3.3. Липиды
Биология — Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. 1 том — 2013
Липидам дают иногда довольно расплывчатое определение; принято говорить, что это нерастворимые в воде органические вещества, которые можно извлечь из клеток органическими растворителями — эфиром, хлороформом и бензолом.
Определить эту группу соединений более строгим образом не представляется возможным из-за их очень большого химического разнообразия, однако можно все же сказать, что настоящие липиды — это сложные эфиры, образующиеся в результате реакции конденсации между жирными кислотами и каким-нибудь спиртом.
3.3.1. Компоненты липидов
Жирные кислоты
Жирные кислоты содержат в своей молекуле кислотную группу —COOH (карбоксильную группу). «Жирными» их называют потому, что некоторые высокомолекулярные члены этого ряда входят в состав жиров. Общая формула жирных кислот имеет вид R•COOH, где R — атом водорода или радикал типа —CH3, —C2H5 и т. д.; каждый следующий член этого ряда отличается от предыдущего на одну группу CH2 . В липидах радикал R представлен обычно длинной цепью углеродных атомов. Большая часть жирных кислот содержит четное число атомов углерода, от 14 до 22 (чаще всего 16 или 18). На рис. 3.16 изображено строение двух наиболее распространенных жирных кислот. Обратите внимание на длинную цепь из атомов углерода и водорода, составляющую углеводородный хвост молекулы. Углеводородные хвосты молекул определяют многие свойства липидов, в том числе и нерастворимость липидов в воде. Углеводородные хвосты гидрофобны (hуdro- вода; phоbos — страх).
Иногда в жирных кислотах имеются одна или несколько двойных связей (С == С) (например, в олеиновой кислоте; рис. 3.16). В этом случае жирные кислоты, а также содержащие их липиды, называются ненасыщенными. Жирные кислоты и липиды, в молекулах которых нет двойных связей, называются насыщенными. Ненасыщенные жирные кислоты плавятся при значительно более низких температурах, чем насыщенные.
Олеиновая кислота — основной компонент оливкового масла — при обычных температурах бывает жидкой (Т пл = 13,4 °C), тогда как пальмитиновая и стеариновая кислоты (Т пл = 63,1 °C и Т пл = 69,6 °C) при таких температурах остаются твердыми.
Спирты
Большая часть липидов представляют собой триглицериды. В их состав входит спирт глицерол (рис. 3.17).
3.3.2. Образование липидов
У глицерола имеются три гидроксильные (—OH) группы, каждая из которых способна вступать в реакцию конденсации с жирной кислотой, т. е. образовывать сложный эфир.
Обычно в реакцию конденсации вступают все три гидроксильные группы глицерола, как показано на рис. 3.17, поэтому продукт реакции называют триглицеридом.
3.3.3. Свойства и функции триглицеридов
Триглицериды — самые распространенные из липидов, встречающихся в природе. Их принято делить на жиры и масла в зависимости от того, остаются ли они твердыми при 20 °С (жиры) или имеют при этой температуре жидкую консистенцию (масла). Температура плавления липида тем ниже, чем выше в нем доля ненасыщенных жирных кислот.
Триглицериды неполярны, т. е. в их молекуле нет неравномерного распределения зарядов. Это означает, что они не образуют водородных связей с молекулами воды и, следовательно, в воде не растворяются; иными словами, липиды гидрофобны. Их плотность ниже, чем у воды, так что в воде они всплывают. Длина углеводородных хвостов липида зависит от входящих в его состав жирных кислот. Молекулу тристеарина, например, образуют три остатка стеариновой кислоты, поэтому в каждом из его углеводородных хвостов содержится по 17 атомов углерода (см. рис. 3.16). Пространственная модель тристеарина изображена на рис. 3.17.
Основная функция триглицеридов — служить энергетическим депо. Калорийность липидов выше калорийности углеводов, т. е. данная масса липида выделяет при окислении больше энергии, чем равная ей масса углевода.
Объясняется это тем, что в липидах по сравнению с углеводами больше водорода и совсем мало кислорода.
В организме животных, впадающих в спячку, перед спячкой накапливается избыточный жир.
У позвоночных жир отлагается еще и под кожей — в так называемой подкожной клетчатке, где он служит для теплоизоляции. Особенно выражен подкожный жировой слой у млекопитающих, живущих в холодном климате, в первую очередь у водных млекопитающих, например у китов («китовый жир»), у которых он играет еще и другую роль — обеспечивает высокую плавучесть. Растения обычно запасают масла, а не жиры. Семена, плоды и хлоропласты часто весьма богаты маслами, а некоторые семена, как, например, семена кокосовой пальмы, клещевины, сои или подсолнечника, служат сырьем для получения масла промышленным способом.
При окислении жиров образуется вода. Эта метаболическая вода очень важна для некоторых обитателей пустыни, в частности для кенгуровой крысы, которая использует запасенный ею жир именно для этой цели (гл. 20).
3.3.4. Фосфолипиды
Фосфолипидами называют липиды, содержащие фосфатную группу. Главная роль среди них принадлежит фосфоглицеридам, в молекуле которых одна из трех —OH-групп глицерола этерифицирована не жирной, а фосфорной кислотой (рис. 3.18), а две другие — жирными кислотами.
Молекула состоит из головы, роль которой играет фосфатная группа (кружок на рис. 3.18), и двух углеводородных хвостов (остатки жирных кислот). Фосфатная голова несет электрический заряд и, следовательно, она растворима в воде; другими словами, она гидрофильна. Хвост же не растворим в воде. Это свойство молекулы, когда один ее конец растворим в воде, а другой — нет, очень важно при образовании мембран (разд. 5.9).
3.3.5. Гликолипиды
Гликолипидами называют вещества, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами. Углеводные головы гликолипидных молекул полярны, и это определяет их роль: подобно фосфолипидам гликолипиды входят в состав мембран.