2 Липиды
Липиды – это жироподобные органические соединения, принадлежащие к простейшим биологическим молекулам. Это широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и по карбоксильной группе. Липиды являются третьим классом органических веществ, из которых состоит живой организм. Название одной из групп липидов, а именно жиров (от греч. липос – жир) взято для обозначения класса в целом. Липиды – сборная группа органических соединений и поэтому не имеют единой химической характеристики. Однако в известной мере их можно рассматривать как класс органических соединений, большинство из которых принадлежит к сложным эфирам многоатомных или специфически построенных спиртов с высшими жирными кислотами. Определение понятия липидов неоднозначно. Иногда к липидам относят любые природные вещества, извлекаемые из организмов, тканей или клеток такими неполярными органическими растворителями, как хлороформ, диэтиловый эфир или бензол. В некоторых случаях липиды рассматривают как производные жирных кислот и родственных им соединений или как любые природные амфифильные вещества (их молекулы содержат как гидрофильные, так и гидрофобные группировки). Ни одно из этих определений не является исчерпывающим. Правильный качественный и количественный состав липидов клетки определяет ее возможности, активность и выживаемость (см. рисунок 3).
Рисунок 3 – Состав липидов
Обычно считают, что жиры (или липиды) в организме человека выполняют роль поставщиков энергии (калорий). Однако это не совсем правильно. Конечно, значительная часть жиров используется в качестве энергетического материала. Однако в определенной степени жиры являются строительным материалом для формирования компонентов клетки, особенно клеточных стенок, то есть так же, как и белки, являются незаменимыми факторами питания. Жиры содержат ряд физиологически активных веществ (полиненасыщенные жирные кислоты, фосфолипиды, жирорастворимые витамины A, D, Е), способствуют усвоению жирорастворимых витаминов.
В состав пищевых продуктов входят так называемые «невидимые» жиры (в мясе, рыбе, молоке) и «видимые» – специально добавляемые в пищу растительные масла и животные жиры.
Основным компонентом жиров являются жирные кислоты. Они делятся на насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая и др.) используются организмом в целом как энергетический материал. Наибольшее количество насыщенных жирных кислот содержится в животных жирах. Избыток насыщенных жирных кислот в питании приводит к нарушению обмена жиров, повышению уровня холестерина в крови. Ненасыщенные жирные кислоты различаются по степени «насыщенности»: мононенасыщенные и полиненасыщенные.
Особое значение имеют полиненасыщенные жирные кислоты, такие, как линолевая, линоленовая и арахидоновая, которые входят в состав клеточных мембран и других структурных элементов тканей и выполняют в организме ряд важных функций, в том числе обеспечивают нормальный рост и обмен веществ, эластичность сосудов. Они служат предшественниками гормоноподобных веществ – простагландинов, предотвращают отложение холестерина в стенках кровеносных сосудов. Полиненасыщенные жирные кислоты содержатся, в основном, в растительных жирах и не могут синтезироваться в организме, поэтому являются незаменимыми. При их полном отсутствии в питании отмечается прекращение роста плода, изменяется проницаемость мелких сосудов.
Фосфолипиды, являющиеся составной частью жиров, также играют важную роль в питании. Входя в состав клеточных оболочек, они играют существенную роль для их проницаемости и обмена веществ. В пищевых продуктах в основном встречается лецитин. Лецитин участвует в регулировании холестеринового обмена, предотвращает его накопление в организме, способствует выведению холестерина из организма.
Наибольшее количество фосфолипидов содержится в яйцах (от 3,2 % до 3,4 %), относительно много их в зернах и бобах (от 0,4 % до 0,8 %), нерафинированных растительных маслах (от 1,2 % до 2 %). При рафинировании растительных масел содержание фосфолипидов в них снижается в 6 – 10 раз. Много фосфолипидов содержится в сыре (от 0,5 % до 1,1 %), мясе (0,8 %), птице (от 0,5 % до 2,5 %), сливочном масле (от 0,3 % до 0,4 %), рыбе (от 0,3 % до 2,4 %), картофеле (0,3 %).
В пище содержатся также стерины. В растительных продуктах наиболее известен ситостерин, в животных – всем известный холестерин.
Ситостерин является противоатеросклеротическим стерином – он снижает уровень холестерина путем образования с ним нерастворимых комплексов, что снижает уровень всасывания холестерина в пищеварительном тракте, способствует его выведению и снижению его уровня в крови.
Холестерин играет важную роль в организме: является структурным компонентом всех клеток и тканей, участвует в обмене желчных кислот, ряда гормонов, витамина D (часть которого образуется в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей из холестерина). Однако при повышении уровня холестерина в крови повышается опасность возникновения и развития атеросклероза.
Высшие жирные кислоты – это карбоновые кислоты, насыщенные или ненасыщенные, выделенные из жиров путем гидролиза (см. таблицу 1).
Жирные кислоты входят в состав практически всех указанных классов липидов, кроме производных холестерола.
В свою очередь, по строению жирные кислоты неоднородны и различаются длиной цепи и количеством двойных связей.
Таблица 1 – Основные жирные кислоты
У человека жирные кислоты характеризуются следующими особенностями:
– четное число углеродных атомов в цепи;
– отсутствие разветвлений цепи;
– наличие двойных связей только в цис-конформации.
К насыщенным жирным кислотам относится пальмитиновая (С16), стеариновая (С18) и арахиновая (С20). К мононенасыщенным – пальмитоолеиновая (С16:1, Δ9), олеиновая (С18:1, Δ9) (см. таблицу 2). Указанные жирные кислоты находятся в большинстве пищевых жиров и в жире человека.
Полиненасыщенные жирные кислоты содержат от 2-х и более двойных связей, разделенных метиленовой группой. Кроме отличий по количеству двойных связей, кислоты различаются их положением относительно начала цепи (обозначается через греческую букву Δ "дельта") или последнего атома углерода цепи (обозначается буквой ω "омега").
По положению двойной связи относительно последнего атома углерода полиненасыщенные жирные кислоты делят на ω9, ω6 и ω3-жирные кислоты.
1. ω6-жирные кислоты.
линолевая (С18:2, Δ9,12),
γ-линоленовая (С18:3, Δ6,9,12),
арахидоновая (эйкозотетраеновая, С20:4, Δ5,8,11,14).
Эти кислоты объединены под названием витамин F, и содержатся в растительных маслах.
2. ω3-жирные кислоты:
α-линоленовая (С18:3, Δ9,12,15),
тимнодоновая (эйкозопентаеновая, С20:5, Δ5,8,11,14,17),
клупанодоновая (докозопентаеновая, С22:5, Δ7,10,13,16,19),
цервоновая (докозогексаеновая, С22:6, Δ4,7,10,13,16,19) (см. таблицу 2).
Наиболее значительным источником кислот ω3-группы служит жир рыб холодных морей. Исключением является α-линоленовая кислота, имеющаяся в конопляном, льняном, кукурузном маслах.
Внимание исследователей к ω3-кислотам привлек феномен эскимосов, коренных жителей Гренландии, и коренных народов российского Заполярья. На фоне высокого потребления животного белка и жира и очень незначительного количества растительных продуктов у них отмечалось состояние, которое назвали антиатеросклероз. Он характеризуется рядом положительных особенностей:
• отсутствие заболеваемости атеросклерозом, ишемической болезнью сердца и инфарктом миокарда, инсультом, гипертонией;
• увеличенное содержание липопротеинов высокой плотности (ЛПВП) в плазме крови, уменьшение концентрации общего холестерина и липопротеинов низкой плотности (ЛПНП);
• сниженная агрегация тромбоцитов, невысокая вязкость крови;
• иной жирнокислотный состав мембран клеток по сравнению с европейцами – С20:5 было в 4 раза больше, С22:6 в 16 раз.
Таблица 2 – Строение жирных кислот
2.1 Классификация липидов
Классификация липидов сложна, так как в класс липидов входят вещества весьма разнообразные по своему строению. Их объединяет только одно свойство – гидрофобность.
По отношению к гидролизу в щелочной среде все липиды подразделяют на две большие группы: омыляемые и неомыляемые.
Омыляемые липиды состоят из двух или более структурных компонентов, на которые они расщепляются при гидролизе под действием кислот, щелочей или ферментов липаз.
Основными структурными компонентами омыляемых липидов являются спирты и высшие жирные кислоты. Омыляемые липиды более сложного строения могут содержать остатки фосфорной кислоты, аминоспиртов, а также остатки моно- и олигосахаридов.
Среди омыляемых липидов существуют простые липиды, т.е. состоящие только из спирта и жирных кислот (воска, триацилглицерины (триглицериды)), и сложные липиды, включающие, кроме спирта и жирных кислот, вещества иного строения (фосфолипиды, гликолипиды, сфинголипиды).
Среди неомыляемых определена большая группа стероидов, в состав которой входят холестерол и его производные: стероидные гормоны, стероидные витамины, желчные кислоты, и терпеноиды (см. рисунок 4).
Рисунок 4 – Классификация липидов
2.2 Простые липиды
2.2.1 Воска
Важной группой простых липидов являются воски. Восками называют сложные эфиры высших одноосновных карбоновых кислот (C18-С30) и одноатомных (содержащих одну группу ОН) высокомолекулярных (с 18-30 атомами углерода) спиртов.
Воски, как животные и растительные, так и ископаемые, все состоят из сложных эфиров, в состав которых входят жирные кислоты, а так же из высокомолекулярных спиртов, кислот, парафинов и ароматических веществ.
Структура восков: R, R’ – углеводородные радикалы.
По происхождению воска можно разделить на животные: пчелиный вырабатывается пчёлами; шерстяной (ланолин) предохраняет шерсть и кожу животных от влаги, засорения и высыхания; спермацет добывается из спермацетового масла кашалотов; растительные воски покрывают тонким слоем листья, стебли, плоды и защищают их от размачивания водой, высыхания, вредных микроорганизмов, иногда в качестве резервных липидов входят в состав семян (т. н. «масло» жожоба); ископаемый воск (озокерит) состоит главным образом из предельных углеводородов.
Природные воски представляют собой пластичные легко размягчающиеся при нагревании продукты, большинство из которых плавится в интервале от 40 °С до 90 °C (см. таблицу 3). Некоторые воски, например пчелиный и буроугольный, являются гетерогенными системами, в которых дисперсная кристаллическая фаза распределена в аморфной дисперсионной среде. Воски не смачиваются водой, водонепроницаемы, обладают низкой электрической проводимостью, горючи. Они не растворимы в холодном этаноле. Хорошо растворимы в бензине, хлороформе, бензоле и диэтиловом эфире. Большинство природных восков содержит сложные эфиры одноосновных насыщенных карбоновых кислот нормального строения и спиртов с 12-46 атомами С в молекуле.
Таблица 3 – Природные воски
Такие воски по химическим свойствам близки к жирам (триглицеридам), но омыляются только в щелочной среде. Иногда природные продукты, не содержащие сложные эфиры, например парафин, петролатум, церезин, называют аналогами восков или воскоподобными материалами.
Воски широко распространены в природе. В растениях они покрывают тонким слоем листья, стебли, плоды, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Содержание восков в зерне и плодах невелико. В оболочках семян подсолнечника содержится до 0,2 % восков от массы оболочки, в семенах сои – 0,01 %, риса – 0,05 %.
Воска выполняют в организме преимущественно защитную функцию, которая сводится к образованию защитных покрытий. Воски – важный компонент воскового налета виноградной ягоды – прюина. Воска входят в состав жира, покрывающего кожу, шерсть, перья.
Пчелиный воск – смесь сложных эфиров (72 %), насыщенных неразветвленных углеводородов С21-С35 (от 12 % до 15 %) и карбоновых кислот С16-С36 (15 %), относительные количества которых зависят от условий питания пчел и других факторов. Получают переработкой сот, обрезков вощины и восковых наростов в ульях.
Шерстяной (шерстный) воск
Выделяется кожными железами овец в волосяную луковицу и обильно покрывает шерсть (в количестве от 5 % до 16 % по массе). В его состав входят: сложные эфиры жирных кислот и высших спиртов, в том числе ланолинового С11Н21СН2ОН; жирные кислоты (от 12 % до 40 %); спирты (от 44 % до 45 %); углеводороды (от 14 % до 18 %); стерины (холестерин, изохолестерин, эргостерин) в свободном виде и в виде сложных эфиров (10 %). Получают из промывных вод шерстомоек или экстрагированием шерсти органическими растворителями. После обработки щелочами, отбелки окислителями и адсорбентами получают очищенный шерстяной воски-ланолин. Последний в отличие от других восков образует устойчивые эмульсии с водой, взятой в количестве, превышающем массу воски в 1,8-2 раза.
Спермацет
Содержится вместе со спермацетовым маслом в костных черепных углублениях некоторых видов китов, особенно кашалотов cостоит на 98 % из цетина С15Н31СООС16Н33. Спермацет отделяют от масла вымораживанием.
Гидрируя спермацетовое масло, получают воски, близкий по свойствам спермацету.
Китайский воск
Вырабатывается червецом Coccus ceriferus, который обитает главным образом на китайском ясене и образует на нем восковой покров. Содержит сложный эфир гексакозановой кислотыСН3(СН2)24СООН и гексадеканового спирта СН3(СН2)15ОН (95-97 %), смолу (до 1 %), углеводороды (до 1 %) и спирты (до 1 %).
Шеллачный воск
Содержится в природной смоле – шеллаке (около 5 %). В него входят 6062 % сложных эфиров, от 33 % до 35 % спиртов, от 2 % до 6 % углеводородов. Выделяют при охлаждении спиртового раствора шеллака.
Воска сахарного тростника
Покрывает тонкой пленкой стебли растений. В него входят сложные эфиры (от 78 % до 82 %), насыщенные С14-С34 и ненасыщенные С15-С37 углеводороды (от 3 % до 5 %), насыщенные жирные кислоты С12-С36 (14 %) и спирты С24-С34 (от 6 % до 7 %). При отжиме тростника около 60 % восков переходит в сок. При очистке последнего воск выпадает в осадок, из которого его извлекают экстракцией органическими растворителями.
Конец ознакомительного фрагмента.