Липиды: строение, функции и классификация¶
Липиды — обширная группа органических соединений, объединяемых по общему физико-химическому признаку: они нерастворимы (или малорастворимы) в воде и хорошо растворяются в неполярных органических растворителях — эфире, хлороформе, бензоле, ацетоне. В отличие от белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов, липиды не являются полимерами с единым типом мономерного звена: это сборная группа веществ разного химического строения, выполняющих в живых организмах сходные функции. Молекулы большинства липидов содержат длинные углеводородные цепи, что и определяет их гидрофобность.
¶Химическое строение
Основу многих липидов составляют жирные кислоты — карбоновые кислоты с длинной углеводородной цепью, обычно содержащей от 4 до 24 атомов углерода. Чаще всего встречаются кислоты с чётным числом атомов углерода (16 и 18 — наиболее распространённые). Жирные кислоты делятся на насыщенные (без двойных связей в цепи) и ненасыщенные (с одной или несколькими двойными связями). Насыщенные кислоты — пальмитиновая, стеариновая — имеют более высокую температуру плавления; ненасыщенные — олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая — плавятся при более низкой температуре и придают жирам жидкую консистенцию.
Связывание жирной кислоты со спиртом происходит через сложноэфирную связь. Именно этот принцип лежит в основе строения наиболее распространённых липидов — триацилглицеридов (нейтральных жиров), где три остатка жирных кислот присоединены к трёхатомному спирту глицерину.
¶Классификация
Единой общепринятой классификации липидов нет; чаще всего их делят на несколько групп.
- Простые липиды — состоят только из остатков спирта и жирных кислот. К ним относятся триацилглицериды (жиры и масла) и воски.
- Сложные липиды — содержат дополнительные компоненты: фосфорную кислоту, азотистые основания, углеводы. Сюда входят фосфолипиды (основа клеточных мембран), гликолипиды и сфинголипиды.
- Производные липидов — вещества, близкие к липидам по свойствам, но иного строения: стероиды (в том числе холестерин), жирорастворимые витамины (A, D, E, K), терпены, некоторые гормоны и пигменты.
Отдельно выделяют свободные жирные кислоты, которые в организме присутствуют в небольших количествах и играют роль сигнальных молекул и источников энергии.
¶Биологические функции
Липиды выполняют в живых системах несколько ключевых функций.
Энергетическая. При полном окислении 1 г жира выделяется около 38,9 кДж (9,3 ккал) — примерно вдвое больше, чем при окислении углеводов или белков. Жиры служат главным долговременным запасом энергии у животных и человека, откладываясь в жировой ткани.
Структурная. Фосфолипиды и холестерин образуют основу биологических мембран, формируя липидный бислой, который разделяет клетку и её органеллы от внешней среды и регулирует транспорт веществ.
Термоизоляционная и защитная. Подкожная жировая ткань утепляет организм, а жировая капсула вокруг внутренних органов предохраняет их от механических повреждений.
Регуляторная и сигнальная. Стероидные гормоны (кортизол, тестостерон, эстрадиол), производные жирных кислот (простагландины, лейкотриены) участвуют в регуляции обмена веществ, воспалительных и иммунных реакций.
Транспортная. Жирорастворимые витамины и некоторые лекарства переносятся в составе липопротеинов — комплексов липидов с белками.
¶Липиды в питании человека
В рационе человека жиры служат источником незаменимых (эссенциальных) жирных кислот — линолевой и линоленовой, которые не синтезируются в организме и должны поступать с пищей. Они также обеспечивают усвоение жирорастворимых витаминов и придают пище вкусовые качества.
По происхождению пищевые жиры делят на животные (сливочное масло, сало, рыбий жир) и растительные (подсолнечное, оливковое, льняное масло). Растительные масла богаты ненасыщенными кислотами, животные жиры — преимущественно насыщенными. Рекомендуется, чтобы доля жиров в суточной калорийности взрослого человека составляла примерно 20–35 %, при этом насыщенные жиры не должны превышать 10 %.
¶Обмен липидов в организме
Переваривание жиров происходит главным образом в тонком кишечнике под действием ферментов липаз, которые расщепляют сложноэфирные связи. Желчные кислоты, вырабатываемые печенью, эмульгируют жиры, увеличивая площадь контакта с ферментами. Продукты расщепления всасываются в стенку кишечника, где вновь синтезируются триацилглицериды, включающиеся в состав хиломикронов — крупных транспортных частиц.
В крови липиды переносятся в составе липопротеинов, различающихся по плотности: хиломикроны, липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), низкой плотности (ЛПНП) и высокой плотности (ЛПВП). Нарушения липидного обмена — повышение уровня холестерина и ЛПНП — связаны с развитием атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний.
¶Практическое значение
Липиды широко применяются в промышленности и быту. Жиры и масла используются в пищевой промышленности, мыловарении, производстве косметики, смазочных материалов, биодизеля. Фосфолипиды (например, лецитин) служат эмульгаторами в пищевых продуктах. В медицине липосомы — искусственные везикулы из фосфолипидов — применяются для доставки лекарств в клетки-мишени.
В России исследования липидов ведутся в институтах биохимии, а также на кафедрах биохимии медицинских и биологических вузов; вопросы липидного питания и профилактики атеросклероза входят в число приоритетных направлений профилактической медицины.
Источники: учебники по биохимии (В. П. Комов, В. Н. Шведова; А. Ленинджер), материалы по органической химии и физиологии питания.