Липиды, их строение и функции
Липиды (от греч. липос – жир)— обширная группа жиров и жироподобных веществ, которые содержатся во всех клетках организмов. Большинство из них неполярны и, следовательно, гидрофобны. Они практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (бензин, хлороформ, эфир и др.).
В некоторых клетках липидов очень мало, всего несколько процентов ( от 5 до 15% их сухой массы). В клетках жировой ткани их содержание достигает 90 %. Повышенное содержание жиров характерно для нервной ткани, подкожной клетчатки, молока млекопитающих животных и человека. Много жиров содержится в семенах и плодах некоторых растений (подсолнечник, грецкие орехи, маслины и др.).
По химическому строению липиды весьма разнообразны. Рассмотрим важнейшие из них.
Нейтральные жиры – наиболее простые и широко распространенные липиды. Их молекулы образуются в результате присоединения трех остатков высокомолекулярных органических кислот к одной молекуле трехатомного спирта глицерина (рис. ) .
Атомы углерода в молекулах высших карбоновых кислот могут быть соединены друг с другом как простыми, так и двойными связями. В первом случае такие кислоты называются предельными, или насыщенными; во втором — непредельными, или ненасыщенными. Среди предельных высших карбоновых кислот наиболее часто в состав жиров входят пальмитиновая, стеариновая, арахиновая; среди непредельных: олеиновая, линолевая, линоленовая.
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 они имеют жидкую (масла) либо мазеподобную (жиры) консистенцию. И наоборот, жиры с длинными и насыщенными цепями высших карбоновых кислот при комнатной температуре представляют собой твердые вещества. В организме животных, живущих в холодном климате, например у рыб арктических морей, обычно содержится больше ненасыщенных кислот, чем у обитателей южных широт. По этой причине их тело остается гибким и при низких температурах (рыбий жир жидкий).
Фосфолипиды по своей структуре сходны с жирами, но в их молекуле один или два остатка высших карбоновых кислот замещены остатком фосфорной кислоты. Фосфолипиды являются основным компонентом клеточных мембран.
Фосфолипиды — соединения, имеющие полярную часть (так называемую полярную головку) и неполярную (хвосты). Группы, образующие полярную головку, гидрофильны (растворимы в воде), а неполярные хвостовые группы гидрофобны (нерастворимы в воде) (рис. ). Такая природа фосфолипидов обусловливает их ключевую роль в организации биологических мембран, которые мы рассмотрим с вами позднее.
К липидам относятся также воски, выполняющие в основном защитную функцию.
У млекопитающих животных воски выделяются сальными железами кожи; смазывают кожу и волосы, делая их эластичными и уменьшая снашиваемость волосяного покрова. У птиц воски, секретируемые копчиковой железой, придают перьям водоотталкивающие свойства. Восковой слой покрывает листья наземных растений (восковая кутикула) и поверхность тела наземных членистоногих, предохраняя от излишнего испарения воды.
Воски — сложные эфиры одноатомных (с одной спиртовой группой) высокомолекулярных (имеющих длинный углеродный скелет) спиртов и высших карбоновых кислот. У животных воски входят в состав липидных фракций мозга, лимфатических узлов, селезенки, желчных путей. Образуемый пчелами воск используется в строительстве сотов[VV37] .
Еще одну группу липидов составляют стероиды. Они плохо растворимы в воде и не содержат высших карбоновых кислот. Наиболее важными стероидами являются стерины (например, холестерин), желчные кислоты(важные компоненты желчи) и стероидные гормоны (половые гормоны, гормоны коры надпочечников).
Нарушение обмена холестерина играет важную роль в развитии атеросклероза. Это заболевание связано с отложением холестерина на стенках кровеносных сосудов из-за его повышенного уровня в крови. Для предупреждения атеросклероза [VV38] важно, чтобы в пищевом рационе преобладали продукты растительного происхождения, для которых характерно низкое содержание холестерина. Избыток холестерина приводит также к образованию желчных камней.
К стеринам близки терпены (ростовые вещества растений — гиббереллины; фитол, входящий в состав хлорофилла; каротиноиды — фотосинтетические пигменты; эфирные масла растений — ментол, камфора и др.).
Липиды способны образовывать сложные соединения с веществами других классов, например, с белками — липопротеины и с углеводами —гликолипиды.
Функции липидов. Одна из основных функций липидов - энергетическая.При полном окислении 1 г жиров до углекислого газа и воды выделается 38,9 кДж энергии, т.е. вдвое больше по сравнению с полным расщеплением такого же количества углеводов.
Это дает возможность животным, впадающим в спячку, расходовать накопленные летом и осенью жиры на поддержание процессов жизнедеятельности в зимний период. Высокое содержание липидов в семенах обеспечивает энергией развитие зародыша и проростка, пока он не перейдет к самостоятельному питанию. Поэтому семена многих растений (кокосовая пальма, клещевина, подсолнечник, соя, рапс и др.) служат сырьем для получения растительного масла промышленным способом. Кроме того, при окислении 1 г жиров образуется 1,1 [VV39] г воды, поэтому благодаря запасам жира некоторые животные могут длительное время обходиться без нее. Например, верблюды в пустыне выдерживают без воды 10 — 12 суток, медведи и другие животные во время зимней спячки — более двух месяцев. Необходимую для жизнедеятельности воду эти животные получают именно в результате окисления запасенных жиров.
Важной функцией липидов является строительная, так как нерастворимость в воде делает жиры важнейшими компонентами клеточных мембран (фосфолипиды, холестерин, липопротеиды, гликолипиды).
Защитная функциялипидов заключается в том, что они предохраняют внутренние органы от механических повреждений (например, почки человека покрыты жировым слоем, защищающим их от сотрясения при ходьбе и прыжках). Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке некоторых животных (китов, тюленей и др.), жиры выполняют теплоизоляционную функцию. Так, у синего кита слой жира в подкожной клетчатке может превышать 50 см.
Многие производные липидов (например, гормоны коры надпочечников, половых желез, витамины А, D, Е, К) принимают участие в регуляции жизненныхфункций организмов: обмена веществ у позвоночных животных и человека, процесса линьки у насекомых и др. (регуляторная функция).
s1. Что такое липиды? 2. Какие соединения относятся к липидам? 3. Каковы биологические функции липидов? 4.В каких клетках и тканях откладывается больше всего липидов? 5. Что общего в физико-химических свойствах и функциях углеводов и липидов и чем эти соединения отличаются? 6.Почему при окислении жиров высвобождается больше энергии, чем при окислении такого же количества углеводов? 7.В клетках пойкилотермных (холоднокровных) животных содержание ненасыщенных жирных кислот выше, чем в клетках гомойотермных (теплокровных) животных. Чем это можно объяснить?