щелочам делят на две большие группы: омыляемые и неомыляемые . К группе омыляемых липидов относятся простые и сложные липиды, которые при взаимодействии со щелочами гидролизуются с образова­нием солей высокомолекулярных кислот, получивших название «мы­ла». К группе неомыляемых липидов относятся соединения, не подвергающиеся щелочному гидролизу (стерины, жирорастворимые витамины, простые эфиры и т. д.).

По своим функциям в живом организме липиды делятся на струк­турные, запасные и защитные.

Структурные липиды - главным образом фосфоли­пиды.

Запасные липиды - в основном жиры.

Защитные липиды растений - воски и их производные, покрывающие поверхность листьев, семян и плодов, животных – жиры.

ЖИРЫ

Химическое название жиров - ацилглицерины. Это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. "Ацил-" - это означает "остаток жирных кислот".

В зависимости от количества ацильных радикалов жиры разделяются на моно-, ди- и триглицериды. Если в составе молекулы 1 радикал жирных кислот, то жир называется МОНОАЦИЛГЛИЦЕРИНОМ. Если в составе молекулы 2 радикала жирных кислот, то жир называется ДИАЦИЛГЛИЦЕРИНОМ. В организме человека и животных преобладают ТРИАЦИЛГЛИЦЕРИНЫ (содержат три радикала жирных кислот).

Три гидроксила глицерина могут быть этерифицированы либо только одной кислотой, например пальмитиновой или олеиновой, либо двумя или тремя различными кислотами:

Природные жиры содержат главным образом смешанные триглице-риды, включающие остатки различных кислот.

Так как спирт во всех природных жирах один и тот же - глицерин, наблюдаемые между жирами раз­личия обусловлены исключительно составом жирных кислот.

В жирах обнаружено свыше четырехсот карбоновых кислот раз­личного строения. Однако большинство из них присутствует лишь в незначительном количестве.

Кислоты, содержащиеся в природных жирах, являются монокарбоновыми, постро­ены из неразветвленных углеродных цепей, содержащих чет­ное число углеродных атомов. Кислоты, содержащие нечетное число атомов углерода, имеющие разветвленную углеродную цепочку или содержащие циклические фрагменты, присутствуют в незначительных количествах. Исключение составляют изовалериановая кислота и ряд циклических кислот, содержащихся в не­которых весьма редко встречающихся жирах.

Наиболее распространенные в жирах кислоты содержат от 12 до 18 атомов угле­рода, они часто называются жирными кислотами. В состав многих жиров входят в небольшом количестве низкомолекулярные кислоты (С 2 -С 10). Кислоты с числом атомов углерода выше 24 присут­ствуют в восках.

В состав глицеридов наиболее распространенных жиров в значительном количестве входят ненасыщенные кислоты, содержащие 1-3 двойные связи: олеиновая, линолевая и линоленовая. В жирах животных присутствует арахидоновая кислота, содержащая четыре двойные связи, в жирах рыб и морских животных обнаружены кислоты с пятью, шестью и более двойными связями. Большинство ненасыщенных кислот липидов имеет цис-конфигурацию, двойные связи у них изолированы или разделены метиленовой (-СН 2 -) груп­пой.

Из всех непредельных кислот, содержащихся в природных жирах, наиболее распространена олеиновая кислота. В очень многих жирах олеиновая кислота составляет больше полови­ны от общей массы кислот, и лишь в немногих жирах ее содер­жится меньше 10%. Две другие непредельные кислоты - линолевая и линоленовая - также очень широко распростра­нены, хотя они присутствуют в значительно меньшем количестве, чем олеиновая кислота. В заметных количествах линолевая и линоленовая кислоты содержатся в растительных мас­лах; для животных организмов они являются незаменимыми кислотами.

Из предельных кислот пальмитиновая кислота почти так же широко распространена, как и олеиновая. Она присутству­ет во всех жирах, причем некоторые содержат ее 15-50% от общего содержания кислот. Широко распространены стеари­новая и миристиновая кислоты. Стеариновая кислота содер­жится в большом количестве (25% и более) только в запасных жирах некоторых млекопитающих (например, в овечьем жи­ре) и в жирах некоторых тропических растений, например в масле какао.

Целесообразно разделять кислоты, содержащиеся в жи­рах, на две категории: главные и второстепенные кислоты. Главными кислотами жира считаются кислоты, содержание которых в жире превышает 10%.

Физические свойства жиров

Как правило, жиры не выдерживают перегонки и разлага­ются, даже если их перегоняют при пониженном давлении.

Температура плавления, а соответственно и консистенция жиров зависят от строения кислот, входящих в их состав. Твердые жиры, т. е. жиры, плавящиеся при сравнительно вы­сокой температуре, состоят преимущественно из глицеридов предельных кислот (стеариновая, пальмитиновая), а в маслах, плавящихся при более низкой температуре и представляющих собой густые жидкости, содержатся значительные количества глицеридов непредельных кислот (олеиновая, линолевая, ли-ноленовая).

Так как природные жиры представляют собой сложные смеси смешанных глицеридов, они плавятся не при определен­ной температуре, а в определенном температурном интервале, причем предварительно они размягчаются. Для характеристи­ки жиров применяется, как правило, температура затверде­вания, которая не совпадает с температурой плавления - она несколько ниже. Некоторые природные жиры - твердые ве­щества; другие же - жидкости (масла). Температура затверде­вания изменяется в широких пределах: -27 °С у льняного мас­ла, -18 °С у подсолнечного, 19-24 °С у коровьего и 30-38 °С у говяжьего сала.

Температура затвердевания жира обусловлена характером составляющих его кислот: она тем выше, чем больше содержа­ние предельных кислот.

Жиры растворяются в эфире, полигалогенопроизводных, в сероуглероде, в ароматических углеводородах (бензоле, толу­оле) и в бензине. Твердые жиры трудно растворимы в петролейном эфире; нерастворимы в холодном спирте. Жиры нера­створимы в воде, однако они могут образовывать эмульсии, ко­торые стабилизируются в присутствии таких поверхностно-ак­тивных веществ (эмульгаторов), как белки, мыла и некоторые сульфокислоты, главным образом в слабощелочной среде. При­родной эмульсией жира, стабилизированной белками, являет­ся молоко.

Химические свойства жиров

Жиры вступают во все химические реакции, характерные для сложных эфиров, однако в их химиче­ском поведении имеется ряд особенностей, связанных со строением жирных кислот и глицерина.

Среди химических реакций с участием жиров выделяют несколько типов превращений.

Липиды - это жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине, бензоле, хлороформе и др.). Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам.

В химическом отношении большинство липидов представляет собой сложные эфиры высших карбоновых кислот и ряда спиртов. Наиболее известны среди них жиры. Каждая молекула жира образована молекулой трехатомного спирта глицерола и присоединенными к ней эфирными связями трех молекул высших карбоновых кислот. Согласно принятой номенклатуре, жиры называют триацилглщеролами.

Атомы углерода в молекулах высших карбоновых кислот могут быть соединены друг с другом как простыми, так и двойными связями. Из предельных (насыщенных) высших карбоновых кислот наиболее часто в состав жиров входят пальмитиновая, стеариновая, арахиновая; из непредельных (ненасыщенных) - олеиновая и линолевая.

Степень ненасыщенности и длина цепей высших карбоновых кислот (т. е. число атомов углерода) определяют физические свойства того или иного жира.

Жиры с короткими и непредельными кислотными цепями имеют низкую температуру плавления. При комнатной температуре это жидкости (масла) либо мазеподобные вещества (жиры). И наоборот, жиры с длинными и насыщенными цепями высших карбоновых кислот при комнатной температуре становятся твердыми. Вот почему при гидрировании (насыщении кислотных цепей атомами водорода по двойным связям) жидкое арахисовое масло, например, становится мазеобразным, а подсолнечное масло превращается в твердый маргарин. По сравнению с обитателями южных широт в организме животных, обитающих в холодном климате (например, у рыб арктических морей), обычно содержится больше ненасыщенных триацилглицеролов. По этой причине тело их остается гибким и при низких температурах.

В фосфолипидах одна из крайних цепей высших карбоновых кислот триацилглицерола замещена на группу, содержащую фосфат. Фосфолипиды имеют полярные головки и неполярные хвосты. Группы, образующие полярную головку, гидрофильны, а неполярные хвостовые группы гидрофобны. Двойственная природа этих липидов обусловливает их ключевую роль в организации биологических мембран.

Еще одну группу липидов составляют стероиды (стеролы). Эти вещества построены на основе спирта холестерола. Стеролы плохо растворимы в воде и не содержат высших карбоновых кислот. К ним относятся желчные кислоты, холестерол, половые гар-моны, витамин D и др.

К липидам также относятся терпены (ростовые вещества растений - гиббереллины; каротиноиды - фотосинтетичские пигменты; эфирные масла растений, а также воска).

Липиды могут образовывать комплексы с другими биологическими молекулами - белками и сахарами.

Функции липидов следующие:

Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.
Энергетическая. При окислении жиров высвобождается большое количество энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах растений обеспечивает развитие зародыша и проростка до их перехода к самостоятельному питанию. Семена многих растений (кокосовой пальмы, клещевины, подсолнечника, сои, рапса и др.) служат сырьем для получения растительного масла промышленным способом.
Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной клетчатке и вокруг некоторых органов (почек, кишечника), жировой слой защищает организм животных и его отдельные органы от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль - способствует плавучести.
Смазывающая и водоотталкивающая. Воск покрывает кожу, шерсть, перья, делает их более эластичными и предохраняет от влаги. Восковой налет имеют листья и плоды многих растений.
Регуляторная. Многие гормоны являются производными хо-лестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон). Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.

Липиды являются также источником образования метаболической воды. Окисление 100 г жира дает примерно 105 г воды. Эта вода очень важна для некоторых обитателей пустынь, в частности для верблюдов, способных обходиться без воды в течение 10-12 суток: жир, запасенный в горбе, используется именно в этих целях. Необходимую для жизнедеятельности воду медведи, сурки и другие животные, впадающие в спячку, получают в результате окисления жира.

В миелиновых оболочках аксонов нервных клеток липиды являются изоляторами при проведении нервных импульсов.

Воск используется пчелами в строительстве сот.