Липиды - это группа разнородных по химическому строению органических веществ, общим свойством которых является их нерастворимость в воде. Функции липидов в организме:
- энергетическая: запасание и хранение энергии (нейтральные жиры);
- защитная (липидный слой кожи животных защищает их от механических и температурных воздействий);
- структурная (многие липиды являются структурными компонентами клеточных мембран);
- регуляторная (некоторые гормоны имеют липидную природу, например, половые).
Липиды бывают простые и сложные.
Простые липиды — липиды, включающие в свою структуру углерод(С), водород(H) и кислород(O).:
- Жирные кислоты — алифатические одноосновные карбоновые кислоты с открытой цепью, содержащиеся в этерифицированной форме в жирах, маслах и восках растительного и животного происхождения.
- Жирные альдегиды — высокомолекулярные альдегиды, с числом атомов углерода в молекуле выше 12.
- Жирные спирты — высокомолекулярные спирты, содержащие 1-3 гидроксильные группы
- Предельные углеводороды с длинной алифатической цепочкой,
- Сфингозиновые основания,
- Воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов.
Сложные липиды — липиды, включающие в свою структуру помимо углерода(С), водорода(H) и кислорода(О) другие химические элементы. Чаще всего: фосфор(Р), серу(S), азот(N):
Фосфолипиды — сложные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот, содержащие остаток фосфорной кислоты и соединённую с ней добавочную группу атомов различной химической природы:
- Гликолипиды — сложные липиды, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами.
- Сфинголипиды — класс липидов, относящихся к производным алифатических аминоспиртов и др.
Липиды по их функциям в организме условно делят на две группы:
- запасные (резервные),
- структурные (протоплазматические).
Запасные липиды, в основном жиры (глицериды), обладая высокой калорийностью, являются энергетическим и строительным резервом организма, который используется им при недостатке питания и заболеваниях. Воски, которые выполняют защитные функции, также могут быть условно отнесены к защитным липидам.
Структурные липиды (в первую очередь фосфолипиды) образуют сложные комплексы с белками (липопротеиды), углеводами, из которых построены мембраны клеток и клеточных структур, и участвуют в разнообразных сложных процессах, протекающих в клетках. Фосфолипиды вместе с белками и углеводами участвуют в построении клеточных мембран и субклеточных структур (органелл), выполняя роль несущих конструкций мембран, они регулируют поступление в клетку и ее структуры разнообразных соединений.
Приём пищи человеком происходит иногда со значительными интервалами, поэтому в организме выработались механизмы депонирования источников энергии. Жиры - наиболее выгодная и основная форма депонирования энергии. Синтез жиров активируется в абсорбтивный период и происходит в основном в жировой ткани и печени. Но если жировая ткань - место депонирования жира, то печень выполняет важную роль превращения части углеводов, поступающих с пищей, в жиры, которые затем секретируются в кровь и доставляются в другие ткани (в первую очередь, в жировую). Синтез жиров в печени и жировой ткани стимулируется инсулином. Мобилизация жира активируется в тех случаях, когда глюкозы недостаточно для обеспечения энергетических потребностей организма: в постабсорбтивный период, при голодании и физической работе под действием гормонов глюкагона, адреналина, соматотропина. Жирные кислоты поступают в кровь и используются тканями как источники энергии. плавучести.
Еще один класс липидов – стероиды. Это небольшие гидрофобные молекулы, производные холестерина. Они содержат в своем составе систему связанных углеводородных колец – три шестиатомных и одно пятиатомное. Стероидами являются такие гормоны надпочечников, как глюкокортикоиды (например, кортизол), играющие важнейшую роль в развитии стресса, и минералокортикоиды (альдостерон), уменьшающие выведение почками воды и ионов натрия из организма. К стероидным относятся мужские и женские половые гормоны (тестостерон и эстрадиол). Интересен механизм действия стероидных гормонов на клетки-мишени. Стероиды –легко проникают через наружную мембрану клетки. Белки-рецепторы, связывающие эти гормоны, расположены в цитоплазме. После связывания со стероидом белок-рецептор активируется и идет из цитоплазмы в ядро. В ядре гормон-рецепторный комплекс связывается с ДНК и регулирует активность некоторых генов. Жирные кислоты – алифатические карбоновые кислоты – в организме могут находиться в свободном состоянии (следовые количества в клетках и тканях) либо выполнять роль строительных блоков для большинства классов липидов. В природе обнаружено свыше 200 жирных кислот, однако в тканях человека и животных в составе простых и сложных липидов найдено около 70 жирных кислот. Жирные кислоты содержат в своей молекуле кислотную группу —СООН (карбоксильную группу). «Жирными» их называют потому, что некоторые высокомолекулярные члены этого ряда входят в состав жиров. Общая формула жирных кислот имеет вид R-COOH, где R — атом водорода или радикал типа —СН3, —С2Н5 и т. д.; каждый следующий член этого ряда отличается от предыдущего на одну группу СН2. В липидах радикал R представлен обычно длинной цепью углеродных атомов. Большая часть жирных кислот содержит четное число атомов углерода, от 14 до 22 (чаще всего 16 или 18). Иногда в жирных кислотах имеются одна или несколько двойных связей (С = С) (например, в олеиновой кислоте). В этом случае жирные кислоты, а также содержащие их липиды, называются ненасыщенными.
Мононенасыщенные (с одной двойной, их называют моноеновыми, или тройной связью между атомами углерода) и полиненасыщенные (с двумя и более двойными связями, их называют пилиеновые, или тройными или теми и другими связями, находящимися, как правило, через CH2-группу).
Жирные кислоты и липиды, в молекулах которых нет двойных связей, называются насыщенными.
Свойства жиров. Животные жиры – твердые легкоплавкие вещества легче воды (плотность 0,91–0,94 г/см3), плохо проводят тепло. Большинство растительных масел – жидкости, застывающие ниже 0° С (подсолнечное – от –16 до –19° С, и потому оно легко замерзает), но известны и твердые (кокосовое, пальмовое,). Кипят масла при атмосферном давлении лишь при высокой температуре (порядка 300° С) и при этом разлагаются; их можно перегонять только в вакууме Жиры и масла не растворимы в воде, а в присутствии поверхностно-активных веществ могут давать с ней эмульсию. Они хорошо растворяются в эфире, бензоле, хлороформе и других неполярных и малополярных органических растворителях. Гидролиз жиров, конечные продукты которого глицерин и жирные кислоты, осуществляют в промышленности нагреванием их с водой до 200-225°С при 2-2,5.106 Па (безреактивный способ) или нагреванием при нормальном давлении в присутствии сульфокислот. Щелочной катализ применяют в процессах мыловарения и при наличии в жирнокислотных цепях гидроксильных групп. Химическое прогоркание – результат окисления жиров под действием О2 воздуха (автоокисление). Первая стадия – образование пероксильных радикалов при атаке молекулярным О2 углеводородных остатков как насыщенных, так и ненасыщенных жирных кислот. Реакция промотируется светом, теплом и соединениями, образующими свободные радикалы.
Гидрирование (гидрогенизация) жиров. В составе растительных масел содержатся остатки ненасыщенных карбоновых кислот, поэтому они могут подвергаться гидрированию. Через нагретую смесь масла с тонко измельченным никелевым катализатором пропускают водород, который присоединяется по месту двойных связей ненасыщенных углеводородных радикалов. В результате реакции жидкое масло превращается в твёрдый жир. Этот жир называется саломасом, или комбинированным жиром. Глубина окислительных процессов и скорость окисления находятся в прямой зависимости от количества входящих в жиры глицеридов полиненасыщенных жирных кислот и степени их ненасыщенности. Преимущественно окисляется группа —СН2-, соседняя с двойной связью (а-положение), а с наибольшей скоростью — расположенная между двумя двойными связями.