Структурная единица жиров: Недопустимое название

Содержание

Биология клетки — Департамент физической культуры и спорта

ПечатьDOCPDF

В. Н. Селуянов, В. А. Рыбаков, М. П. Шестаков

Глава 1. Модели систем организма

1.1.1. Биология клетки

Клетка — основная структурная единица всех живых организмов, элементарная живая целостная система, которая обладает рядом свойств: воспроизведение, синтез (анаболизм), катаболизм, производство энергии, поглощение, выделение, специфические функции.

Она представляет собой протоплазму, окруженную мембраной. В протоплазме расположено ядро, в котором содержится гены (наследственная информация) в виде молекул ДНК. В протоплазме имеются следующие структурные образования, их еще называют органеллами или органоидами:

— рибосомы (полирибосомы) — с помощью РНК производится строительство белка, иными словами, разворачиваются анаболические процессы;

— митохондрии — энергетические станции клетки, в них с помощью кислорода идет превращение жиров или глюкозы в углекислый газ (СО₂), воду и энергию, заключенную в молекулах АТФ;

— эндоплазматическая сеть — или саркоплазматический ретикулум является органеллой, состоящей из мембран и ферментативных систем, прикрепленных к ней;

— комплекс Гольджи — система мембран, образующих совокупность мешочков и пузырьков, служит для синтеза и выделения веществ из клетки;

— лизосомы — органеллы в форме пузырьков, содержат ферменты, разрушающие белки до простейших составляющих аминокислот, эти органеллы еще называют пищеварительным аппаратом клетки;

— глобулы гликогена — источник углеводов в клетке;

— капельки жира — источник жиров в клетке;

— специализированные органеллы — структурные компоненты клетки, присущие определенным видам клеток, например, миофибриллы мышечным волокнам.

В клетке разрешается главное противоречие — основа жизнедеятельности, динамическое равновесие между процессами анаболизма и катаболизма. Анаболизм связан с функционированием наследственного аппарата клетки, который управляет синтезем новых органелл, а лизосомы отвечают за катаболизм — разрушение органелл клетки, который существенно усиливается при повышении концентрации ионов водорода в цитоплазме.

Важно заметить, что все процессы анаболизма предопределяются стероидными гормонами. Они соединяются с рецепторами на мембранах клетки, образуют ансамбль «гормон-рецептор», который проникает в ядро и вызывает транскрипцию (расшифровку и считывание) наследственной информации. Так происходит управление анаболизмом. Катаболизм в клетке связан с активностью лизосом, лизосомы усиливают активность с ростом концентрации ионов водорода. В ходе физических упражнений образуется молочная кислота, именно она является ускорителем катаболизма в клетках.

Введение

1.1.1

1.1.2

1.1.3

1.1.4

1.1.5

1.1.6

Оглавление

Противодействие коррупции | Сведения о доходах

Антитеррористическая безопасность

Политика обработки персональных данных МФТИ

Техподдержка сайта | API

Использование новостных материалов сайта возможно только при наличии активной ссылки на https://mipt.ru

МФТИ в социальных сетях

Липиды и их функции

Липиды — это жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине, бензоле, хлороформе и др. ). Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам.

В химическом отношении большинство липидов представляет собой сложные эфиры высших карбоновых кислот и ряда спиртов. Наиболее известны среди них жиры. Каждая молекула жира образована молекулой трехатомного спирта глицерола и присоединенными к ней эфирными связями трех молекул высших карбоновых кислот. Согласно принятой номенклатуре, жиры называют триацилглщеролами.

Атомы углерода в молекулах высших карбоновых кислот могут быть соединены друг с другом как простыми, так и двойными связями. Из предельных (насыщенных) высших карбоновых кислот наиболее часто в состав жиров входят пальмитиновая, стеариновая, арахиновая; из непредельных (ненасыщенных) — олеиновая и линолевая.

Степень ненасыщенности и длина цепей высших карбоновых кислот (т. е. число атомов углерода) определяют физические свойства того или иного жира.

Жиры с короткими и непредельными кислотными цепями имеют низкую температуру плавления. При комнатной температуре это жидкости (масла) либо мазеподобные вещества (жиры). И наоборот, жиры с длинными и насыщенными цепями высших карбоновых кислот при комнатной температуре становятся твердыми. Вот почему при гидрировании (насыщении кислотных цепей атомами водорода по двойным связям) жидкое арахисовое масло, например, становится мазеобразным, а подсолнечное масло превращается в твердый маргарин. По сравнению с обитателями южных широт в организме животных, обитающих в холодном климате (например, у рыб арктических морей), обычно содержится больше ненасыщенных триацилглицеролов. По этой причине тело их остается гибким и при низких температурах.

В фосфолипидах одна из крайних цепей высших карбоновых кислот триацилглицерола замещена на группу, содержащую фосфат. Фосфолипиды имеют полярные головки и неполярные хвосты. Группы, образующие полярную головку, гидрофильны, а неполярные хвостовые группы гидрофобны. Двойственная природа этих липидов обусловливает их ключевую роль в организации биологических мембран.

Еще одну группу липидов составляют стероиды (стеролы). Эти вещества построены на основе спирта холестерола. Стеролы плохо растворимы в воде и не содержат высших карбоновых кислот. К ним относятся желчные кислоты, холестерол, половые гар-моны, витамин D и др.

К липидам также относятся терпены (ростовые вещества растений — гиббереллины; каротиноиды — фотосинтетичские пигменты; эфирные масла растений, а также воска).

Липиды могут образовывать комплексы с другими биологическими молекулами — белками и сахарами.

Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.
Энергетическая. При окислении жиров высвобождается большое количество энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах растений обеспечивает развитие зародыша и проростка до их перехода к самостоятельному питанию. Семена многих растений (кокосовой пальмы, клещевины, подсолнечника, сои, рапса и др.) служат сырьем для получения растительного масла промышленным способом.
Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной клетчатке и вокруг некоторых органов (почек, кишечника), жировой слой защищает организм животных и его отдельные органы от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести.
Смазывающая и водоотталкивающая. Воск покрывает кожу, шерсть, перья, делает их более эластичными и предохраняет от влаги. Восковой налет имеют листья и плоды многих растений.
Регуляторная. Многие гормоны являются производными хо-лестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон). Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.

Липиды являются также источником образования метаболической воды. Окисление 100 г жира дает примерно 105 г воды. Эта вода очень важна для некоторых обитателей пустынь, в частности для верблюдов, способных обходиться без воды в течение 10—12 суток: жир, запасенный в горбе, используется именно в этих целях. Необходимую для жизнедеятельности воду медведи, сурки и другие животные, впадающие в спячку, получают в результате окисления жира.

В миелиновых оболочках аксонов нервных клеток липиды являются изоляторами при проведении нервных импульсов.

Воск используется пчелами в строительстве сот.

Источник: Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов «Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы»

Биохимия, липиды — StatPearls — NCBI Bookshelf

Введение

Жиры и липиды являются важным компонентом гомеостатической функции человеческого организма. Липиды участвуют в некоторых из наиболее важных процессов в организме.

Липиды представляют собой жирные, воскообразные или маслянистые соединения, растворимые в органических растворителях и нерастворимые в полярных растворителях, таких как вода. К липидам относятся:

Основные вещества

Жиры и масла представляют собой сложные эфиры, состоящие из глицерина (3-углеродный сахарный спирт/полиол) и 3 жирных кислот. Жирные кислоты представляют собой углеводородные цепи разной длины с разной степенью насыщения, которые заканчиваются группами карбоновой кислоты. Кроме того, двойные связи жирных кислот могут быть цис или транс , образуя множество различных типов жирных кислот. Жирные кислоты в биологических системах обычно содержат четное число атомов углерода и обычно имеют длину от 14 до 24 атомов углерода. Триглицериды накапливают энергию, обеспечивают изоляцию клеток и способствуют усвоению жирорастворимых витаминов. Жиры обычно твердые при комнатной температуре, а масла обычно жидкие. [1]

Липиды являются важным компонентом клеточной мембраны. Структура обычно состоит из глицеринового остова, двух хвостов жирных кислот (гидрофобных) и фосфатной группы (гидрофильных). Таким образом, фосфолипиды являются амфипатическими. В клеточной мембране фосфолипиды расположены в виде двух слоев, обеспечивая защиту клетки и выступая в качестве барьера для определенных молекул. Гидрофильная часть обращена наружу, а гидрофобная внутрь. Такое расположение помогает контролировать, какие молекулы могут входить и выходить из клетки. Например, неполярные молекулы и небольшие полярные молекулы, такие как кислород и вода, могут легко диффундировать в клетку и из нее. Большие полярные молекулы, например, глюкоза, не могут свободно проходить, поэтому им нужна помощь транспортных белков.

Другим типом липидов является воск. Воски представляют собой сложные эфиры, состоящие из длинноцепочечного спирта и жирной кислоты. Они обеспечивают защиту, особенно растениям, у которых воск покрывает листья растений. У людей ушная сера, также известная как ушная сера, помогает защитить кожу ушного канала.

Еще один класс включает стероиды, имеющие структуру из 4 слившихся колец. Одним из важных типов стероидов является холестерин. Холестерин вырабатывается в печени и является предшественником многих других стероидных гормонов, таких как эстроген, тестостерон и кортизол. Он также является частью клеточных мембран, внедряясь в бислой и влияя на текучесть мембраны.[2]

Механизм

Взаимодействие между боязнью воды и любовью к жиру проявляется более четко во время транспорта липидов в плазме. И холестерин, и триглицериды представляют собой неполярные молекулы липидов. Поэтому они должны путешествовать в полярной плазме с помощью липопротеиновых частиц. Основная цель липопротеинов — помочь транспортировать липиды (гидрофобные) в воде. В состав липопротеинов входят триглицериды, холестерин, фосфолипиды и аполипопротеины. Аполипопротеины в основном функционируют как белки-носители, но также служат кофакторами для ферментов, которые метаболизируют липопротеины и помогают в обмене липидных компонентов между липопротеинами. Некоторые примеры липопротеинов включают хиломикроны, липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеины промежуточной плотности (ЛПНП), липопротеины низкой плотности (ЛПНП) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП). Каждый из них используется в разных фазах транспорта липидов.[3]

Хиломикроны представляют собой большие частицы, богатые триглицеридами, образующиеся в эндоплазматическом ретикулуме энтероцитов тонкой кишки. Они играют роль в переносе пищевых триглицеридов и холестерина в периферические ткани и печень.[4] Аро B-48 представляет собой аполипопротеин, участвующий в сборке хиломикронов, поэтому он играет жизненно важную роль в абсорбции пищевых жиров и жирорастворимых витаминов.[5]

ЛПОНП представляют собой частицы, богатые триглицеридами, вырабатываемые в печени.[4] Apo B-100 важен для производства ЛПОНП.[5]

Частицы IDL, богатые холестерином, образуются, когда триглицериды удаляются из VLDL мышцами и жировой тканью.[4]

Частицы ЛПНП образуются из частиц ЛПОНП и ЛПНП и также богаты холестерином. ЛПНП переносит большую часть холестерина в крови и в просторечии считается «плохим холестерином». .[5]

Частицы ЛПВП богаты холестерином и фосфолипидами и способствуют обратному транспорту холестерина из периферических тканей в печень, где он удаляется. Таким образом, холестерин ЛПВП считается «хорошим холестерином».[4]

Чтобы расширить, транспорт липидов плазмы включает два пути. Один из них – экзогенный путь для транспорта пищевых триглицеридов и холестерина из тонкой кишки.[3] В тонком кишечнике триглицериды расщепляются с помощью ферментов и желчных кислот, таких как холевая кислота. Во-первых, продукты раннего пищеварения, такие как свободные жирные кислоты, вызывают высвобождение гормона холецистокинина (ХЦК) двенадцатиперстной кишкой. Активность CCK стимулирует опорожнение желчного пузыря, что приводит к выбросу желчи в тонкую кишку, а также побуждает поджелудочную железу высвобождать пищеварительные ферменты поджелудочной железы в кишечник.[6] Моющее действие желчных кислот помогает эмульгировать жиры, что облегчает гидролиз водорастворимыми пищеварительными ферментами из-за увеличенной площади поверхности. Один важный фермент, панкреатическая липаза, расщепляет триглицериды с образованием свободных жирных кислот и моноацилглицерина, которые поглощаются клетками слизистой оболочки кишечника с помощью смешанных мицелл, которые образуются в процессе.[7]

Жирные кислоты состоят из 12 или менее атомов углерода и всасываются через ворсинки слизистой оболочки кишечника. Они попадают в кровоток через капилляры, достигают воротной вены и доставляются в печень с помощью белков-переносчиков липидов для использования в качестве энергии. Однако жирные кислоты с более длинной цепью абсорбируются слизистой оболочкой кишечника из просвета, где они реэтерифицируются с образованием триглицеридов и включаются в хиломикроны; затем хиломикроны высвобождаются в кишечную лимфу, выделяются в кровоток через грудной проток и прикрепляются к стенкам капилляров в жировой ткани и ткани скелетных мышц. В точках прикрепления хиломикроны взаимодействуют с ферментом липопротеинлипазой, что приводит к расщеплению триглицеридного ядра и высвобождению свободных жирных кислот. Жирные кислоты проникают через эндотелиальные клетки капилляров и либо накапливаются в жировых клетках, либо окисляются в клетках скелетных мышц. После гидролиза ядра триглицеридов остатки удаляются из плазмы и доставляются в клетки печени для расщепления лизосомами. Это вызывает высвобождение холестерина, который может быть превращен в желчные кислоты, интегрирован в ЛПОНП или даже объединен в желчь.

Другой путь – через эндогенную систему, в которой холестерин и триглицериды попадают из печени и других некишечных тканей в кровоток. Печень вырабатывает триглицериды из углеводов и свободных жирных кислот. Эти триглицериды затем высвобождаются в плазму в ядре ЛПОНП. Частицы ЛПОНП взаимодействуют с липопротеинлипазой в тканевых капиллярах, вызывая гидролиз триглицеридного ядра и высвобождение свободных жирных кислот. Часть остаточных частиц выводится из плазмы и связывается с клетками печени. Остальные остаточные частицы, однако, трансформируются в частицы ЛПНП, которые затем обеспечивают холестерином клетки, имеющие рецепторы ЛПНП, такие как гонады, надпочечники, скелетные мышцы, лимфоциты и почки.

В дополнение к функциям, упомянутым выше, когда необходима энергия, жир также может расщепляться для получения энергии. Глюкагон (высвобождаемый во время голодания) или адреналин (высвобождаемый во время тренировки) активирует жировую триглицеридлипазу (ATGL), гормоночувствительную липазу (HSL) и моноглицеридлипазу (MGL) для высвобождения жирных кислот. Затем эти жирные кислоты могут использоваться для получения энергии большинством тканей с помощью митохондрий и цикла Кребса.[3]

Тестирование

Можно проводить тесты для определения уровней различных типов липидов в крови. Хотя уровень холестерина обычно стабилен, уровень триглицеридов меняется изо дня в день и повышается после еды. Таким образом, образец крови, называемый «липидной панелью», взятый для анализа липидов, должен быть получен после 12-часового периода голодания, что позволяет очистить кровь от хиломикронов. Для получения более точных результатов пациентам не следует принимать какие-либо лекарства, которые могут изменить состав крови. уровня липидов или пройти тест во время стресса или болезни.[3]

Клиническое значение

Аномальные уровни холестерина и триглицеридов в крови часто возникают из-за необычной сборки, распада или транспорта их липопротеиновых частиц. Повышенный уровень липопротеинов плазмы называется гиперлипопротеинемией, а сниженный уровень липопротеинов плазмы — гиполипопротеинемией.

Уровни липидов плазмы являются хорошими индикаторами риска сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ). Например, гиперлипопротеинемия связана с повышенным риском атеросклеротического сердечно-сосудистого заболевания, а также с более высокой частотой ишемической болезни сосудов и развитием жировых отложений под кожей, известных как ксантомы и ксантелазмы. Повышенные концентрации общего холестерина и ЛПНП в плазме связаны с повышенным риском ишемической болезни сердца и повышенным уровнем триглицеридов в плазме. Увеличение ЛПОНП связано с большей распространенностью атеросклеротического заболевания сердца. Однако повышенный уровень холестерина ЛПВП может защитить от атеросклеротического заболевания сердца благодаря его способности предотвращать чрезмерное накопление холестерина в организме. Существует несколько типов и подтипов нарушений липидного обмена, которые описаны ниже.

Гипертриглицеридемия — это заболевание с высоким уровнем триглицеридов в крови. Пять основных заболеваний приводят к гипертриглицеридемии:

Семейная гипертриглицеридемия: аутосомно-доминантное заболевание, которое приводит к повышенным уровням ЛПОНП в плазме
Врожденный дефицит липопротеинлипазы: аутосомно-рецессивное заболевание, которое приводит к низкой активности липопротеинлипазы или ее отсутствию; как правило, в крови накапливаются хиломикроны и развиваются эруптивные ксантомы
Дефицит апопротеина CII: аутосомно-рецессивное заболевание, характеризующееся отсутствием апопротеина CII, важного кофактора активности липопротеинлипазы; обычно наблюдается накопление хиломикронов и ЛПОНП в плазме
Семейная дисбеталипопротеинемия: нарушение, при котором наблюдается дефект аполипопротеина Е; из-за накопления остаточных частиц ЛПОНП в крови наблюдается более высокий уровень холестерина и триглицеридов в плазме

Гиперхолестеринемия — это заболевание, при котором в крови повышается уровень холестерина. Три основных состояния приводят к гиперхолестеринемии:

Полигенная гиперхолестеринемия: наиболее распространенное заболевание, вызывающее повышение уровня холестерина; задействовано много генов, которые повышают концентрацию ЛПНП в плазме
Семейная гиперхолестеринемия: аутосомно-доминантное заболевание, при котором дефектен ген рецептора ЛПНП, поэтому удаление ЛПНП из плазмы менее чем эффективно
Семейная комбинированная гиперлипидемия: обсуждалось ранее выше

Гиперальфалипопротеинемия — это заболевание с повышенным уровнем ЛПВП в плазме. Большинство случаев наследуются по доминантному или полигенному типу и связаны с более низким риском развития ишемической болезни сердца.[8]

Высокий уровень липидов в плазме также может быть связан с диетическими факторами, такими как потребление избыточных калорий, насыщенных жирных кислот и холестерина, а также с приемом лекарств.

Гиполипопротеинемия относится к относительно низким уровням липидов в крови. Такое состояние может быть связано с генетическим компонентом или, возможно, с другими состояниями, такими как анемия или гиперактивность щитовидной железы.

Гиполипопротеинемии включают три основных состояния:

Гипоальфалипопротеинемия: снижение уровня холестерина ЛПВП в плазме, связанное с повышенным риском ишемической болезни сердца
Абеталипопротеинемия: аутосомно-рецессивное заболевание; это вызвано дефицитом апопротеина В и характеризуется отсутствием хиломикронов, ЛПНП и ЛПОНП в крови
Болезнь Танжера: аутосомно-рецессивное заболевание, классифицируемое по отсутствию ЛПВП в плазме, что приводит к синтезу аномальных остатков хиломикронов

как дислипопротеинемия. Одним из расстройств такого рода является дефицит LCAT (лецитин-холестерол-ацилтрансферазы). Низкая активность этого фермента вызывает накопление неэтерифицированного холестерина в плазме и тканях.[3]

Другие заболевания включают болезни накопления липидов или липидозы, которые являются генетическими заболеваниями, при которых атипичные количества липидов накапливаются в клетках и тканях. Липидозы характеризуются отсутствием ферментов, необходимых для метаболизма липидов, или нарушением правильного функционирования ферментов. Это аномальное отложение жира может привести к серьезному повреждению клеток и тканей, включая мозг, сердце, печень, почки и селезенку. Два примера липидозов включают болезнь Гоше и болезнь Тея-Сакса. Болезнь Гоше вызывается дефицитом фермента глюкоцереброзидазы, что приводит к гепатоспленомегалии, панцитопении и костным кризам. Болезнь Тея-Сакса вызвана отсутствием фермента гексозаминидазы-А и приводит к прогрессирующей потере умственных и физических способностей.[9]]

Хотя лечение липидоза неспецифично и в основном ограничивается заместительной ферментной терапией, существуют варианты лекарств, которые помогают снизить уровень липидов в плазме. Тем не менее, крайне важно управлять диетическим потреблением и изменением образа жизни либо до, либо в сочетании с началом приема лекарств. Некоторые из этих изменений могут включать диету с пониженным содержанием калорий, физические упражнения и отказ от курения, если человек курит. Популярные варианты лекарств включают статины, фибраты, омега-3 жирные кислоты, секвестранты желчных кислот, ингибиторы абсорбции холестерина и никотиновую кислоту. Из этих вариантов статины являются наиболее широко назначаемым лечением. [10] Они могут снижать биосинтез холестерина, в первую очередь в печени, путем конкурентного ингибирования ГМГ-КоА-редуктазы, фермента, ограничивающего скорость образования холестерина. Статины также помогают поглощать и разрушать ЛПНП. Они способствовали прогрессу, достигнутому в первичной и вторичной профилактике ишемической болезни сердца, и снизили уровень смертности у пациентов с ишемической болезнью.[11]

Контрольные вопросы

Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.
Комментарий к этой статье.

Ссылки

1.: Паниккар К.С., Бхатена С.Дж. Контроль потребления жирных кислот и роль незаменимых жирных кислот в когнитивной функции и неврологических расстройствах. В: Montmayeur JP, le Coutre J, редакторы. Обнаружение жира: вкус, текстура и эффекты после приема пищи. CRC Press / Тейлор и Фрэнсис; Бока-Ратон (Флорида): 2010 г. [PubMed: 21452480]
2.: Уотсон Х. Биологические мембраны. Очерки биохим. 2015;59:43-69. [Бесплатная статья PMC: PMC4626904] [PubMed: 26504250]
3.: Cox RA, García-Palmieri MR. Холестерин, триглицериды и ассоциированные липопротеины. В: Уокер Х.К., Холл В.Д., Херст Дж.В., редакторы. Клинические методы: анамнез, физические и лабораторные исследования. 3-е изд. Баттервортс; Бостон: 1990. [PubMed: 21250192]
4.: Feingold KR. Введение в липиды и липопротеины. In: Feingold KR, Anawalt B, Boyce A, Chrousos G, de Herder WW, Dhatariya K, Dungan K, Hershman JM, Hofland J, Kalra S, Kaltsas G, Koch C, Kopp P, Korbonits M, Kovacs CS, Kuohung W , Лаферрер Б., Леви М., МакГи Э.А., Маклахлан Р., Морли Дж.Э., Нью М., Пурнелл Дж., Сахай Р., Сингер Ф., Сперлинг М. А., Стратакис К.А., Тренс Д.Л., Уилсон Д.П., редакторы. Эндотекст [Интернет]. MDText.com, Inc.; Южный Дартмут (Массачусетс): 19 января., 2021. [PubMed: 26247089]
5.: Young SG. Недавний прогресс в понимании аполипопротеина B. Циркуляция. 1990 ноябрь; 82(5):1574-94. [PubMed: 1977530]
6.: Оцуки М. Патофизиологическая роль холецистокинина в организме человека. J Гастроэнтерол Гепатол. 2000 март; 15 Дополнение: D71-83. [PubMed: 10759224]
7.: Staels B, Fonseca VA. Желчные кислоты и метаболическая регуляция: механизмы и клинические реакции на секвестрацию желчных кислот. Уход за диабетом. 2009 г.32 ноября, Приложение 2: S237-45. [Статья бесплатно PMC: PMC2811459] [PubMed: 19875558]
8.: Fras Z. Повышенный сердечно-сосудистый риск, связанный с гиперлипопротеинемией (а) и проблемы текущих и будущих терапевтических возможностей. Анатолий Дж. Кардиол. 2020 янв; 23(2):60-69. [Статья бесплатно PMC: PMC7040869] [PubMed: 32011323]
9.: Schulze H, Sandhoff K. Болезни накопления липидов. Колд Спринг Харб Перспект Биол. 2011 Jun 01;3(6) [бесплатная статья PMC: PMC3098676] [PubMed: 21502308]
10.: Егом Э.Е., Хафиз Х. Биохимия статинов. Adv Clin Chem. 2016;73:127-68. [PubMed: 26975972]
11.: Stancu C, Sima A. Статины: механизм действия и эффекты. J Cell Mol Med. 2001 г., октябрь-декабрь; 5(4):378-87. [Статья бесплатно PMC: PMC6740083] [PubMed: 12067471]

Глава 7 — Липиды — CHE 120 — Введение в органическую химию — Учебник

7.2 Жиры и масла

Цели обучения

Объясните, почему жиры и масла называются триглицеридами.
Объясните, как жирнокислотный состав триглицеридов определяет, является ли вещество жиром или маслом.
Опишите важность ключевых реакций триглицеридов, таких как гидролиз, гидрирование и окисление.

Жиры и масла являются наиболее распространенными липидами в природе. Они обеспечивают энергию для живых организмов, изолируют органы тела и транспортируют через кровь жирорастворимые витамины.

Структуры жиров и масел

Жиры и масла называются триглицеридами (или триацилгеролами ), поскольку они представляют собой сложные эфиры, состоящие из трех звеньев жирных кислот, соединенных с глицерином , тригидроксиспиртом:

Если на молекуле глицерина этерифицируются одной и той же жирной кислотой, полученный эфир называется простым триглицеридом . Хотя простые триглицериды были синтезированы в лаборатории, они редко встречаются в природе. Вместо этого типичный триглицерид, полученный из встречающихся в природе жиров и масел, содержит два или три различных компонента жирных кислот и поэтому называется смешанный триглицерид .

Триглицерид называется жиром , если он находится в твердом состоянии при 25°C; оно называется маслом , если оно является жидкостью при этой температуре. Эти различия в температурах плавления отражают различия в степени ненасыщенности и количестве атомов углерода в составляющих жирных кислотах. Триглицериды, полученные из животных источников, обычно представляют собой твердые вещества, тогда как растительного происхождения обычно представляют собой масла. Поэтому мы обычно говорим о животных жирах и растительных маслах.

Невозможно составить единую формулу, представляющую встречающиеся в природе жиры и масла, поскольку они представляют собой очень сложные смеси триглицеридов, в которых представлено множество различных жирных кислот. В таблице 7.2 «Средний состав жирных кислот некоторых распространенных жиров и масел (%)*» показан состав жирных кислот некоторых распространенных жиров и масел. Состав любого данного жира или масла может варьироваться в зависимости от вида растений или животных, из которых он получен, а также от диетических и климатических факторов. Приведу лишь один пример: сало свиней, питающихся кукурузой, более насыщено, чем сало свиней, питающихся арахисом. Пальмитиновая кислота является наиболее распространенной из насыщенных жирных кислот, а олеиновая кислота является наиболее распространенной ненасыщенной жирной кислотой.

Таблица 7.2 Средний жирнокислотный состав некоторых распространенных жиров и масел (%)*

Жиры:	Лаурик	Миристин	Пальмитиновая	Стеариновая	Олеиновая	Линолевая	Линоленовая
сливочное масло (коровье)	3	11	27	12	29	2	1
жир		3	24	19	43	3	1
сало		2	26	14	44	10

Масла:	Лаурик	Миристин	Пальмитиновая	Стеариновая	Олеиновая	Линолевая	Линоленовая
масло канолы			4	2	62	22	10
кокосовое масло ^†	47	18	9	3	6	2
кукурузное масло			11	2	28	58	1
оливковое масло			13	3	71	10	1
арахисовое масло			11	2	48	32
соевое масло			11	4	24	54	7

*Сумма менее 100% указывает на наличие жирных кислот с менее чем 12 атомами углерода или более чем с 18 атомами углерода.

^† Кокосовое масло очень насыщено. Он содержит необычно высокий процент легкоплавких C ₈ , C ₁₀, и C ₁₂ насыщенных жирных кислот.

Такие термины, как насыщенный жир или ненасыщенное масло , часто используются для описания жиров или масел, полученных из пищевых продуктов. Насыщенные жиры содержат большое количество насыщенных жирных кислот, тогда как ненасыщенные масла содержат большое количество ненасыщенных жирных кислот. Высокое потребление насыщенных жиров, наряду с высоким потреблением холестерина, является фактором повышенного риска сердечных заболеваний. (Для получения дополнительной информации о холестерине см. Раздел 7.4 «Стероиды».)

Физические свойства жиров и масел

Вопреки тому, что можно было бы ожидать, чистые жиры и масла не имеют цвета, запаха и вкуса. Характерные цвета, запахи и вкусы, которые мы связываем с некоторыми из них, придаются чужеродным веществам, растворимым в липидах и поглощенным этими липидами. Например, желтый цвет масла обусловлен наличием пигмента каротина; вкус масла обусловлен двумя соединениями — диацетилом и 3-гидрокси-2-бутаноном — вырабатываемыми бактериями сливок для созревания, из которых сделано масло.

Жиры и масла легче воды и имеют плотность около 0,8 г/см ³ . Они являются плохими проводниками тепла и электричества и поэтому служат отличными изоляторами для тела, замедляя потерю тепла через кожу.

Химические реакции жиров и масел

Жиры и масла могут участвовать в различных химических реакциях, например, поскольку триглицериды представляют собой сложные эфиры, они могут гидролизоваться в присутствии кислоты, основания или специфических ферментов, известных как липазы. . Гидролиз жиров и масел в присутствии основания используется для получения мыла и называется омыление . Сегодня большинство мыл получают путем гидролиза триглицеридов (часто из жира, кокосового масла или того и другого) с использованием воды под высоким давлением и температурой [700 фунтов/дюйм ² (∼50 атм или 5000 кПа) и 200°C]. Затем карбонат натрия или гидроксид натрия используется для преобразования жирных кислот в их натриевые соли (молекулы мыла):

Взгляд ближе: мыла

Обычное мыло представляет собой смесь натриевых солей различных жирных кислот, произведенную в одном из старейших органический синтез, практикуемый людьми (уступает только ферментации сахаров с получением этилового спирта). И финикийцы (600 г. до н.э.), и римляне делали мыло из животного жира и древесной золы. Тем не менее, широкое производство мыла началось только в 1700-х годах. Мыло традиционно изготавливали путем обработки расплавленного сала или сала небольшим избытком щелочи в больших открытых чанах. Смесь нагревали и через нее пропускали пар. После завершения омыления мыло осаждали из смеси добавлением хлорида натрия (NaCl), удаляли фильтрованием и несколько раз промывали водой. Затем его растворяли в воде и переосаждали, добавляя дополнительное количество NaCl. Глицерин, полученный в результате реакции, также выделяют из водных промывных растворов.

Пемза или песок добавляются для производства чистящего мыла, а такие ингредиенты, как отдушки или красители, добавляются для производства ароматного цветного мыла. Продувание воздуха через расплавленное мыло приводит к образованию плавающего мыла. Мягкое мыло, изготовленное из солей калия, дороже, но дает более тонкую пену и лучше растворяется. Они используются в жидком мыле, шампунях и кремах для бритья.

Грязь обычно прилипает к коже, одежде и другим поверхностям, смешиваясь с маслами для тела, кулинарными жирами, смазками и подобными веществами, действующими как клей. Поскольку эти вещества не смешиваются с водой, промывание одной водой мало что дает для их удаления. Однако мыло удаляет их, потому что молекулы мыла имеют двойственную природу. Один конец, называемый головка , несет ионный заряд (карбоксилатный анион) и поэтому растворяется в воде; другой конец, хвост , имеет углеводородную структуру и растворяется в маслах. Хвосты углеводородов растворяются в почве; ионные головки остаются в водной фазе, а мыло разбивает масло на крошечные капли, заключенные в мыло, называемые мицеллами , которые рассеиваются по всему раствору. (Для получения дополнительной информации о клеточной структуре см. Раздел 7.3 «Мембраны и мембранные липиды».) Капли отталкиваются друг от друга из-за их заряженных поверхностей и не сливаются. Поскольку масло больше не «приклеивает» грязь к испачканной поверхности (кожа, ткань, посуда), мыльную грязь можно легко смыть.

Двойные связи в жирах и маслах могут подвергаться гидрированию, а также окислению. Гидрогенизация растительных масел с получением полутвердых жиров является важным процессом в пищевой промышленности. Химически она практически идентична реакции каталитического гидрирования, описанной для алкенов в главе 1 «Обзор органической химии / углеводороды», раздел 1.14 «Химические свойства алкенов».

В коммерческих процессах тщательно контролируется количество гидрируемых двойных связей для получения жиров желаемой консистенции (мягких и гибких). Таким образом, недорогие и обильные растительные масла (рапсовое, кукурузное, соевое) превращаются в маргарин и кулинарные жиры. Например, при приготовлении маргарина частично гидрогенизированные масла смешивают с водой, солью и обезжиренным сухим молоком, а также ароматизаторами, красителями и витаминами А и D, которые добавляют для приближения внешнего вида, вкуса и питательных свойств. масла. (Также добавляются консерванты и антиоксиданты.) В большинстве коммерческих арахисовых масел арахисовое масло частично гидрогенизировано, чтобы предотвратить его отделение. Потребители могли бы уменьшить количество насыщенных жиров в своем рационе, используя оригинальные необработанные масла в своих продуктах, но большинство людей скорее намазывают тосты маргарином, чем поливают их маслом.

Многие люди перешли от сливочного масла к маргарину или растительному жиру из-за опасений, что насыщенные животные жиры могут повысить уровень холестерина в крови и привести к закупорке артерий. Однако при гидрогенизации растительных масел происходит реакция изомеризации, в результате которой образуются транс- жирных кислот, упомянутых во вступительном очерке. Однако исследования показали, что транс- жирных кислот также повышают уровень холестерина и увеличивают частоту сердечных заболеваний. Транс-жирные кислоты не имеют изгиба в своей структуре, который происходит в цис- жирных кислотах, и, таким образом, плотно упакованы так же, как это делают насыщенные жирные кислоты. В настоящее время потребителям рекомендуется использовать полиненасыщенные масла и мягкий или жидкий маргарин, а также сократить общее потребление жиров до уровня менее 30% от общего потребления калорий каждый день.

Жиры и масла, находящиеся в контакте с влажным воздухом при комнатной температуре, со временем подвергаются реакциям окисления и гидролиза, в результате чего они прогоркают, приобретая характерный неприятный запах. Одной из причин запаха является высвобождение летучих жирных кислот в результате гидролиза сложноэфирных связей. Сливочное масло, например, выделяет зловонные масляную, каприловую и каприновую кислоты. Микроорганизмы, присутствующие в воздухе, поставляют липазы, которые катализируют этот процесс. Гидролитическое прогорклость можно легко предотвратить, если накрыть жир или масло и хранить в холодильнике.

Другой причиной образования летучих пахучих соединений является окисление компонентов ненасыщенных жирных кислот, особенно легко окисляемой структурной единицы

полиненасыщенных жирных кислот, таких как линолевая и линоленовая кислоты. Одним особенно неприятным продуктом, образующимся при окислительном расщеплении обеих двойных связей в этом звене, является соединение, называемое малоновым альдегидом .

Прогорклость является серьезной проблемой пищевой промышленности, поэтому пищевые химики всегда ищут новые и лучшие антиоксиданты , вещества, добавляемые в очень малых количествах (0,001%–0,01%) для предотвращения окисления и, таким образом, подавления прогорклости. Антиоксиданты — это соединения, сродство которых к кислороду больше, чем у липидов в пище; таким образом, они функционируют за счет преимущественного истощения запасов кислорода, поглощенного продуктом. Поскольку витамин Е обладает антиоксидантными свойствами, он помогает уменьшить повреждение липидов в организме, особенно ненасыщенных жирных кислот, содержащихся в липидах клеточных мембран.

Упражнения по обзору концепции

Какие функции выполняет жир в организме?
Какие из этих триглицеридов вы ожидаете найти в больших количествах в маслах? В жирах? Обоснуйте свой выбор.

Ответы

Жиры обеспечивают энергию для живых организмов. Они также обеспечивают изоляцию для органов тела и транспортируют жирорастворимые витамины.
Ожидается, что триглицерид слева присутствует в больших количествах в жирах, поскольку он состоит из большего количества насыщенных жирных кислот. Ожидается, что триглицерид справа будет присутствовать в маслах в большем количестве, поскольку он состоит из большего количества ненасыщенных жирных кислот.

Ключевые выводы

Жиры и масла состоят из молекул, известных как триглицериды, которые представляют собой сложные эфиры, состоящие из трех звеньев жирных кислот, связанных с глицерином.
Увеличение процентного содержания короткоцепочечных жирных кислот и/или ненасыщенных жирных кислот снижает точку плавления жира или масла.
Гидролиз жиров и масел в присутствии основания дает мыло и называется омылением.
Двойные связи, присутствующие в ненасыщенных триглицеридах, могут быть гидрогенизированы для превращения масел (жидких) в маргарин (твердые).
При окислении жирных кислот могут образовываться соединения с неприятным запахом. Это окисление можно свести к минимуму путем добавления антиоксидантов.

Упражнения

1. Нарисуйте структуру каждого соединения.

а. тримиристин

б. триглицерид, который, вероятно, содержится в арахисовом масле

2. Нарисуйте структуру каждого соединения.

а. трипальмитин

б. триглицерид, который, вероятно, содержится в сливочном масле

3. Нарисуйте структуры, чтобы записать реакцию полного гидрирования трипальмитолеина (см. Таблицу 7.1 «Некоторые распространенные жирные кислоты, встречающиеся в природных жирах» для получения информации о конденсированной структуре пальмитолеиновой кислоты). Назовите образовавшийся продукт.

4. Нарисуйте структуры для записи реакции полного гидрирования трилинолеина (конденсированную структуру линолевой кислоты см. в Таблице 7.1 «Некоторые распространенные жирные кислоты, встречающиеся в природных жирах»). Назовите образовавшийся продукт.

5. Нарисуйте структуры для записи реакции гидролиза трилаурина в щелочном растворе (конденсированную структуру лауриновой кислоты см. в Таблице 7.1 «Некоторые распространенные жирные кислоты, встречающиеся в природных жирах»).

6. Нарисуйте структуры для записи реакции гидролиза тристеарина в щелочном растворе (конденсированную структуру стеариновой кислоты см. в Таблице 7.1 «Некоторые распространенные жирные кислоты, встречающиеся в природных жирах»).

а.