Основные функции липидов таблица. Основные виды липидных соединений

Помимо деления на простые и сложные, липиды можно подразделить на омыляемые и неомыляемые.

Классификация липидов позволяет разобраться с нюансами участия данных микроэлементов во множестве биологических процессов жизнедеятельности человека. Биохимия и строение каждого подобного вещества, входящего в состав клеток, по-прежнему вызывают немало споров среди ученых и экспериментаторов.

Липиды, как известно, – природные соединения, включающие в свой состав различные жиры. Отличием данных веществ от других представителей указанной органической группы является то, что они практически не утилизируются в воде. Будучи активными эфирами кислот с высоким уровнем жирности, они не способны полностью самоустраниться с помощью растворителей неорганического типа.

Липиды имеются в организме каждого человека. Их доля достигает в среднем 10-15% от всего тела. Значение липидов невозможно недооценить: они служат прямым поставщиком жирных ненасыщенных кислот. Извне внутрь организма вещества поступают с витамином F, который крайне важен для полноценной работы пищеварительной системы.

Кроме того, липид – это скрытый ресурс жидкости в человеческом теле. Окисляясь, 100 г жиров способны образовать 106 г воды. Одним из главных предназначений данных элементов является выполнение функции естественного растворителя. Именно благодаря ей в кишечнике происходит беспрерывная абсорбция ценных жирных кислот и витаминов, растворяющихся в органических растворителях. Почти половина всей массы головного мозга принадлежит липидам. В составе остальных тканей и органов их число также велико. В прослойках подкожно-жировой клетчатки может находиться до 90% всех липидов.

Основные виды липидных соединений

Биохимия жировых органических веществ и их строение предопределяют классовые различия. Таблица позволяет наглядно продемонстрировать, какими бывают липиды.

Каждое жиросодержащее вещество относится к одной из двух категорий липидов:

• омыляемых;
• неомыляемых.

Если соли кислот с высокой жирностью были образованы посредством гидролиза с использованием щелочи, может возникать омыление. При этом мылами называют калиевые и натриевые соли. Омыляемые вещества представляют собой наибольшую группу липидов.

В свою очередь, группу омыляемых элементов можно условно разделить на две группы:

• простые (состоящие только из атомов кислорода, углекислого газа и водорода);
• сложные (представляют собой простые соединения в сочетании с фосфорными основаниями, остатками глицерина или двухтомного ненасыщенного сфингозина).

Простые липиды

К типу простых липидов биохимия относит различные жирные кислоты и спиртовые эфиры. Среди последних веществ самыми распространенными являются холестерин (так называемый циклический спирт), глицерин и олеиновый спирт.

Одним из сложных эфиров глицерина можно назвать триациглицерин, который состоит из нескольких молекул кислот высокой жирности. По сути, простые соединения представляют собой часть аподоцитов жировых тканей. Стоит отметить также, что сложные эфирные контакты с жирными кислотами могут возникать сразу в трех точках, поскольку глицерин является трехатомным спиртом. В этом случае и возникают соединения, образованные из вышеупомянутой связи:

• триацилглицериды;
• диацилглицериды;
• моноацилглицериды.

Преимущественная часть данных жиров нейтрального типа присутствует в организме у животных теплокровных. В их структуре находится большая часть остатков пальмитиновой, стеариновой кислот высокой жирности. Кроме того, нейтральные жиры в одних тканях по своему содержимому могут существенно отличаться от жиров других органов в пределах одного и того же организма. К примеру, подкожная клетчатка человека обогащена такими кислотами на порядок выше, чем печень, состоящая из ненасыщенных жиров.

Нейтральные жиры

Оба вида кислот, вне зависимости от насыщенности, относятся к виду алифатических карбоновых. Биохимия позволяет понять, насколько важны эти вещества для липидов, сравнивая микроэлементы со строительными блоками. Благодаря им выстраивается каждый липид.
Если говорить о первом типе, о насыщенных кислотах, то в организме человека чаще всего можно встретить пальмитиновую и стеариновую кислоты. Намного реже в биохимических процессах участвует лигноцериновая, строение которой является более сложным (24 углеродных атома). При этом, в липидах у животных насыщенные кислоты, имеющие в своем составе менее 10 атомов, практически отсутствуют.

Самым распространенным атомным набором ненасыщенных кислот являются соединения, состоящие из 18 атомов углерода. Незаменимыми считают следующие виды ненасыщенных кислот, обладающих от 1 до 4 двойных связей:

• олеиновая;
• линолевая;
• линоленовая;
• арахидоновая.

Простагландиды и воски

В большей или меньшей степени все они обладают в организме млекопитающих. Огромное значение имеют производные кислот ненасыщенного типа, которыми являются простагландиды. Синтезируемые всеми клетками и тканями, кроме эритроцитов, они оказывают колоссальное действие на функционирование главных структур и процессов человеческого организма:

• систему кровообращения и сердце;
• метаболизм и обмен электролитами;
• центральную и периферическую нервные системы;
• органы пищеварения;
• репродуктивную функцию.

В отдельной группе находятся эфиры сложных кислот и спиртов с одним или двумя атомами в цепочке – воски. Общее число углеродных частиц у них может достигать 22. Благодаря твердой текстуре данные вещества воспринимаются липидами в качестве протекторов. Среди природных восков, синтезирующихся организмами, чаще всего встречаются пчелиный, ланолин и элемент, покрывающий поверхность листьев.

Сложные липиды

Классы липидов представлены группами сложных соединений. Биохимия к ним относит:

• фосфолипиды;
• гликолипиды;
• сульфолипиды.

Фосфолипиды являются биологическими конструкциями, имеющими сложное строение. В их состав обязательно входит фосфор, азотистые соединения, спирты и многое другое. Для организма они играют весомую роль, являясь основополагающей составляющей строительного процесса биологических мембран. Фосфолипиды присутствуют в сердце, печени и головном мозге.

К подклассу сложных липидов относятся также гликолипиды – это соединения, в составе которого имеется сфингозиновый спирт, а значит, и углеводы. В большей степени, чем какие-либо другие ткани в организме, нервные оболочки богаты гликолипидами.

Разновидностью гликолипидов, содержащих остатки серной кислоты, считаются сульфолипиды. Между тем, классификация липидов всегда подразумевает выделение данных веществ в отдельную группу. Основное различие между двумя сложными соединениями заключается в особенностях их структуры. На месте галактозы третьего атома углерода у гликолипида располагается остаток серной кислоты.

Группа неомыляемых липидов

В отличие от внушительной по числу разновидностей группы омыляемых липидов, неомыляемые полностью высвобождают жирные кислоты и не проходят гидролизацию путем щелочного воздействия. Такие вещества бывают двух типов:

• высшие спирты;
• высшие углеводороды.

К первой категории относятся витамины, отличающиеся жирорастворимыми качествами – А, Е, D. Самым известным представителем второго типа стеринов – высших спиртов – является холестерин. Выделить элемент из желчных камней путем выделения одноатомного спирта ученым удалось еще несколько веков назад.

Холестерин невозможно обнаружить у растений, в то время, как в организме млекопитающих он присутствует абсолютно во всех клетках. Его наличие является важным условием полноценного функционирования пищеварительной, гормональной и мочеполовой систем.

Рассматривая высшие углеводороды, которые также являются неомыляемыми веществами, важно обратиться к определению, которое дает биохимия. Указанные элементы с научной точки зрения представляют собой компоненты, продуцируемые изопреном. Молекулярное строение углеводородов основано на объединении частиц изопрена.

Как правило, указанные элементы присутствуют в растительных клетках особо душистых видов. Кроме того, известный всем натуральный каучук – политерпен – относят к группе неомыляемых высших углеводородов.

Липиды (Жиры).

Липидами - называют сложную смесь органических соединений (соединения с углеродом С), с близкими физико-химическими свойствами:

- не растворимость в воде.
- хорошая растворимость в органических растворителях (бензин, хлороформ)

Липиды широко распространены в природе. Вместе с белками и углеводами они составляют основную массу органических веществ всех живых организмов, являясь обязательным компонентом каждой клетки. Липиды - важнейший компонент пищи, во многом определяет ее пищевую ценность и вкусовое достоинство.
В растениях они накапливаются главным образом в семенах и плодах. У животных и рыб липиды концентрируются в подкожных жировых тканях, в брюшной полости и тканях, окружающих многие важные органы (сердце, почки), а также в мозговой и нервной тканях. Особенно много липидов в подкожной жировой ткани китов (25-30 % от их массы), тюлений и других морских животных. У человека содержание липидов колеблется от 10-20% в среднем.

Виды липидов.

Классификаций жиров существует много видов, мы разберем наиболее простую, она разделяет их на три большие группы:

- Простые липиды
- Сложные липиды
- Производные липидов.

Разберем каждую группу липидов в отдельности, что в них входит, и для чего они нужны.

Простые Липиды.

1) Нейтральные жиры (или просто жиры).

Нейтральные жиры состоят из триглицеридов.

Триглицерид - липид или нейтральный жир, в состав которого входит глицерин, соединенный с тремя молекулами жирных кислот.

Глицерин - химическое соединение с формулой C3H5(OH)3, (бесцветная, вязкая, сладковатая жидкость без запаха.)

Жирные кислоты – природные или созданные соединения с одной или несколькими группами – COOH (карбоксильные) не создающие циклических связей (ароматических), с числом атома углерода (С) в цепи не менее 6.

Триглицериды производятся из продуктов расщепления пищевых жиров и являются формой сохранения жиров в организме человека. Основная часть пищевых жиров (98%) являются триглицеридами. Жир так же сохраняется в организме в виде триглицеридов.

Виды жирных кислот:

- Насыщенные жирные кислоты - содержат только одинарные связи между атомами углерода со всеми остальными связями, прикрепленными к атомам водорода. Молекула соединяется с максимально возможным количеством атомов водорода, поэтому данная кислота называется насыщенной., они отличаются от ненасыщенных тем, что остаются твердыми при комнатной температуре.

Продукты в которых содержится больше всего насыщенных жиров, это свиное сало и жир, куриный, говяжий и бараний жир, сливочное масло и маргарин. Из продуктов, богатых такими жирами, можно назвать колбасу, сардельки и другие колбасные изделия, бекон, обычную нежирную говядину; сорта мяса, называемые «мраморными»; куриную кожу, бекон; мороженое, кремы, сыры; большую часть мучных и других кондитерских изделий.

- ненасыщенные жирные кислоты - содержат одну или больше двойных связей вдоль главной углеродной цепи. Каждая двойная связь уменьшает число атомов водорода, которые могут связываться с жирной кислотой. Двойные связи также приводят к «изгибу» в жирных кислотах, что предотвращает связь между ними.

Ненасыщенные жирные кислоты содержатся в растительных источниках.

Их можно разделить на два вида:
1) мононенасыщенные – ненасыщенные жирные кислоты с одной двойной связью. (например -оливковое масло)
2) полиненасыщенные – ненасыщенные жирные кислоты с двумя или более двойными связями. (например - льняное масло)

О пищевых жирах будет отдельная большая тема, разбирающая подробно все их свойства.

2) Воски.

Воски – жироподобные вещества, животного или растительного происхождения, состоящие из сложных эфиров одноатомных спиртов и жирных кислот.

Сложные эфиры – соединения – СООН (карбоксильные) , у которых атом водорода в НО-группе замещен органической группой.

Спирты – соединения –ОН, связанные с атомом углерода.

Простыми словами, воски это – бесформенные, пластичные, легко размягчающиеся при нагревании вещества, плавящиеся в интервале температур от 40 до 90 градусов цельсия.

Пчелиный воск выделяется специальными железами медоносных пчёл, из него пчёлы строят соты.

Сложные липиды.

Сложный липид - это соединение триглицерида с другими химическими веществами.
Всего их выделяют три вида.

Фосфолипиды – глицерин соединенный с одной или двумя жирными кислотами а так же фосфорная кислота.

Из фосфолипидов состоит клеточная мембрана. В продуктах питания наиболее популярен – лецитин.

Гликолипиды – соединения жировых и углеводоводных компонентов. (Содержатся во всех тканях, главным образом в наружном липидном слое плазматических мембран.)

Липопротеиды – комплексы жиров и белков. (Плазма крови)

Производные липидов.

Холестерин - жироподобное вещество, похожее на воск, присутствующее в каждой клетке тела и во многих продуктах питания. Некоторое количество холестерина в крови необходимо, но высокий его уровень может привести к болезни сердца.

Много холестерина содержится в яйцах, жирных сортах мяса, колбасы, жирных молочных продуктах.

С общей классификацией разобрались, какие же функции выполняют липиды?

Функции.

- Структурная функция.

Фосфолипиды принимают участие в построении мембран клеток всех органов и тканей. Они участвуют в образовании многих биологически важных соединений.

- Энергетическая функция.

При окислении жиров высвобождается большое количество энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах растений обеспечивает развитие зародыша и проростка до их перехода к самостоятельному питанию. Семена многих растений (кокосовой пальмы, клещевины, подсолнечника, сои, рапса и др.) служат сырьем для получения растительного масла промышленным способом.. При полном распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии, что примерно в 2 раза больше по сравнению с углеводами и белками.

- Защитная и теплоизоляционная

Накапливаясь в подкожной клетчатке и вокруг некоторых органов (почек, кишечника), жировой слой защищает организм животных и его отдельные органы от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата.
Смазывающая и водоотталкивающая.
Воск покрывает кожу, шерсть, перья, делает их более эластичными и предохраняет от влаги. Восковой налет имеют листья и плоды многих растений.

- Регуляторная.

Многие гормоны являются производными холестерина, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды. Производные холестерина, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения. В миелиновых (непроводимых заряд) оболочках аксонов нервных клеток липиды являются изоляторами при проведении нервных импульсов.

- Источник метаболической воды.

Окисление 100 г жира дает примерно 105-107г воды. Эта вода очень важна для некоторых обитателей пустынь, в частности для верблюдов, способных обходиться без воды в течение 10-12 суток: жир, запасенный в горбе, используется именно в этих целях. Необходимую для жизнедеятельности воду медведи, сурки и другие животные, впадающие в спячку, получают в результате окисления жира.

Липиды обеспечивают нормальное функционирование всех систем организма. Именно они являются тем гарантированным запасным веществом, посредством которого в непредвиденных ситуациях может выжить человек.

Жиры – это строительные блоки, необходимые для образования многих важных для организма человека структур и соединений. Липиды в большинстве своем являются сложными эфирами жирных кислот и различных по химическому составу спиртов. Если рассматриваются простые жиры, то имеются в виду такие элементы в их структуре, как углерод, водород и кислород. Функции липидов в организме многообразны. Без этих соединений немыслима отлаженная работа каждого органа в рамках сложной системы человеческого метаболизма.

Липиды являются органическими соединениями, не смешивающимися с водным раствором, содержащимися в клетках, которые выполняют многообразные функции.

Жиры – это соединения глицерина с жирными кислотами. Иначе их называют триглицеридами.

Жиры животного и растительного характера содержат разные виды жирных кислот, строение которых различно. Этим определяется такая характеристика, как агрегатное состояние: твердое или жидкое. Также состав жирных кислот обусловливает и иные физические и химические качества.

Все виды обменных процессов в клетках человека, протекающие с участием липидов, можно условно поделить на 3 общие группы:

• процесс, при котором расщепляется и всасывается жир в желудочно-кишечном тракте;
• процесс, когда продукты расщепления превращаются в иные органические вещества;
• процесс выделения конечных продуктов как результата распада жиров.

При попадании жиров в отделы кишечника наблюдается их расщепление до глицерина и жирных кислот. Потом эти вещества просачиваются через стенки органа и снова переходят в жиры, забираемые клетками крови. Они транспортируют липиды к тканям, где они работают как энергетические и строительные материалы.

Сложные жирные кислоты в слизистой оболочке кишечника становятся триглицеридами и фосфолипидами, которые проходят по лимфе и крови как небольшие капли. Таким образом, они имеют в некотором роде сложные строительные функции, при реализации которых поступают к клеткам, где происходит их основной процесс биохимического превращения. Фосфолипиды участвуют в создании мембран клеток, триглицериды движутся к циклу бета-окисления, где после отдачи энергии распадаются, пройдя дополнительно соответствующие стадии, на Н2О и СО2. Одновременно из жиров образуются кетоновые тела (типа ацетона).

Жиры имеют многие уникальные свойства. Одна их важнейшая характеристика в том, что эти соединения поддаются практически полной утилизации. Поступающие с пищей элементы жирных кислот выходят из организма человека только в объеме 5% (так, в испражнениях и моче находятся остатки жирных кислот и кетоновых тел). Жиры, остающиеся в тканях и органах, преобразуются в сложные соединения глицерина и жирных кислот.

Существуют также резервные липиды. Их свойства и строение практически не отличается от структуры простых липидов, но они имеют несколько другие функции.

Животные жиры – это сложные соединения, содержащие большой процент жирных кислот, имеющих насыщенную форму. В состав растительных жиров входят ненасыщенные кислоты.

Свойства жиров определяют их биологическую ценность. Намного полезнее жиры, имеющие большой процент ненасыщенных жирных кислот в своей структуре. А самую большую ценность для организма человека представляет наличие полиненасыщенных жирных кислот. Это так называемые эссенциальные, практически незаменимые жирные кислоты для нормального функционирования всех систем.

Все функции соединений липидной природы в организме человека можно разделить на две группы:

• энергетическая;
• структурно-пластическая.

Жиры обеспечивают организм энергией. При окислении 1 кг этих соединений выделяются 9 ккал энергии. Если сравнивать аналогичные процессы разложения углеводов и белков, то они являются менее емким. Разрушение таких же количеств этих органических соединений дает всего 4 ккал. Такое положение дел сделало липиды основным резервным материалом, используемым организмом после болезни, а также после вынужденного голодания (как строительные кирпичики, составляющие основу здания).

С другой стороны, липиды – это сложные соединения, содержащиеся в клеточных и межклеточных мембранах. Они поддерживают строение клеточных структур, то есть играют очень важную роль в процессе образования новых клеток, и тем самым выполняют структурно-пластическую функцию.

Липиды переносят все виды жирорастворимых витаминов, таких как А, D, Е, К. Так реализуется еще одна их функция – транспортная.

Также они ответственны за направление потоков нервных сигналов. Липиды являются важными компонентами миелиновых оболочек нервных волокон, обеспечивают соответствующее строение каждой нервной клетки и отростков нервных окончаний.

Жиры принимают активное участие в процессе синтеза половых гормонов и витамина D. Необходимы они для образования тромбопластина и миелина нервных тканей, желчной кислоты, простагландина. Жиры являются, по сути дела, теми кладовыми, которые дают такой важный продукт для организма, как стероидные гормоны.

Согласно утверждениям ученых, жировая прослойка также участвует в гуморальной регуляции функций организма. Вследствие этого мужские половые стероидные гормоны могут преобразовываться в женские.

Жиры предотвращают потери тепла, когда человек попадает в некомфортные условия. Так проявляется еще одна функция – регулирование термобаланса организма.

Кожа человека состоит практически из липидов, которые придают ей, так же, как и стенкам сосудов, и всем внутренним органам, определенную эластичность. Кроме того, жиры принимают участие в синтезе необходимых для организма соединений, которые предохраняют от воздействия неблагоприятных условий. В этом состоит их защитная функция.

Эта характеристика не совсем полная, но основные качества здесь указаны. Вдобавок стоит отметить, что при поступлении в организм избыточного количества жира, он откладывается как соответствующий «стратегический» запас в жировой ткани. Вот почему, например, у спортсменов нормальным количеством жира считается его наличие не менее 10-12% от общего веса тела.

Жиры в разных органах и системах

Благодаря существованию нейтральных жиров человек имеет дополнительный источник энергии. Фактически окисление жиров дает организму около пятидесяти процентов энергетического потенциала. Липиды во всех системах человека составляют до 20%, являясь при этом источником эндогенной воды (иначе ее называют “метаболическая”). Такое качество этих соединений является одним из важнейших для поддержания жизненного тонуса.

Так, жиры, откладывающиеся в подкожной клетчатке, имеют такие свойства и являются тем источником энергии, который предоставляет возможность организму сохранять тепло при попадании в экстремальные условия. Те же, что накапливаются возле внутренних органов, создают защиту от механических повреждений. Жир также может депонироваться в клетках печени, а также мышц.

Функции мембранных липидов

Строение мембран предполагает наличие двух составляющих: белков и непосредственно липидов. Даже те десять процентов от всей структуры мембраны, что составляют углеводы, представлены их соединениями: гликолипидами и гликопротеинами.

Важнейшей особенностью мембранных липидов является их огромное разнообразие, достигаемое за счет включения в их состав молекул белков и углеводов. Скорее всего, причиной этому может быть то большое количество функций, которое выполняют эти жировые субстанции.

Какие виды мембранных липидов существуют

Все мембранные липиды в зависимости от выполняемых задач делятся на следующие виды:

• глицерорфосфолипиды – имеют самое большое распространение;
• фосфосфинголипиды;
• гликоглицеролипиды;
• гликосфинголипиды;
• стеролы – присутствуют практически во всех мембранах живых организмов: растений, животных и микробов;
• минорные компоненты.

Особенности и многообразие функций мембранных липидов

То, что разные по назначению мембраны обладают и различными по своим характеристикам липидами, до сих пор до конца не исследовано. Какие здесь срабатывают механизмы, неизвестно. У каждой мембраны бывает около ста разных липидных образований.

При этом существуют определенные факторы, которые и влияют на липидный состав мембраны. Липидная смесь всегда создает слой. Именно благодаря такой пространственной организации могут реализовываться все функции мембранных липидов, нередко требующие дополнительного участия белков.

Существуют липиды, способствующие стабилизации порядком искривленных участков мембраны, созданию связи между мембранами или комбинированию белков, поскольку форма жировых молекул благоприятствует необходимой упаковке бислоя на определенных точках мембраны.

Некоторые липиды являются важнейшими биологическими регуляторами. Максимально исследован вопрос о роли регуляторных процессов производной фосфатидилинозитола в мембранах клеток эукариот.

Часть липидов активизирует процесс, способствующий усилению реакций биосинтеза. К примеру, клетки Е. coli фосфатидилглицерол обеспечивает глицерофосфатным фрагментом при биосинтезе периплазматических олигосахаридов. Существуют также липиды, поддерживающие уровень активности некоторых ферментов.

Подробнее о липидах

Для тех, кто имеет желание более подробно и наглядно познакомиться с функциями мембранных липидов и их важнейшей ролью для организации работы всех систем и органов человека, включая строение клетки и межклеточного пространства, существует такой способ подачи информации, как презентация.

В ее разделах, как правило, помещены сведения о сложных жирах и эфирах, таблица с наиболее распространенной классификацией жиров и их свойств, несколько сложных биохимических схем, где размещены наиболее сложные формулы липидов, их строение, места расположения в клетках, указано, как происходит обмен липидов, каким должно быть соотношение липидов и белков.

Презентация, как правило, является возможностью увидеть более полную картину важности такого рода жиров для человека, и по-настоящему оценить, какую огромную роль играют эти незаменимые жировые субстанции.

Подготовка такого информационного материала, как презентация, может иметь много различных направленностей в зависимости от конечной цели ознакомления с материалом, представленным в ее содержании.

Часто при рассмотрении особенностей взаимодействия липидов с различными химическими элементами звучит вопрос: “Перечислите характерные функции важнейших органов человека, которые не могут осуществляться без расщепления жировых клеток”. На самом деле, таких функций практически нет. Поскольку присутствие липидов можно наблюдать в любом клеточном пространстве организма, именно благодаря этим соединениям и происходит слаженная работа всех систем.

Эти соединения, кроме всего прочего, обеспечивают своего рода синергетические процессы в различных важнейших органах человека, связанные с выработкой гормонов роста. Таким образом, без липидов невозможно правильно настроить функции организма на выполнение задач по обеспечению жизненно важных органов своевременным питанием.

Глава II. ЛИПИДЫ

§ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ

Липиды представляют собой неоднородную группу химических соединений, нерастворимых в воде, но хорошо растворимых в неполярных органических растворителях: хлороформе, эфире, ацетоне, бензоле и др., т.е. общим их свойством является гидрофобность (гидро – вода, фобия – боязнь). Из-за большого разнообразия липидов дать более точное определение им невозможно. Липиды в большинстве случаев являются сложными эфирами жирных кислот и какого-либо спирта. Выделяют следующие классы липидов: триацилглицерины, или жиры, фосфолипиды, гликолипиды, стероиды, воска, терпены. Различают две категории липидов – омыляемые и неомыляемые. К омыляемым относятся вещества, содержащие сложноэфирную связь (воска, триацилглицерины, фосфолипиды и др.). К неомыляемым относятся стероиды, терпены.

Триацилглицерины, или жиры

Триацилглицерины являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина

и жирных (высших карбоновых) кислот. Общая формула жирных кислот имеет вид: R-COOH, где R – углеводородный радикал. Природные жирные кислоты содержат от 4 до 24 атомов углерода. В качестве примера приведем формулу одной из наиболее распространенной в жирах стеариновой кислоты:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH

В общем виде молекулу триацилгицерина можно записать так:

Если в состав триациоглицерина входят остатки различных кислот (R 1 R 2 R 3), то центральный атом углерода в остатке глицерина становится хиральным.

Триацилглицерины неполярны и вследствие этого практически нерастворимы в воде. Основная функция триацилглицеринов – запасание энергии. При окислении1 гжира выделяется 39 кДж энергии. Триацилглицерины накапливаются в жировой ткани, которая, кроме депонирования жира, выполняет термоизолирующую функцию и защищает органы от механических повреждений. Более подробную информацию о жирах и жирных кислотах вы найдете в следующем параграфе.

Интересно знать! Жир, которым заполнен горб верблюда, служит, в первую очередь, не источником энергии, а источником воды, образующейся при его окислении.

Фосфолипиды

Фосфолипиды содержат гидрофобную и гидрофильную области и поэтому обладают амфифильнымы свойствами, т.е. они способны растворяться в неполярных растворителях и образовывать стойкие эмульсии с водой.

Фосфолипиды в зависимости от наличия в их составе спиртов глицерина и сфингозина делятся на глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды .

Глицерофосфолипиды

В основе строения молекулы глицерофосфолипидов лежит фосфатидная кислота, образованная глицерином, двумя жирными и фосфорной кислотами:

В молекулах глицерофосфолипидов к фосфатидной кислоте сложноэфирной связью присоединена НО-содержащая полярная молекула. Формулу глицерофосфолипидов можно представить так:

где Х – остаток НО-содержащей полярной молекулы (полярная группировка). Названия фосфолипидов образуются в зависимости от наличия в их составе той или иной полярной группировки. Глицерофосфолипиды, содержащие в качестве полярной группировки остаток этаноламина,

HO-CH 2 -CH 2 -NH 2

носят название фосфатидилэтаноламинов, остаток холина

– фосфатидилхолинов, серина

– фосфатидилсеринов.

Формула фосфатидилэтаноламина выглядит так:

Глицерофосфолипиды отличаются друг от друга не только полярными группами, но и остатками жирных кислот. В их состав входят как насыщенные (состоящие обычно из 16 – 18 атомов углерода), так и ненасыщенные (содержащие чаще 16 – 18 атомов углерода и 1 – 4 двойные связи) жирные кислоты.

Сфингофосфолипиды

Сфингофосфолипиды по составу сходны с глицерофосфолипидами, но вместо глицерина содержат аминоспирт сфингозин:

или дигидросфингазин:

Наиболее распространенными сфингофосфолипидами являются сфингомиелины. Они образованы сфингозином, холином, жирной кислотой и фосфорной кислотой:

Молекулы как глицерофосфолипидов, так и сфингофосфолипидов состоят из полярной головы (образована фосфорной кислотой и полярной группировкой) и двух углеводородных неполярных хвостов (рис.1). У глицерофосфолипидов оба неполярных хвоста являются радикалами жирных кислот, у сфингофосфолипидов – один хвост является радикалом жирной кислоты, другой – углеводородной цепочкой спирта сфингазина.

Рис. 1. Схематическое изображение молекулы фосфолипида.

При встряхивании в воде фосфолипиды спонтанно формируют мицеллы , в которых неполярные хвосты собираются внутри частицы, а полярные головы располагаются на ее поверхности, взаимодействуя с молекулами воды (рис. 2а). Фосфолипиды способны образовывать также бислои (рис. 2б) и липосомы – замкнутые пузырьки, окруженные непрерывным бислоем (рис. 2в).

Рис. 2. Структуры, образуемые фосфолипидами.

Способность фосфолипидов, образовывать бислой, лежит в основе формирования клеточных мембран.

Гликолипиды

Гликолипиды содержат в своем составе углеводный компонент. К ним относятся гликосфинголипиды, содержащие, кроме углевода спирт, сфингозин и остаток жирной кислоты:

Они так же, как и фосфолипиды, состоят из полярной головы и двух неполярных хвостов. Гликолипиды располагаются на внешнем слое мембраны, являются составной частью рецепторов, обеспечивают взаимодействие клеток. Их особенно много в нервной ткани.

Стероиды

Стероиды являются производными циклопентанпергидрофенантрена (рис. 3). Один из важнейших представителей стероидов – холестерин . В организме он встречается как в свободном состоянии, так и в связанном, образуя сложные эфиры с жирными кислотами (рис. 3). В свободном виде холестерин входит в состав мембран и липопротеинов крови. Сложные эфиры холестерина являются его запасной формой. Холестерин является предшественником всех остальных стероидов: половых гормонов (тестостерон, эстрадиол и др.), гормонов коры надпочечников (кортикостерон и др.), желчных кислот (дезоксихолевая и др.), витамина D (рис. 3).

Интересно знать! В организме взрослого человека содержится около 140 г холестерина, больше всего его находится в нервной ткани и надпочечниках. Ежедневно в организм человека поступает 0,3 – 0,5 г холестерина, а синтезируется – до 1 г.

Воска

Воска – это сложные эфиры, образованные длинноцепочечными жирными кислотами (число атомов углерода 14 – 36) и длинноцепочечными одноатомными спиртами (число атомов углерода 16 – 22). В качестве примера рассмотрим формулу воска, образованного олеиновым спиртом и олеиновой кислотой:

Воска выполняют главным образом защитную функцию, находясь на поверхности листьев, стеблей, плодов, семян они защищают ткани от высыхания и проникновения микробов. Они покрывают шерсть и перья животных и птиц, предохраняя их от намокания. Пчелиный воск служит строительным материалом для пчел при создании сот. У планктона воск служит основной формой запасания энергии.

Терпены

В основе терпеновых соединений лежат изопреновые остатки:

К терпенам относятся эфирные масла, смоляные кислоты, каучук, каротины, витамин А, сквален. В качестве примера приведем формулу сквалена:

Сквален является основным компонентом секрета сальных желез.

Под липидами в массовом сознании принято понимать жиры, однако в действительности эти слова не являются синонимами, и путать их не следует. Попробуем разобраться, что это на самом деле такое и каковы функции липидов в нашем организме.

Общая характеристика

Этимология слова связана с греческим «lipos», что означает жир, отсюда и определенная путаница. Если следовать общепринятой терминологии, то липиды соотносятся с жирами как общее и частное. Это означает, что все липиды являются жирами, но не все жиры - это липиды. Важно также понимать, что липиды являются органическими соединениями, в то время как то же масло может быть и неорганическим.

Важно! Органические жиры и масла являются липидами, но первый термин обычно применяется к веществам, имеющим твердое агрегатное состояние, а второй - к жидкостям.

Эти вещества могут иметь разную структуру, но в них всегда присутствует спирт и органические кислоты, например, триглицериды, то есть жиры как таковые образуются за счет соединения глицерина (простейшего трехатомного спирта) и карбоновых кислот. Для всех рассматриваемых соединений характерно одно свойство - гидрофобность («гидро» - вода, «фобия» - боязнь, страх). Этот термин, конечно, не означает физического страха воды. Он применяется к веществам, молекулы которых как бы стараются «держаться от воды подальше». Когда такой контакт все же происходит, вещество словно отталкивает от себя жидкость, в результате чего последняя не распределяется по его поверхности, а собирается на ней в отдельные капли, «довольствуясь» минимально «выделенной» ей площадью. Понятно, что гидрофобные соединения не растворяются или очень плохо растворяются в воде, что, однако, не мешает им хорошо растворяться в других веществах (например, в том же спирте). Это - вторая особенность липидов, которая и определяет их выделение в отдельную группу. Рассматриваемые соединения присутствуют во всех живых организмах, причем они есть во всех тканях и клетках.
Существует огромное множество разных липидов. Для удобства их принято делить на простые и сложные. К первым, в свою очередь, относятся жиры, жирные кислоты, жирные альдегиды и жирные спирты, воск и некоторые другие вещества, ко вторым - -, глико-, фосфоглико-, сфинго-, мышьяколипиды, ацилглицериды, церамиды, стероиды и др. Какие соединения относятся к простым, а какие - к сложным, определяется их химическим составом, а именно тем, есть ли в этой молекуле только кислород, водород или углерод, или присутствуют еще и другие элементы.

Знаете ли вы? Печень здорового человека на 7-14 % состоит из липидов. Однако в патологических случаях при серьезных заболеваниях этого органа количество жира в нем может достигать едва ли не половины.

Некоторые из указанных веществ содержатся в строго определенных клетках (в тех или иных органах), другие же присутствуют везде. Основное «место жительства» этих соединений в нашем организме - это, конечно, жировые ткани, но также их много в нервных клетках. Транспортировка синтезируемых организмом или полученных с продуктами питания липидов по всем органам и тканям происходит через плазму крови, где эти вещества содержатся вместе с белками.

Основные функции

Возможно, вы не перечислите все функции липидов, но то, что жиры необходимы нашему организму для нормальной работы, очевидно для всех. Причем речь идет не только о функционировании организма как единой системы, но и о «здоровье» каждой конкретной клетки как его отдельного «кирпичика». Как известно, часть питательных веществ, полученных или образованных клеткой, расходуется на поддержание ее жизнедеятельности, часть необходима для того, чтобы клетка делилась, а остальное передается ею «в общий котел», то есть направляется на поддержание других клеток и тканей.
Принято различать следующие биологических функции, выполняемые липидами:

1. Структурная.
2. Барьерная (защитная).
3. Энергетическая.
4. Запасающая (резервная).
5. Теплоизоляционная.
6. Смазывающая.
7. Электроизоляционная.
8. Регуляторная (гормональная, ферментативная).
9. Транспортная.
10. Питательная.
11. Сигнальная.

Структурная

Структурная функция жиров состоит в том, что они принимают непосредственное участие в строении клеточной стенки (наружной мембраны), защищающей клетку от окружающей среды. Здесь очень кстати приходится гидрофобность липидов и их свойство не растворяться в воде. Защитная оболочка клетки по своей структуре представляет собой двойной слой, на 50% состоящий из белков и на 50% из жиров. В качестве такого строительного материала в нашем организме выступают, прежде всего, фосфолипиды, а также холестерин, гликолипиды, липопротеины.
Структурная (строительная) функция жиров обеспечивает клетке возможность сохранять свою форму и регулировать метаболические процессы с другими тканями и окружающей средой. Пчелиные соты, а также поверхностный слой (кутикула) некоторых растений состоят из воска, который не пропускает воду и, таким образом, обеспечивает защиту от попадания влаги внутрь (в первом случае) и испарения ее (во втором случае). Таким образом, структурная функция липидов неразрывно связана с барьерной и может рассматриваться не только на уровне строения отдельной клетки.

Энергетическая

Не менее важной является и энергетическая функция липидов. Расщепляясь, жиры выделяют очень большое количество энергии, необходимой для того, чтобы наш организм и его органы могли выполнять свои функции.

Важно! Всем известно, что основным источником энергии для живого организма является глюкоза, однако и доля липидов в этом процессе достаточно значительная: благодаря им мы получаем почти треть своей «зарядки».

Важная роль жиров состоит также в том, что они представляют собой своеобразный «склад» для хранения энергии: попав в клетку с кровью, они откладываются в ней в виде жировых капелек, после чего в случае необходимости (например, во время серьезной физической нагрузки) организму остается лишь «заглянуть в закрома» и получить оттуда необходимый подзаряд.
Именно эта способность резервировать энергию в виде жировых отложений позволяет многим животным, впадая в зимнюю спячку, обходиться без пищи на протяжении нескольких месяцев. По этому же принципу прорастает семечко: пока молодое растение не сформирует собственную корневую систему, оно питается за счет содержащихся в нем липидов (неудивительно, что в семенах многих растений так много масла, что их используют как сырье для его промышленного производства).

Теплоизоляционная

Выше мы уже упомянули о барьерной функции липидов, позволяющей защитить клетку от проникновения влаги (либо, наоборот, от ее потери). Но жиры, помимо того, помогают сохранить внутри клетки тепло.

Знаете ли вы? Жировые запасы у различных представителей фауны распределяются в организме по-разному. Так, у верблюда они сконцентрированы в горбу, у баранов курдючной породы - в области хвоста, а у китов, тюленей и других морских млекопитающих Арктики - распределены по всему телу. Это объясняется тем, что в первых двух случаях жировые отложения нужны главным образом для поддержания «внутренних резервов» (энергетическая и запасающая функция), а в последнем - еще и для теплоизоляции, ведь меховая шуба в холодной воде - «наряд» совершенно неуместный.

По ходу отметим еще одно проявление барьерной функции липидов: слой жира, окутывающий в организме человека такие органы, как почки и кишечник, обеспечивает им дополнительную защиту от случайных механических повреждений.

Смазывающая

Эту функцию иногда также называют водоотталкивающей. Одно из ее проявлений мы уже упоминали на примере пчелиных сот. Гидрофобность липидов не позволяет воде распределяться по их поверхности, влага как бы стряхивается с нее, собираясь в мелкие капельки. Перья птиц, шерсть животных и человеческая кожа покрыты тончайшим восковым слоем, придающим эластичность и защищающим от намокания. Каждый из нас видел, насколько легко освобождается от излишней влаги выбравшаяся из воды собака: ей достаточно всего лишь энергично отряхнуться.
Попробуйте таким же способом осушить влагоемкий материал (например, пляжное полотенце), и водоотталкивающая роль липидов станет очевидной. Кстати, именно поэтому очень вредно часто купать домашних любимцев (кошек и собак): вместе с мылом с их кожи смывается защитный жировой слой, а вместе с ним разрушается невидимый барьер для проникновения через нее различных вредных веществ.

Регуляторная

Было бы неправильно говорить, что липиды выполняют первостепенную роль в основных биологических процессах. Тем не менее их регуляторная функция все же очевидна, хотя и опосредована. Если липиды не регулируют жизненно важные процессы напрямую, они делают это как составная часть других веществ, в частности, гормонов и ферментов.
В качестве примеров того, как работает эта функция, достаточно привести лишь несколько фактов:

• холестерол является основой для образования таких важных гормонов, как тестостерон, прогестерон и ряд других половых гормонов;
• необходим для обеспечения -фосфорного обмена;
• еще один гормон «липидного» происхождения - кортизон, это вещество также называют гормоном надпочечников.

Важно! Одной из возможных причин инсульта является сбой в липидном обмене.

Из сказанного становится совершенно понятным, что недостаток тех или иных липидов в организме неизбежно приведет к тому, что многие жизненно важные процессы в нем начнут «пробуксовывать», таким образом, жиры необходимы нам в том числе и в качестве своеобразного регулятора.

Отдельно об увеличении плавучести

Говоря о том, какую функцию выполняют липиды в клетке, мы уже упоминали, что крупные морские млекопитающие обладают большими запасами жира, позволяющими им не замерзать (точнее сохранять тепло собственного тела) в холодной воде. Однако есть еще одна причина, по которой природа наделила этих животных подобным свойством.

Знаете ли вы? У женщин и детей в возрасте от 10 до 12 лет удельный вес тела меньше, чем у мужчин, поэтому они обладают большей плавучестью. Это напрямую связано с более значительным количеством у данной категории жировой ткани.

В природе это свойство используется не только упомянутыми выше морскими млекопитающими, но и другими живыми организмами, живущими в воде (рыбы и даже некоторые виды водорослей). За счет увеличения жировой прослойки эти представители флоры и фауны получают возможность удерживаться в толще воды, прилагая для этого намного меньше усилий (затрат энергии). Таким образом, значение липидов в живой природе трудно переоценить. Об этом обязательно следует помнить тем, кто в погоне за стройной фигурой загоняет свой организм безжировыми диетами, не отдавая себе отчета в том, какой непоправимый ущерб своему здоровью они тем самым приносят.