Липиды и их функции биохимия

Липиды и их функции биохимия

Термин «липиды» объединяет вещества, обладающие общим физическим свойством — гидрофобностью, т. е. нерастворимостью в воде. По структуре липиды настолько разнообразны, что у них отсутствует общий признак химического строения. Липиды разделяют на классы, в которые объединяют молекулы, имеющие сходное химическое строение и общие биологические свойства.

Основную массу липидов в организме составляют жиры — триацилглицеролы, служащие формой депонирования энергии. Жиры располагаются преимущественно в подкожной жировой ткани и выполняют также функции теплоизоляционной и механической защиты.

Фосфолипиды — большой класс липидов, получивший своё название из-за остатка фосфорной кислоты, придающего им свойства амфифильности. Благодаря этому свойству фосфолипиды формируют бислойную структуру мембран, в которую погружены белки. Клетки или отделы клеток, окружённые мембранами, отличаются по составу и набору молекул от окружающей среды, поэтому химические процессы в клетке разделены и ориентированы в пространстве, что необходимо для регуляций метаболизма.

Стероиды, представленные в животном мире холестеролом и его производными, выполняют разнообразные функции. Холестерол — важный компонент мембран и регулятор свойств гидрофобного слоя. Производные холестерола (жёлчные кислоты) необходимы для переваривания жиров. Стероидные гормоны, синтезируемые из холестерола, участвуют в регуляции энергетического, водно-солевого обменов, половых функций. Кроме стероидных гормонов, многие производные липидов выполняют регуляторные функции и действуют, как и гормоны, в очень низких концентрациях. Например, тромбоцитактивирующий фактор — фосфолипид особой структуры — оказывает сильное влияние на агрегацию тромбоцитов в концентрации 10 -12 М; эйкозаноиды, производные полиеновых жирных кислот, вырабатываемые почти всеми типами клеток, вызывают разнообразные биологические эффекты в концентрациях не более 10 -9 М. Из приведённых примеров следует, что липиды обладают широким спектром биологических функций.

В тканях человека количество разных классов липидов существенно различается. В жировой ткани жиры составляют до 75% сухого веса. В нервной ткани липидов содержится до 50% сухого веса, основные из них фосфолипиды и сфингомиелины (30%), холестерол (10%), ганглиозиды и цереброзиды (7%). В печени общее количество липидов в норме не превышает 10 — 13%.

Нарушения обмена липидов приводят к развитию многих заболеваний, но среди людей наиболее распространены два из них — ожирение и атеросклероз.

I. Структура, классификация и свойства основных липидов организма человека

Липиды разных классов существенно отличаются по структуре и функциям. Большинство липидов имеют в своём составе жирные кислоты, связанные сложноэфирной связью с глицеролом, холестеролом или амидной связью с аминоспиртом сфингозином.

А. Структура, состав и свойства жирных кислот и ацилглицеролов

Жирные кислоты в организме человека имеют чётное число атомов углерода, что связано с особенностями их биосинтеза, при котором к углеводородному радикалу жирной кислоты последовательно добавляются двухуглеродные фрагменты.

Жирные кислоты — структурные компоненты различных липидов. В составе триацилглицеролов жирные кислоты выполняют функцию депонирования энергии, так как их радикалы содержат богатые энергией СН2-группы. При окислении СН-связей энергии выделяется больше, чем при окислении углеводов, в которых атомы углерода уже частично окислены (-НСОН-). В составе фосфолипидов и сфинголипидов жирные кислоты образуют внутренний гидрофобный слой мембран, определяя его свойства. Жиры и фосфолипиды организма при нормальной температуре тела имеют жидкую консистенцию, так как количество ненасыщенных жирных кислот преобладает над насыщенными. В фосфолипидах мембран ненасыщенных кислот может быть до 80 — 85%, а в составе жиров подкожного жира — до 60%.

В свободном, неэтерифицированном состоянии жирные кислоты в организме содержатся в небольшом количестве, например, в крови, где они транспортируются в комплексе с белком альбумином.

Жирные кислоты липидов человека представляют собой углеводородную неразветвлённую цепь, на одном конце которой находится карбоксильная группа, а на другом — метальная группа (ω-углеродный атом). Большинство жирных кислот в организме содержат чётное число атомов углерода — от 16 до 20 (табл. 8-1 и 8-2). Жирные кислоты, не содержащие двойных связей, называют насыщенными. Основной насыщенной жирной кислотой в липидах человека является пальмитиновая (до 30 — 35%). Жирные кислоты, содержащие двойные связи, называют ненасыщенными. Ненасыщенные жирные кислоты представлены моноеновыми (с одной двойной связью) и полиеновыми (с двумя и большим числом двойных связей). Если в составе жирной кислоты содержатся две и более двойных связей, то они располагаются через СН2-группу. Имеется несколько способов изображения структуры жирных кислот. При обозначении жирной кислоты цифровым символом (табл. 8-1, вторая графа) общее количество атомов углерода представлено цифрой до двоеточия, после двоеточия указывают число двойных связей. Позицию двойной связи обозначают знаком А, после которого указывают номер атома углерода, ближайшего к карбоксилу, у которого находится двойная связь. Например, С18:1∆9 означает, что жирная кислота содержит 18 атомов углерода и одну двойную связь у 9-го атома углерода, считая от углеродного атома карбоксильной группы. Позиция двойной связи может быть указана и другим способом — по расположению первой двойной связи, считая от метального ω-атома углерода жирной кислоты. Например, линолевая кислота может быть обозначена как С18:2∆9,12 или С18:2ω-6. По положению первой двойной связи от метального углерода полиеновые жирные кислоты делят на семейства ω-3 и ω-6.

Читайте также:  Холестерин а молоке

Таблица 8-1. Строение жирных кислот

Источник: lifelib.info

Липиды в биохимии: характеристика, выполняемые функции

Что представляют собой липиды? Биохимия уделяет данному классу органических соединений отдельное внимание. Рассмотрим подробнее особенности их строения, а также свойства, функции, применение.

Теоретические аспекты

Липидами (жирами) называют низкомолекулярные органические вещества, которые частично либо полностью нерастворимы в воде. Их можно извлекать из клеток растений, животных, микроорганизмов с помощью неполярных органических растворителей (бензола, эфира, хлороформа).

Чем выделяются липиды? Биохимия данных соединений основывается на особенностях их химического состава и строения. У них есть жирные кислоты, спирты, фосфорная кислота, гетероциклические азотистые основания, углеводы. Сложно дать единое определение липидам, учитывая, насколько многогранно их химическое строение.

Биологическая важность

Как происходит обмен липидов? Биохимия характеризуется многочисленными функциями, выполняемые этими соединениями: резервная, энергетическая, структурная, регуляторная, защитная. Проанализируем их более детально:

  1. Структурная функция. Липиды совместно с белками представляют собой структурные компоненты биологических мембран клеток, то есть, воздействуют на их проницаемость, принимают активное участие в передаче нервного импульса, в формировании межклеточного взаимодействия.
  2. Энергетическая функция. Именно липиды называют «клеточным» энергоемким топливом. Окисление одного грамма жира сопровождается выделением 39 кДж энергии, что превышает в 2 раза окисление углеводов.
  3. Резервная функция. Заключается она в накоплении в клетке дополнительной энергии. Резервирование осуществляется в жировых клетках — адипоцитах. В организме взрослого человека содержится 6-10 кг липидов.
  4. Защитная функция. Для жиров характерны термоизоляционные свойства, благодаря чему они защищают тело от физических и механических повреждений. В растениях благодаря восковому налету гарантируется защита от инфекций, сохранение воды.
  5. Регуляторная функция. Липиды считаются предшественниками витаминов, гормонов (тромбоксанов, простагландинов, лейкотриенов). Проявляется данная функция также в зависимости активности мембран от свойств, состава липидов.

Это важно знать

В чем заключается метаболизм липидов? Биохимия у человека зависит от жирового обмена. В случае его нарушения возникают разнообразные патологические состояния: метаболический ацидоз, ожирение, атеросклероз, желчнокаменная болезнь. Как происходит окисление липидов? Биохимия крови — что это такое? Чтобы найти ответы на эти вопросы, обратимся к их классификации.

Подразделение

Липиды включают ЛПНП, триглицериды, холестерин, ЛПВП. Для человеческого организма важные только определенные липидные соединения, находящиеся в крови в максимальном количестве. Остальные не настолько важны, так как концентрация этих липопротеидов минимальна. На чем основывается классификация липидов? Биохимия предполагает выделение трех групп:

  • 1 группа. ЛПНП (липопротеиды низкой плотности), представляющие собой «плохой» холестерин, являются опасными для человека при повышении их концентрации в крови. Такие жиры быстро скапливаются на стенках сосудистых структур, уменьшая просвет. Это способствует возникновению ряда сердечно-сосудистых заболеваний (атеросклероз).
  • 2 группа. ЛПВП (липопротеиды высокой плотности) являются «хорошим» холестерином, способствуют минимизации накопления в сосудах «плохого» жира. Как происходит переваривание липидов? Биохимия предполагает циркуляцию их по сосудистым системам человека, в результате чего предотвращается скапливание на их стенках ЛПНП.
  • 3 группа. Триглецириды, которые представляют собой соединения из нескольких жирных кислот, а также двух белковых молекул. Они являются производными глицерина, источником энергии для функционирования клеток организма, активными участниками биологических процессов.

Липидный профиль

Недопустимо изменение концентрации триглицеридов ни в сторону уменьшения, ни в сторону увеличения. Подобные тенденции свидетельствуют о развитии патологического состояния в организме.

Также в классификации кровяных липидов выделяют эфиры холестерина и фосфолипиды. Эти показатели нужны для профильных исследований. Липидный профиль — это набор анализов крови, позволяющих выявлять отклонения в обмене жиров в конкретном организме. Его можно считать синонимом липидограммы. Заключается такое исследование в выявлении концентрации жиров в крови. В профиль входит количественный показатель базовых кровяных жиров («хороших» и «плохих»), их сравнение.

Предназначение липидного профиля

Он позволяет выявлять патологии сердечно-сосудистой системы, оценивать риски формирования индивидуальной предрасположенности к повышенному количеству липидов в крови. Анализировать результаты липидного профиля должен профессионал. У каждого конкретного человека понятие «нормы» варьируется, зависит от множества параметров: образа жизни, наследственных болезней.

Вариант назначения

Анализы на липиды необходимы для диагностики атеросклероза. Липидограмма — это необязательное обследование. В рамках базовой профилактики некоторых заболеваний нужно проводить его с периодичностью 1-2 раза в год. Среди конкретных показаний к подобному анализу специалисты считают следующие проблемы:

желтуху внепеченочного типа;

перенесенный инфаркт миокарда;

онкологические поражения поджелудочной железа;

ожирение разной степени;

Если у человека есть хоты бы одна из патологий, перечисленных выше, периодичность проведения анализа на липиды составляет 1 раз в 6 месяцев. Липидограмма считается важнейшим исследованием, позволяющим предупредить риски осложнений болезней, отслеживать возможность их терапии.

Как проводится обследование

Необходимо сдавать на анализ кровь из локтевой вены утром (натощак). До определения липидного профиля необходима предварительная правильная подготовка, чтобы не допустить искажений в лабораторных исследованиях.

Среди базовых подготовительных мер выделяют: сдачу в утренний период крови, отказ от алкоголя, курения, чрезмерных нагрузок, стрессов (не менее суток). Проводится липидограмма таким образом. Диагност ведет беседу с пациентом. Если нет противопоказаний, проводится анализ крови из вены либо фаланги пальца. Далее биоматериал направляют в лабораторию на исследование. По итогам оформляют диагностический лист, в котором подробно описывается липидный профиль обследованного пациента. Результаты выдают человеку на руки, или перенаправляют специалисту.

Читайте также:  Напитки от холестерина из семечек

Подведем итоги

Липиды являются группой органических веществ, которые включат в себя жиры и липоиды (жироподобные соединения). Жиры, находящиеся во всех клетках, являются естественным барьером. Они ограничивают проницаемость клеток, включены в состав гормонов. Они являются гидрофобными веществами, которые с водой образуют эмульсию. Липиды хорошо растворимы в органических растворителях (спиртах, ацетоне, бензоле). Без жиров невозможно полноценное функционирование организма человека. Нарушения липидного обмена негативно отражаются на состоянии, приводят к возникновению серьезных болезней.

Источник: fb.ru

Липиды и их функции биохимия

Глава II. ЛИПИДЫ

§ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ

Липиды представляют собой неоднородную группу химических соединений, нерастворимых в воде, но хорошо растворимых в неполярных органических растворителях: хлороформе, эфире, ацетоне, бензоле и др., т.е. общим их свойством является гидрофобность (гидро – вода, фобия – боязнь). Из-за большого разнообразия липидов дать более точное определение им невозможно. Липиды в большинстве случаев являются сложными эфирами жирных кислот и какого-либо спирта. Выделяют следующие классы липидов: триацилглицерины, или жиры, фосфолипиды, гликолипиды, стероиды, воска, терпены. Различают две категории липидов – омыляемые и неомыляемые. К омыляемым относятся вещества, содержащие сложноэфирную связь (воска, триацилглицерины, фосфолипиды и др.). К неомыляемым относятся стероиды, терпены.

Триацилглицерины, или жиры

Триацилглицерины являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина

и жирных (высших карбоновых) кислот. Общая формула жирных кислот имеет вид: R-COOH, где R – углеводородный радикал. Природные жирные кислоты содержат от 4 до 24 атомов углерода. В качестве примера приведем формулу одной из наиболее распространенной в жирах стеариновой кислоты:

В общем виде молекулу триацилгицерина можно записать так:

Если в состав триациоглицерина входят остатки различных кислот (R1 R2 R3), то центральный атом углерода в остатке глицерина становится хиральным.

Триацилглицерины неполярны и вследствие этого практически нерастворимы в воде. Основная функция триацилглицеринов – запасание энергии. При окислении1 гжира выделяется 39 кДж энергии. Триацилглицерины накапливаются в жировой ткани, которая, кроме депонирования жира, выполняет термоизолирующую функцию и защищает органы от механических повреждений. Более подробную информацию о жирах и жирных кислотах вы найдете в следующем параграфе.

Интересно знать! Жир, которым заполнен горб верблюда, служит, в первую очередь, не источником энергии, а источником воды, образующейся при его окислении.

Фосфолипиды содержат гидрофобную и гидрофильную области и поэтому обладают амфифильнымы свойствами, т.е. они способны растворяться в неполярных растворителях и образовывать стойкие эмульсии с водой.

Фосфолипиды в зависимости от наличия в их составе спиртов глицерина и сфингозина делятся на глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды.

В основе строения молекулы глицерофосфолипидов лежит фосфатидная кислота, образованная глицерином, двумя жирными и фосфорной кислотами:

В молекулах глицерофосфолипидов к фосфатидной кислоте сложноэфирной связью присоединена НО-содержащая полярная молекула. Формулу глицерофосфолипидов можно представить так:

где Х – остаток НО-содержащей полярной молекулы (полярная группировка). Названия фосфолипидов образуются в зависимости от наличия в их составе той или иной полярной группировки. Глицерофосфолипиды, содержащие в качестве полярной группировки остаток этаноламина,

носят название фосфатидилэтаноламинов, остаток холина

Формула фосфатидилэтаноламина выглядит так:

Глицерофосфолипиды отличаются друг от друга не только полярными группами, но и остатками жирных кислот. В их состав входят как насыщенные (состоящие обычно из 16 – 18 атомов углерода), так и ненасыщенные (содержащие чаще 16 – 18 атомов углерода и 1 – 4 двойные связи) жирные кислоты.

Сфингофосфолипиды по составу сходны с глицерофосфолипидами, но вместо глицерина содержат аминоспирт сфингозин:

Наиболее распространенными сфингофосфолипидами являются сфингомиелины. Они образованы сфингозином, холином, жирной кислотой и фосфорной кислотой:

Молекулы как глицерофосфолипидов, так и сфингофосфолипидов состоят из полярной головы (образована фосфорной кислотой и полярной группировкой) и двух углеводородных неполярных хвостов (рис.1). У глицерофосфолипидов оба неполярных хвоста являются радикалами жирных кислот, у сфингофосфолипидов – один хвост является радикалом жирной кислоты, другой – углеводородной цепочкой спирта сфингазина.

Рис. 1. Схематическое изображение молекулы фосфолипида.

При встряхивании в воде фосфолипиды спонтанно формируют мицеллы, в которых неполярные хвосты собираются внутри частицы, а полярные головы располагаются на ее поверхности, взаимодействуя с молекулами воды (рис. 2а). Фосфолипиды способны образовывать также бислои (рис. 2б) и липосомы – замкнутые пузырьки, окруженные непрерывным бислоем (рис. 2в).

Рис. 2. Структуры, образуемые фосфолипидами.

Способность фосфолипидов, образовывать бислой, лежит в основе формирования клеточных мембран.

Гликолипиды

Гликолипиды содержат в своем составе углеводный компонент. К ним относятся гликосфинголипиды, содержащие, кроме углевода спирт, сфингозин и остаток жирной кислоты:

Они так же, как и фосфолипиды, состоят из полярной головы и двух неполярных хвостов. Гликолипиды располагаются на внешнем слое мембраны, являются составной частью рецепторов, обеспечивают взаимодействие клеток. Их особенно много в нервной ткани.

Читайте также:  Холестерин и холестерол печень

Стероиды

Стероиды являются производными циклопентанпергидрофенантрена (рис. 3). Один из важнейших представителей стероидов – холестерин. В организме он встречается как в свободном состоянии, так и в связанном, образуя сложные эфиры с жирными кислотами (рис. 3). В свободном виде холестерин входит в состав мембран и липопротеинов крови. Сложные эфиры холестерина являются его запасной формой. Холестерин является предшественником всех остальных стероидов: половых гормонов (тестостерон, эстрадиол и др.), гормонов коры надпочечников (кортикостерон и др.), желчных кислот (дезоксихолевая и др.), витамина D (рис. 3).

Интересно знать! В организме взрослого человека содержится около 140 г холестерина, больше всего его находится в нервной ткани и надпочечниках. Ежедневно в организм человека поступает 0,3 – 0,5 г холестерина, а синтезируется – до 1 г.

Воска

Воска – это сложные эфиры, образованные длинноцепочечными жирными кислотами (число атомов углерода 14 – 36) и длинноцепочечными одноатомными спиртами (число атомов углерода 16 – 22). В качестве примера рассмотрим формулу воска, образованного олеиновым спиртом и олеиновой кислотой:

Воска выполняют главным образом защитную функцию, находясь на поверхности листьев, стеблей, плодов, семян они защищают ткани от высыхания и проникновения микробов. Они покрывают шерсть и перья животных и птиц, предохраняя их от намокания. Пчелиный воск служит строительным материалом для пчел при создании сот. У планктона воск служит основной формой запасания энергии.

Терпены

В основе терпеновых соединений лежат изопреновые остатки:

К терпенам относятся эфирные масла, смоляные кислоты, каучук, каротины, витамин А, сквален. В качестве примера приведем формулу сквалена:

Сквален является основным компонентом секрета сальных желез.

Источник: ebooks.grsu.by

Липиды и их функции биохимия

Липиды — большая группа веществ биологического происхождения, хорошо растворимых в органических растворителях, таких, как метанол, ацетон, хлороформ и бензол. В то же время эти вещества нерастворимы или мало растворимы в воде. Слабая растворимость связана с недостаточным содержанием в молекулах липидов атомов с поляризующейся электронной оболочкой, таких, как О, N, S или P (см. с. 14)

Липиды подразделяются на омыляемые и неомыляемые. Из огромного множества липидов здесь приведены лишь некоторые представители. Отдельные классы липидов обсуждаются в последующих разделах.

Омыляемые липиды. Структурные компоненты омыляемых липидов связаны сложноэфирной связью. Эти липиды легко гидролизуются в воде под действием щелочей или ферментов. Омыляемые липиды включают три группы веществ: сложные эфиры, фосфолипиды и гликолипиды. В группу сложных эфиров входят нейтральные жиры (глицерин+три жирные кислоты), воски (жирный спирт+жирная кислота) и эфиры стеринов (стерин+жирная кислота). Группа фосфолипидов включает фосфатидовые кислоты (глицерин+две жирные кислоты+фосфатная группа), фосфатиды (глицерин+две жирные кислоты+фосфатная группа+спирт) и сфинголипиды (сфингозин+жирная кислота+фосфатная группа+спирт). К группе гликолипидов относятся цереброзиды (сфингозин+жирная кислота+один углеводный остаток) и ганглиозиды (сфингозин+жирная кислота+несколько углеводных остатков, в том числе нейраминовая кислота).

Группа неомыляемых липидов включает предельные углеводороды и каротиноиды, а также спирты. В первую очередь это спирты с длинной алифатической цепью, циклические стерины (например, холестерин) и стероиды (эстрадиол, тестостерон и др.). Важнейшую группу липидов образуют жирные кислоты. К этой группе относятся также эйкозаноиды, которые можно рассматривать как производные жирных кислот (см. с. 376).

Б. Биологические функции липидов

1. Макроэргические вещества. Липиды — наиболее важный из всех питательных веществ источник энергии (см. рис. 349). В количественном отношении липиды — основной энергетический резерв организма. В основном жир содержится в клетках в виде жировых капель, которые служат метаболическим «топливом». Липиды окисляются в митохондриях до воды и диоксида углерода с одновременным образованием большого количества АТФ (ATP) (см. рис. 127).

2. Структурные блоки. Ряд липидов принимает участие в образовании клеточных мембран (см. рис. 217). Типичными мембранными липидами являются фосфолипиды, гликолипиды и холестерин. Следует отметить, что мембраны не содержат жиров.

3. Изолирующий материал. Жировые отложения в подкожной ткани и вокруг различных органов обладают высокими теплоизолирующими свойствами. Как основной компонент клеточных мембран липиды изолируют клетку от окружающей среды и за счет гидрофобных свойств обеспечивают формирование мембранных потенциалов (см. рис. 341).

4. Прочие функции липидов. Некоторые липиды выполняют в организме специальные функции Стероиды, эйкозаноиды и некоторые метаболиты фосфолипидов выполняют сигнальные функции. Они служат в качестве гормонов, медиаторов и вторичных переносчиков (мессенджеров) (см. с. 358), Отдельные липиды выполняют роль «якоря», удерживающего на мембране белки и другие соединения (см. с. 230). Некоторые липиды являются кофакторами, принимающими участие в ферментативных реакциях, например, в свертывании крови (см. с. 282) или в трансмембранном переносе электронов (см. с. 128). Светочувствительный каротиноид ретиналь играет центральную роль в процессе зрительного восприятия (см. рис. 347). Поскольку некоторые липиды не синтезируются в организме человека, они должны поступать с пищей в виде незаменимых жирных кислот и жирорастворимых витаминов (см. рис. 353).

Источник: www.xumuk.ru