Функции липидов

Липиды – строение, свойства и функции молекул – Помощник для школьников Спринт-Олимпик.ру

Любому организму требуются жизненно важные соединения. В составе почти всех тканей присутствуют липиды. Это жироподобные вещества, имеющие биологическое происхождение. Они являются источником энергетического запаса и подразделяются на классы и виды, имеющие свой функционал. Большинство из них принимает участие в регуляции обмена холестерина, препятствуют его накоплению.

Молекулы липидов можно найти в любой живой клетке, без них невозможна жизнь. Они выполняют большинство функций как в масштабах всего организма, так и в отдельной клетке.

Составлены из мономеров, включающих жирные кислоты и глицерин. Биологическая роль жиров в организме достаточно высока, т. к. без них невозможны многие жизненно важные процессы.

Примером химической реакции может служить цепное окисление.

Основная функция липидов заключается в обновлении клеточных мембран. Окисляется обычно жировой слой оболочек клеток. Жиры тесно связаны с метаболизмом:

Аденозинтрифосфорная кислота. Необходима для транспортировки питательных веществ, деления клеток, обеззараживания токсинов.
Аминокислоты. Это структурная часть белков. При соединении с липидами они превращаются в липопротеины, которые осуществляют транспортировку полезных веществ в организме.
Нуклеиновая кислота. Входит в структуру ДНК. При расщеплении липидов некоторая часть энергии идет на деление клеток, в результате которого появляются новые цепи ДНК.
Стероиды. Гормоны с повышенным уровнем содержания этих соединений. При плохом усвоении они повышают риск развития заболеваний органов эндокринной системы.

В них происходит образование и усвоение веществ, которые требуются для поддержания жизнедеятельности клетки и ее деления. Липиды выполняют несколько функций:

Энергетическая. Заключается в распаде липидов в организме с выделением большого объема энергии. Она требуется для поддержания и нормализации дыхания, деления клеток и их роста, а также других процессов. Липиды проникают в клетку с кровотоком и откладываются в виде жировых капель в ее цитоплазме. Клетка получает энергию при расщеплении молекул.
Резервная. За накоплением жиров следят адипоциты — клетки, образующие жировую ткань в организме. Наибольший ее запас расположен в подкожно-жировой клетчатке. Она также выполняет теплоизоляцию организма, поддерживая нормальную температуру тела.
Структурная. В клетке липиды, выполняя строительную функцию, входят в состав мембран, формируя и сохраняя стенки, и осуществляют обмен веществ.
Транспортная. Эта функция относится к второстепенным. Ее осуществляют в основном липопротеины. Они состоят из белков и липидов, переносят с кровью вещества между органами.
Ферментативная. Липиды участвуют в формировании ферментов, помогают усваивать некоторые микроэлементы, которые поступают с пищей.
Сигнальная. Поддерживает несколько процессов организма. Заключается в переносе значимых сигналов внутрь клетки и из нее. Осуществляют это фосфатидилинозитол, эйкозаноиды, гликолипиды.
Регуляторная. Липиды участвуют в регуляции многих процессов, но самостоятельно на их протекание не влияют. Это в основном стероидные гормоны (половые и надпочечников). Они участвуют в обмене веществ, репродуктивной функции, оказывают влияние на иммунитет.

Каждая из этих функций очень важна для поддержания нормальной жизнедеятельности людей и животных.

Основные функции жиров в организме человека

Какие функции в организме выполняют жиры? Их множество — химические, физические, питательные, защитные и даже эстетические.

Особенности

Липиды являются важными веществами, которые требуются для выполнения многих жизненно важных функций. Они почти не растворяются в воде, а именно являются гидрофобными соединениями. Однако вместе с Н2О они позволяют получить эмульсию. Липиды могут распадаться в органических растворителях – в бензоле, ацетоне, спиртах и др. Жиры не имеют цвета и запаха

Также стоит обратить внимание на химический состав данных элементов

Молекулы простых липидов имеют в основе жирные кислоты и спирт, а сложных – спирт, высокомолекулярные жирные кислоты и другие вещества. Поэтому несложно сказать, на какие вещества распадаются липиды – на спирты и жирные кислоты. Они имеются в составе всех живых клеток. Жиры входят в биологические мембраны, они оказывают воздействие на свойства проницаемости клеточных структур и активность многих ферментов. Липиды принимают участие в различных процессах человеческого организма: в передаче нервного импульса, сокращении мышц, создании межклеточных контактов, иммунохимических процессах.

Липиды в составе диеты человека

Среди липидов в диетическом питании человека обычно используются триглицериды – нейтральные жиры. Они являются богатым источником энергии, а также они требуются для всасывания витаминов с жирорастворимой структурой.

Насыщенные кислоты имеются в составе следующей пищи:

• различных видов мяса – говядины, свинины, баранины, птицы;
• молочных продуктов;
• некоторых тропических фруктов, а именно кокосов.

Ненасыщенные виды кислот могут попадать в организм человека при употреблении следующих видов продуктов:

• орехов;
• семечек подсолнечника;
• оливкового и других растительных масел.

Главными источниками холестерола в рационе является мясо, внутренние органы животных, яичные желтки, молочные продукты, рыба.

Для справки! Организация American Heart Association советует потреблять липиды в количестве не больше 30% от общего рациона. При диете стоит уменьшить содержание насыщенных кислот до 10% от всех жиров. Не нужно принимать больше 300 мг холестерола в сутки (этот объем входит в состав одного яичного желтка).

Липиды – важные элементы, которые имеют огромное значение для природы и человека. Данные вещества обладают сложным составом, а их классификация объединяет множество групп и подгрупп, которые обладают разными свойствами и отличительными функциями.

Классификация

Жиры являются сложными соединениями, которые могут встречаться в разных модификациях, они выполняют разные функции

Они представляют особую важность для клеток, принимают участие в многочисленных процессах человеческого организма. По этой причине классификация липидов достаточно обширная, она включает множество видов жиров, их основные признаки

Ниже в таблице имеется полная классификация жиров в зависимости от строения.

Описанные жиры относятся к омыляемым, во время их гидролиза получается мыло. Отдельно в группу неомыляемых жиров, а именно не вступающих в реакцию с водой, включают стероиды.

В зависимости от строения стероиды подразделяют на подгруппы:

• Стерины. Это стероидные спирты. Они содержатся в составе животных и растительных тканей (холестерин, эргостерин).
• Желчные кислоты. Производные холевой кислоты. Они содержат одну группу –СООН. Обеспечивают полноценное растворение холестерина и переваривание липидов. К этой группе можно отнести такие виды жирных кислот, как холевая, дезоксихолевая, литохолевая.
• Стероидные гормоны. Обеспечивают усиленный рост и развитие организма. К этой группе относятся гормоны – кортизол, тестостерон, кальцитриол.

Существует большая группа – липопротеины. Это сложные соединения жиров и белков (аполипопротеинов). Липопротеины относятся к сложным белкам, но не к жирам.

В их составе имеются разнообразные сложные эфиры:

• холестерины;
• фосфолипиды;
• нейтральные жиры;
• жирные кислоты.

Выделяют две группы липопротеинов:

• Растворимые. Содержатся в плазме крови, молоке, желтке.
• Нерастворимые. Имеются в составе плазмалеммы, оболочки нервных волокон, хлоропластов.

Жиры в зависимости от физической структуры разделяют на твердые, жиры, масла. По нахождению в организме выделяют резервные (непостоянные, зависят от питания) и структурные (генетические обусловленные) жиры. В соответствии с происхождением бывают животными и растительными.

Биохимические методы исследования

Биохим, определение Л. проводится гл. обр. в плазме или сыворотке крови, значительно реже в кале (с целью диагностики стеатореи) и моче (при липурии). Определение Л

в плазме крови особенно важно при заболеваниях, сопровождающихся повышением их концентрации в крови (гиперлипидемиях). К ним относятся некоторые заболевания печени (острые и хрон, гепатиты, цирроз и др.), липоидный нефроз (нефротическая гиперлипидемия), сахарный диабет, атеросклероз, панкреатиты, гипотиреоз

Широко применяется определение Л. (холестерина и триглицеридов) в крови при фенотипировании первичных и вторичных гиперлипопротеинемий с целью диагностики и рационального диетического и медикаментозного лечения. Снижение содержания Л. в крови (гиполипидемия) наблюдается реже — при длительном голодании или резко ограниченном потреблении жиров и при гипертиреозе.

При исследовании Л. в крови необходимо строго придерживаться следующих общих принципов: 1) взятие крови производится натощак спустя 10—12 час. после последнего приема пищи; 2) плазма (сыворотка) крови, используемая для анализа, не должна быть гемолизированной; 3) для экстрагирования Л. применяются органические растворители высокой степени очистки; 4) стандарты или референтные препараты Л. сопоставляют с международными стандартами и хранят в замороженном состоянии.

Существует несколько методов определения общих Л. в плазме (сыворотке) крови. Широкое применение нашли гравиметрические методы, основанные на экстрагировании Л. из плазмы крови смесью органических растворителей, с последующим их выпариванием и взвешиванием липидного остатка. Эти методы, однако, не отличаются высокой точностью.

Ряд методов основан на окислении общих Л. хромовой кислотой с последующим титриметрическим или колориметрическим количественным определением (см. Колориметрия, Титриметрический анализ). Широко применяется метод, основанный на цветной реакции, к-рую дают продукты распада Л. с сульфофосфованилиновым реактивом. Метод определения общих Л. в сыворотке крови с сульфофосфованилиновым реактивом принят у нас в стране в качестве унифицированного; содержание Л. в сыворотке крови здорового человека, определенное этим методом, в среднем составляет 350—800 мг%.

Концентрацию общих Л. в сыворотке крови определяют также методом Свана в модификации Л. К. Баумана (окрашенные судаковым черным Л. количественно извлекаются из сыворотки крови и определяются фотометрически) и турбидиметрическим методом (метод Хуэрго), в основу к-рого положено измерение оптической плотности жировой эмульсии, образуемой при взаимодействии серной к-ты с n-диоксановым экстрактом Л. сыворотки крови. Методом Хуэрго в сыворотке крови здорового человека определяется 500 — 700 мг% общих Л.

Для определения триглицеридов наиболее часто применяют методы, в основе которых лежит гидролитическое расщепление триглицеридов. Образовавшийся в результате гидролиза глицерин окисляют до формальдегида и последний определяют колориметрически. Наибольшей точностью из таких методов обладает метод Карлсона, часто применяемый в модификации Игнатовской (H. Ignatowsca).

Для определения холестерина используют методы, основанные на цветной реакции Либерманна— Бурхарда (см. Либерманна-Бурхарда реакция), причем наибольшей точностью из них обладает метод Абелля (см. Абелля метод). Кроме того, для определения холестерина и триглицеридов в крови начинают применять высокоспецифические энзиматические методы с использованием готовых наборов реактивов. Наконец, для определения этих Л. используют автоанализаторы — отечественный прибор АБМ-1, автоанализатор АА-2 фирмы «Техникой» и др. (см. Автоанализаторы).

Методы определения фосфолипидов основаны на экстрагировании или осаждении фосфолипидов из плазмы (сыворотки) крови, минерализации фосфолипидного фосфора, проведении цветной реакции на фосфор и колориметрическом измерении интенсивности окраски (см. Блура метод).

Для определения неэтерифицированных жирных к-т используют титриметрические и колориметрические методы. Из последних наиболее часто применяют методы, основанные на том, что жирные к-ты образуют с медью соли, которые в свою очередь образуют цветные комплексы с диэтил дитиокарбаматом натрия и другими соединениями.

Для разделения Л. используют методы тонкослойной хроматографии, часто с последующим анализом жирных к-т с помощью газожидкостной хроматографии (см. Хроматография).

Значение липидов в клетке. Строение и функции липидов

Липиды не имеют единой химической характеристики. В большинстве пособий, давая определение липидам , говорят, что это сборная группа нерастворимых в воде органических соединений, которые можно извлечь из клетки органическими растворителями — эфиром, хлороформом и бензолом. Липиды можно условно разделить на простые и сложные.

Простые липиды в большинстве представлены сложными эфирами высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина — триглицеридами. Жирные кислоты имеют: 1) одинаковую для всех кислот группировку — карбоксильную группу (–СООН) и 2) радикал, которым они отличаются друг от друга. Радикал представляет собой цепочку из различного количества (от 14 до 22) группировок –СН₂–. Иногда радикал жирной кислоты содержит одну или несколько двойных связей (–СН=СН–), такую жирную кислоту называют ненасыщенной . Если жирная кислота не имеет двойных связей, ее называют насыщенной . При образовании триглицерида каждая из трех гидроксильных групп глицерина вступает в реакцию конденсации с жирной кислотой с образованием трех сложноэфирных связей.

Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты , то при 20°С они — твердые; их называют жирами , они характерны для животных клеток. Если в триглицеридах преобладают ненасыщенные жирные кислоты , то при 20 °С они — жидкие; их называют маслами , они характерны для растительных клеток.

1 — триглицерид; 2 — сложноэфирная связь; 3 — ненасыщенная жирная кислота;4 — гидрофильная головка; 5 — гидрофобный хвост.

Плотность триглицеридов ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают, находятся на ее поверхности.

К простым липидам также относят воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов (обычно с четным числом атомов углерода).

Сложные липиды . К ним относят фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины и др.

Фосфолипиды — триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещен на остаток фосфорной кислоты. Принимают участие в формировании клеточных мембран.

Гликолипиды — см. выше.

Липопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения липидов и белков.

Липоиды — жироподобные вещества. К ним относятся каротиноиды (фотосинтетические пигменты), стероидные гормоны (половые гормоны, минералокортикоиды, глюкокортикоиды), гиббереллины (ростовые вещества растений), жирорастворимые витамины (А, D, Е, К), холестерин, камфора и т.д.

Основные свойства

Специалисты выделяют физические и химические свойства жиров. Липиды представляют собой легкие вещества, агрегатное состояние которых может быть жидким или твердым — зависит от температуры. При нагревании даже твердые виды триглицеридов становятся жидкими. Время превращения зависит от состава и хранения.

Поскольку молекулы не растворяются в воде, ученые сделали вывод, что они имеют меньшую плотность. Однако в эфире, бензоле и других органических веществах липиды растворить вполне возможно. Частично растворение происходит под воздействием этанола.

Среди химических свойств липидов выделяют гидролиз, который осуществляется путем воздействия щелочей и минеральных кислот во время нагревания. Стоит отметить, что высокая температура для этого процесса не требуется. В организме человека он происходит благодаря воздействию ферментов. В результате гидролиза происходит распад молекулы жира на глицерин и карбоновые кислоты.

Если расщепление проводится искусственным способом, с помощью щелочей и других веществ, процесс носит название омыление. Еще одним химическим свойством жиров является гидрирование. Реакция представляет собой присоединение молекулы водорода к остаткам ненасыщенных карбоновых кислот, содержащихся в растительных маслах. В результате жидкие липиды становятся твёрдыми. Такой продукт называется саломасом (комбинированный жир).

Подробная информация о функциях жиров в организме человека

Биологическая функция жиров очень обширная, и благодаря тому, что физиология, медицина наряду с химиками интенсивно развиваются параллельно с усовершенствованием новых приборов, появляется возможность проводить более точные исследования и узнавать о предназначении жиров, а также липидов и других веществ.

Жиры выполняют важнейшие функции в организме

Функции:

Энергетическая. Общая формула жиров по преобразованию их в компоненты, которые приносят пользу такова — при окислительном расщеплении 1 г жира происходит образование 9 ккал энергии, это выше, чем у преобразования белков и углеводов.
Регуляторная. При осуществлении обменной реакции, 1 г жира может синтезироваться в 10 г внутренней воды, называющейся эндогенная. Вода, которая поступает с продуктами — это внешняя или экзогенная. Стоит заметить, что вода является достаточно интересным веществом, которое может объединяться в ассоциаты. Именно по этому фактору и происходит отличие характеристик воды, которая прошла процесс очистки, кипячения или таяния. Аналогичным образом есть отличие в качестве воды, которая синтезируется в организме и поступает извне. Эндогенные воды в обязательном порядке подлежат синтезированию.
Структурно-пластическая

Жирные кислоты являются своего рода строительным материалом, так как сами эти вещества, особенно в совокупности с белками и углеводами, имеют свойство создавать и восстанавливать ткани тела, что особенно важно для формирования клеточных оболочек, основа которых, это липопротеиды (структурированные липидные и белковые смеси). Именно за счет нормального состояния липидного слоя и клеточной мембраны происходит так всем необходимый полноценный обмен веществ и энергии

Именно таким образом происходит интеграция структурно-пластической функции с транспортной.
Жировая прослойка, находящаяся под кожным покровом человека, не менее важна, так как она отвечает за сохраняющую тепло функцию, предотвращая переохлаждение организма. В качестве примера можно привести детей, которые купаются в прохладном море. Если у них отмечается недостаток подкожного жира, они замерзнут намного быстрее взрослого человека. Дети, у которых оптимальная жировая прослойка, могут пробыть в прохладной воде намного дольше. Особенность основного подкожного жира заключается в том, что он может в некоторой степени предотвратить ушибы от механического воздействия. Учеными было доказано, что естественный слой жира в нормальном количестве должен присутствовать практически на всех органах.
Обеспечивающая. Натуральные жиры — это смесь веществ, которые обладают дополнительными биологическими активными компонентами. Их суть заключается в том, чтобы обеспечить организм витаминами, соединениями витаминоподобных микроэлементов, а также стеринами и сложными липидами.
Гигиеничность. За счет наличия тонкого слоя жира на кожном покрове, он остается упругим, эластичным и предотвращается образование растрескиваний, шелушений и других дефектов. Кожа, на которой отсутствуют микротрещины, защищена от проникновения в нее микробов. Однако повышенная жирность кожи свидетельствует о нарушениях в обмене веществ, с чем стоит обратиться к доктору.

Нейтральные липиды

Нейтральные липиды представляют собой сложные эфиры высших жирных кислот и спиртов (высших одноатомных, глицерина, холестерина и др). Наиболее важными из них являются триацилглицериды и воски.

Триацилглицериды

Триацилглицериды – это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.

Общая формула:

Простые триацилглицериды содержат остатки одинаковых, смешанные – разных жирных кислот. Названия триацилглицеридов строятся на основе названий ацильных остатков, входящих в их состав жирных кислот.

Смешанные триацилглицериды могут содержать хиральный атом углерода в положении 2 и иметь энантиомеры, например:

Для их обозначения используется стереоспецифическая нумерация (sn). Если в проекции Фишера группа ОН (или ее производное) при С₂находятся слева, то атому С над ней присваивается номер 1, а под ней – номер 3 и наоборот, например:

Триацилглицериды – малополярные, не растворимые в воде вещества, так как их молекулы не содержат сильнополярных или заряженных групп. Триацилглицериды, содержащие преимущественно остатки ненасыщенных кислот, при обычных условиях являются жидкостями, насыщенных кислот – твердыми веществами. Они входят в состав животных жиров и растительных масел, которые представляют собой смеси триацилглицеридов. Животные жиры содержат в основном триацилглицериды с остатками насыщенных кислот и поэтому имеют твердую консистенцию. Растительные масла включают в основном остатки ненасыщенных кислот и являются жидкостями. Основная биологическая функция триацилглицеридов – запасные вещества животных и растений.

Химические свойства триацилглицеридов определяются наличием сложноэфирной связи и ненасыщенностью. Как сложные эфиры триацилглицериды гидролизуются под действием кислот и щелочей, а также вступают в реакцию переэтерификации.

При щелочном гидролизе (омылении) жиров образуются соли жирных кислот (мыла). Их молекулы дифильны (содержат полярную “голову” и неполярный “хвост”), что обуславливает их повехностно-активные свойства и моющее действие.

По реакции переэтерификации получают смеси сложных эфиров жирных кислот, которые в отличие от самих кислот легко летучи и могут быть разделены путем перегонки или газожидкостной хроматографии. Далее путем гидролиза их превращают в индивидуальные карбоновые кислоты или используют в виде эфиров, например, в качестве лекарственных препаратов, восполняющих недостаток незаменимых жирных кислот в организме (лекарственный препарат линетол ).

Триацилглицериды, содержащие остатки ненасыщенных жирных кислот, вступают в реакции присоединения по двойной связи.

Реакция присоединения галогенов используется для определения содержания остатков ненасыщенных кислот в жирах. Количественной характеристикой степени ненасыщенности жиров служит иодное число – количество иода (в г), которое могут поглотить 100 г жира. У животных жиров иодное число меньше 70, у растительных масел больше 70.

Важным промышленным процессом является гидрогенизация жиров – каталитическое гидрирование растительных масел, в результате которого водород насыщает двойные связи, и жидкие масла превращаются в твердые жиры (маргарин). В процессе гидрогенизации происходит также изомеризация – перемещение двойных связей (при этом из полиненасыщенных кислот образуются кислоты с реакционноспособными, в том числе и в реакциях окисления, сопряженными двойными связями) и изменение их стереохимической конфигурации ( цис в транс ), а также частичное расщепление сложноэфирных связей. Существует мнение, что при этом образуются вещества небезопасные для организма. Наибольшей пищевой ценностью обладают растительные масла, которые наряду с незаменимыми жирными кислотами содержат необходимые для организма фосфолипиды, витамины, полезные фитостерины (предшественники витамина D) и практически не содержат холестерин.

Воски

Воски – это сложные эфиры жирных кислот и высших одноатомных спиртов (С12– С46). Воски входят в состав защитного покрытия листьев растений и кожи человека и животных

Они придают поверхности характерный блеск и водоотталкивающие свойства, что важно для сохранения воды внутри организма и создания барьера между организмом и окружающей средой