Тема: Органические молекулы – липиды
Цель: углубить представление о строении и функциях липидов.
Липиды – это жиры и жироподобные органические соединения, практически нерастворимые в воде.
Их содержание в разных клетках сильно варьирует: от 2-3% (в клетках семян растений) до 50-90% (в жировой ткани животных).
В химическом отношении липиды, как правило, сложные эфиры жирных кислот и ряда спиртов.
Липиды делятся на несколько классов:
I. Жиры.
II. Липоиды.
1. Фосфолипиды.
2. Воски.
3.Свинголипиды.
4. Соединения с веществами других классов: а) липопротеины; б) гликолипиды.
5. Простые липиды: а) стероиды; б) терпены; в) жирорастворимые витамины.
Наиболее распространены в живой природе нейтральные жиры, воски, фосфолипиды, стероиды.
В состав большинства липидов входят жирные кислоты, молекулы которых содержат гидрофобный длинноцепочечный углеводородный «хвост» и гидрофильную карбоксильную группу.
Классификация липидов по химическому составу
| № | Класс | Состав |
| 1. | Жиры | Сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и трех молекул жирных кислот |
| 2. | Воски | Сложные эфиры многоатомных спиртов и жирных кислот |
| 3. | Фосфолипиды | Имеют в молекуле вместо остатка жирной кислоты остаток фосфорной кислоты |
| 4. | Стероиды | Не содержат жирных кислот и имеют особую структуру. |
| 5. | Липопротеины | Соединения липидов с белками без образования ковалентных связей |
| 6. | Гликопротеины | Липиды, в которых, помимо остатка жирной кислоты, содержится одна или несколько молекул сахара |
Функции липидов
| № | Функция | Уровень организации | Примеры |
| 1. | Энергетическая | Клеточный | Жиры наилучший источник энергии: при окислении 1 грамма жира выделяется 38 кДж энергии (при окислении 1 грамма гликогена или крахмала – всего 17 кДж). Синтезируется в два раза больше АТФ, чем при расщеплении такого же количества глюкозы. У позвоночных примерно половина всей энергии, потребляемой в состоянии покоя, образуется за счет окисления жирных кислот, входящих в состав жиров. |
| 2. | Резервная (запасающая) | Организменный | 1. Источник энергии для синтеза АТФ: твердые жиры являются основным запасным веществом у животных, масла (жидкие жиры) накапливаются в семенах и плодах некоторых растений (подсолнечник, соя, клещевина и др.). 2. Источник метаболической воды (то есть образующейся в ходе обмена веществ): вода, образующаяся в ходе окисления жира, очень важна для обитателей пустыни и арктических животных, испытывающих дефицит свободной воды. Поэтому жир в горбе верблюда служит в первую очередь источником воды. При сгорании 1 грамма жира образуется 1,1 грамма воды.
|
| 3. | Структурная (строительная) | Клеточный | 1. Двойной слой фосфолипидов вместе с белками являются основой клеточной мембраны. 2. Стероид холестерин входит в состав клеточных мембран животных клеток (например, производные холестерина составляют до 60% всех липидов эритроцитов млекопитающих). 3. В состав мембран клеток некоторых тканей входят также липопротеины и гликолипиды. |
| Тканевой и органный | 1. Гликолипиды – производные сфингозина – участвуют в межклеточных контактах в тканях животных, являясь молекулярными рецепторами. 2. Различные фосфолипиды необходимы для нормального функционирования нервной ткани и содержатся там в значительных количествах. 3. Сфинголипиды обеспечивают электрическую изоляцию поверхности аксонов в миелинизированных нервных волокнах, создавая условия для быстрого прохождения импульса по перехватам Ранвье. 4. Желчные кислоты и их соли являются производными холестерина. 5. Липопротеины являются транспортной формой липидов в организме млекопитающих. 6. Зрительный пурпур глаза является липопротеином. 7. Пигменты каротиноиды, участвующие в фотосинтезе, являются терпенами. |
| Организменный | 1. Большое количество жира уменьшает удельный вес морских животных (тюленей, моржей и других) и птиц (у перелетных птиц запасы жира перед отлетом к местам зимовки могут составлять до 50% массы тела). 2. У млекопитающих, впадающих в спячку, и у грудных детей существует специальная жировая ткань – бурый жир, играющая роль биологического подогревателя. Энергия, выделяющаяся при окислении жира, не идет на синтез АТФ, а является только источником тепла. Бурый жир либо окружает жизненно важные органы (например, сердце), либо лежит на пути притекающей к ним крови. Таким образом, тепло, образующееся в буром жире, направляется к важнейшим органам (сердцу, головному мозгу). 3. Из воска пчелы строят соты. |
| 4. | Защитная | Тканевой | Гликолипиды – производные сфингозина – участвуют в распознавании (рецепции) и связывании токсинов возбудителей опасных болезней – ботулизма, столбняка, холеры, дифтерии. |
| Организменный | 1. Подкожный жир млекопитающих выполняет функцию термоизоляции и амортизации (то есть защиты от механических повреждений). 2. Воски являются водоотталкивающими покрытиями: у растений – восковой налет на листьях, плодах, семенах; у животных воски входят в состав соединений, покрывающих кожу, шерсть, перья, волосы животных, предохраняя от смачивания, входят в состав покровов тела членистоногих. |
| 5. | Регуляторная (гормональная) | Организменный | 1. Производными холестерина являются многие гормоны: половые (тестостерон у мужчин, прогестерон у женщин), адренокортикотропные (альдостерон, кортикостерон, кортизон). Тестостерон стимулирует развитие полового аппарат и вторичных половых признаков, характерных для мужчин. Прогестерон (гормон беременности) способствует имплантации яйцеклетки в матке, задерживает созревание и овуляцию фолликулов, стимулирует рост молочных желез. Кортизон и кортикостерон влияют на обмен углеводов, белков, жиров, обеспечивая адаптацию организма к большим мышечным нагрузкам. 2. Жирорастворимые витамины (А, D, E, K) необходимы для роста и развития организма. 3. Терпенами являются следующие вещества: душистые вещества растений, привлекающие насекомых-опылителей (ментол мяты, камфора); гиббереллины – регуляторы роста растений. 4. Сердечные гликозиды являются простыми липидами (стероидами). |
Словарь
Воски – один из классов липидов; сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных высокомолекулярных спиртов (то есть спиртов, имеющих длинный углеводородный скелет и одну –ОН группу).
Гидрофильные вещества (от греческого «гидро» - вода, «филео» - любовь) – вещества, энергия притяжения которых к молекулам воды превышает энергию водородных связей (энергию притяжения между собой молекул воды), поэтому многие гидрофильные вещества хорошо растворимы в воде. К ним относятся некоторые белки (протеины), углеводы (глюкоза, фруктоза, сахароза, инсулин).
Гидрофобные вещества (от греческого «гидро» - вода, «фобос» - боязнь) – вещества, энергия притяжения молекул которых к молекулам воды меньше энергии водородных связей молекул воды. К числу гидрофобных веществ относятся жиры, некоторые углеводы (крахмал, гликоген, клетчатка), нуклеиновые кислоты, АТФ, большинство белков, нерастворимых в воде.
Гликолипиды – соединения липидов с углеводами.
Жиры – один и классов липидов, сложные эфиры глицерина и жирных кислот. В клетках содержится 1-5% жиров. Они нерастворимы в воде и имеют гидрофобный характер. Жиры, в состав которых входят ненасыщенные жирные кислоты, отличаются низкой температурой плавления. К их числу относятся растительные масла: льняное, подсолнечное, касторовое, кукурузное, горчичное. Жиры, в состав которых входят насыщенные жирные кислоты, имеют высокую температуру плавления и при комнатной температуре находятся в твердом состоянии. К ним относятся животные жиры: коровье масло, свиное сало, говяжий и бараний жир. У растений липиды синтезируются в каналах ЭПС. В животный организм они поступают с пищей, расщепляются до простых молекул, вновь синтезируются в каналах ЭПС в собственные жиры и там упаковываются в сферосомы. Жиры являются источником энергии (при расщеплении 1 грамма жира выделяется 38,9 кДж тепла); подкожный жировой слой – хороший терморегулятор; входя в состав мембран и обеспечивая их полупроницаемость, жиры выполняют строительную функцию; кроме того, они являются компонентами витаминов, растительных пигментов (каротиноидов), источником воды для животного организма.
Липиды – группа жироподобных органических соединений, нерастворимых в воде, но хорошо растворимых в неполярных органических растворителях (бензоле, бензине и т. д.). Большинство липидов представляет собой сложные эфиры жирных кислот и ряда спиртов. Липидам чаще всего дают весьма расплывчатые определения, что связано с разнообразием их состава и строения. Несмотря на это многообразие, липиды обладают рядом общих физико-химических свойств, которые и определяют их «поведение» (а, следовательно, и функции) в биологических системах. В состав молекул большинства липидов входят, с одной стороны, длинные углеводородные остатки (хвосты), обладающие гидрофобными свойствами, а с другой – компактные гидрофильные группы (полярные головки). Такое строение заставляет эти молекулы занимать в водной среде совершенно определенное упорядоченное положение: гидрофильными головками наружу (к воде), а гидрофобными остатками (хвостами) – внутрь. Поэтому они формируют пленку толщиной в две молекулы – бимолекулярный слой (от греческого «би» - два), который и является основой клеточной мембраны. Большинство липидов являются сложными эфирами жирных кислот и спиртов. Жирные кислоты – это карбоновые кислоты с длинной углеводородной цепью (С12-С20); в составе липидов наиболее часто встречаются кислоты с длиной цепи С16 и С18. Именно жирные кислоты чаще всего и выполняют функцию гидрофобных хвостов (При этом некоторые липиды вообще не имеют в своем составе жирных кислот – это стероиды и терпены. Их относят к липидам на том основании, что их физико-химические свойства весьма похожи на свойства других липидов). Среди спиртов, ходящих в состав липидов, наблюдается большое разнообразие, хотя наиболее распространенным является трехатомный спирт глицерин. Представители различных групп липоидов различаются в первую очередь составом и строением гидрофильных полярных головок.
Липоиды – жироподобные вещества. Как гидрофобные соединения, липоиды нормализуют работу клеточных мембран. Они входят в состав всех клеток и тканей. Особенно много их в желтке яиц, в мозговой и нервной ткани, эритроцитах, коре надпочечников, сперматозоидах и т. д.
Липопротеины – соединения липидов с белками.
Простые липиды – класс липидов, в состав которых вообще не входят жирные кислоты. Эти соединения относят к липидам на основании того, что их свойства весьма похожи на свойства других липидов. К этому класу относятся следующие группы:
-стероиды – производные спирта холестерола (холестерина);
-терпены – вещества, в основе структуры которых лежит пятиугольный углеводород изопрен;
-жирорастворимые витамины (A, D, E, K).
Сфинголипиды – липиды, в построении которых участвует спирт сфингозин (он содержит две –ОН группы, одну аминогруппу –NН2 и длинный углеводородный хвост). Некоторые сфинголипиды содержат остаток фосфорной кислоты и поэтому могут быть отнесены к классу фосфолипидов.
Фосфолипиды – липиды, имеющие в своем составе остаток фосфорной кислоты. Наиболее распространены фосфолипиды – производные жиров, хотя и встречаются фосфолипиды – производные других спиртов
3
39 860
552 
