Розділ 2 Молекулярний рівень організації живої природи
Тема 5. Біомолекулярний склад живого
§ 18. ЛІПІДИ: ЖИРИ І ЖИРОПОДІБНІ РЕЧОВИНИ
Терміни та поняття: ліпіди, жири (тригліцериди), олії, жироподібні речовини (ліпоїди), фосфоліпіди, гліколіпіди, воски, стероїди, холестерин, фітостероли.
Що таке ліпіди. До складу кожної клітини живого організму входять ліпіди (від грец. ліпос – жир), які за хімічною структурою є естерами жирних кислот і багатоатомних спиртів (мал. 92). Крім них, до цієї групи органічних речовин включають ще деякі сполуки,
Жири нерозчинні у воді, але добре розчиняються в деяких органічних розчинниках: ацетоні, етанолі, бензині, хлороформі тощо. Вони широко представлені у живій природі і відіграють надзвичайно важливу роль, тому містяться в усіх клітинах без винятку. При цьому в одних клітинах їх вміст не перевищує 5-15 % від сухої маси, а в інших досягає майже 90 %. (Поясніть цей факт.)
Арсенал методів дослідження жирів і ліпідів чималий і різноманітний. Це, перш за все, об’ємно-вагові й оптичні методи. Тільки
Мал. 92.Загальна формула жирів
Мал. 93.Формула і об’ємна модель молекули насиченої пальмітинової кислоти (червоним кольором позначені атоми Оксигену)
Як побудовані прості жири і навіщо вони клітині. Жири, або тригліцериди – це естери трьохатомного спирту гліцерину з високо молекулярними жирними кислотами. До складу жирів входять лише три хімічні елементи: Карбон, Гідроген і Оксиген. Молекули жирів є неполярними і виявляють гідрофобні властивості. Усі карбонові кислоти, що утворюють жири, мають парну кількість атомів Карбону.
При цьому жирні кислоти поділяються на насичені, які не містять подвійних зв’язків у молекулі та ненасичені, які їх мають. До перших відносять пальмітинову (мал. 93) та стеаринову кислоти, до другої групи – олеїнову (мал. 94).
Властивості жирів визначаються якісним складом кислот та їх кількісним співвідношенням. Рослинні жири, або олії, багаті на залишки ненасичених жирних кислот, тому у більшості випадків вони легкоплавкі, тобто за кімнатної температури перебувають у рідкому стані. Так, наприклад, в оливковій олії гліцерин зв’язаний із залишками олеїнової кислоти. Тваринні жири містять головним чином залишки насичених кислот, тому вони тверді.
Із загальної формули жирів (мал. 92, 95) видно, що кожна його молекула, з одного боку, містить залишок гліцерину – речовини, яка добре розчиняється у воді, а з іншого – залишки жирних кислот, карбонові ланцюги яких є практично нерозчинними у воді (мал. 93, 94, 96).
Під час нанесення краплі жиру на поверхню води у бік останньої оберне на гліцеринова час ти на молекул жиру, а з води “стирчать” ланцюжки жирних кислот. Це є причиною утворення плівки на поверхні води при потраплянні на неї жирів.
У складі тваринного жиру, зокрема в салі, є пальмітинова (С15Н31СООН) і стеаринова (С17Н35СООН) кислоти. Температура плавлення першої становить +43 °С, а другої +60 °С. Жири, що утворилися за участю багатоатомних кислот з подвійним зв’язком між атомами Карбону, мають за кімнатної температури рідку консистенцію і називаються оліями. Найпоширенішою у природі ненасиченою кислотою є олеїнова кислота (С17Н33СООН), яка входить до складу рідких жирів рослин, риб та морських ссавців. Жири не розчинюються у воді, але при збовтуванні суміші жиру з водою здатні утворювати емульсії. (Пригадайте з курсу хімії, що називають емульсіями.) Типовою природною емульсію є молоко.
Мал. 95.Загальне рівняння реакції утворення тригліцериду, який є основою будь-якого жиру (реакція гліцерину з одноосновною жирною кислотою)
Жири насамперед виконують структурну функцію і є обов’язковим компонентом плазматичної мембрани й ядерної оболонки, входять до складу нервових волокон.
Ці речовини – важливе джерело енергії. Достатньо сказати, що по над половину енергії, яку поглинають клітини у стані спокою, становить енергія, яка виділяється при окисненні жирів. Високим вмістом жирів відрізняється молоко, тому всі ссавці вигодовують ним своїх дитинчат.
Жири – енергетичний резерв організму. Вони забезпечують 25-30 % енергії, необхідної організму. У процесі окиснення жирів до води й вуглекислого газу виділяється 38,9 кДж енергії, що набагато більше, ніж під час розщеплення будь-яких інших речовин клітини, зокрема удвічі більше порівняно з вуглеводами та білками. Завдяки тому, що жири – найбільш енергетично вигідні сполуки, вони є основними речовинами клітини, які можуть відкладатися про запас у чистому вигляді, тобто не утворюючи комплексів з іншими речовинами. Деякі науковці жартома називають їх “енергетичними консервами”. Саме тому в рослин більш за все жирів міститься у плодах і насінні.
Жири містяться практично в усіх продуктах харчування: у молоці вони становлять 2-3 %, у пісному м’ясі – до 33 %, хлібі – 1-2 %, картоплі – 0,4 %. Вживання їжі без жиру приз водить до порушення діяльності центральної нервової системи, ослаблення імунітету. (Поясніть цей факт.)
Мал. 94.Формула і об’ємна модель молекули ненасиченої олеїнової кислоти
Фізіологи встановили, що під час фізичного навантаження, яке у 10 разів перевищує звичайне, людина, що дотримується жирової дієти, втрачає сили вже за 1,5 години. А за вуглеводної – за чотири. Це пов’язано з тим, що отримання організмом енергії з жирів – процес тривалий, оскільки вони мають малу реакційну здатність. Тому хоча вуглеводи і дають менше енергії, ніж жири, однак виділяють її набагато швидше.
Для порівняння: при спалюванні 1 г бензину виділяється 42 кДж, кам’яного вугілля – 31 кДж, а сухої деревини – 15 кДж. Отже, жир не випадково вважають висококалорійним “паливом”. Це паливо витрачається переважно для підтримки нормальної температури тіла, а також роботи м’язів. Навіть коли людина спить, їй на покриття енергетичних витрат щогодини потрібно близько 350 кДж енергії, що дорівнює потужності 100-ватної електричної лампи.
Мал. 96.Об’ємна модель молекули тригліцериду
Жири погано проводять тепло. То му, відкладаючись у теплокровних хребетних тварин у вигляді підшкірного жиру, вони виконують терморегулюючу функцію. Наприклад, у синього кита підшкірний шар жиру становить понад півметра.
У багатьох ссавців існує спеціальна жирова тканина, так званий “бурий жир” (мал. 97), яка виконує роль обігрівача. Ця тканина містить клітини з багатьма міто-хондріями червонобурого кольору, що обумовлено наявністю Феруму в складі білків.
Крім того, жири є мастильним матеріалом, який надає шкірі ссавців еластичності й захищає її від намокання й висихання. Не зайвим буде пригадати, що прошарок жиру захищає внутрішні органи від ударів та струсів, як-от навколониркова капсула або жирова подушка ока. (Наведіть власні приклади.)
Усі знають, що у верблюда, вага якого може досягати 120 кг, запаси жиру відкладаються у вигляді горбів на спині. Вчені пояснюють це тим, що за умови рівномірного розподілу великого об’єму жиру по всьому тілу організм у спеку перегріватиметься. Тоді постає питання: навіщо верблюдові потрібна така кількість жиру? Виявляється, жир – це джерело прісної води, адже під час окиснення 100 г жирів утворюється 101 мл води, яку і використовує організм. Ось чому верблюди можуть не пити багато днів за температури повітря +40 °С.
Що таке жироподібні речовини. Жироподібні речовини, які раніше називали ліпоїди (від грец. ліпос – жир і оід – вид) – це сполуки, що, порівняно з жирами, мають більш різноманітні структуру і функції. До їх складу, крім багатоатомних спиртів і жирних кислот, входять інші сполуки. Ці речовини також нерозчинні або малорозчинні у воді.
Головне призначення ліпоїдів у будь-якій клітині – це їх структурна функція – участь у побудові клітинної мембрани. Крім того, вони відіграють важливу роль в передачі клітинного сигналу, а також у розпізнаванні клітинами одна одної.
Не замінними компонентами клітинних мембран рослинних та тваринних клітин є фосфоліпіди, яким властива амфіфільність. Одна частина молекул цих речовин, зв’язана з жирною кислотою, гідрофобна, а інша, зв’язана із за лишком ортофосфатної кислоти, гідрофільна. Молекули фосфоліпідів розміщуються в клітинній мембрані у такий спосіб: поряд з гідрофільною частиною однієї молекули опиняється гідрофільна частина іншої, а поряд з гідрофобною – гідрофобна. Таке розташування зумовлює напівпроникність мембрани: одні речовини можуть пройти крізь неї, а інші – ні.
Мал. 97.Так бура жирова тканина виглядає у мікроскоп
Гліколіпіди (від грец. глікос – солодкий і ліпос – жир) – представники ліпідів, молекули яких складаються із залишків молекул вуглеводів і жирів. Так само, як і фосфоліпіди, вони є амфіфільними і входять до складу клітинних мембран. Особливо багато їх у складі клітин мозку та нервових волокон.
Воски – це особлива група ліпідів, що, як і жири, складаються лише з трьох хімічних елементів (пригадайте, з яких). За хімічною структурою – це естери жирних кислот, але тільки з одноатомними, а не багатоатомними спиртами. Наприклад, бджолиний віск, який у бджіл і джмелів продукується у спеціальних залозах, – це сполука високомолекулярного мірицилового спирту (С31Н63ОН) і пальмітинової кислоти. Воски мають водовідштовхувальну властивість, тому у тварин вони вкривають тіло, а в рослин – поверхню листків та плодів.
Окрему групу ліпідів утворюють стероїди, до складу яких не входять жирні кислоти, а їх основу становлять чотири циклічні сполуки Карбону. Найважливішим стероїдом організму тварин слід вважати холестерин (холестирол) (від грец. холе – жовч і стереос – твердий) (мал. 98). Це високомолекулярний спирт, який є складовою клітин них мембран і слугує основою синтезу вітаміну D, а також гормонів надниркової (кортизолу, кортизону, альдостерону) і статевих залоз (естрогенів, прогестерону, тестостерону). З них також утворюються жовчні кислоти. Близько 80 % холестерину виробляється в організмі, інший надходить з їжею.
Стероїди, що входять до складу клітинної мембрани рослин, називають фітостиролами. Вони широко використовуються в медицині, косметиці, а також як харчові добавки.
Мал. 98.Структурна формула холестерину
Ліпіди – це гідрофобні або амфіфільні сполуки естерної природи. Основними групами ліпідів, що мають біологічне значення, є жири, воски, фосфоліпіди, стероїди. Жири виконують енергетичну функцію і можуть відкладатися “про запас” як найбільш енергоємні хімічні сполуки, а також – структурну (будівну), захисну, термоізоляційну функції. Жири є невід’ємними компонентами клітинних мембран. Стероїди – група ліпідів, найбільш відомий представник якої – холестерин – є основою ряду гормонів і вітамінів. У рослин стероїди входять до складу клітинної мембрани.
(2 votes, average: 2,50 out of 5)