Липиды (от греч. lipos – жир) – это гетерогенная группа органических веществ, нерастворимых в воде, но растворимых в аполярных органических растворителях (хлороформ, бензол, эфир, ацетон, этанол и др.).
1. Биологические функции липидов
1.Структурная. Участвуют в структурно-функциональной организации мембраннных систем клетки.
2.В качестве структурных компонентов клетки участвуют в передаче нервного импульса (в нервной ткани содержится 20–25 % фосфолипидов).
3.Энергетическая. Липиды являются резервом энергетического топлива. Так, например, триацилглицериды (ТАГ) при расщеплении 1 г дают 38,9 кДж энергии (это в 2,5 раза больше, чем при сгорании такого же количества углеводов или белков).
4.Липиды так же, как белки и углеводы, являются источником эндогенной воды. При окислении 100 г жира образуется 107,1 г воды, углеводов – 55,5 г, белков – 41,3 г.
5.Защитная. Жировая ткань защищает внутренние органы от травм. Кожный жир смазывает покровы, предохраняет их от высыхания и растрескивания. Жиры участвуют в образовании липидных компонентов кожи позвоночных, восковой пленки на поверхности листьев и плодов, предохраняющей их от потери воды, в образовании клеточных стенок бактерий и кутикулы насекомых.
6.Терморегуляторная. Жиры участвуют в процессах терморегуляции, защищая внутренние органы от охлаждения.
7.Транспортная. Транспортируют жирорастворимые компоненты в процессе всасывания.
2. Классификация липидов
До настоящего времени единой строго научной классификации нет, что объясняется многообразием структурных компонентов, входящих в их состав. Существует несколько классификаций.
В соответствии со структурной классификацией липиды подразделяют на однокомпонентные (липидные мономеры) и многокомпонентные. В свою очередь многокомпонентные липиды подразделяются на простые и сложные (липоиды).
К липидным мономерам относятся высшие углеводороды, высшие алифатические спирты, альдегиды, кетоны, изопреноиды и их производные, высшие аминоспирты (сфингозины), жирные кислоты, высшие полиолы.
Простые многокомпонентные липиды – это эфиры высокомолекулярных алкоголей и жирных кислот. К ним относятся ацилглицериды (жиры), воски, стериды.
Сложные липиды (липоиды) являются сложными эфирами, содержащими также азотистые основания и радикалы фосфорной кислоты. К ним относятся фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды.
По степени полярности липиды подразделяются на нейтральные (неполярные) и полярные. Нейтральные липиды – это нейтральные жиры.
По отношению к щелочам выделяют омыляемые и неомыляемые липиды. Омыляемая фракция липидов подвергается щелочному гидролизу. Неомыляемые липиды – соединения, не подвергающиеся щелочному гидролизу (липидные мономеры, стерины, простые эфиры, жирорастворимые витамины).
По расположению в тканях и функциям липиды подразделяются на структурные (плазматические) и запасные (депозитные). Структурные липиды входят в состав клеточных мембран и протоплазмы. К ним относятся фосфо-, глико- и сульфолипиды. Депозитные липиды являются лабильной составной частью тканей, их содержание находится в прямой зависимости от упитанности организма (жиры).
Ряд авторов подразделяет липиды на три основные группы: нейтральные липиды, фосфолипиды и сфинголипиды.
Незаменимые (эссенциальные) жирные кислоты
Линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организме человека, арахидоновая – синтезируется из линолевой с помощью витамина В6.
Воски
Воски – это сложные эфиры высших одноосновных жирных кислот () и первичных одноатомных высокомолекулярных спиртов (). Химически малоактивны, устойчивы к действию бактерий. Ферменты их не расщепляют.
Общая формула воска:
R1–O–CO–R2,
где R1O- – остаток высокомолекулярного одноатомного первичного спирта; R2CO – остаток жирной кислоты, преимущественно с четным числом атомов С.
Воски широко распространены в природе. Воски образуют защитное покрытие на листьях, стеблях, плодах, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Воски образуют защитную смазку на коже, шерсти, перьях, содержатся в наружном скелете насекомых. Они являются важным компонентом воскового налета виноградной ягоды – прюина. В оболочках семян сои содержание воска 0,01 % от массы оболочки, в оболочках семян подсолнечника – 0,2 %, в оболочке риса – 0,05 %.
Характерным примером воска является пчелиный воск, содержащий спирты с 24–30 атомами С (мирициловый спирт C30H61OH), кислоты CH3(CH2)nCOOH, где n = 22–32, и пальмитиновую кислоту (C30H61 – O–СO–C15H31).
Спермацет
Примером животного воска является воск спермацет. Сырой (технический) спермацет получают из головной спермацетовой подушки кашалотов (или других зубатых китов). Сырой спермацет состоит из белых чешуйчатых кристаллов спермацета и спермацетового масла (спермоля).
Чистый спермацет представляет собой эфир цетилового спирта (C16H33OH) и пальмитиновой кислоты (С15Н31СО2Н). Формула чистого спермацета С15Н31СО2C16H33.
Спермацет применяется в медицине как компонент мазей, обладающих заживляющим действием.
Спермоль – жидкий воск, светло-желтая маслянистая жидкость, смесь жидких эфиров, содержащих олеиновую кислоту C17H33СООН и олеиновый спирт C18H35. Формула спермоля C17H33СО–О–C18H35. Температура плавления жидкого спермацета 42…47 0С, спермацетового масла – 5…6 0С. Спермацетовое масло содержит больше ненасыщенных жирных кислот (иодное число 50–92), чем спермацет (иодное число 3–10).
Стерины и стериды
Стерины (стеролы) – это высокомолекулярные полициклические спирты, неомыляемая фракция липидов. Представителями являются: холестерин или холестерол, оксихолестерин или оксихолестерол, дегидрохолестерин или дегидрохолестерол, 7-дегидрохолестерин или 7-дегидрохолестерол, эргостерин или эргостерол.
В основе строения стеринов лежит кольцо циклопентанпергидрофенантрена, содержащее полностью гидрированный фенантрен (три циклогексановых кольца) и циклопентан.
Стериды – сложные эфиры стеринов – являются омыляемой фракцией.
Стероиды – это биологически активные вещества, основой строения которых являются стерины.
В ХУП веке из желчных камней был впервые выделен холестерин (от греч. сhole – желчь).
Он содержится в нервной ткани, мозге, печени, является предшественником биологически активных соединений стероидов (например: желчных кислот, стероидных гормонов, витаминов группы D) и биоизолятором, защищающим структуры нервных клеток от электрического заряда нервных импульсов. Холестерин в организме находится в свободной (90 %) форме и в виде эфиров. Имеет эндо- и экзогенную природу. Эндогенный холестерин синтезируется в организме человека (70–80 % холестерина синтезируется в печени и других тканях). Экзогенный холестерин – это холестерин, поступающий с пищей.
Избыток холестерина вызывает появление атеросклеротических бляшек на стенках артерий (атеросклероз). Нормальный уровень
200 мг холестерина на 100 мл крови. При повышении уровня холестерина в крови возникает опасность заболевания атеросклерозом.
Суточное потребление холестерина с пищей не должно превышать 0,5 г.
Большее количество холестерина содержится в яйцах, сливочном масле, субпродуктах. У рыб высокое содержание холестерина обнаружено в икре (290–2200 мг/100 г) и молоках (250–320 мг/100 г).
Жиры (ТАГ, триацилглицериды)
Жиры представляют собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот, являются омыляемой фракцией.
В зависимости от состава жирных кислот ТАГ бывают простыми (имеют одинаковые остатки жирных кислот) и смешанными (имеют разные остатки жирных кислот). Природные жиры и масла содержат в основном смешанные ТАГ.
Жиры подразделяются на твердые и жидкие. Твердые жиры содержат насыщенные карбоновые кислоты, к ним относятся животные жиры. Жидкие жиры содержат ненасыщенные кислоты, к ним относятся растительные масла, рыбий жир.
Для жиров рыб характерны полиеновые жирные кислоты, имеющие линейную цепь и содержащие 4–6 двойных связей.
Высокая биологическая ценность рыбьего жира определяется тем, что рыбий жир содержит:
- биологически активные полиеновые жирные кислоты (докозагексаеновая, эйкозапентаеновая). Полиеновые кислоты уменьшают риск возникновения тромбоза, атеросклероза;
- витамин А;
- витамин Д;
- витамин Е;
- микроэлемент селен.
Жиры рыб подразделяются на низковитаминные и высоковитаминные. В низковитаминных рыбьих жирах содержание витамина А меньше 2000 МЕ в 1 г., в высоковитаминных – превышает 2000 МЕ в 1 г. Кроме того, промышленным способом вырабатывают концентраты витамина А – жиры, в которых содержание витамина А > 104 МЕ
в 1 г.
Показатели качества жиров
Для оценки качества жиров используются следующие физико-химические константы.
1.Кислотное число.
Характерным свойством жиров является их способность к гидролизу. Продуктами гидролиза являются свободные жирные кислоты, глицерин, моноацилглицериды и диацилглицериды.
Ферментативный гидролиз жиров протекает с участием липазы. Это обратимый процесс. Для оценки степени гидролиза и количества свободных жирных кислот определяют кислотное число.
Кислотное число – это количество миллиграммов КОН, идущее на нейтрализацию всех свободных жирных кислот, которые содержатся в 1 г жира. Чем больше кислотное число, тем выше содержание свободных жирных кислот, тем интенсивнее идет процесс гидролиза. Кислотное число возрастает при хранении жира, т. е. является показателем гидролитической порчи.
Кислотное число медицинского жира должно быть не более 2,2, витаминизированного жира, предназначенного для ветеринарных целей, – не более 3, пищевого жира – 2,5.
- Пероксидное число
Пероксидное число характеризует процесс окислительной порчи жиров, в результате которой образуются пероксиды.
Пероксидное число определяется количеством граммов иода, выделенным из иодида калия в присутствии ледяной уксусной кислоты, выделяя из него I2; образование свободного йода фиксируется с помощью крахмального клейстера:
ROOH + 2KI + H2O = 2KOH + I2 + ROH.
Для повышения чувствительности исследования определение пероксидного числа проводят в кислой среде, действуя на пероксиды не иодистым калием, а иодистоводородной кислотой, образующейся из иодида калия при воздействии кислоты:
KI + CH3COOH = HI + CH3COOK
ROOH + 2HI = I2 + H2O + ROH
Выделившийся иод немедленно оттитровывают раствором тиосульфата натрия.
3.Водородное число
Водородное число, так же, как и иодное, является показателем степени ненасыщенности жирных кислот.
Водородное число – количество миллиграммов водорода, необходимое для насыщения 100 г исследуемого жира.
1.Число омыления
Число омыления – это количество миллиграммов КОН, необходимое для нейтрализации всех свободных и связанных кислот, содержащихся в 1 г жира
Число омыления характеризует природу жира: чем меньше молярная масса ТАГ, тем больше число омыления. Число омыления характеризует среднюю молекулярную массу глицеридов и зависит от молекулярной массы жирных кислот.
Число омыления и кислотное число характеризуют степень гидролитической порчи жира. На величину числа омыления влияет содержание неомыляемых липидов.
1.Альдегидное число
Альдегидное число характеризует окислительную порчу жиров, содержание альдегидов в жире. Альдегидное число определяется фотоколориметрическим методом, основанном на взаимодействии карбонильных соединений с бензидином; определение оптической плотности проводится при длине волны 360 нм. Для построения калибровочной кривой используется коричный альдегид (b-фенилакролеин C6H5CH=CHCHO). Альдегидное число выражается в миллиграммах коричного альдегида на 100 г жира. Альдегидное число – показатель качества вяленой рыбы, а также второго этапа окислительной порчи жиров.
2.Эфирное число
Эфирное число – это количество милиграммов КОН, необходимое для нейтрализации освобождающихся при омылении эфирных связей жирных кислот (связанных жирных кислот) в 1 г жира. Эфирное число определяют по разности числа омыления и кислотного числа. Эфирное число характеризует природу жира.
Сложные липиды (липоиды)
К сложным липидам относятся фосфолипиды, гликолипиды и липопротеиды.
Фосфолипиды – это липиды, молекулы которых состоят из остатков спиртов (глицерина, сфингозина), карбоновых кислот, фосфорной кислоты, азотистых оснований и остатков аминокислот. В молекуле фосфолипидов имеются заместители двух типов: гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильными (полярными) группировками являются остатки фосфорной кислоты и азотистого основания, гидрофобными (неполярными) – углеводородные радикалы. Фосфолипиды – это основной компонент клеточных мембран. Содержатся в нервной ткани, мозге, необходимы для нормального функционирования центральной нервной системы. Фосфолипиды являются обязательной составной частью растений.
Фосфатидные кислоты – ключевые промежуточные соединения при биосинтезе всех классов фосфолипидов в организме.
Фосфолипиды подразделяются на глицерофосфатиды (фосфоглицериды) и сфингофосфатиды.
Фосфоглицериды – это фосфолипиды, молекулы которых включают спирт глицерин.
Представителями глицерофосфатидов являются кефалин и лецитин.
Самый распространенный компонент большинства мембран животных клеток (мозг, надпочечники, эритроциты).
Сфинголипиды – сложные эфиры алифатического аминоспирта сфигозина.
Сфингомиелины – фосфорсодержащие сфинголипиды – содержатся в мозге, нервной ткани.
Фосфоплазмалогены – фосфорсодержащие плазмалогены, которые входят в состав мембран клеток головного и спинного мозга, сердечной мышцы. Так, фосфолипиды составляют 25–30 % сухой массы мозга, из которых на долю плазмалогенов приходится 50–90 %. Плазмалогены присутствуют в различных видах простейших, морских и сухопутных беспозвоночных, рыбах, микроорганизмах, растениях.
Гликолипиды – это комплексы липидов с углеводами (углеводы – гексозамины и сиаловые кислоты). Гликолипиды подразделяются на цереброзиды и ганглиозиды. Они широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в ткани мозга, они локализованы на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности. Главной формой гликолипидов в животных тканях являются гликосфинголипиды, которые содержат церамид. Простейшими соединениями этой группы является галактозилцерамид и глюкозилцерамид. Галактозилцерамид – это главный гликосфинголипид мозга и других нервных тканей. В его состав входят С24-жирные кислоты. Ганглеозиды – это более сложные гликосфинголипиды, образующиеся из глюкозилцерамида и содержащие одну или несколько молекул сиаловой кислоты. В тканях человека доминирующей сиаловой кислотой является нейраминовая кислота.
Липопротеиды – это комплексы липидов с белками. По строению это сферические частицы, наружная оболочка которых образована белками, а внутренняя часть – липидами. Функция липопротеидов – транспорт липидов по крови. В зависимости от количества белка и липидов липопротеиды подразделяются на хиломикроны, липопротеиды низкой плотности (ЛПНП) и липопротеиды высокой плотности (ЛПВП).
Хиломикроны – наиболее крупные из липопротеидов – содержат 98–99 % липидов и 1–2 % белка. Образуются в клетках слизистой кишечника, обеспечивают транспорт липидов из кишечника в лимфу, а затем – в кровь.
