Жир всегда расценивали как вредный для организма компонент продуктов питания и некоторые диетологи придерживаются мнения, что лучше ограничить прием жиров. Но так ли вредны для нас жиры?
В действительности же жиры выполняют несколько очень важных для нашего организма функций, и в первую очередь жир-важный поставщик энергии для нас. Можно выделить тот факт, что 1г жира поставляет калорий больше, чем белки и углеводы в двойном количестве. Организм не сжигает сразу все жиры, а откладывает часть в депо как резерв, чтобы использовать его в дальнейшем по мере необходимости. Мы приведен Вам информацию о жирах, которая поможет Вам взглянуть на жиры по-новому.
Почему жир необходим нашему организму?
Жиры поставляют важные для жизнедеятельности нашего организма жирные кислоты, которые участвуют в обмене веществ и являются поставщиками энергии. Кроме того, жиры входят в состав клеточных оболочек, например, нервные клетки имеют оболочки, которые на 60% состоят из жиров. Таким образом, можно выделить несколько важных функций жиров:
Жиры-это поставщики энергетического материала-примерно 30% энергии приходится на жиры,
Формируя подкожно-жировую клетчатку, защищают органы и ткани от механического повреждения, а также препятствуют потере тепла,
Являются носителями для витаминов А, D, Е, К, а также для минеральных веществ, поскольку без жиров их всасывание в организме невозможно,
Входят в состав клеточных оболочек (преимущественно холестерин). Без них клетка теряет свою функцию и разрушается,
Жиры вырабатывают женские половые гормоны, что особенно важно в постменопаузе, когда функция яичников практически угасла. Также они играют важную роль и в репродуктивный период, поскольку поддерживают гормональный фон на должном уровне. Если уровень жировой ткани в организме ниже 10-15%, тогда возникает гормональный дисбаланс вплоть до прекращения менструального цикла,
Омега-6 ненасыщенная кислота (она же арахидоновая кислота) участвует в активации свертывающей и противосвертывающей систем крови.
Почти 35% ежедневного рациона должен состоять из жиров. При этом значимую роль играет вид жиров.
Какие жиры полезны, а какие нет?
В зависимости от химического строения жиры разделяют на насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Насыщенные жирные кислоты содержат большое количество ионов водорода и входят в состав продуктов питания животного происхождения. Это именно те жиры, которые откладываются на животе, бедрах, ягодицах. Это своеобразный энергетический запас организма. Насыщенные жиры препятствуют росту мышечной массы, поскольку снижают действие инсулина. Но в то же время они являются основой для выработки тестостерона. При исключении их из продуктов питания снижается и уровень этого важного для мужчин гормона. То же самое можно получить и при чрезмерном их потреблении. Поэтому они тоже важны для организма, но в меру.
Ненасыщенные жирные кислоты (Омега-3 и Омега-6) содержат мало ионов водорода и содержатся преимущественно в продуктах животного происхождения, например, в оливковом или растительном масле, рыбьем жире. Эти жиры не откладываются в организме, а полностью сжигаются. Они являются полезным для организма компонентом питания, сырьем для выработки гормонов.
Еще существуют так называемые транс-жиры, или искусственные жиры. Они набиты ионами водорода и содержатся в конфетах и печенье, а также в продуктах быстрого питания (фаст-фуде). Их используют преимущественно для хранения продуктов питания и они повышают риск развития онкологических заболеваний и заболеваний со стороны сердечно-сосудистой системы.
Омега-3 и Омега-6 ненасыщенные жирные кислоты.
Из всех видов жиров именно эти жирные кислоты являются наиболее ценными для нашего организма. Они находятся в подсолнечном и кукурузном маслах, а рапсовое масло содержит их в идеальном соотношении.
Полезные для организма Омега-3 жирные кислоты находятся также в льняном, ореховом и соевом масле. Лосось, скумбрия и сельдь также содержат их в достаточном количестве.
Омега-3 и Омега-6 жирные кислоты:
Снижают риск развития атеросклероза, препятствуя таким образом развитию сердечно-сосудистых заболеваний
Снижают уровень холестерина,
Укрепляют стенки сосудов,
Снижают вязкость крови, таким образом предотвращают развитие тромбов,
Улучшают кровоснабжение органов и тканей, восстановлению нервных клеток.
В идеале необходимо смешивать насыщенные и ненасыщенные жиры, например, мясные блюда и салаты заправлять рапсовым маслом.
Что лучше-маргарин или масло?
В противоположность маслу, маргарин содержит больше ненасыщенных жирных кислот. Но согласно новым учениям это не значит, что масло является более вредным. В счете калорий оба продукта практически равны. Но в маргарине содержатся вредные транс-жиры, которые способствуют росту ряда заболеваний.
Если Вы поклонник маргарина, тогда лучше выбирайте высококачественные виды с низким содержанием твердых жиров.
Приводят ли жиры к ожирению?
Несмотря на то, что жиры содержат больше калорий, не доказана связь между потреблением жиров и повышенным весом.
К ожирению приводит избыток калорий: кто употребляет больше калорий, чем их сжигает, прибавляет в весе. Пища, содержащая жиры в достаточном количестве, приводит к насыщению на длительный период и позволяет нам меньше питаться.
Кто напротив, пробует на жирах экономить, ест часто больше углеводов. Зернове продукты, такие, как белый хлеб и макаронные изделия повышают уровень сахара в крови, а вместе с ним и инсулина, что приводит к росту жировой ткани. К тому же насыщение организма происходит быстро, но не длительно, в результате чего приводит к более частому потреблению пищи.
Что такое липиды, какова классификация липидов, в чем состоит их строение и функции? Ответ на этот и многие другие вопросы дает биохимия, занимающаяся изучением этих и других веществ, имеющих большое значение для метаболизма.
Что это такое
Липиды представляют собой органические вещества, нерастворяемые в воде. Функции липидов в теле человека многообразны.
Липиды — это слово означает «мелкие частички жира»
Это прежде всего:
- Энергетическая. Липиды служат субстратом для запасания и использования энергии. При расщеплении 1 грамма жиров выделяется примерно в 2 раза больше энергии, чем при расщеплении белка или углеводов такого же веса.
- Структурная функция. Структура липидов определяет строение мембран клеток нашего тела. Они располагаются таким образом, что гидрофильная часть молекулы находится внутри клетки, а гидрофобная ─ на ее поверхности. Благодаря этим свойствам липидов каждая клетка, с одной стороны, представляет собой автономную систему, отгороженную от внешнего мира, а с другой ─ каждая клетка может обмениваться молекулами с другими и с окружающей средой с помощью специальных транспортных систем.
- Защитная. Поверхностный слой, что имеется у нас на коже и служит своеобразным барьером между нами и окружающим миром также составлен из липидов. Кроме того, они в составе жировой ткани обеспечивают функцию теплоизоляции и защиту от пагубных внешних воздействий.
- Регуляторная. Они входят в состав витаминов, гормонов и других веществ, регулирующих многие процессы в организме.
Общая характеристика липидов исходит из особенностей строения. Они обладают двоякими свойствами, так как имеют в составе молекулы растворимую и нерастворимую части.
Поступление в организм
Липиды частично поступают в организм человека с пищей, частично способны синтезироваться эндогенно. Расщепление основной части пищевых липидов происходит в 12-перстной кишке под воздействием панкреатического сока, выделяемого поджелудочной железой и желчных кислот в составе желчи. Расщепившись, они ресинтезируются вновь в кишечной стенке и, уже в составе специальных транспортных частиц ─ липопротеинов, ─ готовы поступить в лимфатическую систему и общий кровоток.
С пищей ежедневно человеку необходимо получать около 50-100 граммов жиров, что зависит от состояния организма и уровня физической активности.
Классификация
Классификация липидов в зависимости от их способности образовывать мыла в определенных условиях разделяет их на следующие классы липидов:
- Омыляемые. Так называются вещества, которые в среде с щелочной реакцией образуют соли карбокислот (мыла). В эту группу относятся простые липиды, сложные липиды. Как простые липиды, так и сложные важны организму, они имеют разное строение и, соответственно ему, липиды выполняют разные функции.
- Неомыляемые. В щелочной среде не образуют солей карбоновых кислот. Сюда биологическая химия относит жирные кислоты, производные полиненасыщенных жирных кислот ─ эйкозаноиды, холестерин, как наиболее яркий представитель основного класса стеринов-липидов, а также производные его ─ стероиды и некоторые другие вещества, например, витамины А, Е и др.
Общая классификация липидов
Жирные кислоты
Веществами, которые относятся к группе так называемых простых липидов и имеют большое значение для организма являются жирные кислоты. В зависимости от наличия двойных связей в неполярном (нерастворимом в воде) углеродном «хвосте», жирные кислоты делят на насыщенные (двойных связей не имеют) и ненасыщенные (имеют одну или даже больше двойных углерод-углеродных связей). Примеры первых: стеариновая, пальмитиновая. Примеры ненасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот: олеиновая, линолевая и др.
Именно ненасыщенные жирные кислоты особенно важны для нас и должны обязательно поступать с пищей.
Почему? Потому что они:
- Служат компонентом для синтеза клеточных мембран, участвуют в образовании многих биологически активных молекул.
- Помогают поддерживать работу эндокринной и половой систем в норме.
- Помогают предупредить или замедлить развитие атеросклероза и многих его последствий.
Жирные кислоты делятся на две большие группы: ненасыщенные и насыщенные
Медиаторы воспаления и не только
Еще одним видом простых липидов являются такие важные медиаторы внутренней регуляции, как эйкозаноиды. Они имеют уникальное (как практически все в биологии) химическое строение и, соответственно этому, уникальные химические свойства. Главной основой для синтеза эйкозаноидов выступает арахидоновая кислота, которая является одной из важнейших ненасыщенных жирных кислот. Именно эйкозаноиды отвечают в организме за течение воспалительных процессов.
Кратко описать их роль в воспалении можно следующим образом:
- Они изменяют проницаемость сосудистой стенки (а именно ─ повышают ее проницаемость).
- Стимулируют выход лейкоцитов и других клеток иммунной системы в ткани.
- С помощью химических веществ опосредуют перемещения клеток иммунитета, выброс ферментов и поглощение чужеродных для организма частиц.
Но на этом роль эйкозаноидов в теле человека не заканчивается, они также ответственны за систему свертывания крови. В зависимости от складывающейся ситуации эйкозаноиды могут расширить сосуды, расслабить гладкую мускулатуру, уменьшить агрегацию или, если потребуется, вызвать обратные эффекты: сужение сосудов, сокращение гладких мышечных клеток и тромбообразование.
Эйкозаноиды – обширная группа физиологически и фармакологически активных соединений
Проводились исследования, согласно которым, люди, в достаточном количестве получавшие главный субстрат синтеза эйкозаноидов ─ арахидоновую кислоту ─ с пищей (находится в рыбьем жире, рыбе, растительных маслах) меньше страдали от заболеваний сердечно-сосудистой системы. Вероятнее всего, это связано с тем, что такие люди имеют более совершенный обмен эйкозаноидов.
Вещества сложного строения
Сложные липиды ─ группа веществ, не менее важная для организма, чем простые липиды. Основные свойства этой группы жиров:
- Участвуют в образовании клеточных мембран, наряду с простыми липидами, а также обеспечивают межклеточные взаимодействия.
- Входят в состав миелиновой оболочки нервных волокон, необходимой для нормальной передачи нервного импульса.
- Они являются одним из важных компонентов сурфактанта ─ вещества, обеспечивающего процессы дыхания, а именно предотвращающего спадание альвеол во время выдоха.
- Многие из них играют роль рецепторов на поверхности клеток.
- Значение некоторых сложных жиров, выделяемых из спинномозговой жидкости, нервной ткани, сердечной мышцы до конца не выяснена.
К простейшим представителям липидов этой группы относятся фосфолипиды, глико- и сфинголипиды.
Холестерин
Холестерин является веществом липидной природы с наиболее важным значением в медицине, так как нарушение именно его обмена негативно сказывается на состоянии всего организма.
Часть холестерина поступает внутрь с пищей, а часть ─ синтезируется в печени, надпочечниках, половых железах и коже.
Он также участвует в образовании клеточных мембран, синтезе гормонов и других химически активных веществ, а также участвует в метаболизме липидов в теле человека. Показатели именно холестерина в крови часто исследуются врачами, так как они показывают состояние обмена липидов в организме человека в целом.
Липиды имеют свои особые транспортные формы ─ липопротеины. С их помощью они могут переноситься с током крови, не вызывая эмболии.
Нарушения жирового обмена быстрее и ярче всего проявляются нарушениями обмена холестерина, преобладанием атерогенных его переносчиков (так называются липопротеины низкой и очень низкой плотности) над антиатерогенными (липопротеины с высокой плотностью).
Основным проявлением патологии липидного обмена является развитие атеросклероза.
Проявляет он себя сужением просвета артериальных сосудов по всему организму. В зависимости от преобладания в сосудах различных локализаций развивается сужение просвета коронарных сосудов (сопровождающееся стенокардией), сосудов головного мозга (с нарушениями запоминания, слуха, возможными головными болями, шумом в голове), сосудов почек, сосудов нижних конечностей, сосудов органов пищеварения с соответствующей симптоматикой.
Таким образом, липиды одновременно являются незаменимым субстратом для многих процессов в организме и, в то же время, при нарушении жирового обмена, могут стать причиной многих заболеваний и патологических состояний. Поэтому, жировой обмен требует за собой контроля и коррекции при возникновении такой необходимости.
Липиды выступают важнейшим источником энергетического запаса организма. Факт очевиден даже на номенклатурном уровне: греческое «липос» переводится как жир. Соответственно, категория липидов объединяет жироподобные вещества биологического происхождения. Функционал соединений достаточно разнообразен, что обусловлено неоднородностью состава данной категории био-объектов.
Какие функции выполняют липиды
Перечислите основные функции липидов в организме, которые являются основными. На ознакомительном этапе целесообразно выделить ключевые роли жироподобных веществ в клетках организма человека. Базовый перечень – это пять функций липидов:
- резервно-энергетическая;
- структурообразующая;
- транспортная;
- изолирующая;
- сигнальная.
К второстепенным задачам, которые липиды выполняют в сочетании с другими соединениями можно отнести регуляторную и ферментативную роль.
Энергетический запас организма
Это не только одна из важных, но приоритетная роль жироподобных соединений. По сути, часть липидов является.источником энергии всей клеточной массы. Действительно, жир для клеток – аналог топлива в баке автомобиля. Реализуется энергетическая функция липидами следующим образом. Жиры и подобные им вещества окисляются в митохондриях, расщепляясь до уровня воды и двуокиси углерода. Процесс сопровождается выделением значительного количества АТФ – высокоэнергетических метаболитов. Их запас позволяет клетке участвовать в энергозависимых реакциях.
Структурные блоки
Одновременно, липиды осуществляют строительную функцию: с их помощью формируется мембрана клетки. В процессе участвуют следующие группы жироподобных веществ:
- холестерин – липофильный спирт;
- гликолипиды – соединения липидов с углеводами;
- фосфолипиды – эфиры сложных спиртов и высших карбоновых кислот.
Следует отметить, что в сформировавшейся мембране, непосредственно жиры не содержатся. Образовавшаяся стенка между клеткой и внешней средой оказывается двухслойной. Это достигается вследствие бифильности. Подобная характеристика липидов указывает, что одна часть молекулы – гидрофобна, то есть нерастворима в воде, вторая, напротив – гидрофильна. Как результат, бислой клеточной стенки формируется вследствие упорядоченного расположения простых липидов. Молекулы разворачиваются гидрофобными участками друг к другу, тогда как гидрофильные хвосты направлены внутрь и вне клетки.
Это определяет защитные функции мембранных липидов. Во-первых, мембрана придает клетке форму и даже сохраняет ее. Во-вторых, двойная стенка – своеобразный пункт паспортного контроля, не пропускающий через себя нежелательных визитеров.
Автономная система отопления
Конечно, это наименование достаточно условно, но вполне применимо, если рассматривать какие функции выполняют липиды. Соединения не столько отапливают организм сколько удерживают тепло внутри. Подобная роль отведена жировым отложениям, формирующимся вокруг различных органов и в подкожной ткани. Этот класс липидов характеризуется высокими теплоизолирующими свойствами, что предохраняет жизненно-важные органы от переохлаждения.
Такси заказывали?
Транспортную роль липидов относят к второстепенной функции. Действительно, перенос веществ (преимущественно триглицеридов и холестерина) осуществляется отдельными структурами. Это связанные комплексы липидов и белков, именуемые липопротеины. Как известно, жироподобные вещества нерастворимы в воде, соответственно плазме крови. Напротив, функции белков включают гидрофильность. Как результат, ядро липопротеида – скопление триглицеридов и эфиров холестерина, тогда как оболочка – смесь молекул протеина и свободного холестерола. В таком виде, липиды доставляются к тканям или обратно в печень для вывода из организма.
Второстепенные факторы
Список уже перечисленных 5 функций липидов, дополняет ряд не менее важных ролей:
- ферментативная;
- сигнальная;
- регуляторная
Сигнальная функция
Некоторые сложные липиды, в частности их строение, позволяют передавать нервные импульсы между клетками. Посредником в подобном процесс выступают гликолипиды. Не менее важным оказывается способность распознавать внутриклеточные импульсы, также реализуемая жироподобными структурами. Это позволяет отбирать из крови необходимые клетке вещества.
Ферментативная функция
Липиды, независимо от расположения в мембране или вне ее – не входят в состав ферментов. Однако, их биоснтез происходит с присутствием жироподобных соединений. Дополнительно, липиды участвуют в выполнении защиты стенок кишечника от ферментов поджелудочной железы. Избыток последних нейтрализуется желчью, где в значительных количествах включены холестерин и фосфолипиды.
Большую часть липидов организм вырабатывает самостоятельно, только незаменимые жирные кислоты и растворимые витамины поступают с продуктами питания.
Липиды это то большая группа органических веществ, состоящая из жиров и их аналогов. Липиды по своим характеристикам схожи с белками. В плазме они находятся в виде липопротеидов, совершенно не растворимы водой, но отлично растворимы эфиром. Обменный процесс между липидами важен для всех активных клеток, так как эти вещества являются одним из главнейших составляющих биологических мембран.
Есть три класса липидов: холестерин, фосфолипиды, триглицериды. Наиболее известным среди этих классов считается холестерин. Определение этого показателя, разумеется, имеет максимальное значение, но тем не менее содержание в мембране клетки холестерина, липопротеидов, триглицеридов, надо рассматривать только комплексно.
Нормой является содержание ЛПНП в пределах 4-6,6 ммоль/л. Стоит отметить, что у здоровых людей этот показатель может изменяться с учетом ряда факторов: возраста, сезонности, умственной и физической активности.
Особенности
Человеческий организм самостоятельно производит все главные группы липидов. Мембрана клеток не образует только полиненасыщенные жирные кислоты, которые относятся к незаменимым веществам и растворимые жирами витамины.
Основная часть липидов синтезируются эпителиальными клетками тонкой кишки, печени. Для отдельных липидов характерна связь с конкретными органами, тканями, а остальные есть во всех клетках, тканях. Большую часть липидов содержит нервная и жировая ткань.
Печень содержит от 7 до 14% этого вещества. При заболеваниях этого органа количество липидов возрастает до 45%, преимущественно за счет повышения числа триглицеридов. Плазма содержит липиды, соединенные с белками, именно так они поступают в органы, клетки, ткани.
Биологическое назначение
Липидные классы выполняют ряд важных функций.
- Строительную. Фосфолипиды, соединяясь с белками, обеспечивают образование мембран.
- Накопительную. При окислении жиров вырабатывается огромное количество энергии, которая впоследствии расходуется на создание АТФ. Организм накапливает запасы энергии преимущественно группами липидов. К примеру, когда животные засыпают на всю зиму, их организм получает все необходимые вещества из накопленных ранее масел, жиров, бактерий.
- Защитную, теплоизоляционную. Основная часть жиров откладывается в подкожной клетчатке, вокруг почек, кишечника. Благодаря накопленному слою жира организм защищен от холода, а также механических повреждений.
- Водоотталкивающую, смазывающую. Липидный слой на коже, сохраняет эластичность мембран клеток и защищает их от влажности, бактерий.
- Регулирующую. Есть связь между содержанием липидов и гормональным уровнем. Практически все гормоны производятся от холестерола. Витамины и другие производные холестерола задействованы в обмене фосфора, кальция. Желчные кислоты отвечают за усвоение и переваривание пищи, а также за всасывание карбоновых кислот.
Обменные процессы
- Триглицериды защищают мягкие подкожные ткани, а также органы от повреждений, бактерий. Между их количеством и сохранением энергии есть прямая связь.
- Фосфолипиды отвечают за протекание метаболических процессов.
- Холестерол, стероиды – это вещества, нужные для укрепления мембран клеток, а также для нормализации деятельности желез, в частности, регуляции половой системы.
Все разновидности липидов образуют соединения, обеспечивающие поддержание процесса жизнедеятельности организма, его способности к сопротивлению негативным факторам, включая размножение бактерий. Есть связь между липидами и образованием многих крайне важных белковых соединений. Невозможна без этих веществ работа мочеполовой системы. Также может произойти отказ репродуктивной способности человека.
Обмен липидов предполагает связь между всеми вышеуказанными компонентами и их комплексное воздействие на организм. Во время доставки полезных веществ, витаминов и бактерий в клетки мембран они трансформируются в другие элементы. Такое положение способствует ускорению кровоснабжения и за счет этого, быстрому поступлению, распространению и усвоению витаминов, поступающих с продуктами питания.
Если останавливается хотя бы одно из звеньев, то связь нарушается и человек ощущает проблемы с поступлением жизненно важных веществ, полезных бактерий и распространением их по всему организму. Такое нарушение непосредственным образом сказывается и на процессе липидного обмена.
Нарушение обмена
В каждой функционирующей мембране клетки находятся липиды. Состав молекул такого рода имеет одно объединяющее свойство – гидрофобность, то есть они нерастворимы в воде. Химический состав липидов включает многие элементы, но наибольшую часть занимают жиры., которые организм способен вырабатывать самостоятельно. Но невосполнимые жирные кислоты попадают в него, как правило, с пищевыми продуктами.
Обмен липидов осуществляется на клеточном уровне. Это процесс защищает организм, в том числе от бактерий происходит в несколько этапов. Сначала происходит расщепление липидов, затем они всасываются и только после этого наступает промежуточный и заключительный обмен.
Любые сбои в процессе усвоения жиров указывают на нарушение обмена липидных групп. Причиной этому может быть недостаточное количество поступающей в кишечник панкреатической липазы и желчи. А также с:
- ожирением;
- гиповитаминозом;
- атеросклерозом;
- заболеваниями желудка;
- кишечника и другими болезненными состояниями.
При повреждении в кишечнике ткани эпителия ворсинок жирные кислоты усваиваются в неполной мере. Как следствие в каловых массах накапливается большое количество жира, который не прошел этап расщепления. Кал становится специфического серовато-белого цвета за счет скопления жиров и бактерий.
Подкорректировать липидный обмен можно при помощи диетического режима и медикаментозного лечения, назначаемого для снижения показателя ЛПНП. Необходимо систематически проверять содержание в составе крови триглицеридов. Также не стоит забывать, что человеческий организм не нуждается в большом накоплении жиров.
Чтобы не допускать сбоев в обмене липидов, надо ограничить употребление масла, мясных продуктов, субпродуктов и обогащать рацион рыбой и морепродуктами небольшой жирности. В качестве профилактики поможет изменение образа жизни – увеличение физической активности, спортивные тренировки, отказ от вредных привычек.
Липиды составляют большую и достаточно разнородную по химическому составу группу входящих в состав живых клеток органических веществ, растворимых в малополярных органических растворителях (эфире, бензоле, хлороформе и др.) и нерастворимых в воде. В общем виде они рассматриваются как производные жирных кислот.
Особенность строения липидов - присутствие в их молекулах одновременно полярных (гидрофильных) и неполярных (гидрофобных) структурных фрагментов, что придает липидам сродство как к воде, так и к неводной фазе. Липиды относятся к бифильным веществам, что позволяет им осуществлять свои функции на границе раздела фаз.
10.1. Классификация
Липиды делят на простые (двухкомпонентные), если продуктами их гидролиза являются спирты и карбоновые кислоты, и сложные (многокомпонентные), когда в результате их гидролиза кроме этого образуются и другие вещества, например фосфорная кислота и углеводы. К простым липидам относятся воски, жиры и масла, а также церамиды, к сложным - фосфолипиды, сфинголипиды и гликолипиды (схема 10.1).
Схема 10.1. Общая классификация липидов
10.2. Структурные компоненты липидов
Все группы липидов имеют два обязательных структурных компонента - высшие карбоновые кислоты и спирты.
Высшие жирные кислоты (ВЖК). Многие высшие карбоновые кислоты были впервые выделены из жиров, поэтому они получили название жирных. Биологически важные жирные кислоты могут быть насыщенными (табл. 10.1) и ненасыщенными (табл. 10.2). Их общие структурные признаки:
Являются монокарбоновыми;
Включают четное число атомов углерода в цепи;
Имеют цис-конфигурацию двойных связей (если они присутствуют).
Таблица 10.1. Основные насыщенные жирные кислоты липидов
В природных кислотах число атомов углерода колеблется от 4 до 22, но чаще встречаются кислоты с 16 или 18 атомами углеро- да. Ненасыщенные кислоты содержат одну или несколько двойных связей, имеющих цис-конфигурацию. Ближайшая к карбоксильной группе двойная связь обычно расположена между атомами С-9 и С-10. Если двойных связей несколько, то они отделены друг от друга метиленовой группой СН 2 .
Правилами ИЮПАК для ВЖК допускается использование их тривиальных названий (см. табл. 10.1 и 10.2).
В настоящее время также применяется собственная номенклатура ненасыщенных ВЖК. В ней концевой атом углерода, независимо от длины цепи, обозначается последней буквой греческого алфавита ω (омега). Отсчет положения двойных связей производится не как обычно от карбоксильной группы, а от метильной группы. Так, линоленовая кислота обозначается как 18:3 ω-3 (омега-3).
Сама линолевая кислота и ненасыщенные кислоты с иным числом атомов углерода, но с расположением двойных связей также у третьего атома углерода, считая от метильной группы, составляют семейство омега-3 ВЖК. Другие типы кислот образуют аналогичные семейства линолевой (омега-6) и олеиновой (омега-9) кислот. Для нормальной жизнедеятельности человека большое значение имеет правильный баланс липидов трех типов кислот: омега-3 (льняное масло, рыбий жир), омега-6 (подсолнечное, кукурузное масла) и омега-9 (оливковое масло) в рационе питания.
Из насыщенных кислот в липидах человеческого организма наиболее важны пальмитиновая С 16 и стеариновая С 18 (см. табл. 10.1), а из ненасыщенных - олеиновая С18:1 , линолевая С18:2 , линоленовая и арахидоновая С 20:4 (см. табл. 10.2).
Следует подчеркнуть роль полиненасыщенных линолевой и линоленовой кислот как соединений, незаменимых для человека («витамин F»). В организме они не синтезируются и должны поступать с пищей в количестве около 5 г в день. В природе эти кислоты содержатся в основном в растительных маслах. Они способствуют
Таблица 10.2. Основные ненасыщенные жирные кислоты липидов
* Включена для сравнения. ** Для цис-изомеров.
нормализации липидного профиля плазмы крови. Линетол, представляющий собой смесь этиловых эфиров высших жирных ненасыщенных кислот, используется в качестве гиполипидемического лекарственного средства растительного происхождения. Спирты. В состав липидов могут входить:
Высшие одноатомные спирты;
Многоатомные спирты;
Аминоспирты.
В природных липидах наиболее часто встречаются насыщенные и реже ненасыщенные длинноцепочечные спирты (С 16 и более) главным образом с четным числом атомов углерода. В качестве примера высших спиртов приведены цетиловый СH 3 (СН 2 ) 15 ОН и мелиссиловый СН 3 (СН 2) 29 ОН спирты, входящие в состав восков.
Многоатомные спирты в большинстве природных липидов представлены трехатомным спиртом глицерином. Встречаются другие многоатомные спирты, например двухатомные спирты этиленгликоль и пропандиол-1,2, а также миоинозит (см. 7.2.2).
Наиболее важными аминоспиртами, входящими в состав природных липидов, являются 2-аминоэтанол (коламин), холин, относя- щийся также к α-аминокислотам серин и сфингозин.
Сфингозин - ненасыщенный длинноцепочечный двухатомный аминоспирт. Двойная связь в сфингозине имеет транс -конфигура- цию, а асимметрические атомы С-2 и С-3 - D-конфигурацию.
Спирты в липидах ацилированы высшими карбоновыми кислотами по соответствующим гидроксильным группам или аминогруппам. У глицерина и сфингозина один из спиртовых гидроксилов может быть этерифицирован замещенной фосфорной кислотой.
10.3. Простые липиды
10.3.1. Воски
Воски - сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных спиртов.
Воски образуют защитную смазку на коже человека и животных и предохраняют растения от высыхания. Они применяются в фармацевтической и парфюмерной промышленности при изготовлении кремов и мазей. Примером служит цетиловый эфир пальмитиновой кислоты (цетин) - главный компонент спермацета. Спермацет выделяется из жира, содержащегося в полостях черепной коробки кашалотов. Другим примером является мелиссиловый эфир пальмитиновой кислоты - компонент пчелиного воска.
10.3.2. Жиры и масла
Жиры и масла - самая распространенная группа липидов. Большинство из них принадлежит к триацилглицеринам - полным эфирам глицерина и ВЖК, хотя также встречаются и принимают участие в обмене веществ моно- и диацилглицерины.
Жиры и масла (триацилглицерины) - сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.
В организме человека триацилглицерины играют роль структурного компонента клеток или запасного вещества («жировое депо»). Их энергетическая ценность примерно вдвое больше, чем белков
или углеводов. Однако повышенный уровень триацилглицеринов в крови является одним из дополнительных факторов риска развития ишемической болезни сердца.
Твердые триацилглицерины называют жирами, жидкие - маслами. Простые триацилглицерины содержат остатки одинаковых кислот, смешанные - различных.
В составе триацилглицеринов животного происхождения обычно преобладают остатки насыщенных кислот. Такие триацилглицерины, как правило, твердые вещества. Напротив, растительные масла содержат в основном остатки ненасыщенных кислот и имеют жидкую консистенцию.
Ниже приведены примеры нейтральных триацилглицеринов и указаны их систематические и (в скобках) обычно употребляемые тривиальные названия, основанные на названиях входящих в их состав жирных кислот.
10.3.3. Церамиды
Церамиды - это N-ацилированные производные спирта сфингозина.
Церамиды в незначительных количествах присутствуют в тканях растений и животных. Гораздо чаще они входят в состав сложных липидов - сфингомиелинов, цереброзидов, ганглиозидов и др.
(см. 10.4).
10.4. Сложные липиды
Некоторые сложные липиды трудно классифицировать однозначно, так как они содержат группировки, позволяющие отнести их одновременно к различным группам. Согласно общей классификации липидов (см. схему 10.1) сложные липиды обычно делят на три большие группы: фосфолипиды, сфинголипиды и гликолипиды.
10.4.1. Фосфолипиды
В группу фосфолипидов входят вещества, отщепляющие при гидролизе фосфорную кислоту, например глицерофосфолипиды и некоторые сфинголипиды (схема 10.2). В целом фосфолипидам свойственно достаточно высокое содержание ненасыщенных кислот.
Схема 10.2. Классификация фосфолипидов
Глицерофосфолипиды. Эти соединения являются главными липидными компонентами клеточных мембран.
По химическому строению глицерофосфолипиды представляют собой производные l -глицеро-З-фосфата.
l-Глицеро-З-фосфат содержит асимметрический атом углерода и, следовательно, может существовать в виде двух стереоизомеров.
Природные глицерофосфолипиды имеют одинаковую конфигурацию, являясь производными l-глицеро-З-фосфата, образующегося в процессе метаболизма из фосфата дигидроксиацетона.
Фосфатиды. Среди глицерофосфолипидов наиболее распространены фосфатиды - сложноэфирные производные l-фосфатидовых кислот.
Фосфатидовые кислоты - это производные l -глицеро-З-фосфата, этерифицированные жирными кислотами по спиртовым гидроксильным группам.
Как правило, в природных фосфатидах в положении 1 глицериновой цепи находится остаток насыщенной, в положении 2 - ненасыщенной кислоты, а один из гидроксилов фосфорной кислоты этерифицирован многоатомным спиртом или аминоспиртом (X - остаток этого спирта). В организме (рН ~7,4) оставшийся свободным гидроксил фосфорной кислоты и другие ионогенные группировки в фосфатидах ионизированы.
Примерами фосфатидов могут служить соединения, в составе которых фосфатидовые кислоты этерифицированы по фосфатному гидроксилу соответствующими спиртами:
Фосфатидилсерины, этерифицирующий агент - серин;
Фосфатидилэтаноламины, этерифицирующий агент - 2-ами- ноэтанол (в биохимической литературе часто, но не вполне правильно называемый этаноламином);
Фосфатидилхолины, этерифицирующий агент - холин.
Эти этерифицирующие агенты взаимосвязаны между собой, поскольку фрагменты этаноламина и холина могут образовываться в ходе метаболизма из фрагмента серина путем декарбоксилирования и последующего метилирования при помощи S-аденозилметионина (SAM) (см. 9.2.1).
Ряд фосфатидов вместо аминосодержащего этерифицирующего агента содержит остатки многоатомных спиртов - глицерина, миоинозита и др. Приведенные ниже в качестве примера фосфатидилглицерины и фосфатидилинозиты относятся к кислым глицерофосфолипидам, поскольку в их структурах отсутствуют фрагменты аминоспиртов, придающие фосфатидилэтаноламинам и родственным соединениям нейтральный характер.
Плазмалогены. Менее распространены по сравнению со сложноэфирными глицерофосфолипидами липиды с простой эфирной связью, в частности плазмалогены. Они содержат остаток ненасыщенного
* Для удобства способ написания конфигурационной формулы остатка миоинозита в фосфатидилинозитах изменен по сравнению с приведенным выше (см. 7.2.2).
спирта, связанный простой эфирной связью с атомом С-1 глицеро- 3-фосфата, как, например, плазмалогены с фрагментом этаноламина - L-фосфатидальэтаноламины. Плазмалогены составляют до 10% всех липидов ЦНС.
10.4.2. Сфинголипиды
Сфинголипиды представляют собой структурные аналоги глицерофосфолипидов, в которых вместо глицерина используется сфинго- зин. Другим примером сфинголипидов служат рассмотренные выше церамиды (см. 10.3.3).
Важную группу сфинголипидов составляют сфингомиелины, впервые обнаруженные в нервной ткани. В сфингомиелинах гидроксильная группа у С-1 церамида этерифицирована, как правило, фосфатом холина (реже фосфатом коламина), поэтому их можно отнести и к фосфолипидам.
10.4.3. Гликолипиды
Как можно судить по названию, соединения этой группы включают углеводные остатки (чаще D-галактозы, реже D-глюкозы) и не содержат остатка фосфорной кислоты. Типичные представители гликолипидов - цереброзиды и ганглиозиды - представляют собой сфингозинсодержащие липиды (поэтому их можно считать и сфинголипидами).
В цереброзидах остаток церамида связан с D-галактозой или D-глю- козой β-гликозидной связью. Цереброзиды (галактоцереброзиды, глюкоцереброзиды) входят в состав оболочек нервных клеток.
Ганглиозиды - богатые углеводами сложные липиды - впервые были выделены из серого вещества головного мозга. В структурном отношении ганглиозиды сходны с цереброзидами, отличаясь тем, что вместо моносахарида они содержат сложный олигосахарид, включающий по крайней мере один остаток V -ацетилнейраминовой кислоты (см. Приложение 11-2).
10.5. Свойства липидов
Особенностью сложных липидов является их бифильность, обусловленная неполярными гидрофобными и высокополярными ионизированными гидрофильными группировками. В фосфатидилхолинах, например, углеводородные радикалы жирных кислот образуют два неполярных «хвоста», а карбоксильная, фосфатная и холиновая группы - полярную часть.
На границе раздела фаз такие соединения действуют, как превосходные эмульгаторы. В составе клеточных мембран липид- ные компоненты обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны, ее непроницаемость для ионов и полярных молекул и проницаемость для неполярных веществ. В частности, большинство анестезирующих препаратов хорошо растворяются в липидах, что позволяет им проникать через мембраны нервных клеток.
Жирные кислоты - слабые электролиты ( p K a ~4,8). Они в малой степени диссоциированы в водных растворах. При pH < p K a преобладает неионизированная форма, при pH > p K a , т. е. в физиологических условиях, преобладает ионизированная форма RCOO - . Растворимые соли высших жирных кислот называются мылами. Натриевые соли высших жирных кислот твердые, калиевые - жидкие. Как соли слабых кислот и сильных оснований мыла частично гидролизуются в воде, их растворы имеют щелочную реакцию.
Природные ненасыщенные жирные кислоты, имеющие цис -конфигурацию двойной связи, обладают большим запасом внутренней энергии и, следовательно, по сравнению с транс -изомерами термодинамически менее стабильны. Их цис-транс -изомеризация легко проходит при нагревании, особенно в присутствии инициаторов радикальных реакций. В лабораторных условиях это превращение можно осуществить действием оксидов азота, образующихся при разложении азотной кислоты при нагревании.
Высшие жирные кислоты проявляют общие химические свойства карбоновых кислот. В частности, они легко образуют соответствующие функциональные производные. Жирные кислоты с двойными связями проявляют свойства ненасыщенных соединений - присоединяют по двойной связи водород, галогеноводороды и другие реагенты.
10.5.1. Гидролиз
С помощью реакции гидролиза устанавливают строение липидов, а также получают ценные продукты (мыла). Гидролиз - первая стадия утилизации и метаболизма пищевых жиров в организме.
Гидролиз триацилглицеринов осуществляют либо воздействием перегретого пара (в промышленности), либо нагреванием с водой в присутствии минеральных кислот или щелочей (омыление). В организме гидролиз липидов проходит под действием ферментов липаз. Некоторые примеры реакций гидролиза приведены ниже.
В плазмалогенах, как и в обычных виниловых эфирах, простая эфирная связь расщепляется в кислой, но не в щелочной среде.
10.5.2. Реакции присоединения
Липиды, содержащие в структуре остатки ненасыщенных кислот, присоединяют по двойным связям водород, галогены, галогеноводороды, воду в кислой среде. Иодное число - это мера ненасыщенности триацилглицеринов. Оно соответствует числу граммов иода, которое может присоединиться к 100 г вещества. Состав природных жиров и масел и их иодные числа варьируют в достаточно широких пределах. В качестве примера приводим взаимодействие 1-олеоил- дистеароилглицерина с иодом (иодное число этого триацилглицерина равно 30).
Каталитическое гидрирование (гидрогенизация) ненасыщенных растительных масел - важный промышленный процесс. В этом случае водород насыщает двойные связи и жидкие масла превращаются в твердые жиры.
10.5.3. Реакции окисления
Окислительные процессы с участием липидов и их структурных компонентов достаточно разнообразны. В частности, окисление кис- лородом воздуха ненасыщенных триацилглицеринов при хранении (автоокисление, см. 3.2.1), сопровождаемое гидролизом, является частью процесса, известного как прогоркание масла.
Первичными продуктами взаимодействия липидов с молекулярным кислородом являются гидропероксиды, образующиеся в резуль- тате цепного свободнорадикального процесса (см. 3.2.1).
Пероксидное окисление липидов - один из наиболее важных окислительных процессов в организме. Он является основной причиной повреждения клеточных мембран (например, при лучевой болезни).
Структурные фрагменты ненасыщенных высших жирных кислот в фосфолипидах служат мишенью для атаки активными формами кис- лорода (АФК, см. Приложение 03-1).
При атаке, в частности, гидроксильным радикалом HO", наиболее активным из АФК, молекулы липида LH происходит гомолитический разрыв связи С-Н в аллильном положении, как показано на примере модели пероксидного окисления липидов (схема 10.3). Образующийся радикал аллильного типа L" мгновенно реагирует с находящимся в среде окисления молекулярным кислородом с образованием липидпероксильного радикала LOO". С этого момента начинается цепной каскад реакций пероксидации липидов, поскольку происходит постоянное образование аллильных липидных радикалов L", возобнов- ляющих этот процесс.
Липидные пероксиды LOOH - неустойчивые соединения и могут спонтанно или при участии ионов металлов переменной валентности (см. 3.2.1) разлагаться с образованием липидоксильных радикалов LO", способных инициировать дальнейшее окисление липидного субстрата. Такой лавинообразный процесс пероксидного окисления липидов представляет собой опасность разрушения мембранных структур клеток.
Промежуточно образующийся радикал аллильного типа имеет мезомерное строение и может далее подвергаться превращениям по двум направлениям (см. схему 10.3, пути а и б), приводящим к промежуточным гидропероксидам. Гидропероксиды нестабильны и уже при обычной температуре распадаются с образованием альдегидов, которые далее окисляются в кислоты - конечные продукты реакции. В результате получаются в общем случае две монокарбоновые и две дикарбоновые кислоты с более короткими углеродными цепями.
Ненасыщенные кислоты и липиды с остатками ненасыщенных кислот в мягких условиях окисляются водным раствором перманга- ната калия, образуя гликоли, а в более жестких (с разрывом углеродуглеродных связей) - соответствующие кислоты.
Loading...