Липиды

СН3(СН2)nСООН.

2. Ненасыщенные кислоты (обычно это С18 - С20 - кислоты) могут содержать одну или несколько двойных связей;

3. Все двойные связи  в ненасыщенных жирных кислотах  имеют цис-конфигурацию;

4. Ближайшая к карбоксильной  группе двойная связь обычно  расположена между 9-м и 10-м атомами углерода;

5. Если двойных связей  несколько, они отделены друг  от друга метиленовой группой. Все они могут быть представлены общей формулой:

СН3(СН2)m(СН=СНСН2)n(СН2)kСООН

Молекулярные модели поясняют различие в температурах плавления: насыщенные цепи способны принимать зигзагообразную линейную конфигурацию, что способствует упорядоченной (параллельной) укладке длинноцепочечных радикалов кислот. При обычной температуре - это твердый жир.

Наличие двойной связи с цис-конфигурацией, приводит к существенному изгибу углеродной цепи, вследствие чего нарушается упорядоченная укладка кислотных остатков.

Это обстоятельство приводит к снижению температуры плавления триацилглицеринов с остатками ненасыщенных кислот (транс-конфигурация двойных связей не нарушает упорядоченной укладки кислотных остатков).

Таким образом, по консистенции жира можно ориентировочно судить о жирнокислотном составе триацилглицеринов и наоборот.

В жирах животного происхождения из насыщенных кислот преобладают стеариновая и пальмитиновая кислоты. В липидах растений содержится заметное количество полиненасыщенных жирных кислот. Полиненасыщенными кислотами богаты жиры рыб, например, жир печени трески. Причина этого заключается в давлении естественного отбора: триацилглицерины, входящие в состав жира рыб, настолько плохо кристаллизуются, что остаются жидкими даже в типичном для рыб холодном окружении.

2. Сложные липиды

Сложные липиды при гидролизе дают более разнообразные соединения: спирт, карбоновые кислоты, фосфорную кислоту, аминокислоту и прочие.

Сложные липиды делят на три большие группы:

фосфолипиды;

сфинголипиды;

гликолипиды.

Фосфолипиды. Общим признаком всех фосфолипидов является наличие в их составе фосфорной кислоты. Фосфолипиды являются главными компонентами биологических мембран. Фосфолипиды широко распространены в растительных и животных тканях. Значительные количества фосфолипидов содержатся в сердце и печени животных, в семенах растений (соевые бобы), в яйцах птиц. Особенно высоко содержание их в нервной ткани человека и позвоночных животных.

В зависимости от спиртового компонента они делятся на глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды.

Глицерофосфолипиды. Общим структурным фрагментом всех глицерофосфолипидов является фосфатидовая кислота (1,2-диацил-3-фосфоглицерин).

Фосфатидовая кислота присутствует в тканях в незначительных количествах, ее асимметрический атом С2 имеет L-конфигурацию. Фосфатидовая кислота найдена во многих природных источниках - тканях животных, растениях и микроорганизмах.

Хотя ее содержание, как правило, невелико (1-5% от общего количества фосфолипидов), она играет существенную роль как предшественник биосинтеза других фосфолипидов.

Производные фосфатидовой кислоты (фосфатиды) Свободный гидроксил остатка фосфорной кислоты в фосфатидовой кислоте может быть этерифицирован разнообразными соединениями. Как правило, в природных фосфатидах в положении 1 глицериновой цепи находится остаток насыщенной, а в положении 2 - ненасыщенной кислот. Одна из гидроксильных групп фосфорной кислоты этерифицирована многоатомным спиртом, аминоспиртом или аминокислотой. Примерами фосфатидов могут служить соединения, в составе которых фосфатидовые кислоты этерифицированы по фосфатной группе следующими соединениями фосфатидилсерины, этерифицирующий агент - аминокислота серин;

фосфтидилэтаноламины, этерифицирующий агент - 2-аминоэтанол (коламин, этаноламин);

фосфатидилхолины, этерифицирующий агент - холин.

Эти этерифицирующие агенты могут взаимно превращаться в процессе метаболизма.

Благодаря присутствию основных и кислотных групп фосфолипиды при рН~7 существуют в виде цвиттер-ионов.

Фосфоинозитиды являются важной группой глицерофосфолипидов:

a) фосфтидилинозит,

b) фосфатидилинозитфосфат

c) фосфатидилинозитдифосфат.

Фосфоинозитиды присутствуют почти во всех животных тканях (5-10% липидного фосфора), особенно высоко их содержание в мембранах нервных клеток.

Плазмалогены - это липиды с простой эфирной связью. Они являются менее распространенными, по сравнению со сложными глицерофосфолипидами. Плазмалогены содержат остаток винилового спирта, связанный простой эфирной связью с С-1 L-глицеро-3-фосфата.

Сфинголипиды - структурные аналоги глицеридов, в которых вместо глицерина используется сфингозин - длинноцепочечный двухатомный аминоспирт. Примером сфинголипидов служат церамиды - N-ацильные производные сфингозина, аминогруппа в которых ацилирована жирной кислотой. Важную группу сфинголипидов составляют сфингомиелины.

В сфингомиелинах гидрокси-группа у С-1 церамида ацилирована фосфохолиновой группировкой (сфингомиелины могут быть также отнесены и к фосфолипидам).

Сфингомиелины являются наиболее распространенными сфинголипидами, находятся в мембранах животных, особенно богата ими нервная ткань, они обнаружены также в тканях почек, печени, входят в состав липидов крови.

Гликолипиды представляют собой производные сфингозинсодержащих липидов, они содержат углеводные остатки и не содержат фосфорной кислоты и азотсодержащих оснований.

Типичные производные гликолипидов - цереброзиды и ганглиозиды.

Цереброзиды - производные церамидов, в которых остаток церамида связан с D-галактозой или D-глюкозой в-гликозидной связью. Цереброзиды входят в состав оболочек нервных клеток.

Ганглиозиды - богатые углеводами сложные липиды, были обнаружены в сером веществе головного мозга. В структурном отношении ганглиозиды сходны с цереброзидами, отличаясь лишь тем, что вместо моносахарида они содержат сложный олигосахарид, в состав которого входит по крайней мере один остаток N-ацетилнейраминовой кислоты.

Амфипатические свойства фосфолипидов. Характерной особенностью сложных липидов является их амфипатические свойства, обусловленные наличием как неполярных гидрофобных, так и высокополярных ионизированных гидрофильных группировок. В фосфатидилхолинах, например, углеводородные радикалы жирных кислот образуют два неполярных гидрофобных «хвоста», а карбоксильная, фосфатная и холиновая группы - полярную гидрофильную «головку».

Молекулы фосфолипидов в контакте с водой стремятся расположиться так, чтобы углеводородные цепи находились в контакте только с другими аналогичными цепями во внутренней полости, а полярные группы липидов располагаются на внешней поверхности. Таким путём образуется двойной слой толщиной в две молекулы.

Двойные слои составляют основу клеточной мембраны. В составе биомембран, ограничивающих живые клетки и их внутренние органеллы, липидные компоненты обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны, ее непроницаемость для ионов и полярных молекул и проницаемость для неполярных веществ. Таким образом, мембраны сохраняют концентрационные различия между различными частями клетки или между клеткой и её водным окружением.

Тонкие различия в физических свойствах клеточных мембран контролируются степенью ненасыщенности цепей жирных кислот в молекулах фосфолипидов. Известно, что глицериды, содержащие цис-двойные связи, плавятся при более низких температурах, чем насыщенные глицериды. Поэтому мембраны, состоящие из ненасыщенных фосфолипидов, являются более мягкими и позволяют молекулам проходить через них быстрее, чем через аналогичные мембраны, построенные из сложных эфиров насыщенных жирных кислот. Отмечалось также, что клетки, которые живут и размножаются при относительно низких температурах, имеют больше ненасыщенных жирных кислот в своих мембранах, чем клетки, живущие при более высоких температурах.

Чтобы полярные питательные вещества и ионы могли пройти через внутреннюю часть этих липидных мембран, необходимо изменить их полярность. В мембранах имеются молекулы белков, которые окружают эти нерастворимые в углеводородах питательные вещества и ионы за счёт своей сильно полярной внутренней части и проводят их через мембрану. При соответствующей энергии проведения и благодаря разной способности белков образовывать комплексы и окружать ионы и молекулы, можно создать очень большие различия концентраций между внутренней частью клетки и окружающей её средой. Такая модель устройства биомембраны получила название жидкостно-мозаичной,

 

Строение

Молекулы простых липидов состоят из спирта, жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот, возможны остатки фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и др. Строение липидов зависит в первую очередь от пути их биосинтеза.

Биологические функции

Энергетическая (резервная) функция

Многие жиры, в первую очередь триглицериды, используются организмом как источник энергии. При полном окислении 1 г жира выделяется около 9 ккал энергии, примерно вдвое больше, чем при окислении 1 г углеводов (4.1 ккал). Жировые отложения используются в качестве запасных источников питательных веществ, прежде всего животными, которые вынуждены носить свои запасы на себе. Растения чаще запасают углеводы, однако в семенах многих растений высоко содержание жиров (растительные масла добывают из семян подсолнечника, кукурузы, рапса, льна и других масличных растений).

Почти все живые организмы запасают энергию в форме жиров. Существуют две основные причины, по которым именно эти вещества лучше всего подходят для выполнения такой функции. Во-первых, жиры содержат остатки жирных кислот, уровень окисления которых очень низкий (почти такой же как у углеводородов нефти). Поэтому полное окисление жиров до воды и углекислого газа позволяет получить более чем в два раза больше энергии, чем окисление той же массы углеводов. Во-вторых, жиры гидрофобные соединения, поэтому организм запасая энергию в такой форме, не должен нести дополнительной массы воды необходимой для гидратации, как в случае с полисахаридами, на 1 г которых приходится 2 г воды. Однако триглицериды это «более медленный» источник энергии, чем углеводы.

Жиры запасаются в форме капель в цитоплазме клетки. У позвоночных имеются специализированные клетки — адипоциты, почти полностью заполненные большой каплей жира. Также богатым на триглицериды являются семена многих растений. Мобилизация жиров в адипоцитах и клетках прорастающих семян, происходит благодаря ферментам липазы, которые расщепляют их до глицерола и жирных кислот.

У людей наибольшее количество жировой ткани находится под кожей (так называемая подкожная клетчатка), особенно в районе живота и молочных желез. Лицу с лёгким ожирением (15-20 кг триглицеридов) таких запасов может хватить для обеспечения энергией в течение месяца, в то время как всего запасного гликогена хватит менее чем на сутки.

 

 

Функция теплоизоляции

Жир — хороший теплоизолятор, поэтому у многих теплокровных животных он откладывается в подкожной жировой ткани, уменьшая потери тепла. Особенно толстый подкожный жировой слой характерен для водных млекопитающих (китов, моржей и др.). Но в то же время у животных, обитающих в условиях жаркого климата (верблюды, тушканчики) жировые запасы откладываются на изолированных участках тела (в горбах у верблюда, в хвосте у жирнохвостых тушканчиков), в качестве резервных запасов воды, так как вода — один из продуктов окисления жиров.

Структурная функция

Самоорганизация фосфолипидов: сферические липосомы, мицеллы и Липидный бислой

 

Фосфолипиды составляют основу биослоя клеточных мембран, холестерин — регулятор текучести мембран. У архей в состав мембран входят производные изопреноидных углеводородов. Воски образуют кутикулу на поверхности надземных органов (листьев и молодых побегов) растений. Их также производят многие насекомые (так, пчёлы строят из них соты, а червецы и щитовки образуют защитные чехлы).

Все живые клетки окружены плазматическими мембранами, основным структурным элементом которых является двойной слой липидов (липидный бислой). В 1 мкм² биологической мембраны содержится около миллиона молекул липидов. Все липиды, входящие в состав мембран, имеют амфифильные свойства: они состоят из гидрофильной и гидрофобной частей. В водной среде такие молекулы спонтанно образуют мицеллы и бислои в результате гидрофобных взаимодействий, в таких структурах полярные головы молекул обращены наружу к водной фазе, а неполярные хвосты — внутрь, такое же размещение липидов характерно для естественных мембран. Наличие гидрофобного слоя очень важно для выполнения мембранами их функций, поскольку он непроницаем для ионов и полярных соединений.

Основными структурными липидами, которые входят в состав мембран животных клеток, являются глицерофосфолипиды, в основном фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин, а также холестерол, что увеличивает их непроницаемость. Отдельные ткани могут быть выборочно обогащены другими классами мембранных липидов, например нервная ткань содержит большое количество сфингофосфолипидов, в частности сфингомиелина, а также сфингогликолипидов. В мембранах растительных клеток холестерол отсутствует, однако встречается другой стероид — эргостерол. Мембраны тилакоидов содержат большое количество галактолипидов, а также сульфолипиды.

Регуляторная

• Витамины — липиды (A, D, E, K)

• Гормональная (стероиды, эйкозаноиды, простагландины и прочие.)

• Кофакторы (долихол)

• Сигнальные молекулы (диглицериды, жасмоновая кислота; МP3-каскад)

Некоторые липиды играют активную роль в регулировании жизнедеятельности отдельных клеток и организма в целом. В частности, к липидам относятся стероидные гормоны, секретируемые половыми железами и корой надпочечников. Эти вещества переносятся кровью по всему организму и влияют на его функционирование.