Лекции на тему липиды

Биохимия

Липиды

Липиды

Липиды  (от др. греч. λίπος — жир) — обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов.

Липиды являются третьим классом органических веществ из которых состоит живой организм. Правильный качественный и количественный состав липидов клетки определяет ее возможности, активность и выживаемость.

Функции липидов

Необходимость изучения строения, свойств и видов липидов кроется в многообразии из функций. Функции липидов существенно зависят от их вида:

• Резервно-энергетическая функция:

Триацилглицеролы (сложные эфиры трехатомного спирта – глицерина) подкожного жира являются основным энергетическим резервом организма при голодании. Для поперечнополосатой мускулатуры, печени и почек они являются основным источником энергии.

Функции липидов

• Структурная функция:

Мембраны клеток состоят из  фосфолипидов , обязательным компонентом являются гликолипиды и холестерол. Т.к. активность мембранных ферментов зависит от состояния и текучести мембран, то жирнокислотный состав и наличие определенных видов фосфолипидов, количество холестерола влияет на активность мембранных липидзависимых ферментов.

Холестерол (холестерин) – высокомолекулярный спирт:

Функции липидов

• Сигнальная функция:

Гликолипиды выполняют рецепторные функции и задачи взаимодействия с другими клетками. Производные жирных кислот –  эйкозаноиды  – являются местными или тканевыми гормонами, обеспечивая регуляцию функций клеток.

• Защитная функция:

Подкожный жир является хорошим термоизолирующим средством, наряду с брыжеечным жиром он обеспечивает механическую защиту внутренних органов. Фосфолипиды играют определенную роль в активации свертывающей системы крови.

Классификация липидов

Классификация липидов сложна, так как в класс липидов входят вещества весьма разнообразные по своему строению. Их объединяет только одно свойство –  гидрофобность .

По отношению к гидролизу в щелочной среде все липиды подразделяют на две большие группы:  омыляемые  и  неомыляемые .

• Среди неомыляемых определена большая группа стероидов, в состав которой входят  холестерол  и его  производные : стероидные гормоны, стероидные витамины, желчные кислоты.
• Среди омыляемых липидов существуют  простые  липиды, т.е. состоящие только из спирта и жирных кислот – воска ,  триацилглицеролы  (триглицериды),  эфиры холестерола , и  сложные липиды, включающие, кроме спирта и жирных кислот, вещества иного строения –  фосфолипиды ,  гликолипиды , сфинголипиды .

Классификация липидов

Эйкозаноиды

К  эйкозаноидам  (είκοσι, греч.-двадцать) относят окисленные производные эйкозановых кислот: 

• эйкозотриеновой  (С20:3)* 
• арахидоновой  (С20:4) 
• тимнодоновой  (С20:5)

Активность эйкозаноидов значительно разнится  от числа двойных связей  в молекуле, которое зависит от строения исходной жирной кислоты.

*Эта запись обозначает, что у карбоновой кислоты 20 атомов углерода в цепи (С20) и 3 кратные связи.

Эйкозаноиды

Выделяют три основные группы эйкозаноидов:  простагландины , лейкотриены ,  тромбоксаны .

• Простагландины  (Pg) – синтезируются практически во всех клетках, кроме эритроцитов и лимфоцитов. Выделяют типы простагландинов A, B, C, D, E, F. Функции простагландинов сводятся к изменению тонуса гладких мышц, при этом направленность изменений различна в зависимости от типа простагландинов, типа клетки и условий. Они также влияют на температуру тела.

Эйкозаноиды

• Тромбоксаны  (Tx) образуются в тромбоцитах, стимулируют их агрегацию и вызывают сужение сосудов. Их активность   снижается при увеличении числа двойных связей в исходных жирных кислотах.

В организме суммарный эффект  простациклинов  и  тромбоксанов  на тромбообразование и артериальное давление складывается.

• Лейкотриены  (Lt) синтезируются в лейкоцитах, в клетках легких, селезенки, мозга, сердца. Выделяют 6 типов лейкотриенов A, B, C, D, E, F. В лейкоцитах они стимулируют подвижность и миграцию клеток в очаг воспаления. В целом они активируют реакции воспаления, предотвращая его хронизацию.

Жирные кислоты

Жирные кислоты входят в состав практически всех классов липидов, кроме производных холестерола.

У человека жирные кислоты характеризуются следующими особенностями:

• четное число углеродных атомов в цепи,
• отсутствие разветвлений цепи,
• наличие двойных связей только в цис-конформации.

В свою очередь, по строению жирные кислоты неоднородны и различаются длиной цепи и количеством двойных связей.

Жирные кислоты

В свою очередь, по строению жирные кислоты неоднородны и различаются длиной цепи и количеством двойных связей:

К  насыщенным  жирным кислотам относится пальмитиновая (С16), стеариновая (С18) и арахиновая (С20).

К  мононенасыщенным  – пальмитоолеиновая (С16:1, Δ9), олеиновая (С18:1, Δ9). Указанные жирные кислоты находятся в большинстве пищевых жиров и в жире человека.

Полиненасыщенные  жирные кислоты содержат от 2-х и более двойных связей, разделенных метиленовой группой. Кроме отличий по  количеству  двойных связей, кислоты различаются их  положением  относительно начала цепи (обозначается через греческую букву Δ " дельта ") или последнего атома углерода цепи (обозначается буквой ω " омега ").

Роль жирных кислот

1. Именно с жирными кислотами связана самая известная функция липидов –  энергетическая . Благодаря окислению жирных кислот ткани организма получают более половины всей энергии, только эритроциты и нервные клетки не используют их в этом качестве. Как энергетический субстрат используются, в основном,  насыщенные  и  мононенасыщенные  жирные кислоты.

2.Жирные кислоты входят в состав  фосфолипидов  и  триацилглицеролов . Наличие  полиненасыщенных  жирных кислот определяет биологическую активность  фосфолипидов , свойства биологических мембран, взаимодействие фосфолипидов с мембранными белками и их транспортную и рецепторную активность.

Роль жирных кислот

3 . Для длинноцепочечных (С 22 , С 24 ) полиненасыщенных жирных кислот установлено участие в механизмах  запоминания  и  поведенческих  реакциях.

4. Еще одна, и очень важная функция ненасыщенных жирных кислот, а именно – содержащих 20 углеродных атомов ( эйкозановые кислоты ), заключается в том, что они являются субстратом для синтеза  эйкозаноидов  – биологически активных веществ, изменяющих количество цАМФ и цГМФ в клетке, модулирующих метаболизм и активность как самой клетки, так и окружающих клеток. Иначе эти вещества называют местные или  тканевые гормоны .

Источники жирных кислот

Поскольку жирные кислоты определяют свойства молекул, в состав которых они входят, то они находятся в совершенно разных продуктах.

• Источником  насыщенных  и  мононенасыщенных жирных кислот являются  твердые жиры  – сливочное масло, сыр и другие молочные продукты, свиное сало и говяжий жир.
• Полиненасыщенные ω6-жирные кислоты  в большом количестве представлены в  растительных маслах  ( кроме оливкового и пальмового ) – подсолнечное, конопляное, льняное масло. В небольшом количестве арахидоновая кислота имеется также в свином жире и молокопродуктах.
• Полиненасыщенные  ω3-жирные кислоты  находятся в  рыбьем жире  – в первую очередь жир трески. Как исключение, α-линоленовая кислота содержится в  льняном масле .

Фосфолипиды

Фосфолипиды (фосфатиды) представляют собой соединение спирта  глицерола(глицерин)  или  сфингозина(2-амино-4-октадецен-1,3-диол)  с высшими  жирными кислотами  и  фосфорной кислотой . В их состав также входят азотсодержащие соединения  холин ,  этаноламин серин , циклический шестиатомный спирт  инозитол  (витамин В 8 ).

Доля фосфолипидов в пищевом жире невелика (не более 10%), это фосфолипиды клеточных мембран и жировых эмульсий. Источниками фосфолипидов является практически любой жир, используемый в пищу – любые растительные масла, свиной, говяжий и другой животный жир, жир молочных продуктов и сливочное масло. В результате фосфолипидов поступает около 8-10 г в сутки.

В организме человека наиболее распространены глицерофосфолипиды. Жирные кислоты, входящие в состав этих фосфолипидов, неравноценны. Ко  второму  атому углерода присоединена, как правило,  полиненасыщенная  жирная кислота. При углероде С 1 находятся любые кислоты, чаще мононенасыщеннные или насыщенные.

Фосфолипиды выполняют структурную функцию.

Гликолипиды

Гликолипиды широко представлены в нервной ткани и мозге. Размещаются они на наружной поверхности плазматических мембран, при этом олигосахаридные цепи направлены наружу. Наиболее вероятная их функция – рецепторная.

Общей частью всех гликолипидов является  церамид  – соединение аминоспирта сфингозина с длинноцепочечной жирной кислотой:

Гликолипиды

В классе гликолипидов выделяют две группы - цереброзиды  и  ганглиозиды . В составе обеих групп находится  церамид  и  углевод , представленный моно- или олигосахаридом или их производными.

Большую часть гликолипидов составляют  цереброзиды . Для большинства тканей более характерны  глюкозилцерамиды , однако в нервной ткани главным цереброзидом является  галактозилцерамид .

Галактозицерамид

Ганглозиды

Другой группой гликолипидов являются широко представленные в нервной ткани  ганглиозиды . Они содержат  церамид , разные остатки  моносахаров  и их производных (сульфосахаров и аминосахаров) и одну или несколько молекул  сиаловых кислот .

Сиаловые кислоты  являются N- или O-ацилпроизводными нейраминовой кислоты, которую можно рассматривать как производное глюкозы .

Строение N-ацетилнейраминовой кислоты

Схематичное строение ганглиозида