12.3.6. Липиды

Липиды — водонерастворимые органические углеводородные ве­щества, или содержащие их — присутствуют во всех живых клетках и тканях. Они очень разнообразны по составу и структуре, но обла­дают одним общим свойством: их молекулы неполярны. Поэтому они растворимы в неполярных жидкостях, например в эфире, но нерастворимы в воде. Нерастворимость в воде делает липиды важ­нейшим компонентом мембран, разделяющих в живых организмах, и в частности в клетках, отсеки, заполненные водным раствором. Кроме АТФ Сахаров — липиды — главная форма хранения энергии в животном организме, так как липиды, в отличие от углеводов в виде Сахаров, могут сохраняться в концентрированном виде без воды.

Любое избыточное количество сахара, съеденное человеком и не израсходованное им сразу же на энергетические потребности, быстро превращается в жир. Чтобы иметь оптимальные размеры тела, надо тратить энергию, двигаться, работать, а не накапли­вать свой жир про запас! А бегунам на длинные дистанции (ма­рафонцам), наоборот, для пополнения запаса энергии во время бега дают глюкозу. На представлениях об углеводах и липидах созданы некоторые лекарства и народные средства. Так, диабе­тикам полезны фрукты, которые наряду с сахаром содержат клетчатку и не повышают сахар крови, а рекламируемый «погло­титель жира» содержит вещества, связывающие излишек липи- дов в соединения, которые затем удаляются из организма.

По своим функциональным качествам липиды разделяются на три группы:

• структурные и рецепторные элементы мембран и клеточных поверхностей;

• «депо» энергий;

• передатчики биологических сигналов.н н

I I -с= с- I I н н

б)

а)

Рис. 12.11. Структура ненасы­щенных (а) и насыщенных (б) жирных кислот.

Углеводородный Н конец ориентирован I от воды Н—С—Н

Н—(i—Н

| Масло

"=п шш

Н—С—Н Вода

Н—(i—Н Н—С—Н

н—(i—н н—с—н н—с—н н—с—н

н—с—н

н н I I -с= с-

н—с—н I

но

О

н—с—н Н—с—н

Ионный .с _v конец - растворим

в воде

Рис. 12.12. Растворение ионно­го конца жирной кислоты в воде.

Для первых двух основными компонентами являются жир­ные кислоты, в третью группу входят витамины и стероидные гормоны.

Жирные кислоты содержат молекулы с длинной цепью из атомов углерода и водорода с кар­боксильной группой (—СООН) на одном из концов. В насыщенной жирной кислоте нет ненасыщен­ных связей между атомами угле­рода, а в ненасыщенной они есть (рис. 12.11), т.е. ненасы­щенные кислоты содержат двой­ные и (реже) тройные связи. Карбоксильный конец любой молекулы жирной кислоты по- лярен и поэтому растворим в во­де. Это связано с тем, что карбоксильная группа (ионный конец) диссоциирует, а сама длинная углеводородная цепь нерастворима в воде. Благодаря этой особенности молекулы жирных кислот располагаются на поверхностях раздела между водой и неполярными органиче­скими веществами, например маслом, и ориентируются так, что их ионные концы обраще­ны к воде (рис. 12.12). Извест­ный всем эффект действия мыла на жир состоит в том, что мыло, содержащее модифицирован­ные жирные кислоты, очищает загрязненные поверхности, уда­ляя с них капельки масла или жира. Молекулы мыла окружают такую капельку, и их углево­дородные цепи растворяются

вмасле (рис. 12.13). Водорастворимые карбоксильные группы выходят нару­жу, т.е. находятся в воде. В результате этого процесса капля растворяется в воде, отделяется от загрязненной по­верхности и всплывает.

Триацилглицеролы содержат молеку­лы, которые образованы в результате присоединения трех остатков жирных кислот к одной молекуле трехатомного спирта. К этой группе относятся масла (жидкие) и жиры (твердые). В маслах больше ненасыщенных жирных кислот, чем в жирах. В организмах животных, обитающих в холодном климате, например рыб арктических морей, содержится больше ненасыщенных триацилглицеролов, чем у обитателей теплого климата. Биологи отмечают, что благодаря этому тело этих рыб остается более гибким и при низких температурах. Согласно биохимии это связано со стойкостью к расщеплению насыщен­ных жирных кислот. К двойной связи атомов углерода ненасы­щенной кислоты может присоединиться дополнительная пара атомов водорода.

Кроме того, что жиры обеспечивают до 30% энергопотребнос­ти организма, они играют важную роль в организме. Накаплива­ясь в жировых тканях, окружающих внутренние органы, жиры обеспечивают механическую защиту и теплоизоляцию организма, а также образуют мягкую упругую подкладку в тех местах, кото­рые подвергаются механическому воздействию. С жирами в орга­низм человека поступают вещества, обладающие высокой биоло­гической активностью, — витамины A, D, Е, К, лецитин и другие стерины, регулирующие жировой и холестериновый обмен.

Вода

Капелька масла

Рис. 12.13. Растворение углеводородных цепей мыла в масле.

В молекулах фосфолипидов один или два остатка жирных кис­лот заменены группами, содержащими фосфор, иногда азот. Фосфолипиды являются важными компонентами многих мемб­ран. Стероиды — это липиды, состоящие из четырех колец, к ко­торым присоединены различные боковые группы. К ним отно­сится ряд гормонов. Гормоны — вещества, производимые специ­альными тканями высших живых организмов и передающие специфичные химические сигналы. Их функция состоит в пере­даче информации от клеток-датчиков, находящихся в непосред­ственном контакте с окружающей средой. Гормоны легко рас­

пространяются по всему организму и когда освобождаются вы­рабатывающей их тканью, то все органы и ткани, способные реагировать на них, делают это почти одновременно. Благодаря такой согласованной реакции все части организма приходят в состояние, наиболее соответствующее условиям внешней среды.

К стероидам относится также холестерол — важный компо­нент клеточных мембран. Представителем группы стеринов яв­ляется холестерин. Кроме регулирования проницаемости мемб­ран он участвует в образовании желчных кислот, гормонов поло­вых желез и коры надпочечников, витамина D в коже. Холестерин содержится только в животных продуктах и присут­ствует в крови в виде двух фракций: более твердой, плохо рас­творимой (высокой плотности) и жидкой (низкой плотности). Избыток его первой фракции в организме приводит к образова­нию камней и холестериновых «бляшек» в сердечно-сосудистой системе. Витамины — это малые органические молекулы. Они имеют высокую биологическую активность даже в небольшой концентрации, разделяются на жирорастворимые (A, D, Е, К) и водорастворимые (В, С, Н, Р).

Обобщая обзор биохимических элементов, принимающих ак­тивное учатие в процессах жизнедеятельности биологических объектов, отметим, что «азбука» живого — это 20 аминокислот, пять оснований, два углевода и один фосфат. Существование не­большого числа одних и тех же молекул во всех живых орга­низмах показывает, что все живое должно, по-видимому, иметь единое происхождение.