I. ЛИПИДЫ - органические вещества, характерные для живых организмов, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях (сероуглероде, хлороформе, эфире, бензоле), дающих при гидролизе высокомолекулярные жирные кислоты. Они не являются в отличие от белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов, не являются высокомолекулярными сединениями, их структура весьма разнообразна, они имеют лишь один общий признак – гидрофобность.
В организме липиды выполняют следующие функции:
1. энергетическая - являются резервными соединениями, основной формой запаса энергии и углерода. При окислении 1 г нейтральных жиров (триацилглицеролов) выделяется около 38 кДж энергии;
2. регуляторная – липидами являются жирорастворимые витамины и производные некоторых жирных кислот, которые участвуют в обмене веществ.
3. структурная - являются главными структурными компонентами клеточных мембран, образуют двойные слои полярных липидов, в которые встраиваются белки-ферменты;
4. защитная функция:
Ø защищает органы от механических повреждений;
Ø участвует в терморегуляции.
Образование запасов жира в организме человека и некоторых животных рассматривается как приспособление к нерегулярному питанию и к обитанию в холодной среде. Особенно большой запас жира у животных, впадающих в длительную спячку (медведи, сурки) и приспособленных к обитанию в условиях холода (моржи, тюлени). У плода жир практически отсутствует, и появляется только перед рождением.
По структуре липиды можно подразделит на три группы:
Ø простые липиды – к ним относятся только эфиры жирных кислот и спиртов. Сюда относятся: жиры, воски и стериды;
Ø сложные липиды – в их состав входят жирные кислоты, спирты и другие компоненты различного химического строения. К ним относятся фосфолипиды, гликолипиды и т.д.;
Ø производные липидов – это в основном жирорастворимые витамины и их предшественники.
В тканях животных жиры находятся в частично свободном состоянии, в большей степени они составляют комплекс с белками.
По химическому составу, строению и функции, выполняемой в живой клетке липиды подразделяются на:
II. Простые липады – соединения, состоящие только из жирных кислот и спиртов. Они делятся на нейтраольные ацилглицериды (жиры) и воска.
Жиры – запасные вещества, накапливаающиеся в очень больших количествах в семеных и плодах многих растений, входят в состав организма человека, животных, микробов и даже вирусов.
По химическому строению жиры – смесь сложных эфиров (глицеринодов) трехатомного спитра глицерина и высокомолекулярных жирных кислот – построены по типу:
СН 2 -О-С-R 1
СН 2 -О-С-R 3
где R 1 , R 2 , R 3 – радикалы высокомолекулярных жирных кислот.
Жирные кислоты представляют собой длинноцепочечные монокарбоновый кислоты (содержат от 12 до 20 углеродных атомов).
Жирные кислоты, входящие в состав жиров, разделяются на насыщенные (не содержат двойных углерод-углеродных связей) и ненасыщенные или непридельные (содержат одну и более двойную углерод-углеродную связь). Ненасыщенные жирные кислоты подразделяются на:
1. мононенасыщенные – содержат одну связь:
2. полиненасыщенные – содержат больше чем одну связь.
Из насыщенных кислот наибольшее значение имеют:
пальмитиновая (СН 3 – (СН 2) 14 – СООН)
стеариновая (СН 3 – (СН 2) 16 – СООН);
наиболее важные из ненасыщенных жирных кислот – олеиновая, линолевая и линоленовая.
СН 3 – (СН 2) 7 – СН = СН– (СН 2) 7 – СООН – олеиновая кислота
СН 3 –(СН 2) 4 –СН= СН – СН 2 – СН = СН – (СН 2) 7 – СООН – линолевая кислота
СН 3 –СН 2 –СН=СН–СН 2 –СН=СН–СН 2 –СН=СН–(СН 2) 7 – СООН – линоленовая
Свойства жиров определяются качественным составом жирных кислот, их количественным соотношением, процентным содержанием свободных, несвязанных с глицерином жирных кислот и т.п.
Если в составе жира преобладают насыщенные (предельные) жирные кислоты, то жир имеет твердую консистенцию. Напротив в жидких жирах преобладают непридельные (ненасыщенные) кислоты. Жидкие жиры называют маслами.
Показателем насыщенности жира служит йодное число – количество миллиграмм йода, способного присоединиться к 100 г жира по месту разрыва двойных связи в молекулах непридельных кислот. Чем больше в молекуле жира двойных связей (выше его ненасыщенность), тем выше его йодное число.
Другой важный показатель – число омыления жира. При гидролизе жира образуются глицерин и жирные кислоты. Последние со щелочами образуют слои, называемые мылами, а процесс их образования называется омыления жиров.
Число омыления – количество КОН (мг), идущего на нейтрализацию кислот, образующихся при гидролизе 1 г жира.
Особенностью жиров является их способность к образованию в определенных условиях водных эмульсий, что важно для питания организма. Примером такой эмульсии служит молоко – секрет молочных желез млекопитающих и человека. Молоко представляет собой тонкую эмульсию жира молока в его плазме. В 1 мм 3 молока содержится до 5-6 млн. молочных жировых шариков диаметром около 3 мкм. Липиды молока состоят преимущественно из триглицеридов, в которых преобладают олеиновая и пальметиновая кислоты.
Полиненасыщенные жирные кис(лоты олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая) называют незаменимыми (эссенциальными), т.к. они необходимы человеку. Полиненасыщенные жирные кислоты способствуют выделению из организма холестерина, предупреждая и ослабляя атеросклероз, повышают эластичность кровеносных сосудов.
Благодаря тому, что в ненасыщенных жирных кислотах есть двойные связи, они очень легко окисляются. Процесс окисления жира может идти сам по себе за счет присоединения кислорода воздуха по месту двойных связей, однако он может значительно ускоряться под влиянием фермента липоксигеназы.
Воски – сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и одноатомных спиртов с длинной углеродной цепью. Это твердые соединения с ярко выраженными гидрофобными свойствами. Жирные кислоты в них содержат от 24 до 30 углеродных атомов, а высокомолекулярные спирты – 16-30 атомов углерода.
R 1 – CH 2 – O – CO – R 2
Основная функция природных восков – образование защитных покрытий на листьях, стеблях и плодах растений, которые предохраняют плоды от высыхания и поражения микроорганизмами. Под покровом из пчелиного воска хранится мед и развиваются личинки пчелы. Ланолин - воск животного происхождения предохраняет волосы и кожу от действия воды
Стериды – сложные эфиры циклических спиртов (стеролов) и высших жирных кислот. Они образуют омыляемую фракцию липидов.
Омыляемую фракцию липидов образуют стеролы.
II. Сложные липиды
Фосфатиды (фосфолипиды ) – жиры, содержащие в своем составе фосфорную кислоту, связанную с азотистым основанием или другим соединением (В ).
СН 2 -О-С-R 1
СН 2 -О- Р = О
Если В представляет собой остаток холина, то фосфатид называется лецитином; если коламином – кофалином. В зерне и семенах преобладает лецитин, кефалин сопровождает его в небольших количествах.
Липиды – органические вещества, которые: 1) плохо растворимы или нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях;2) являются настоящими или потенциальными эфирами жирных кислот; 3)усваиваются и используются живыми организмами.
1. Резервные липиды (жиры жировых депо) – кол-во и состав непостоянны, зависят от режима питания и физического состояния организма.
2. Структурные липиды - их кол-во и состав в организме строго постоянны, генетически обусловлены и в норме не зависят от режима питания, функционального состояния организма.
Классификация липидов по химическому строению:
Омыляемые |
Неомыляемые |
|||||||
Высшие жирные кислоты |
Высшие спирты |
Стероиды |
Полиизопреноидные соединения (терпеноиды, Каротиноиды) |
|||||
Нейтральные жиры (МАГ, ДАГ, ТАГ, диольные липиды) |
Фосфолипиды |
Гликолипиды |
Cульфолипиды |
Стеролы (холестерол) |
Стероидные гормоны |
|||
Глицерофосфолипиды (фосфоацилглицеролы) |
Сфингофоcфатиды |
|||||||
Фосфатидилэтаноламины |
Фосфатидилхолины |
Фосфатидилсери-ны |
Фосфатидилинозитол |
Фосфатидилглицеролы |
Дифосфатидилглицеролы (кардиолипины) |
Плазмалогены |
Цереброзиды |
Ганглиозиды |
Функции простых липидов :
1. Энергетическая функции (основное Энергетическое топливо клетки) . Преимущества жиров в качестве источников энергии перед углеводами: 1) большая теплотворная способность (1 г ТАГ – 9,3 ккал, а 1г углеводов – 4 ккал). 2) из-за гидрофобности жир откладывается про запас в безводной среде, а значит, он занимает меньший объем. В результате запасов липидов хватает на месяц жизни без пищи, а углеводов – только на сутки.
2. Терморегуляторная функция благодаря: а) жир плохо проводит тепло, поэтому жировая клетчатка хороший теплоизолятор; б) при охлаждении организма на генерирование тепла за счет выделения энергии расходуются все те же ацилглицеролы.
3. Защитная функция (Механическая защита подкожной жировой клетчатки).
4. Источники эндогенной воды в организме . При окислении 100 г ацилглицеролов образуется 107 г воды.
5. Функция естественных растворителей . Ацилглицеролы обеспечивают всасывание в кишечнике незаменимых ЖК и жирорастворимых витаминов.
6. Предшественники эйкозаноидов .
7. Воска выполняют защитные функции
Функции фосфолипидов :
1) главные компоненты биомембран (особенно лецитин, кефалин)
2) фосфатидилинозит-4,5-бисфосфат (производное фосфотидилинозита) – предшественник важных вторичных посредников – ДАГ и ИФ3
3) регуляторы активности ферментов (фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, сфингомиелин активируют или ингибируют активность ферментов, катализирующих процессы свертывания крови).
4) ряд гормонов (половые, гормоны коры надпочечников) являются производными липидов
5) детергенты кишечника и желчного пузыря (важным компонентом желчи и мицелл, образуемых в ходе переваривания пищи).
6) источник арахидоновой кислоты - предшественника эйкозаноидов
7) обеспечивают прикрепление белков к мембране (некоторые внеклеточные белки прикрепляются к внешней стороне плазматической мембраны за счет образования ковалентных связей с фосфатидилинозитолом: щелочная фосфатаза, липопротеин липаза, холинэстераза).
8) принимают участие в формировании транспортных форм других липидов;
9) могут выполнять энергетическую функцию
10) являются компонентом сурфактанта легких
Функции гликолипидов в организме :
Функции неомыляемых липидов :
1) холестерол – один из основных компонентов биомембран и ЛП, исходное соединение для синтеза ряда стероидных гормонов.
2) к неомыляемым липидам относятся жирорастворимые витамины (А, Д, Е, К)
Прочитаем информацию
.
Липиды
- сложные эфиры жирных кислот и глицерина. К липидам относят жиры и жироподобные вещества.
Функции
:
- энергетическая - используются организмом как источник энергии для различных процессов жизнедеятельности (энергия образуется при окислении жиров - при полном окислении 1 г. жира выделяется ок. 9 ккал энергии, вдвое больше, чем при окислении белков или углеводов).
- запасающая - используются организмом в качестве резервных источников питательных веществ.
- защитная - помогают организму сохранять тепло (теплоизоляция, т.е. защита от переохлаждения) и защищают органы животных и растений от повреждений при ударах (амортизация).
- гормональная (регуляторная) - принимают участие в регуляции физиологических функций организма, т.к. некоторые липиды являются гормонами.
- структурная - входят в состав внутриклеточных структур, тканей и органов.
- источник воды (при расщеплении 1 г. жира образуется 1,07 г. воды).
Запасающая и энергетическая функция |
||
Жирные кислоты |
Пальмитиновая - содержится (накапливается) в пальмовом, хлопковом масле. |
|
Лауриновая - содержится в кокосовом масле. |
||
Миристиновая - содержится в масле мускатного ореха. |
||
Олеиновая - в оливковом масле. |
||
Эруковая - в семенах горчицы и рапса. |
||
Линолевая - в сое, кукурузе, хлопке. |
||
Стеариновая - в бараньем жире. |
||
Полиеновые - в жире рыб и морских животных. |
||
Арахидоновая - в печени животных, в красной водоросли грацилярии. |
||
Защитная функция |
||
1.Сивучи при массе до тонны могут прыгать на каменистый берег со скал высотой 4-5 м. - помогает амортизация. 2.У китов и ластоногих под кожей откладывается толстый слой подкожного жира, который защищает от переохлаждения (теплоизоляция). 3.У верблюдов жировые запасы откладываются в горбах, которые помогают увеличить теплоотдачу. 4.У жирнохвостых тушканчиков жировые запасы откладываются в хвосте, которые помогают увеличить теплоотдачу. | ||
5.У многих растений воском покрыты листья, стебли, плоды, это защищает от размачивания водой, высыхания, вредных микроорганизмов. 6.Животный воск (ланолин) предохраняет шерсть и кожу от влаги, засорения, высыхания. 7.Пчелиный воск предохраняет соты от разрушения. 8.Червецы и щитовки из воска образуют защитные чехлы. | ||
Регуляторная функция |
||
Витамин А (ретинол) |
Участвует в регуляции синтеза белков. |
|
Витамин D |
Регулирует усвоение минералов кальция и фосфора, уровень содержания их в крови и поступление их в костную ткань и зубы. |
|
Стероиды (стероидные гормоны) | Кортизон и кортизол (гормоны коры надпочечников человека) - стимулируют синтез углеводов и белков. Половые гормоны - регулируют репродуктивную функцию животных и человека. | |
Структурная функция |
||
Фосфолипиды |
Входят в состав клеточных мембран растений и животных. |
|
Холестерин |
Обеспечивает стабильность клеточных мембран в широком интервале температур. |
Выполним онлайн-задания (тесты). Тесты по теме «Клетка как биологическая система»
Используемая литература:
1. Биология: полный справочник для подготовки к ЕГЭ. / Г.И.Лернер. - М.: АСТ: Астрель; Владимир; ВКТ, 2009 2. Биология. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений (базовый уровень) / Н.Д.Андреева. - М.: Мнемозина, 2008. 3. Биология. Общие закономерности. 9 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / С.Г.Мамонтов, В.Б.Захаров, Н.И.Сонин. - 5-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004. 4. Биология. Полный курс общеобразовательной средней школы: учебное пособие для школьников и абитуриентов / М.А.Валовая, Н.А.Соколова, А.А. Каменский. - М.: Экзамен, 2002.
Используемые Интернет-ресурсы:
Строение липидов, жирные кислоты
Липиды – достаточно большая группа органических соединений, присутствующие во всех живых клетках, которые в воде не растворяются, но в неполярных органических растворителях растворяются хорошо (бензине, эфире, хлороформе, бензоле, и др.).
Замечание 1
Липиды отличаются большим разнообразием химической структуры, однако настоящие липиды – это сложные эфиры жирных кислот и любого спирта.
У жирных кислот молекулы небольшие и имеют длинную цепь, состоящую чаще всего из 19 или 18 атомов углерода. В состав молекулы также входят атомы водорода и карбоксильная группа (-СООН). Их углеводородные «хвосты» гидрофобные, а карбоксильная группа гидрофильная, потому легко образуются эфиры.
Иногда в жирных кислотах присутствует одна или несколько двойных связей (С – С). В этом случае жирные кислоты, а также липиды, которые их содержат, называются ненасыщенными .
Жирные кислоты и липиды, в молекулах которых отсутствуют двойные связи, называются насыщенными . Они образуются присоединением дополнительной пары атомов водорода по месту двойной связи ненасыщенной кислоты.
Ненасыщенные жирные кислоты плавятся при более низких температурах, чем насыщенные.
Пример 1
Олеиновая кислота (Тпл. = 13,4˚С) при комнатной температуре жидкая, тогда как пальмитиновая и стеариновая кислоты (Тпл. составляет 63,1 и 69,9˚С соответственно) при этих условиях остаются твёрдыми.
Определение 1
Большинство липидов - это сложные эфиры, образованные трёхатомным спиртом глицерином и тремя остатками жирных кислот. Эти соединения называют триглицеридами , или триацилглицеролами .
Жиры и масла
Липиды делятся на жиры и масла . Это зависит от того, в каком состоянии они остаются при комнатной температуре: твёрдом (жиры), или жидком (масла).
Температура плавления липидов тем ниже, чем большая в них доля ненасыщенных жирных кислот.
В маслах, как правило, больше ненасыщенных жирных кислот, чем в жирах.
Пример 2
В организме животных, обитающих в холодных климатических зонах (рыбы арктических морей) обычно больше ненасыщенных триацилглицеролов, чем у обитателей южных широт. Потому их тело сохраняет гибкость и при низких температурах окружающей среды.
Функции липидов
К важным группам липидов относятся также
- стероиды (холестерол, желчные кислоты, витамин D, половые гормоны, и др.),
- терпены (каротиноиды, витамин К, вещества роста растений – гиббереллины),
- воски,
- фосфолипиды,
- гликолипиды,
- липопротеиды.
Замечание 2
Липиды являются важным источником энергии.
В результате окисления липиды дают вдвое больше энергии, чем белки и углеводы, то есть являются экономичной формой сохранения запасных питательных веществ. Это связано с тем, что липиды содержат больше водорода и совсем мало кислорода в сравнении с белками и углеводами.
Пример 3
Впадающие в спячку животные накопляют жиры, а растения в состоянии покоя – масла. Тратят их позже в процессе жизнедеятельности. Благодаря высокому содержанию липидов, семена растений обеспечивают энергией процесс развития зародыша и ростка, пока он не перейдёт к самостоятельному питанию. Семена многих растений (подсолнечника, сои, льна, кукурузы, горчицы, кокосовой пальмы, клещевины и др.) являются сырьём для получения масел промышленным способом.
Благодаря нерастворимости в воде липиды являются важным структурным компонентом клеточных мембран, состоящих в основном из фосфолипидов. Кроме того, они содержат гликолипиды и липопротеиды.