В каких клетках содержатся липиды
Определение
Липиды — сборная (разнородная) группа биологических соединений, растворимых в органических растворителях и нерастворимых в воде.
Таким образом, липиды — это гидрофобные соединения. В эту группу входят вещества, достаточно сильно различающиеся по химическим свойствам. Мы рассмотрим три группы этих веществ: триглицериды, фосфолипиды и стероиды.
В составе многих липидов встречаются длинные гидрофобные цепи углеводородной структуры, например $–CH_2–CH_2–CH_2–$. Прежде всего, такие цепи входят в состав молекул жирных кислот. Молекулы жирных кислот представляют собой такую длинную, как правило, неразветвленную цепь, на конце которой имеется карбоксильная группа $–COOH$, которая может диссоциировать на $H^+$ и $–COO^-$ — отрицательно заряженный анион кислоты. Поскольку атомы углерода и водорода не сильно различаются по степени электроотрицательности, то ковалентная связь, которую образуют между собой атомы углерода и водорода, является неполярной, то есть валентные электроны распределены между двумя этими атомами равномерно. Именно поэтому длинные углеводородные цепи являются гидрофобными.
Большая часть жирных кислот, содержащихся в организме, имеет четное количество атомов водорода, обычно жирнокислотные цепи содержат от 12 до 24 атомов углерода (чаще всего 16 или 18). Наряду с насыщенными жирными кислотами довольно часто встречаются жирные кислоты с двойными связями.
Рис. 1: слева — насыщенная жирная кислота (пальмитиновая), справа — ненасыщенная (олеиновая)
Наиболее простыми липидами (жирами) являются эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот, которые называются триацилглицеридами.
Рис. 2
Большинство природных триацилглицеридов содержат две или более различающиеся жирные кислоты. В организме запасенные жиры откладываются в цитоплазме в виде капель; особенно много таких капель в клетках жировой ткани. Окисление жиров до углекислого газа и воды дает большое количество энергии (38,9 кДж/г); этим обусловлена их энергетическая функция.
Физические свойства жирных кислот и соединений, в которые они входят, зависят от длины цепи и степени ее ненасыщенности, т. е. от количества двойных связей. Чем более длинная цепь у жирной кислоты, тем хуже она растворяется в воде. В то же время температура плавления жирных кислот снижается с увеличением в них количества двойных связей. Жиры с ненасыщенными жирными кислотами при комнатной температуре обычно находятся в жидком состоянии. Таковы растительные жиры — масла. Жиры с насыщенными жирными кислотами при комнатной температуре обычно находятся в твердом состоянии. Таковы животные жиры. Есть и исключения — так, масло какао при комнатной температуре твердое, а норковое масло — жидкое.
Рис. 3
Основу биологических мембран составляют не жиры, а фосфолипиды. Это амфифильные молекулы, то есть молекулы, имеющие гидрофобную и гидрофильную части. Гидрофильная часть взаимодействует с водой, а гидрофобные «прячутся» от воды. В результате могут образовываться разные типы структур — мицеллы (их образуют молекулы мыла), липосомы и бислои — их образуют фосфолипиды. Липосомы можно получать искусственно и использовать для доставки лекарственных веществ в клетки организма.
Рис. 4
Это также могут быть эфиры глицерина и жирных кислот, но в этом случае с жирными кислотами в молекуле глицерина связаны только две спиртовые группы, а третья образует эфирную связь с остатком фосфорной кислоты, к которой присоединяются некоторые гидрофильные группы.
Рис. 5
Таким образом, в составе молекул всех фосфолипидов имеются гидрофобная (остатки жирных кислот) и гидрофильная (фосфорная кислота и присоединенные к ней группы) части, поэтому такие молекулы могут контактировать как с полярными, так и с неполярными растворителями (такие вещества называют амфифильными). Поскольку у большинства молекул фосфолипидов имеется гидрофильная голова и два гидрофобных хвоста, то их часто схематично представляют в виде кружка (гидрофильная часть) с двумя хвостами (гидрофобная часть). В воде и водных растворах фосфолипиды самопроизвольно формируют протяженные почти плоские двойные слои, в которых гидрофобные слои смотрят друг на друга, а гидрофильные головы – в водную среду. Такие слои являются основой всех биологических мембран (см. рис.). Таким образом, одной из основных функцией фосфолипидов является структурная функция — формирование биологических мембран.
К жироподобным веществам относятся воски, которые являются эфирами жирных кислот и многоатомных спиртов. У животных они вырабатываются кожными железами. Покрывая тонким слоем шерсть и перья, воски предохраняют их от намокания. Некоторые насекомые (пчелы) используют воски для постройки сот, в которых они хранят запасы пищи и выводят потомство. Соты, построенные из воска, полностью непроницаемы для воды. У растений воски создают защитный налет на листьях и плодах.
стероиды
Особое место среди липидов занимают стероиды — полициклический спирт холестерол (чаще называемый холестерин) и его производные. Холестерин и его эфиры с жирными кислотами входят в состав биологических мембран клеток животных, придавая им определенную «жесткость» (структурная функция). У растений и грибов холестерин не встречается, его место у растений занимает стероид стигмастерол, а у грибов — эргостерол. Бактерии не синтезируют стероиды, хотя некоторые из них могут включать экзогенные (происходящие извне стероиды) в свои мембраны.
У животных в корковом слое надпочечников из холестерина образуются стероидные гормоны. У животных в клетках печени из холестерина образуются желчные кислоты, которые в кишечнике обеспечивают образование из жиров эмульсии (мелких жировых капель), что необходимо для нормального переваривания жиров. К липидам относят также жирорастворимые витамины К, Е, D, A, обладающие высокой биологической активностью.
Функции липидов
Биологические функции липидов крайне разнообразны.
Жиры и масла представляют собой форму, в которой сохраняется энергия во многих организмах, фосфолипиды и стероиды представляют собой основные структурные элементы биологических мембран.
Стероидные гормоны выполняют регуляторную функцию.
Хиноны в мембранах митохондрий и хлоропластов являются переносчиками электронов.
Жирные кислоты являются эмульсифицирующими агентами (детергентами), которые эмульгируют жиры в пищеварительной системе.
В сетчатке глаза ретиналь (липид, производное витамина А) играет роль светопоглощающего пигмента и принимает участие в передаче сигнала.
Освобождаемое при окислении жиров большое количество воды (при сжигании 1 г жира образуется 1,1 г воды) используется животными пустынь (верблюды) или впадающими в зимнюю спячку (сурки, суслики) для нужд метаболизма, поэтому эти животные могут длительное время обходиться без воды, используя свои жировые запасы. Таким образом, жиры могут служить также источником воды.
Теплоизоляционная функция: у животных нейтральные жиры откладываются в основном в подкожной клетчатке, где создают хороший теплоизоляционный слой, особенно развитый у морских млекопитающих — китообразных и ластоногих.
Откладываясь в полости тела вокруг внутренних органов (например, вокруг почек), жировая подушка защищает их от механических повреждений при движении, прыжках, ударах и т. д. (защитная функция).
Жирорастворимые витамины К, Е, D и А играют важные метаболические функции:
витамин К необходим для свертывания крови;
витамин Е играет функцию мембранного антиоксиданта и важен для размножения животных;
витамин D необходим для минерализации костей (при его недостатке в детском возрасте возникает рахит — нарушение развития скелета);
витамин А — предшественник ретиналя, компонента зрительного пигмента глаз.
Источник
Биологическая роль и функции
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.
Строение и свойства
Строение липидов довольно простое. Они состоят из соединений жирных кислот и спиртов. Сложные вещества содержат:
- фосфор;
- азот;
- серу.
В формулу жировой молекулы входят атомы углерода, кислорода, водорода.
Свойства липидов связаны с их химическим строением, зависят от насыщенности жирных кислот и спирта. Общими для всех видов жиров являются следующие:
- растворимы в бензоле, хлороформе, гексане;
- не растворимы в воде и полярных растворителях.
В организме людей перевариваются только эмульгированные жиры, основными эмульгаторами которых являются желчные кислоты и белки. Жиры присутствуют во всех живых клетках и создают барьер, ограничивающий их проницаемость, а также содержатся в составе гормонов.
Классификация соединений
Классификация липидов достаточно обширна, т. к. они выполняют много разных функций. Это видно из таблицы, где представлено их разделение по строению:
| Типы | Виды | Описание |
| Простые | Триацилглицерол, нейтральные жиры | Принадлежат к сложным эфирам, состоящим из глицерина и жирных кислот. Различают моно-, ди- и триглицериды. |
| Воски | Сложные эфиры жирных кислот и спиртов (одноатомных или двухатомных). | |
| Сложные | Гликолипиды | Состоят из углеводов и липидов, образующие гидрофильно-гидрофобные комплексы. |
| Фосфолипиды, глицерофосфолипиды, сфинголипиды | Омыляемые жиры. При их гидролизе образуется мыло, а строение зависит от пути биосинтеза. |
Существуют и не взаимодействующие с водой (неомыляемые) липиды-стероиды. С учетом строения они подразделяются на:
- Стерины. К ним относят холестерин, эргостерин — спирты, присутствующие в составе животных и растительных клеток.
- Стероидные гормоны. Кортизол, тестостерон, кальцитриол — содействуют развитию и росту организма.
- Желчные кислоты. Это растворяющие холестерин производные холевой кислоты.
Отдельную группу составляют липопротеины. Состав их, с точки зрения биохимии, достаточно сложный. Они состоят из белков и жиров. В составе содержат холестерин, необходимый компонент клеточных мембран у высших организмов, фосфолипиды, жирные кислоты. Присутствующие в составе плазмы крови способны растворяться, а нерастворимые содержатся в оболочке нервного волокна.
Значение для человека
Некоторые виды соединений организм человека самостоятельно производить неспособен. Это ненасыщенные жирные кислоты. Они проникают с пищей и содержатся в:
- орехах;
- овощах;
- зелени;
- растительных маслах;
- злаковых растениях;
- фруктах.
Организму для получения жирорастворимых витаминов требуются триглицериды. Обогащены этими жирными кислотами большинство продуктов животного происхождения, это:
- молоко;
- мясо;
- тропические фрукты (авокадо, кокосы).
По своей химической формуле к классу липидов относят и витамины А, Е, К, Д. Они поступают с пищей. Суточное потребление липидов взрослым человеком должно быть в пределах 80−130 граммов.
Влияние на кожный покров и волосы
Жиры необходимы для здоровья кожи, волосяного покрова. Секрецию, насыщенную жирами, выделяют сальные железы. При дефиците липидов нарушается регенерация клеток дермы, ногтей и волос:
- кожный покров испытывает недостаток энергии для регенерации клеток;
- дерма теряет эластичность и становится сухой при постоянной нехватке триглицеридов;
- волосы утрачивают здоровый вид, теряют блеск, развиваются различные заболевания;
- из-за слабой секреции сальных желез роговая прослойка дермы страдает от агрессивного воздействия внешней среды;
- недостаточное содержание жиров ногтевые пластины делает мягкими.
Для восполнения дефицита рекомендуется придерживаться строгой диеты, пользоваться косметическими средствами, которые липиды содержат в своем составе.
В организме жиры играют резервную роль, используются при заболевании или ухудшении качества питания. Они структурный элемент тканей внутриклеточных образований и оболочек клеток. Пищевые имеют животное и растительное происхождение. Они не растворимы в воде, только в неполярных органических растворителях. Жиры, получаемые из растительных элементов, — это масла. Отдельную группу составляют жиры морских млекопитающих и рыб.
Источник
Тема: Химический состав тел живой природы. Строение и функции липидов
Цель– выявление особенностей химической организации живой материи, роли органических (липидов) веществ в жизни клетки и организма.
Органические соединения, основой строения которых являются атомы углерода, составляют отличительный признак живого. Из органических соединений всеобщее биологическое значение имеют белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды.
Видеоурок
Липиды – органические соединения с различной структурой, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях.
Название «липиды» произошло от греческого слова (lipos) липос — жир.
Липиды — это обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества.
Рассмотрим строение липидов
Липиды не имеют единой химической характеристики.Их можно условно разделить на простые и сложные.
Основную часть простых липидов составляют триглицериды. В большинстве своём они представлены сложными эфирами высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина.
Сложные эфиры глицерина и органических кислот с большим числом углеродных атомов ─ это и есть собственно жиры, поэтому и кислоты, входящие в их состав, называют жирными.
Жирные кислоты имеют одинаковую для всех кислот группировку карбоксильную группу (–СООН)
Жирные кислоты, входящие в состав жиров, в зависимости от наличия двойных связей, подразделяют на насыщенные и ненасыщенные.
Ненасыщенной жирная кислота называется, когда в её составе содержится одна или несколько двойных связей.
Если жирная кислота не имеет двойных связей, её называют насыщенной. Насыщенные жирные кислоты чаще всего содержатся в составе животных жиров.
Ненасыщенные жирные кислоты ─ в составе растительных жиров.
Классификация жиров
Все жиры делят по происхождению и по агрегатному состоянию.
По происхождению жиры подразделяют на животные, растительные и переработанные.
По агрегатному состоянию: твёрдые, жидкие и полужидкие.
Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты, то их называют жирами. При температуре 20°С они — твёрдые; Твёрдые жиры характерны для животных клеток.
Если в триглицеридах преобладают ненасыщенные жирные кислоты, их называют маслами. При 20 С они — жидкие. Масла характерны для растительных клеток.
К простым липидам также относят воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов.
Воски покрывают кожу, шерсть, перья животных, смягчая их и предохраняя от воздействия воды. Восковой защитный слой покрывает также стебель, листья и плоды многих растений.
Сложные липиды
Они состоят — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов.
К сложным липидам относят фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины, липоиды и др.
Фосфолипиды — триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещён на остаток фосфорной кислоты. Фосфолипиды являются составными компонентами клеточных мембран.
Гликолипиды — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и липидов.
Липопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения липидов и белков.
Липоиды — жироподобные вещества, к которым относятся каротиноиды (фотосинтетические пигменты), стероидные гормоны (половые гормоны), гиббереллины (ростовые вещества растений), жирорастворимые витамины (А, D, Е, К), холестерин и т. д.
Физико-химические свойства липидов объясняют их биологические функции. В состав молекул липидов входят атомы углерода, водорода и кислород. Атомы углерода образуют длинные углеводородные цепи.
Карбоксильная группа жирных кислот ионизирована и способна образовывать водородные связи. Однако по мере увеличения длины углеводородной цепи растворимость жирных кислот заметно снижается. Жирные кислоты, содержащие в цепи более 10 углеродных атомов, практически нерастворимы в воде.
Наиболее общим свойством всех липидов является хорошая растворимость в органических растворителях (бензине, хлороформе, эфире и др.)
В организм липиды попадают двумя способами — с пищей и вырабатываются в печени.
Излюбленный многими пищевой продукт – шоколад, на 50 г которого приходится 12 г жира.
Из бобов дерева какао получают какао-масло ─ жирное масло бледно-жёлтого цвета со слабым ароматным запахом какао. В бобах содержится до 50% какао-масла.
Какао-бобы были завезены испанцами в Европу из Мексики в 16 веке. Благодаря содержанию тристеарина какао-масло имеет твёрдую консистенцию при комнатной температуре. Плавится шоколад при температуре 30─34 °С. В состав какао-масла входят также глицериды олеиновой и линолевой кислот (до 40 %).
Какао масло применяется для приготовления лечебных свечей, мазей, губной помады, а также в кондитерской промышленности для изготовления шоколада.
Печень играет ключевую роль в метаболизме жирных кислот, однако некоторые из них она синтезировать не способна.
Поэтому они называются незаменимыми, к таким относятся ω-3 (омега-три) и ω-6 (омега-шесть) полиненасыщенные жирные кислоты.
Омега-3 и омега-6 полиненасыщенные жирные кислоты — это типы естественных ненасыщенных жиров.
Омега-3 кислоты имеют тройку в названии, потому что первая молекула с двойной связью находится на три атома углерода от омега-конца (то же самое с омега-6 жирными кислотами).
Омега-3 и омега-6 полиненасыщенные жирные кислоты необходимы человеку для работы головного мозга, памяти, внимания, психомоторной координации, речи, мышления, ориентации и других особо важных функций.
Эксперты предупреждают, что наше тело не умеет производить омега-3 и 6 жирные кислоты, так что их необходимо обязательно потреблять вместе с продуктами, которые их содержат.
Источником ω-3 и других полиненасыщенных жирных кислот являются зелёные растения (например, листья салата), рыба, чеснок, цельные злаки, свежие овощи и фрукты. Как пищевую добавку, содержащую ω-3 жирные кислоты, рекомендуется принимать рыбий жир. Жиры могут транспортироваться по кровеносным и лимфатическим сосудам в виде эмульсии. Природной эмульсией жира в воде является молоко.
Функции липидов
Общие функции углеводов и липидов: энергетическая, структурная, запасающая, защитная. Кроме того, липиды выполняют ещё терморегуляторную функцию и являются гормонами.
Энергетическая
В организме обмен веществ характеризуется единством всех его компонентов, жиров, белков и углеводов. Они образуют между собой сложные химические соединения, служат строительным материалом друг для друга, а при их расщеплении выделяется энергия.
Наибольшая калорийность характерна для жиров. Она вдвое выше чем у белков и углеводов. При полном окислении 1 г жира выделяется около 9 ккал или 38,9 кДж энергии, примерно вдвое больше, чем при окислении 1 г углеводов.
Структурная функция
Сложные липиды и белки являются главным строительным материалом клеток и мембран. Их расположение в мембране упрощённо можно представить в виде двойного слоя сложных липидов.
Молекулы сложных липидов гидрофильны с одной стороны и гидрофобны с другой. При контакте с водной средой молекулы этих липидов всегда обращены к ней гидрофильной стороной.
Наличие гидрофобного слоя очень важно для выполнения мембранами их функций, поскольку он непроницаем для ионов и полярных соединений.
Простые липиды, в отличие от сложных только гидрофобны. Билипидный слой является барьером между внутренней и внешней стороной клетки.
Защитная функция
Благодаря низкой теплопроводности жиры защищают организм от холода. Особенно толстый подкожный жировой слой характерен для водных млекопитающих (китов, моржей и др.).
Поэтому жировые депо находятся не только в подкожном слое, но и вокруг жизненно важных органов.
Но в то же время у животных, обитающих в условиях жаркого климата, верблюдов например, жировые запасы откладываются на изолированных участках тела (в горбах) в качестве резервных запасов воды, так как вода — один из продуктов окисления жиров.
При расщеплении 1 грамма жира образуется 1─1,5 грамма воды.
Жиры также предохраняют организмы и от механических воздействий. Толстый слой жира защищает внутренние органы многих животных от повреждений при ударах (например, сивучи при массе до тонны, могут прыгать в воду со скал высотой 20─25 м).
Жировые отложения используются в качестве запасных источников питательных веществ.
Восковой налёт на различных частях растений препятствует излишнему испарению воды. А у животных он играет роль водоотталкивающего покрытия.
Например, у птиц перья обладают гидрофобной поверхностью и хорошо отталкивают воду. Растения чаще запасают углеводы, однако в семенах многих растений содержание жиров также достаточно высоко.
Растительные масла добывают из семян подсолнечника, кукурузы, рапса, льна и других масличных растений.
У позвоночных имеются специализированные клетки — адипоциты из которых в основном состоит жировая ткань. Они почти полностью заполнены большой каплей жира.
У людей наибольшее количество жировой ткани находится под кожей (так называемая подкожная клетчатка), особенно в районе живота и молочных желёз.
Человеку с лёгким ожирением (15─20 кг триглицеридов) таких запасов может хватить для обеспечения себя энергией в течение месяца, в то время как всего запасного гликогена хватит не более чем на сутки.
Самые разные организмы — от диатомовых водорослей до акул — используют резервные запасы жира как средство снижения удельного веса тела и, таким образом, увеличения плавучести. Это позволяет снизить расходы энергии на удержание в толще воды.
Регуляторная функция
Многие производные липидов (например, гормоны коры надпочечников, половых желёз, витамины А, D, E) участвуют в обменных процессах, происходящих в организме.
Липиды участвуют в межклеточной и внутриклеточной сигнализации.
Источник