Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биологическая химия. Липиды. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. Х.М. БЕРБЕКОВА»
В.Н . Ш ел гаев , Д .А. Б е е ва ,,
А.К . Микитаев , С.Ю . Хаширо'ва
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ЛИПИДЫ
Рекомендовано Редак ционно-издательски м советом КБГУ
в кач естве учебного пособия для студентов,
обучающ ихся по специальностям
060101.65 Лечебное дело и 060105.65 Стоматология
НА ЛЬЧИК
2013
УДК 546 (075.8)
ББК 24.1 я 73
Ш42
Рецензент:
доктор химических наук, профессор,
зав. кафедрой химии Кабардино-Балкарского
государственной аграрного университета
А.А. Б еев
Авторы: Ш ел г аев В .Н., Беева Д.А., М икитаев А.К., Х аш ир о ва С.Ю .
Ш42 Шелгаев, В. Н. Биологическая химия. Липиды [Текст] : учебное
пособие / В. Н. Шелгаев, Д. А. Беева, А. К. М икитаев, С. Ю. Ха
широва. - Нальчик : Каб.-Балк. ун-т, 2013.-6 4 с. -2 00 экз.
Настоящее учебное пособие посвящ ено соединениям, объединенным
под общим названием «липиды». В пособии изложен теоретический матери
ал, приведены основные схемы превращения лип идов, а также вопросы и
задачи для самостоятельной работы студентов.
Предназначено для студентов специальностей «Лечебное дело» и
«Стоматология».
Рекомендовано РИС университета
© Кабардино-Б алкарский
УДК 546 (075.8)
ББК 24.1 я 73
государственный университет, 2013
ВВЕДЕНИЕ
Биологическая химия (биохимия) - наука, изучающая химические про
цессы и вещества, леж ащие в основе процессов обмена веществ и энергии в
живых организмах. Биологическая химия - одна из базовых теоретических
дисциплин в подготовке врачей. Целью изучения данного предмета является
выработка умений прим енять сведения о химическом составе и метаболизме
клетки человеческого организма при изучении последующих дисциплин и
для профессиональной деятельности. М.В. Ломоносов считал, что «медик без
довольных познаний химии совершенен быть не может». В человеческом
организме протекают тысячи различных химических реакций, которые обес
печивают его сущ ествование. Задача биохимии состоит в том, чтобы, изучив
состав организма и продуктов обм ена веществ, функции различных органов,
познать процессы ж изнедеятельности.
Одним из основны х биохимических компонентов живой природы яв
ляются липиды - обширный класс разнообразных по химической структуре и
выполняемым в органи зме человека и животных функциям. Изучению этого
класса соединений в курсе биологической хим ии уделяется большое внима
ние. Однако, как показывает опыт, многие вопросы, связанные со строением,
превращениями липидов в организме, распадом и синтезом жироподобных
вещ еств, пред ставляют для студентов различных специальностей, изучаю
щих биохимию, сложности.
Предлагаемое пособие для студентов медицинских факультетов, под
готовленное совместно с доктором химических наук, профессором Москов
ского государственного медико-стоматологического университета В.Н. Шел-
гаевым, поможет в изучении биохим ии липидов. В пособии авторы попыта
лись изложить тему «Липиды» в доступной форме, связав все изучаемые
вопросы в логическую цепь, включающую структуру, роль и функции, рас
пад и синтез, а такж е патологии липидного обмена. Предлагаются вопросы и
задачи для сам оконтроля, а также литература для самостоятельной работы.
Мы желаем вам удачи в изучении биохимии липидов и в освоении навыков
будущей профессиональной деятельности!
3
Гл а в а 1. ЛИ ПИ Д Ы
К липидам (от греч. «липос» - жир) относят большую и разнообразную
группу органических соединений, больш инство из которых построено по типу
сложных эфиров с участием карбоновых кислот и спиртов, содержащих длин
ноцепочечные углеводородные радикалы. Для липидов характерна низкая рас
творимость в воде и высокая в неполярных органических растворителях (эфи
ре, бензоле и др.). В большинстве случаев липиды имеют растительное или
животное происхождение, но иногда их получают синтетическим путем.
1Л. Биологическая роль липидов
Спектр биологических функций, вы полняемых липидами, весьма ши
рок и разнообразен: помимо ре зер вн о-э нер ге т иче ско й ф у нк ции , липиды и их
компоненты играют в организме защ итную , м ембр ан ную и энергос бе регаю
щую роль. Нормальная ж изнедеятельность о ргани зма человека возможна
только при правильном бала нс е липидов .
Так, воски придают коже человека и животн ых гидрофобные свойства
и тем самым предохраняю т их от вы сы хания.
Триацилглицерины выполняют, в основном , топливно-энергетическую
функцию: при их расщеплении выделяется больш ое колич ество энергии. При
недостаточном поступлении жиров организм во спо лняет энергетическую
потребность путем метаболизма углеводов. Кроме того, скопления жира иг
рают важную защ итную роль: предохраняют органы и ткани от механических
повреждений, служат в качестве теплосберегаю щ его и электроизоляц ионного
материала.
Жиры и масла, поступающие в организм вместе с пищей, служат ис
точником линолевой и линоленовой кислот, синтезировать которые организм
человека не способен. В связи с тем, что эти кислоты необходимы для нор- |
мального жирового обмена, их называют неза м е н и м ы м и. Они такж е способ- j
ствуют снижению содержания в крови холестерина - одного из факторов
развития атеросклероза. Линолевая и линолено вая кислоты содержатся, глав
ным образом, в растительной пище. При большом содержании в пище жи- !
вотных ж иров, богаты х предельны ми кислотами, колич ество холестерина,
наоборот, увеличивается. Таким образом, содержание непредельных кислот в
составе липидов, поступающих в организм человека с пищей, во многом оп
ределяет ее питательную ценность. С другой стороны, избы точное поступле
ние жиров, не компенсируемое энергозатратами организм а, приводит к их
накоплениям в депо.
Ф осф о лип иды являются неотъемлемой частью клеточных мембран.
Каждая клетка окружена мембраной, которая обеспечивает ей определенный
«микроклимат», контролируя потоки вещ еств и ионов в клетку и из нее.
4
Мембраны являются составной частью клеточны х компонентов: ядра, мито
хондрий, хлоропластов, лизосом .
Ф осф оли п иды и сф и нго л ипид ы входят в состав клеточных мембран и
определяю т их прон ицаем ость для ионов, неэлектролитов и воды.
Цер ебр о зи ды и г англ иоз и ды участвуют в процессах распознавания
химических сигналов и доведения их до внутриклеточных эффекторов, т.е.
выполняют рецепторно-посредниковую роль. Липидам присуща также регу
ляторно-си гнальная функция, выполняемая, главным образом, липидными
спиртами (стероидам и). Многочисленные исследования показали, что между
нарушением метаболизма ли пидов и многими заболеваниями (например,
сердечно-сосудистыми) имеется тесная взаимосвязь.
Оценивая роль липидов в организме человека, нельзя не отметить, что
для нормального роста и функционирования ему необходимы жирораствори
мые витамины и непредельные кислоты. Один этот фактор делает липиды
незаменимым компонентом пиши.
Наряду с липидами в липидной фракции содержится ряд веществ, об
ладающих высокой биологической активностью. К таковым относятся стеро
идные гормоны, простагландины, коферменты и жирорастворимы е витами
ны. Их объединяют под общим названием низкомолекулярные биоре гуляторы
ли пид ной природы.
Таким образом, изучение структуры и свойств липидов - важный этап
в изучении биохимических процессов.
1.2. Структура липидов
По хим ическом у составу липиды очень разнообразны. В их состав мо
гут входить остатки спиртов, карбоновых кислот (предельных и непредель
ных), фосфорной кислоты, азотистых оснований, углеводов.
Несмотря на все разнообразие в целом липиды построены по единому
принципу и состоят из трех фрагментов: гидрофобного, гидрофильного и
связующего звена. Гидрофобная часть представлена углеводородными фраг
ментами карбоновых кислот. Гидрофильная часть может включать в себя
остатки фосфорной кислоты (фосфолипиды), азотистых оснований (фосфа-
тиды) или углеводов (цереброзиды, ганглиозиды). Роль связующего звена
выполняют обы чно сложноэфирны е или амидные группы. Таким образом,
липиды в разной степени обладают бифильн остью , т.е. сродством к поляр
ной и неполярной фазе. Характер этого сродства определяется соотношением
гидрофильной и гидроф обной частей липида. Так, триацилглицериды, прак
тически не имеющие гидрофильной части, преимущ ественно концентриру
ются в безводной фазе. Фосфолипиды и фосфатиды имеют в своем составе
большое число гидрофильных групп, вследствие чего осуществляют свои
функции на границе раздела фаз. Так, на поверхности клеток они образуют
липидный бислой толщиной около 5 нм, в котором гидрофобные части об
5
ращены внутрь, а гидрофильные - в водную фазу. Э тот слой регулирует вод
ный баланс и обмен веществ в клетках.
Схематично структуру липидов можно представать следующим образом:
Г идр офобн ая Свя зую щее Г идроф ильная
часть зв ено часть
Рис. 1. Общая структура липидов
Гл а в а 2. СТРУ К ТУ РНЫ Е К ОМ ПО Н ЕН ТЫ Л И П ИД О В
2.1. Карбо новые кислоты
Химический анализ показал, что в состав липидов входят многочис
ленные карбоновые кислоты предельного и н епредельного ряда. Эти кислоты
являются монокарбоновыми, имеют в своем составе углеводородную цепь
преимущественно нормального (неразветвленного) строения с четным чис
лом атомов углерода и могут содержать другие функциональные группы,
например, - ОН. Исключение составляют изовалериановая кислота и некото
рые циклические кислоты , которые содерж атся в довольно редко встречаю
щихся липидах. Натуральные и синтетические алиф атические кислоты ино
гда называют «ж и р н ы ми», а длинноцепочечные (от Cis и выше) -« в ысш и
ми». В тканях человека и животных присутствует около 70 жирных кислот,
но биологическое значение имеют не более 20.
2.1.1. Пр едельны е к арбон овы е кисл от ы
Физиологически важными насы щенными кислс|тами являются: капро
новая (С6), каприловая (С Д каприновая (С ,0), лауриновая (С,2), миристиновая
(С |4) пальмитиновая (С |й), стеариновая (С |8), арахиновая (С2о), бегеновая (С22)
и лигноцериновая (С гД Строение и названия наиболее распространенных
жирных кислот представлены в табл. 1.
Таблица 1
Важнейшие жирные кислоты, выделенные из природных липидов
На звания ки сло т
Тр иви аль но е
Капронов ая
Ка пр ило вая Ок тано ва я
Пе ларго нов ая Но нановая
Кап рин ова я Дека нова я
Ла ур ин ов ая До де ка но ва я
Ми рист ин овая
Па льм ит ин ова я Гек садек анова я
Ма ргари нова я
Ст еа рин ов ая
Ар ахинова я
Бег ен ова я
Си сте мати ческ ое
Гексанов ая С Н3- (С Н Д - С О ОН
Те тра де ка нов ая
Гепта декановая
Ок таде ка новая
Эйк озано вая
Докоз ано вая
Фо рм ула
С Нз - (С Нг )в- С ОО Н
С Н 3- (С Н2) г - СО О Н
С Нз - (С Нг )а - С ОО Н
С Нз - (СН г)по- СО О Н
С Нз - (С Н г)12- С ОО Н
С Нз - (С Н г) „ - СО О Н
С Нз - (C H 2)i s- С ОО Н
С Н3- (С Н 2) ,6- С О О Н
С Нз - (С Н г )и - С ОО Н
С Нз - (СНг)го— СО О Н
Несмотря на большое разнообразие жирных кислот в состав липидов в
основном входят кислоты, содержащие 16, 18, 20 и 22 атомов углерода, т.е.
высшие. Наиболее распространенными являются пальмитиновая и стеариновая
7
кислоты, которые входят в состав твердых жиров и некоторых твердых расти
тельных масел (пальмовое масло, масло-какао). В жидких растительных маслах
они содержатся в значительно меньших количествах, при этом доминирующей
является пальмитиновая кислота. В сливочном масле содержатся карбоновые
кислоты, имеющие в углеводородном радикале циклогексановое кольцо.
Низкомолекулярные жирные кислоты встречаю тся реже, но их биоло
гическое значение не дтоит недооценивать. Так, кислоты С4-С 10 входят в со
став липидов молока.
2.1.2. Н еп редельн ые карб он овы е кислот ы
Ненасыщенные кислоты встречаются в составе липидов чаще, чем на
сыщенные. Число атомов углерода в ненасыщенных кислотах липидов быва
ет различным, но преобладающими являю тся кислоты с 18 и 20 атомами уг
лерода. Ближайшая к карбоксильной группе двойная связь обычно находится
между 9 и 10 атомами углерода. В полиеновых кислотах двойны е связи отде
лены друг от друга метиленовой группой. Н аличие двойной связи исключает
свободное вращение заместителей, что приводит к сущ ествованию у нена
сыщенных кислот геометрических ( ц ис- и транс-) изомеров. В природных
липидах ненасыщенные (моно- и полиеновые) кислоты почти всегда содер
жатся в цисконфигурации. Это объясняется тем, что цисконфигурация спо
собствует более плотной упаковке углеводородны х цепей при формировании
липидного слоя клеточных мембран. Кислоты, содерж ащие в радикале трой
ные связи, встречаю тся довольно редко. Н енасыщенные кислоты, входящие в
состав липидов, приведены в табл. 2 .
Из всех непредельных кислот, содерж ащихся в природных липидах,
наиболее распространена олеино ва я кислота. Во многих липидах ее содер
жание превышает 50 %. Также широко распространены лин оле ва я и лино ле -
новая кислоты: в заметных количествах они содерж атся в растительных мас
лах, а для животных организмов являются незам енимы ми. Особенно богаты
ими конопляное и растительное масла. В первом преобладает линолевая, во
втором -лино лен овая. Основным источником линолевой кислоты являю тся
подсолнечное, кукурузное и хлопковое масла, но при этом они не содержат
линоленовой. В кокосовом масле, наоборот, нет л ино левой кислоты.
Таблица 2
Основные ненасыщенные кислоты липидов
Наз ваний кисло т
Тривиал ьное { Сист ематич еское
ла льм кго -
леи нова я
оле инов ая
ци с-
вокцен овая
ри цино ле
вая
ли ноле вая
а-п ино -
лен оеая
у ли но
ле но вея
ара хидон о-
вая
тим иодо но-
еая
ци с-гекс адец ен-9-
ОВ8Я
ци с-ок тадец ен-9 -
оаая
цис -октад ецен- 1 1 -
овая
12-ги дрок си-ци с-
ок тадв цен -1 1 -ов ая
цис, ц ис-ок тадек а-
дие м-9,12 -овая
цис, цис, цис-ою га-
дек атри вн-9 ,12,1 5-
овая
цис , ц ис, цис-о хта -
дв катр иен -6,9, 12-
овая
цис, цис, цис, цис*
эйк о-зате траен-
5,8 .11, 14-овая
цис, цис, цис, цис,
цис-э йкоэа пента ен-
5, 8,11 ,14,17- овая
Усл овн ое
обозн ачение
1 6; 1
18 : 1
1В : 1
18 : 1
10 : 2
1 8: 3
18 ; 3
2D ; 4
20 : 5
Форм ула
Мон оеиовы в
16 9 I
18 9 |
18 11 ]
.8 ° Н
Пол иеиов ые
18 L2 9 1
18 15 12 9 1
18 12 9 Г. |
3,1 и " я 5 СООН
20 IT М II я 5 1
СН, СООН
х с о ° и
^ .со о н
* Первая цифра обозн ачает общее число атомов углерода в цепи, вто
рая - число двойных связей.
2.2. Спирты
В состав липидов такж е входят одно-, двух- и многоатомные спирты.
Эти спирты могут быть как насы щенны ми, так и ненасыщенными, но в ос
новном они содержат неразветвленны й углеводородный фрагмент и четное
число атомов углерода.
2.2.1. Одн оат омн ы е с пи рты
Одноатомные спирты, выделенные из липидов, имеют в своем составе
предельный длинн оцепочечны й радикал и содерж ат гидроксильную группу в
положении 1. Такие спирты получили название «высших». Некоторые из них
приведены в табл. 3.
9
Таблица 3
Спирты, входящие в состав липидов
Тр иви аль ное Си сте ма ти чес ко е
лау рид ино вый
ми рист инов ый
це тило вый гек саде кано л-1
ст еар ило вый окт адек анол -1
це рил овы й гек сако зано л-1
ме ли сси лов ый
ми рици лов ый
На зва ние
-
-
-
де кано л-1
ун дека нол- 1
до дека нол- 1 12
тет рад ека нол -1 14
эйк озан ол-1
три ако нтан ол-1
ген три акон тано л-1 31 СзтНезО Н
Чи сл о атом ов
угл еро да
10
11
16
18 С18Н37ОН
20
26
30 СзоНвтО Н
Фо рму ла
о
XОX
о
X
о
с , 2н м о н
См Нж О Н
С^ Изз ОН
С20Н41ОН
СгеНз зОН
X
В состав природных липидов чаще всего входят метиловый, стеариловый, ме-
лиссиловый и мирициловый спирты. Наиболее богаты высшими спиртами воски.
2.2.2. М н огоат о м ные спирт ы
Большинство природных липидов относятся к глицеролипидам , т.е.
являются производными тр ехатомного спирта - глицерина:
СН 2- О Н
I
с н — ОН
с н 2- о н
гли церин
В состав природных липидов могут также входить другие линейные (эти-
ленгликоль, пропандиолы, бутандиолы) и циклические полиолы (инозит). Кроме
отмеченных полиолов в состав липидов могут входить аминоспирты, различаю
щиеся длиной, строением и степенью ненасыщенное™ углеводородной цепи.
Наиболее известным из таких аминоспиртов является сфингозин- ненасыщен
ный двухатомный спирт с длиной цепи С18 и его насыщенный аналог - сфинга-
нин. В сфингозине заместители при двойной связи занимаю т трансконфигура
цию, а асимметрические атомы С-2 и С-3 (*) -/^-конфигурацию:
СН 2ОН
H - C - N H j СН 2- О Н
н - с -о н сн-м н2
н—С сн—он
\ 5 I
С— Н СН2-( С Н 2) М- С Н 3
(СН2)12
с н3
сф инг ози н
сф инг ан ин
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]