Липиды • Характеристика

Липиды • Характеристика • Классификация • Жиры, воска, фосфолипиды • Бислойная структура мембран • Гликолипиды • Холестерин

Определение • Липиды – обширная группа природных органических веществ. Название их происходит от греческого слова липос – жир, так как они включают жиры (собственно липиды) и жироподобные вещества (липоиды). • К липидам относится большое число малополярных природных веществ, различающихся между собой по химической структуре и выполняющих в организме разнообразные функции

Содержание липидов в клетке и в организме Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке, у растений – в семенах, плодах и других органах. Растительные жиры называются маслами. В среднем содержание жира в клетках – около 5– 10% от массы сухого вещества. Существуют, однако, клетки, содержание жира в которых достигает почти 90% от сухой массы. Эти наполненные жиром клетки имеются в жировой ткани. Количество жиров в тканях животных различно. в мышечной ткани их не более 0, 1%, в сальнике - до 90%. Распределение нейтрального жира (в %) в организме животных (среднее число, общее количество жира принято за 100%): жир подкожной клетчатки – 50; почек – 10; сальника - 20; мышц – 1 -2; печени – 2 -5; молока – 3 -5.

Свободный жир можно условно разделить на две большие группы: протоплазматический (конституционный) и резервный. Протоплазматический жир участвует в построении каждой клетки. Он входит в состав мембранных внутриклеточных структур. Количество протоплазматического жира постоянно и практически не меняется ни при каких состояниях организма. Например, у человека протоплазматический жир составляет около 25% всего жира, находящегося в организме. Резервный жир представляет собой очень удобную форму консервирования энергии. Это связано с тем, что калорийность жира почти в два раза выше калорийности белков и углеводов. Количество резервного жира может меняться в зависимости от различных условий (пол, возраст, характер активности, режим питания и т. д. ). У человека депо жира являются подкожная клетчатка, сальник, околопочечная капсула и др. Богаты жиром клетки мозга, спермы, яичников – в них его количество составляет 7, 5– 30%. В организме наряду со свободным жиром имеется большое количество жира, связанного с углеводами и белками.

Биологическая роль липидов • Энергетическая - при сгорании 1 гр жира выделяется 39 к. Дж, причем, это самый энергоемкий источник энергии, особенно для спортсменов, тренирующих выносливость. Кроме того, энергия, полученная при окислении жиров, используется не только во время работы, но и обеспечивает восстановительные процессы во время отдыха. • Теплоизоляционная (у полярных животных и растений) • Защитная (амортизационная) - жиры предохраняют внутренние органы от механических повреждений и фиксируют их. • Строительная - жиры выполняют роль структурного компонента мембран; особенно богата ими нервная ткань. • Гормональная - выполняют регуляторную функцию, являясь основой стероидных гормонов. Кроме того, жиры являются растворителями многих неполярных соединений.

• Каталитическая – связана с жирорастворимыми витаминами (А, D, Е, К), молекулы которых имеют липидную основу. Сами по себе витамины не обладают каталитической активностью, но они входят в состав ферментов, и без них последние не могут выполнять свои функции. • Источник метаболической влаги – одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая влага очень важна для обитателей пустынь. Так, жир, которым заполнен горб верблюда, служит в первую очередь не источником энергии, а источником воды (при окислении 1 кг жира выделяется 1, 1 кг воды). Поэтому некоторые животные способны не пить по 10– 12 дней. * • Защита от обводнения и чрезмерных потерь воды – жировые выделения сальных желез помогают коже и шерсти быть водонепроницаемыми. Восковая кутикула насекомых и растений уменьшает испарение воды, т. к. вода не может пересечь нерастворимый липидный слой. • Привлечение опылителей – пахучими веществами растений являются производные жирных кислот, которые привлекают насекомых, опыляющих растения. • Регуляторная – важная группа гормонов (кортизон, эстроген, тестостерон) являются стероидами, т. е. имеют липидную основу. • Электрическая изоляция – миелин, выделяемый шванновскими клетками, изолирует некоторые нейроны таким образом, что передача импульсов происходит значительно быстрее. • Участие в процессах питания – желчные кислоты и витамин D (участвует в переваривании жиров и всасывании Са 2+) образуются из стероидов.

функции

По содержанию в организме все жиры делят на две большие группы • Резервный жир Находится в подкожно-жировой клетчатке, брызжейке, сальнике, капсуле почек и других внутренних органов. Жировая (адипозная) ткань выполняет функцию депо, т. е. поглощает липиды из крови и высвобождает их при необходимости (при повышении энергозатрат). Клетки, содержащие жиры называются адипоциты. Они имеют сферическую форму, большую часть их заполняет липидная капля. Состав резервного жира может меняться в широких пределах в зависимости от характера питания, функционального состояния, физической активности. В норме он составляет 10 -15% от веса тела, при ожирении - 30% и более. • Протоплазматический жир Входит в состав плазматических мембран, (особенно много его содержится в мембранах нервных клеток), является основой гормонов стероидной природы. Его процентное содержание и соотношение между различными липидными фракциями очень устойчиво, постоянно, жестко регулируется и не изменяется даже при голодании.

В состав липидов входят жирные кислоты, имеющие длинные углероводородные цепи • По химической структуре жиры представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. • R 1, R 2, R 3 – это радикалы жирных кислот. Из них чаще всего встречаются пальмитиновая [СН 3–(СН 2)15–СООН], стеариновая [СН 3– (СН 2)16–СООН], олеиновая [CH 3–(CH 2)7– СН=СН–(СН 2)7–СООН] жирные кислоты.

Эфир трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот.

• Изомер трехатомного спирта глицерина

Природные жиры могут включать как простые, так и смешанные триглицериды простые триглицериды тристеарин триолеин

Смешанные триглицериды • содержат различные жирные кислоты, капронопальмитоолеин дистеаринопальми

• Все жирные кислоты делятся на две группы: насыщенные, т. е. не содержащие двойных связей, и ненасыщенные, содержащие двойные связи. • содержат четное число атомов углерода. • Почти все ненасыщ. к-ты растит. Жиры и большинства животных Ж. являются цис- изомерами. Ж. жвачных животных содержат транс-изомеры. Триглицериды, содержащие остатки разл. к-т, существуют в виде неск. изомеров положения, а также в виде разл. стереоизомеров,

• Насыщенные жирные кислоты. Общая формула: СН 3 -(СН 2)n -СООН. • Ненасыщенные жирные кислоты различаются числом и местом двойных связей, а также пространственной конфигурацией. • Известны кислоты, содержащие одну, две, три, четыре и более двойных связей. • Кислоты с тремя и более двойными связями называются полиненасыщенными жирными кислотами. В липидах тканей встречаются наиболее часто олеиновая, линоленовая, арахидоновая кислоты.

Ненасыщенные – стеариновая (а), пальмитиновая (б) и насыщенная – олеиновая (в) жирные кислоты

Характеристика липидов • Кислотное число жира – количество миллиграммов щелочи КОН, необходимой для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира. По кислотному числу контролируют качество жиров. • Число омыления – количество миллиграммов щелочи КОН, необходимой для нейтрализации свободных и связанных в виде глицеридов кислот, содержащихся в 1 г жира. Число омыления характеризует среднюю величину молекулярной массы жира. • Йодное число – количество граммов галогена йода, которое способно присоединиться к 100 г жира по месту разрыва двойной связи в ненасыщенных жирных кислотах. Йодное число характеризует степень ненасыщенности жирных кислот в составе жира. Йодные числа большинства растительных жиров находятся в пределах 100— 160, животных – 32 -66

• Липиды представляют собой соединения жирных кислот с глицерином (эфиры) • Глицерин Липид

Структура липидов

Классификация жиров по содержанию многоатомных алифатических спиртов

• 1. Простые липиды (жиры, воска). Их молекулы состоят из жирных кислот в соединении с глицерином – жиры или другими одноатомными спиртами – воска. Воска образуют защитную смазку на коже, шерсти и перьях, покрывают листья и плоды высших растений, а также кутикулу наружного скелета у многих насекомых. Эти вещества очень гидрофобны. • 2. Сложные липиды – состоят из глицерина, жирных кислот и других компонентов. К этой группе относятся: фосфолипиды (производные ортофосфорной кислоты, входят в состав всех клеточных мембран); гликолипиды (содержат остатки сахаров, их много в нервной ткани); липопротеиды (комплексы липидов с белками). Стероиды – небольшие гидрофобные молекулы, являющиеся производными холестерина. К ним относятся многие важные гормоны (половые гормоны и гормоны коркового слоя надпочечников), терпены (эфирные масла, от которых зависит запах растений), некоторые пигменты (хлорофилл, билирубин), часть витаминов (А, D, Е, К) и др. •

Простые липиды(нейтральные жиры , воска) • Нейтральные жиры представляют собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. • Воска – сложные эфиры высших жирных кислот и первичных одноатомных высокомолекулярных спиртов. Общая формула воска: R 1 CH 2 -O-CO-R 2, где R 1 CH 2 -O – остаток высокомолекулярного одноатомного первичного спирта, R 2 -CO – остаток жирной кислоты. • Воска животных, растений и насекомых различаются составом спирта и жирных кислот. В пчелином воске находятся спирты ряда с 24 -34 атомами углерода в молекуле, наиболее широко представлен мирициловый спирт. Из жирных кислот обнаруживается пальмитиновая кислота и кислоты ряда CH 3(CH 2)n-COOH, где n=22 -32.

Сложные липиды. Фосфолипиды служат главными компонентами биологических мембран Их общим отличительным признаком является наличие остатка фосфорной кислоты, который образует сложноэфирную связь с гидроксильной группой sn-С-З глицерина. Поэтому фосфолипиды по крайней мере в нейтральной области р. Н несут отрицательный заряд. Наиболее простая форма фосфолипидов, фосфатидовые кислоты, являются фосфо- моноэфирами диацилглицерина. Фосфатидовые кислоты — важнейшие предшественники в биосинтезе жиров и фосфолипидов Фосфатидовые кислоты могут быть получены из фосфоглицеридов с помощью фосфолипаз.

Фосфатидовая кислота (остаток фосфатидил-) служит исходным веществом для синтеза других фосфолипидов. Остаток фосфорной кислоты может образовывать сложноэфирную связь с гидроксильными группами аминоспиртов (холин, этаноламин или серин) или полиспиртов (миоинозит). В качестве примера здесь приведен фосфатидилхолин. При взаимодействии с глицерином двух остатков фосфатидовой кислоты образуется дифосфатидилглицерин (кардиолипин, на схеме не приведен) — фосфолипид внутренних мембран митохондрий. Лизофосфолипиды образуются из фосфатидовой кислоты при ферментативном отщеплении одного из ацильных остатков и присутствуют, например, в пчелином и змеином яде. Фосфатидилхолин (лецитин) — широко распространенный фосфолипид клеточных мембран. В фосфатидилэтаноламине (кефалине) вместо остатка холина содержится этанол амин, в фосфатидилсерине — остаток серина, в фосфатидилинозите — остаток циклического многоатомного спирта миоинозита. Его производное — фосфатидилинозит-4, 5 -дифосфат — важный в функциональном отношении компонент биологических мембран. При ферментативном расщеплении (фосфолипазой) он образует два вторичных мессенджера (см. с. 375) — диацилглицерин [ДАГ

Фосфолипиды-содержат остаток глицерина, жирных кислот, фосфорной кислоты, азотистых оснований. Фосфатидная кислота – родоначальник всех фосфолипидов

• Различают: холинфосфатиды, коламинфосфатиды, серинфосфатиды, ацетальфосфатиды, инозитфосфатиды, сфингофосфатиды.

фосфолипиды фосфатидилхолин фосфатидилсерин фосфатидилэтаноламин

• Наряду с отрицательно заряженной фосфатной группой в некоторых фосфолипидах, например в фосфатидилхолине фосфатицилэтаноламине. присутствуют положительно заряженные группировки. За счет уравновешивания зарядов эти молекулы в целом нейтральны. Напротив, в фосфатидилсерине один положительный и один отрицательный заряды имеются в остатке серина, а фосфатидилинозит (без дополнительных группировок) в целом заряжен отрицательно за счет фосфатной группы.

Липиды -O P O CH 2 N+ CH 3 CH 3 O CH 3 -O P O CH 2 N+ CH 3 CH 2 CH CH 2 O CH 3 O O CH 2 O C C O CH 2 O O CH 2 O C C O CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C H CH 2 Двойная C H CH 2 CH 2 связь CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 Фосфатидилхолин с двумя Фосфатидилхолин с одной насыщенными жирными кислотами ненасыщенной жирной кислотой

• Сфинголипиды в большом количестве присутствуют в мембранах клеток нервной ткани и мозге. По строению эти соединения несколько отличаются от обычных фосфолипидо (глицерофосфолипидов). Функции глицерина в них выполняе аминоспирт с длинной алифатической цепью — сфингозин. Производные сфингозина, ацилированного по аминогруппе остатками жирных кислот, называются церамидами Церамид являются предшественниками сфинголипидов, в частности сфингомиелина (церамид-1 -фосфохолина), важнейшего представителя группы сфинголипидов.

Гликолипиды (галактолипиды, цереброзиды, ганглиозиды) диацилглицерид галактолипиды – глицерин этерифицирован двумя остатками жирных кислот, в 3 -ем положении – сахар (галактоза), связанный через гликозидный гидроксил галактоза

• Гпиколипиды содержатся во всех тканях, главным образом в наружном липидном слое плазматических мембран. Гликолипиды построены из сфингозина, остатка жирной кислоты и олигосахарида. Заметим, что в них отсутствует фосфатная группа. К наиболее простым представителям этой группы веществ относятся галактозилцерамид и глюкозилцерамид (так называемые цереброзиды). Соединения с сульфогруппой на углеводных остатках носят название сульфатидов. Ганглиозиды — представители наиболее сложно построенных гликолипидов. Они представляют большое семейство мембранных липидов, выполняющих, по-видимому, рецепторные функции. Характерной особенностью ганглиозидов является наличие остатков N-ацетилнейраминовой кислоты

фосфатидилглицерин (в хлоропластах) кардиолипин (двойной ФЛ) (в составе митохондрий, в хлоропластах) глицерин ФЛ

Галактолипиды (цереброзиды, ганглиозиды - в тканях мозга, в миелиновой оболочке нервных клеток) аминоспирт сфингозин связан с жирной кислотой через аминогруппу, к ОН-группе сфингозина присоединена галактоза по С 6

• Стериды и стерины распространены в животных и растительных организмах. Стериды представляют сложные эфиры холестерина и жирных кислот. В основе молекулы холестерина лежит ядро циклопентанпергидрофенантрена. В ядро входят полностью гидрированный фенантрен и циклопентан. При конденсации циклопентана с фенантреном образуется циклопентанпергидрофенантрен.

Стероиды- неомыляемые липиды таурин таурохолевая кислота холестерол-полициклический углеводород глицин чаще как холестерид- у растений –фитостерины у грибов-микостерины Желчная кислота гликохолевая кислота

Липиды Холестерол (холестерин)

Стероиды - гормоны кортизол кортикостерол прогестерон тестостерон

• В водном растворе фосфолипиды образуют мицеллы, в которых молекулы обращены полярными "головами" наружу, в сторону воды, а гидрофобные "хвосты" оказываются внутри мицеллы, спрятанными от воды.

Способность фосфолипидов образовать мицеллы, бислои, липосомы

• Клеточную мембрану липиды с полярными "головами", которые обращены наружу по обе стороны мембраны, а гидрофобные "хвосты" находятся внутри липидного бислоя.

Биологическая мембрана. (бимолекулярный липидный слой, окружен с двух сторон монослоями белка. Кружками обозначены полярные гидрофильные группы молекулы, а чёрточками — углеводородные гидрофобные цепочки. В некоторых точках непрерывность мембран нарушается полярными порами, по которым вещества диффундируют в клетку

Жидкостно-мозаичная модель клеточных мембран