Нейтральные липиды

Введение.

Липиды - маслянистые  или жироподобные вещества, содержащие в качестве общего элемента структуры  высшие алкильные цепи, ограниченно  растворимые в воде и полярных растворителях и извлекаемые  из клеток экстракцией малополярными  органическими растворителями (бензол, эфир, хлороформ)

Под термином липиды (греч. lipas - жир) объединяют жиры и жироподобные вещества. Липиды представляют собой  органические вещества, нерастворимые  в воде, но растворимые в неполярных растворителях - эфире, хлороформе, бензоле. Они обнаруживаются во всех без исключения клетках и разделены на несколько классов, выполняющих специфические биологические функции. Наиболее распространенными в составе живой природы являются нейтральные жиры, или триацилглицерины, воски, фосфолипиды, стеролы. Содержание липидов в разных клетках сильно варьируется: от 2-3 % до 50-90 % в клетках семян растений и жировой ткани животных.

 Некоторые  липиды (жиры животные , растительные  масла ) используют с древнейших  времен как продукты питания,  для приготовления лекарственных и косметических препаратов, лакокрасочных материалов, а также для освещения. С начала  18 в. Л. стали использовать для мыловарения, а в 20 в. - для приготовления моющих средств, эмульгаторов, детергентов, пластификаторов и технологичесих смазок. Первый элементный анализ Л. выполнен в начале 19 в. А. Лавуазье, а первые исследования по выяснению хим. строения Л. принадлежат К. Шееле и М. Шеврёлю . Впервые синтезы триглицеридов осуществили М. Бертло в 1854 и Ш. Вюрц в 1859. Фосфолипиды выделены М. Гобли в 1847, а затем получены в более чистом виде Ф. А. Хоппе-Зейлером в 1877. К этому времени уже было установлено строение ряда важнейших жирных кислот. Дальнейшую историю изучения Л. можно разделить на три периода, различающиеся по методическому  уровню исследований. На первом этапе (1880-1950) Л. исследовали традиционными методами органической  химии, второй этап (1950-1970) характеризуется широким применением методов хроматографии, а последний (70-80-е гг.) - использованием таких физико-химических  методов, как масс-спектрометрия, оптическая  спектроскопия и радиоспектроскопия, флуоресцентный анализ и др.

Структурными  компонентами большинства липидов  являются жирные кислоты, молекулы которых  содержат две части: длинноцепочечный углеводородный «хвост», имеющий гидрофобный характер, и карбоксильную группу, крайне гидрофильную. Жирные кислоты являются ценным источником энергии. При окислении 1 г жирных кислот высвобождается 38 кДж энергии и синтезируется в два раза большее количество АТФ, чем при расщеплении такого же количества глюкозы.

Жиры - наиболее простые и широко распространенные липиды. Они представляют собой эфиры  трехатомного спирта (глицерина) и трех молекул жирных кислот. Жиры являются основной формой запасания липидов  в клетке. У позвоночных животных примерно половина энергии, потребляемой клетками в состоянии покоя, образуется за счет окисления жиров. Жиры используются также в качестве источника воды (при сгорании 1 г жира образуется 1,1 г воды). Это особенно ценно для арктических и пустынных животных, под кожей которых откладывается толстый слой подкожного жира. Благодаря низкой теплопроводности он хорошо защищает организм от переохлаждения.

Классификация липидов организма  человека

 
 

По химическому  составу липиды делятся на простые  и сложные.

Простые липиды не содержат азота, фосфора и серы. К ним относятся главным образом  нейтральные липиды, являющиеся производными высших жирных кислот, одно-, двух- и многоатомных спиртов, альдегидов (ацилглицерины, эфиры диолов, воски, алкильные липиды, плазмалогены), а также их структурные компоненты (спирты, карбоновые кислоты).

Сложные липиды делятся на фосфолипиды (другое общеупотребительное название - «полярные липиды» и сфинголипиды. Фосфолипиды - соединения, при гидролизе которых образуются наряду со спиртами и высокомолекулярными жирными кислотами фосфорная кислота, азотистые основания, аминокислоты и ряд других соединений. Сфинголипиды содержат сфингазиновые основания, являющиеся длинноцепочечными аминодиолами.

В состав простых  и сложных липидов также могут  входить гликолипиды, содержащие в  качестве структурных компонентов  углеводные фрагменты.

Иногда в самостоятельные группы липидов выделяют жирорастворимые пигменты, стерины, жирорастворимые витамины. Некоторые из этих соединений могут быть отнесены к простым липидам, другие - к сложным.

По отношению  к щелочам липиды делятся 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, называемых «мылами».

К неомыляемым  липидам относятся соединения, не подвергающиеся щелочному гидролизу (стерины, жирорастворимые витамины, простые эфиры и т. д.)

Функции липидов.

Для липидов  характерны функции: строительная (состав биологических мембран), гормональная (половые гормоны), энергетическая (расщепление  липидов дает вдвое больше энергии, чем расщепление углеводов), запасающая (в виде липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма), защитная (накапливаясь в виде подкожного жира, липиды выступают в качестве термоизолятора; жироподобные вещества покрывают эпидермис растений и шерсть животных), участие в метаболизме (витамин Д играет ключевую роль в обмене кальция и фосфора).

Назовем их основные биологические функции:

-главные  компоненты биомембран

-запасной, изолирующий и защищающий органы

-материал наиболее калорийная часть пищи

-важная  составная часть диеты человека  и животных

-переносчики  ряда витаминов

-регуляторы  транспорта воды и солей

-иммуномодуляторы

-регуляторы  активности некоторых ферментов

-эндогормоны

-передатчики биологических сигналов

Классификация нейтральных липидов

Нейтральные липиды могут быть разделены на пять основных классов:

• триглицериды                                                                 

       

• воски                                                                                  

    

• эфиры стеринов
• N-ацилэтаноламиды                                                                                                      

 

• церамиды                                                                                

 

Простые липиды

Простые липиды не содержат азота, фосфора и серы. К ним в первую очередь относятся  нейтральные липиды, являющиеся производными высших жирных кислот и одно- или  многоатомных спиртов (ацилглицерины, эфиры диолов, воски, некоторые гликолипиды).

Триглицериды

Ацилглицерины (глицериды) - сложные эфиры глицерина  и высокомолекулярных карбоновых (жирных) кислот. Они составляют основную массу  липидов (в отдельных случаях  до 95-97 %). В состав жиров в основном входят триацилглицерины, но присутствуют ди- и моноацилглицерины.

                           

В жирах обнаружено свыше двухсот жирных кислот, однако большинство из них присутствуют в незначительном количестве. В состав многих жиров входят в небольшом  количестве низкомолекулярные кислоты (С2-С10). Кислоты с числом атомов углерода выше 24 присутствуют в восках. Наиболее распространенные в жирах кислоты (основные жирные кислоты жиров) содержат от 12 до 16 атомов углерода. Большинство ненасыщенных кислот, участвующих в построении молекул природных ацилглицеринов, являются цис-изомерами.

Природные жиры и масла представляют собой смесь  глицеридов, отличающихся, как правило, сочетанием относительно небольшого числа  жирных кислот. Учитывая, что одним  из структурных компонентов всегда является глицерин, свойства масел обуславливаются составом и положением жирных кислот в ацилглицерине. Несмотря на относительно небольшое число основных кислот (5-8), участвующих в образовании глицеридов, количество возможных триглицеридов может быть значительным:

- число разных  жирных кислот в жире: 5, 6, 7, 8, 9, 10;

- число возможных  триглицеридов: 75, 126, 196, 285, 405, 550.

По насыщенности ацилглицерины делят на: GSH2 - мононасыщенные, GS2H - динасыщенные, GS3 - насыщенные и CH3 - ненасыщенные (G - остаток глицерина, S - остаток насыщенной, H - ненасыщенной кислот).

Состав, структура жиров.

Состав жиров  отвечает общей формуле: CH2-O-C(O)-R¹ | CH-О-C(O)-R² | CH2-O-C(O)-R³, где R¹, R² и R³ — радикалы (иногда — различных) жирных кислот.

Природные жиры содержат в своём составе три кислотных радикала, имеющих неразветвлённую структуру и, как правило, чётное число атомов углерода (содержание «нечетных» кислотных радикалов в жирах обычно менее 0,1 %).

Природные жиры содержат следующие жирные кислоты:

Насыщенные:

стеариновая (C17H35COOH)

пальмитиновая (C15H31COOH)

Ненасыщенные:

пальмитолеиновая (C15H29COOH, 1 двойная связь)

олеиновая (C17H33COOH, 1 двойная связь)

линолевая (C17H31COOH, 2 двойные связи)

линоленовая (C17H29COOH, 3 двойные связи)

арахидоновая (C19H31COOH, 4 двойные связи, реже встречается)

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

Гидролиз триацилглицеринов. Под влиянием фермента липазы, кислот, щелочей или специальных смесей (контакт Петрова - продукт взаимодействия дымящей серной кислоты с высококипящими фракциями нефти) триацилглицерины гидролизуются с образованием сначала ди-, а затем моноацилглицеринов и, в конечном итоге, - жирных кислот и глицерина.

Основные  источники жиров  и масел 

Главным источником растительных масел являются плоды  и семена растений: сои, арахиса, хлопка, подсолнечника, рапса, оливкового дерева, пальмы (например, копра), льна, какао. Масла извлекают также из маслосодержащих отходов некоторых производств: кукурузных зародышей, рисовой мучки, семян косточковых плодов, виноградных косточек. Основное количество масла в мире вырабатывается из сои, арахиса, хлопка, пальмы. Животные жиры в большом количестве содержатся в тканях крупного и мелкого рогатого скота (говяжий и бараний жиры), свиней (смалец), китов и кашалотов, а также в коровьем молоке. Строгая научная классификация жиров и масел отсутствует. В зависимости от источников получения жиры делятся на растительные, животные и жиры микроорганизмов. В зависимости от температуры плавления они могут быть разделены на жиры жидкие при нормальной температуре (20 град.) и твердые. Твердые жиры растительного происхождения (масло какао, пальмовые масла) отличаются относительно высоким содержанием насыщенных жирных кислот (лауриновой, миристиновой, пальмитиновой, стеариновой), жидкие - ненасыщенных (олеиновой, линолевой). По отношению к окисляющему действию кислорода жидкие растительные масла условно делят на высыхающие, полувысыхающие, невысыхающие. Животные жиры делят на жиры наземных животных, молочные жиры и жиры морских млекопитающих и рыб. Жиры наземных животных (сало говяжье, баранье, свиное) содержат значительное количество насыщенных жирных кислот, имеют твердую консистенцию и относительно невысокие йодные числа.