20. Липиды, классиф., биол.Ф-ии, Липидные мономеры. Формулы рационального питания для липидных компонентов.

Липиды (от греч. lipos — жир) — это гетерогенная группа орга­нических веществ, не растворимых в воде, но растворимых в аполярных органических растворителях (хлороформ, бензол, эфир, ацетон, этанол и др.).

Содержание липидов в организме, как правило, составляет 10—20 % от массы тела и зависит от вида тканей, возраста, пола животного, количества и состава пищи.

Биологические функции липидов

1. Структурная. Участвуют в структурно-функциональной организации мембраннных систем клетки. В качестве структурных компонентов клетки участвуют в передаче нервного импульса (в нервной ткани содержится 20—25 % фосфолипидов).

2. Энергетическая. Липиды являются резервом энергетического топлива. Так, например, триацилглицериды (ТАГ) при расщеплении 1 г дают 38,9 кДж энергии (это в 2,5 раза больше, чем при сгорании такого же количества углеводов или белков).

Липиды так же, как белки и углеводы, являются источником эндогенной воды. При окислении 100 г жира образуется 107,1 г воды, углеводов — 55,5 г, белков — 41,3 г.

3. Защитная. Жировая ткань защищает внутренние органы от травм. Жиры участвуют в образовании липидных компонентов кожи позвоночных, восковой пленки на поверхности листьев и пло­дов, предохраняющей их от потери воды, в образовании клеточных стенок бактерий и кутикулы насекомых.

4. Терморегуляторная. Жиры участвуют в процессах термо­регуляции, защищая внутренние органы от охлаждения.

5. Транспортная. Транспортируют жирорастворимые компо­ненты в процессе всасывания.

Классификация липидов

До настоящего времени единой строго научной классификации липидов нет, что объясняется многообразием структурных компонен­тов, входящих в их состав. Существует несколько классификаций.

В соответствии со структурной классификацией липиды под­разделяют на однокомпонентные (липидные мономеры) и много­компонентные. В свою очередь многокомпонентные липиды под­разделяются на простые и сложные (липоиды).

К липидным мономерам относятся высшие углеводороды, высшие алифатические спирты, альдегиды, кетоны, изопреноиды и их производные, высшие аминоспирты (сфингозины), жирные кислоты, высшие полиолы.

Простые многокомпонентные липиды — это эфиры высокомоле­кулярных алкоголей и жирных кислот. К ним относятся ацилглицери-ды (жиры), воски, стериды.

Сложные липиды (липоиды) являются сложными эфирами, со­держащими также азотистые основания и радикалы фосфорной кислоты. К ним относятся липопротеиды, фосфо- и гликолипиды.

По степени полярности липиды подразделяются на нейтральные (неполярные) и полярные. Нейтральные липиды — это нейтральные жиры.

По отношению к щелочам выделяют омыляемые и неомыля-емые липиды. Омыляемая фракция липидов подвергается щелоч­ному гидролизу. Неомыляемые липиды — соединения, не подверга­ющиеся щелочному гидролизу: липидные мономеры, стерины, простые эфиры, жирорастворимые витамины.

По расположению в тканях и функциям липиды подразделя­ются на структурные (плазматические) и запасные (депозитные). Структурные липиды входят в состав клеточных мембран и прото­плазмы. К ним относятся фосфо-, глико- и сульфолипиды. Депозит­ные липиды являются лабильной составной частью тканей, их со­держание находится в прямой зависимости от упитанности организма. Ряд авторов делит липиды на три основные группы: нейтраль­ные липиды, фосфолипиды и сфинголипиды.

Представители липидных мономеров

Углеводороды

Высшие углеводороды являются липидами простейшего типа, например: С₃₀Н₅₀ — сквален, C₁₈H₃₂ — пристан, С_|8Н₃₂ — гадлузенен, С₁₀Н₂₂ — декан, С₂₈Н₄₆ - цеторхинен.

Сквален — алифатический ненасыщенный углеводород с шестью двойными связями, бесцветное подвижное масло; М = 410,7, (_кт = 213 °С, t = -20 °Г.

Сквален является промежуточным соединением в биосинтезе холестерина. Содержится в жирах печени некоторых морских жи­вотных и рыб (акул, скатов, химер).

Каротиноиды (от лат. carota — морковь) — углеводороды состава С₄₀Н₅₆. Одной из характерных особенностей каротиноидов является наличие в них большого числа сопряженных двойных свя­зей, образующих хромоформные группы, от которых зависит окраска тканей.

Наиболее важными являются а-, β -, γ -каротины, которые содержатся в растениях и служат провитаминами жирораствори­мого витамина А. а-Каротин отличается от β -изомера положением двойной связи в одном из циклов, расположенных по концам моле­кулы. В отличие от а- и β-изомеров γ-каротин имеет только один цикл.

Группа каротиноидов включает 65—70 природных пигментов. Они содержатся в большинстве растений, в животных организмах их концентрация низкая. Все натуральные каротиноиды рассмат­риваются как производные ликопина — каротиноида, который ха­рактерен для плодов томатов, некоторых ягод и фруктов. Наиболее известными пигментами являются каротины, придающие окраску моркови. Криптоксантин и цеоксантин — это каротины, определя­ющие окраску семян желтой кукурузы; ликопин — каротиноид, обус­ловливающий окраску плодов томата; лютеин — желтый пигмент, содержащийся наряду с каротинами в зеленых частях растений; цитроксантин — это каротиноид, который содержится в кожуре цит­русовых плодов; фукоксантин характерен для бурых водорослей и принимает участие в процессе фотосинтеза в качестве вспомога­тельного пигмента.

К липидным мономерам также относятся хлорофиллы — пигменты, придающие зеленую окраску растениям и участвующие в процессе фотосинтеза.

Высшие полиолы (спирты)

Высшие полиолы (спирты) — это липидные мономеры, кото­рые могут входить в состав многокомпонентных липидов; они под разделяются на насыщенные и ненасыщенные.

Насыщенные спирты

Октиловый, Дециловый,Лауриновый,

додециловый, Миристиновый,,тетрадециловый

Цетиловый,,гексадециловый

Стеариновый, октадециловый, батиловый

Мирициловый

Ненасыщенные спирты

Каприновый, ,атрофиловый,Макроцефаловый,

децениловый,Додецениловый,

одонтоцефалиновый ,Тетрадецениловый,

физетериловый, Гексадецениловый

зоомариновый ,Октадецениловый

олеиловый, селахиловый

Аминоспирты

Аминоспирты — это спирты, которые содержат аминогруппу, могут входить в состав липидов и являться липидными мономерами. Характерным аминоспиртом является сфингозин: CH₂(CH₃)₁₂—СН=СН—СН—СН—СН₂

ОН NH₂ ОН

Сфингозин в виде церамин-1^-ацильного производного входит в состав сложных липидов, а именно сфинголипидов — типичных компонентов высокоорганизованных тканей, особенно тканей нервной системы. В процессе миелинизации они накапливаются в сером и белом веществе головного мозга; содержатся в оболочках аксонов периферической нервной системы, мембранах эритроцитов, плазме крови, печени, легких, селезенке, почках.

Холин относят к группе витаминов В, синтезируется из метионина и аминоэтилового спирта (этаноламина), является сильным основанием и входит в состав лецитинов. Структурная формула холина

Жирные кислоты

Жирные кислоты подразделяются на насыщенные и ненасы­щенные.

Согласно Женевской номенклатуре систематическое название жирных кислот чаще всего образуется путем добавления к назва­нию углеводорода окончания -овая. Насыщенные кислоты при этом имеют окончание -ановая (например, октановая), а ненасыщенные -еновая (например, октадеценовая — олеиновая кислота).

Общие сокращенные формулы для жирных кислот С^r_m» С_m:r, где т — число атомов С, включая атом С карбоксильной группы; k — число кратных связей.

Атомы углерода нумеруются, начиная от карбоксильной груп­пы, содержащей атом углерода (углерод 1). Атом углерода, следу­ющий за карбоксильной группой (углерод 2), называют также а-углеродом, атом углерода 3 - β-углеродом, а углерод концевой метильной группы (углерод п) — ω-углеродом.

Для указания числа двойных связей и их положения принима­ются различные обозначения:

• символ Δ с цифрой, указывающей номер атома углерода, означает положение первой двойной связи, при этом нумерация идет от атома углерода карбоксильной группы, например, Δ 9 означает, что двойная связь в молекуле жирной кислоты находится между атомами 9 и 10 от карбоксильной группы;

• символ ω обозначает обратный ход нумерации, со обозначается первый атом углеродного радикала, например, ω 9 показывает, что двойная связь между 9-м и 10-м атомами углерода, если их отсчиты­вать с ω -конца.

В молекулы жирных кислот животных организмов в процессе метаболизма могут входить дополнительные двойные связи, но всегда между уже имеющимися двойной связью (например,ω9,ω6, ωЗ) и карбоксильным углеродом; это позволяет разделить жирные кислоты животного происхождения на три семейства — ω9,ω6, ω3

Насыщенные жирные кислоты

Насыщенными жирными кислотами называются карбоновые кислоты, углеродные цепи которых не содержат двойных связей.

Насыщенные жирные кислоты (в отличие от ненасыщенных) устойчивы к действию окислителей.

Углеродные цепи насыщенных кислот имеют форму зигзаго­образной линии, когда они вытянуты, как, например, при низких температурах. При высоких температурах происходит поворот вокруг ряда связей, приводящий к укорочению цепей, именно поэтому при повышении температуры биомембраны становятся тоньше.

Насыщенные жирные кислоты характерны для твердых жиров, ненасыщенные — для жидких.

Ненасыщенные жирные кислоты

Ненасыщенные жирные кислоты — это кислоты, содержащие в углеродном скелете двойные (кратные) связи.

В зависимости от степени ненасыщенности (количество двойных связей) их подразделяют:

— на мононенасыщенные (моноэтеноидные, моноеновые) кис­лоты — содержат одну двойную связь;

• — полиненасыщенные (полиэтеноидные, полиеновые) кислоты — содержат более двух двойных связей. Некоторые авторы относят к полиеновым кислотам ненасыщенные жирные кислоты, содержа­щие три и более кратных связей.

У ненасыщенных жирных кислот наблюдается геометрическая изомерия, обусловленная различием в ориентации атомов или групп относительно двойной связи. Если ацильные цепи располагаются с одной стороны от двойной связи, образуется цис-конфитурация, характерная, например, для олеиновой кислоты; если же они рас­полагаются по разные стороны от двойной связи, то образуется транс-конфигу рация.

К ненасыщенным жирным кислотам относятся оксикислоты, например рицинолевая кислота, имеющая гидроксильную группу у атома С₁₂:

С₂₁Н₄₁СООН

СН₃-(СН₂)₇-СН=СН-(СН₂)_П-СООН

Циклические ненасыщенные жирные кислоты

Молекулы циклических ненасыщенных кислот содержат мало реакционноспособные углеродные циклы. Характерными примерами являются гиднокарповая и хаульмугровая кислоты.

Эти кислоты входят в состав масел тропических растений, используемых для лечения проказы и туберкулеза.

Незаменимые {эссенциальные) жирные кислоты

В 1928 г. Эванс и Бэрр обнаружили, что у крыс, получающих обезжиренный, но содержащий витамины А и D рацион, наблюда­ется замедление роста, снижение плодовитости, чешуйчатый дер­матит, некроз хвоста, поражение мочевой системы. В своих рабо­тах они показали, что данные синдромы можно лечить, добавляя в пищу незаменимые жирные кислоты.

Незаменимые (эссенциальные) жирные кислоты — это кислоты, которые не синтезируются организмом человека, а поступают в него с пищей. Незаменимыми кислотами являются:

- линолевая С₁₇Н₃₁СООН (две двойные связи),

— линоленовая С₁₇Н₂₉СООН (три двойные связи),

— арахидоновая С₁₉Н₃₁СООН (четыре двойные связи),

Линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организ­ме человека, арахидоновая — синтезируется из линолевой с помощью витамина В₆. Эти кислоты называются витамином F (от англ. fat — жир) и входят в состав растительных масел.

У людей, в питании которых отсутствуют незаменимые жир­ные кислоты, развивается чешуйчатый дерматит, нарушение транс­порта липидов. Во избежание этих нарушений необходимо, чтобына долю незаменимых жирных кислот приходилось до 2 % от общей калорийности. Незаменимые жирные кислоты используются орга­низмом в качестве предшественников биосинтеза простагландинов и лейкотриенов, участвуют в построении клеточных мембран, регу­лировании обмена веществ в клетках, кровяного давления, агрега­ции тромбоцитов, выводят из организма избыточное количество холестерина, уменьшая таким образом вероятность заболевания атеросклерозом, повышают эластичность стенок кровеносных сосу­дов. Наибольшей активностью обладает арахидоновая кислота, про­межуточной — линолевая; активность линоленовой кислоты в 8—10 раз ниже активности линолевой кислоты.

а-Линоленовая кислота является ω-З-кислотой, линолевая, ара­хидоновая и γлиноленовая — ω-6-кислотами, последние входят в семейство омега-6.

Линолевая кислота входит в состав многих растительных масел, содержится в пшенице, арахисе, семенах хлопчатника, сое. Арахи­доновая кислота обнаруживается вместе с линолевой кислотой, осо­бенно в арахисовом масле; является важным элементом фосфоли-пидов животных. а-Линоленовая кислота также обнаруживается вместе с линолевой кислотой, особенно в льняном масле, γлиноле-новая — характерна для розового масла.

Рекомендуемое Институтом питания РАМН соотношение ω-6 : ω-3 в рационе для здорового человека составляет 10 : 1, для лечебного питания от 3 : 1 до 5 : 1. Суточная потребность в линоле­вой кислоте — 6—10 г, ее суммарное содержание в жирах пищевого рациона должно составлять не менее 4 % от общей калорийности.

Для здорового организма соотношение жирных кислот должно быть сбалансированным: 10—20 % полиненасыщенных, 50—60 % мононенасыщенных и 30 % насыщенных. Для людей пожилого воз­раста и больных сердечно-сосудистыми заболеваниями содержание линолевой кислоты должно составлять 40 % от общего содержания жирных кислот. Соотношение полиненасыщенных и насыщенных кислот 2 : 1, соотношение линолевой и линоленовой кислот 10 : 1.