Липиды и их свойства

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИПИДАХ

ЛИПИДЫ - это общее название жиров и жироподобных веществ, которые отличаются различным строением, но некоторыми общими физико-химическими свойствами. Они нерастворимы в воде (гидрофобны) и растворимы в ацетоне, бензоле, спирте и других растворителях.

Липиды делят на омыляемые и неомыляемые в зависимости от их способности к гидролизу с образованием в щелочной среде солей высших карбоновых кислот - мыл.

1.1 Неомыляемые липиды

Неомыляемые липиды не расщепляются под действием воды. Неомыляемые липиды делятся на стероиды и терпеноиды (каротиноиды).

1.1.1 Стероиды

Стероиды относятся к липидам животных организмов. В основе их структуры лежит конденсированный четырехциклический остов, называемый стераном.

Циклический скелет стероидов относительно жесткий, в целов для природных стероидов наиболее характерны следующие типы сочленения и конформаций циклогексановых колец:

кольца В и С - транс-;

кольца С и D -транс-;

кольца А и В - транс-;

все циклогексановые кольца - в конформации кресла.

К стероидам относятся многочисленные вещества гормональной природы. Среди них наиболее распространенным является холестерин.

Холестерин - одноатомный спирт, поэтому его называют также холестеролом. Он проявляет свойства вторичного спирта и алкена. В организме 30% холестерина содержится в свободном состоянии, 70% - в виде сложных эфиров с высшими карбоновыми кислотами, как насыщенными (пальмитиновой и стеариновой), так и ненасыщенными (линолевой, арахидоновой и др.), т.е. в виде ацилхолестеринов.

Общее количество холестерина в организме составляет 210-250 г. В больших количествах он содержится в головном и спинном мозге, является компонентом клеточных мембран. Из всего количества холестерина, содержащегося в организме, только около 20% его поступает с пищей. Основное количество холестерина синтезируется в организме из уксусной кислоты. Нарушение обмена холестерина приводит к его отложению на стенках артерий и, как следствие, уменьшению эластичности сосудов (атеросклерозу).

Холестерин в организме превращается в большое количество других стероидов, например в желчные кислоты, которые выполняют важную биологическую функцию: эмульгируя жиры пищи, они улучшают их усвоение.

Наиболее распространенной желчной кислотой является холевая кислота.

Желчные кислоты находятся в организме также и виде амидов по карбоксильной группе. Посредством амидной связи к ним могут быть присоединены остатки глицина - Н₂NCH₂COOH, как в гликохолевой кислоте, или таурина Н₂NCH₂CH₂SO₃H, как таурохолевой кислоте. Натриевые и калиевые соли желчных кислот обладают поверхностно-активными свойствами. Эмульгируя жиры пищи, они улучшают их усвоение, а также активируют фермент липазу, катализирующий гидролиз жиров.

При облучении УФ-светом некоторых стеринов, например эргостерина, происходит размыкание кольца В и образование продуктов, относящихся к витаминам группы D (антирахитические). Они содержатся в яичном желтке, сливочном масле и рыбьем жире.

Холестерин является предшественником всех стероидных гормонов.

Гормонами называют биологически активные вещества, образующиеся в результате деятельности желез внутренныей секреции и принимающие участие в решуляции обмена веществ и физиологических функций в организме. Гормоны - промежуточное звено между нервной системой и ферментами. Синтезированные в железах внутренней секреции гормоны переносятся током крови к органам-мишеням и там либо повышают каталитическую активность соответствующих ферментов, либо ускоряют их биосинтез.

Согласно химической классификации все известные гормоны делятся на три группы:

аминокислоты и продукты их превращений - адреналин, норадреналин и др.;

пептиды и белковые гормоны - инсулин, гормон роста соматотропин и др.;

производные стероидов - гормоны коры надпочечников (кортикостероиды), мужские и женские половые гормоны и др.

Половые гормоны. Эти вещества вырабатываются половыми органами и регулируют половые функции. К их числу относятся женские (гестагены и эстрогены) и мужские половые гормоны (андрогены).

Эстрагены контролируют менструальный цикл у женщин, используются при лечении гипертонии и др. заболеваний. Наиболее важны эстрон и эстрадиол - производные эстрана.

В настоящее время получают синтетические аналоги эстрогенов, обладающие мощной эстрогенной активностью. К ним относятся диэтилстильбэстрол и продукт его гидрирования синэстрол.

Андрогены стимулируют развитие вторичных мужских половых признаков, влияют на эндокринную систему человека, обладают сильным анаболическим эффектом. Главными мужскими половыми гормонами являются андростерон и более активный тестостерон. В основе их структуры лежит углеродный скелетандростана.

1.1.2 Терпеноиды (изопреноиды)

Терпеноиды (изопреноиды) - под этим названием объединяют ряд углеводородов и их кислородсодержащих производных - спиртов, альдегидов и кетонов, углеродный скелет которых построен из двух, трех или более звеньев изопрена.

Терпенами богаты эфирные масла растений (герани, розы, лаванды, лимона и др.).

К терпенам относятся и различные растительные пигменты - каратиноиды и жирорастворимые витамины. Наиболее известным каратиноидом являетсякаротин. Каротин - растительный пигмент желто-красного цвета, в большом количестве содержащийся в моркови, а также в томатах и сливочном масле. Наиболее распространен т.н. в-каротин.

Молекула в-каротина состоит из двух одинаковых частей. Каждая из них в живой клетке (in vivo) превращается в молекулу витамина А (ретинол),играющего важную роль в процессе зрительного восприятия. Витамины группыА считаются факторами роста. Их недостаток в пище вызывает высыхание роговицы глаза (куриную слепоту), понижает сопротивляемость организма инфекции.

Роль ретинола в процессе зрительного восприятия изучена достаточно хорошо. В организме ретинол претерпевает следующие превращения:

1. окисляется в альдегид - 11-транс - ретиналь:

2. 11-транс-ретиналь под воздействием фермента - ретинальизомеразы - превращается в 11-цис-ретиналь:

3. 11-цис-ретиналь связывается с белком палочек сетчатки опсином в иминосоединение (основание Шиффа) с образованием светочувствительного пигмента - родопсина:

4. при поглощении света в результате фотоизомеризации ретинальный комплекс родопсина переходит в 11-транс-ретиналь, его конформация изменяется:

5. измененный 11-транс-ретиналь отделяется от опсина в результате гидролиза:

Эта последовательность реакций служит пусковым механизмом, обеспечивающим возбуждение палочек сетчатки глаза.

Витамин А относится к классу жирорастворимых витаминов. К важным витаминам этого класса относят также витамины группы Е (токоферолы) и витамины группы К.

Витамин Е (б-токоферол) является важнейшим представителем этой группы. Он представляет собой производное двухатомного фенола - гидрохинона - с изопреноидной боковой цепью.

Токоферол - один из активных антиоксидантов, ингибирующих процесс пероксидного окисления. Антиокислительная функция токоферолов определяется их способностью связывать появляющиеся в клетках активные свободные радикалы в относительно устойчивые и потому неспособные к продолжению цепи феноксильные радикалы.

Витамины группы К необходимы для обеспечения нормальной свертываемости крови (антигеморрагический фактор). Они являются производными 1,4-нафтохинона и содержат изопреноидную боковую цепь.

1.2 Омыляемые липиды

Омыляемые липиды гидролизуются, образуя смесь более простых веществ, т.к. в их структуре присутствуют связи, которые расщепляются водой (сложно-эфирные, гликозидные, амидные).

Омыляемые липиды делятся на простые и сложные.

1.2.1 Простые липиды

Простые липиды - это те, которые при гидролизе дают только два соединения: спирт и карбоновую кислоту. К ним относятся воски, жиры и масла, церамиды.

Воски - сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных спиртов. Примером животных восков служит пчелиный воск, основу которого составляет мирицилпальмитат - эфир пальмитиновой кислоты и мирицилового спирта. Широкое применение находит содержащийся в черепной полости кашалота спермацет, главным компонентом которого является цетилпальмитат- сложный эфир пальмитиновой кислоты и цетилового спирта. Этот воск используют в парфюмерии как основу при изготовлении кремов, мазей, т.к. он очень хорошо всасывается через кожу.

Животные воски также выполняют защитную функцию: они образуют защитную смазку на коже, шерсти и перьях, восковой налёт предохраняет от смачивания, высыхания и проникновения микробов. Жиры и масла (триацилглицерины) - сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.

Твердые триацилглицерины называют жирами, жидкие - маслами. В составе триацилглицеринов животного происхождения обычно преобладают остатки насыщенных кислот. Эти жиры - твердые вещества. Напротив, растительные масла содержат в основном остатки ненасыщенных кислот и имеют жидкую консистенцию. Поскольку во всех природных жирах спирт один и тот же - это трехатомный спирт - глицерин, то наблюдаемое разнообразие жиров обусловлено исключительно строением карбоновых кислот, входящих в их состав.

Высшие карбоновые кислоты - структурные компоненты жиров и восков. Высшие карбоновые кислоты впервые были выделены из жиров, поэтому они и получили название жирных. Биологически важные жирные кислоты обладают рядом особенностей:

1. Большинство жирных кислот представляют собой монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводородные цепи с четным числоматомов (обычно С₁₂ - С₂₀, эта особенность обусловлена механизмом их синтеза и распада в организме), кислоты с более короткими цепями или с нечетным числом углеродных атомов встречаются гораздо реже. Жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными; Насыщенные кислоты с длинной, неразветвлённой углеводородной цепью можно представить общей формулой: СН₃(СН₂)_nСООН.

2. Ненасыщенные кислоты (обычно это С₁₈ - С₂₀ - кислоты) могут содержать одну или несколько двойных связей;

3. Все двойные связи в ненасыщенных жирных кислотах имеют цис-конфигурацию;

4. Ближайшая к карбоксильной группе двойная связь обычно расположена между 9-м и 10-м атомами углерода;

5. Если двойных связей несколько, они отделены друг от друга метиленовойгруппой. Все они могут быть представлены общей формулой: СН₃(СН₂)_m(СН=СНСН₂)_n(СН₂)_kСООН

Структуры некоторых наиболее известных жирных кислот приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Жирные кислоты, встречающиеся в составе липидов

Молекулярные модели поясняют различие в температурах плавления: насыщенные цепи способны принимать зигзагообразную линейную конфигурацию, что способствует упорядоченной (параллельной) укладке длинноцепочечных радикалов кислот. При обычной температуре - это твердый жир.

Наличие двойной связи с цис-конфигурацией, приводит к существенному изгибу углеродной цепи, вследствие чего нарушается упорядоченная укладка кислотных остатков.

Это обстоятельство приводит к снижению температуры плавления триацилглицеринов с остатками ненасыщенных кислот (транс-конфигурация двойных связей не нарушает упорядоченной укладки кислотных остатков).

Таким образом, по консистенции жира можно ориентировочно судить о жирнокислотном составе триацилглицеринов и наоборот.

В жирах животного происхождения из насыщенных кислот преобладаютстеариновая и пальмитиновая кислоты. В липидах растений содержится заметное количество полиненасыщенных жирных кислот. Полиненасыщенными кислотами богаты жиры рыб, например, жир печени трески. Причина этого заключается в давлении естественного отбора: триацилглицерины, входящие в состав жира рыб, настолько плохо кристаллизуются, что остаются жидкими даже в типичном для рыб холодном окружении.

1.2.2 Сложные липиды

Сложные липиды при гидролизе дают более разнообразные соединения: спирт, карбоновые кислоты, фосфорную кислоту, аминокислоту и прочие.

Сложные липиды делят на три большие группы:

фосфолипиды;

сфинголипиды;

гликолипиды.

Фосфолипиды. Общим признаком всех фосфолипидов является наличие в их составе фосфорной кислоты. Фосфолипиды являются главными компонентами биологических мембран. Фосфолипиды широко распространены в растительных и животных тканях. Значительные количества фосфолипидов содержатся в сердце и печени животных, в семенах растений (соевые бобы), в яйцах птиц. Особенно высоко содержание их в нервной ткани человека и позвоночных животных.

В зависимости от спиртового компонента они делятся наглицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды.

Глицерофосфолипиды. Общим структурным фрагментом всех глицерофосфолипидов является фосфатидовая кислота (1,2-диацил-3-фосфоглицерин).

Фосфатидовая кислота присутствует в тканях в незначительных количествах, ее асимметрический атом С₂ имеет L-конфигурацию. Фосфатидовая кислотанайдена во многих природных источниках - тканях животных, растениях и микроорганизмах.

Хотя ее содержание, как правило, невелико (1-5% от общего количества фосфолипидов), она играет существенную роль как предшественник биосинтеза других фосфолипидов.

Производные фосфатидовой кислоты (фосфатиды) Свободный гидроксил остатка фосфорной кислоты в фосфатидовой кислоте может быть этерифицирован разнообразными соединениями. Как правило, в природных фосфатидах в положении 1 глицериновой цепи находится остаток насыщенной, а в положении 2 - ненасыщенной кислот. Одна из гидроксильных групп фосфорной кислоты этерифицирована многоатомным спиртом, аминоспиртом или аминокислотой. Примерами фосфатидов могут служить соединения, в составе которых фосфатидовые кислоты этерифицированы по фосфатной группе следующими соединениями (рис. 6):

фосфатидилсерины, этерифицирующий агент - аминокислота серин;

фосфтидилэтаноламины, этерифицирующий агент - 2-аминоэтанол (коламин, этаноламин);

фосфатидилхолины, этерифицирующий агент - холин.

Эти этерифицирующие агенты могут взаимно превращаться в процессе метаболизма.

Фосфоинозитиды являются важной группой глицерофосфолипидов:

a) фосфтидилинозит,

b) фосфатидилинозитфосфат

c) фосфатидилинозитдифосфат.

Фосфоинозитиды присутствуют почти во всех животных тканях (5-10% липидного фосфора), особенно высоко их содержание в мембранах нервных клеток.

Плазмалогены - это липиды с простой эфирной связью. Они являются менее распространенными, по сравнению со сложными глицерофосфолипидами.Плазмалогены содержат остаток винилового спирта, связанный простой эфирной связью с С-1 L-глицеро-3-фосфата.

На долю плазмалогенов приходится до 10% фосфолипидов мозга и мышечной ткани.

Сфинголипиды - структурные аналоги глицеридов, в которых вместо глицерина используется сфингозин - длинноцепочечный двухатомный аминоспирт. Примером сфинголипидов служат церамиды - N-ацильные производные сфингозина, аминогруппа в которых ацилирована жирной кислотой. Важную группу сфинголипидов составляют сфингомиелины.

В сфингомиелинах гидрокси-группа у С-1 церамида ацилирована фосфохолиновой группировкой (сфингомиелины могут быть также отнесены и к фосфолипидам).

Сфингомиелины являются наиболее распространенными сфинголипидами, находятся в мембранах животных, особенно богата ими нервная ткань, они обнаружены также в тканях почек, печени, входят в состав липидов крови.

Гликолипиды представляют собой производные сфингозинсодержащих липидов, они содержат углеводные остатки и не содержат фосфорной кислоты и азотсодержащих оснований.

Типичные производные гликолипидов - цереброзиды и ганглиозиды.

Цереброзиды - производные церамидов, в которых остаток церамида связан с D-галактозой или D-глюкозой в-гликозидной связью. Цереброзиды входят в состав оболочек нервных клеток

Ганглиозиды - богатые углеводами сложные липиды, были обнаружены в сером веществе головного мозга. В структурном отношении ганглиозиды сходны с цереброзидами, отличаясь лишь тем, что вместо моносахарида они содержат сложный олигосахарид, в состав которого входит по крайней мере один остаток N-ацетилнейраминовой кислоты .

Амфипатические свойства фосфолипидов. Характерной особенностью сложных липидов является их амфипатические свойства, обусловленные наличием как неполярных гидрофобных, так и высокополярных ионизированных гидрофильных группировок. В фосфатидилхолинах, например, углеводородные радикалы жирных кислот образуют два неполярных гидрофобных «хвоста», а карбоксильная, фосфатная и холиновая группы - полярную гидрофильную «головку».

Молекулы фосфолипидов в контакте с водой стремятся расположиться так, чтобы углеводородные цепи находились в контакте только с другими аналогичными цепями во внутренней полости, а полярные группы липидов располагаются на внешней поверхности. Таким путём образуется двойной слойтолщиной в две молекулы.

Двойные слои составляют основу клеточной мембраны. В составе биомембран, ограничивающих живые клетки и их внутренние органеллы, липидные компоненты обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны, ее непроницаемость для ионов и полярных молекул и проницаемость для неполярных веществ. Таким образом, мембраны сохраняют концентрационные различия между различными частями клетки или между клеткой и её водным окружением.

Тонкие различия в физических свойствах клеточных мембран контролируются степенью ненасыщенности цепей жирных кислот в молекулах фосфолипидов. Известно, что глицериды, содержащие цис-двойные связи, плавятся при более низких температурах, чем насыщенные глицериды. Поэтому мембраны, состоящие из ненасыщенных фосфолипидов, являются более мягкими и позволяют молекулам проходить через них быстрее, чем через аналогичные мембраны, построенные из сложных эфиров насыщенных жирных кислот. Отмечалось также, что клетки, которые живут и размножаются при относительно низких температурах, имеют больше ненасыщенных жирных кислот в своих мембранах, чем клетки, живущие при более высоких температурах.

Чтобы полярные питательные вещества и ионы могли пройти через внутреннюю часть этих липидных мембран, необходимо изменить их полярность. В мембранах имеются молекулы белков, которые окружают эти нерастворимые в углеводородах питательные вещества и ионы за счёт своей сильно полярной внутренней части и проводят их через мембрану. При соответствующей энергии проведения и благодаря разной способности белков образовывать комплексы и окружать ионы и молекулы, можно создать очень большие различия концентраций между внутренней частью клетки и окружающей её средой. Такая модель устройства биомембраны получила название жидкостно-мозаичной.

липид гидролиз жирный

2. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИПИДОВ

2.1 Гидролиз

Омыляемые липиды подвергаются кислотному и щелочному гидролизу. In vivoгидролиз липидов катализируется специальными ферментами - липазами, для гидролиза каждого типа связи существует своя липаза, гидролиз происходит по стадиям, при этом, например в случае фосфолипида, образуются: глицерин, две жирные кислоты, фосфорная кислота и характеристическая группа (в зависимости от типа фосфолипида).

2.2 Окисление фосфолипидов

Наличие ненасыщенных кислотных остатков в молекулах липидов обусловливает их чувствительность к действию окислителей. Особенно опасным с точки зрения разрушения клеточных мембран, в состав которых входят фосфолипиды, является т.н. пероксидное окисление, происходящее под действием свободных радикалов. Окисление происходит в мягких условиях и приводит к образованию гидропероксидов. Реакцию можно представить в виде общей схемы:

Основным источником свободных радикалов в организме является кислород.

Пероксидные радикалы возникают при взаимодействии молекулы кислорода с ионами тяжелых металлов, например ионами железа(II).

Другой тип свободных радикалов - гидрокидные радикалы НО^. - возникает из молекулы воды под действием жесткого излучения.

Пероксидные и гидроксидные радикалы действуют избирательно, атакуя связи С-Н метиленовых групп в б-положении (аллильном положении) к двойной связи С=С. При этом образуются наиболее стабильные в данном случае радикалы аллильного типа .

Свободные радикалы аллильного типа могут вступать в различные реакции с молекулами кислорода и воды, с образованием гидропероксидов. Гидропероксиды неустойчивы. Они подвергаются дальнейшим превращениям, что в итоге приводит к разрыву связи С-С у атакуемого атома. При этом сначала образуются альдегиды, которые легко окисляются в кислоты.

Таким образом, наличие свободных радикалов в организме вызывает цепь реакций, изменяющих структуру, и, следовательно, биологическую функцию молекул, подвергшихся пероксидному окислению.

3. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЖИРОВ И ЛИПИДОВ

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

Липидам принадлежат многообразные функции в организмы. Простые липиды используются как энергетический материал, играют важную роль в процессах теплорегуляции. С этим связаны большие запасы жира у полярных животных. Жиры выполняют и механическую функцию: жировая прокладка защищает внутренние органы от механических повреждений.

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

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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. https://otherreferats.allbest.ru/biology/00037452_0.html

2. https://studfiles.net/preview/5773421/page:2/

Размещено на Allbest.ru