|
|
ЗАГАЛЬНА БІОХІМІЯ I частина Електронний посібник |
|||||
|
4.1. Характеристика та історія виникнення. 4.2. Класифікація і функції ліпідів. 4.3. Значення ліпідів в харчуванні та
промисловості. 4.1. Характеристика та історія виникнення Ліпіди (грец. Lipos– жир) – велика група
природних гідрофобних сполук, неоднорідних за хімічним складом і біологічними
функціями, які об’єднують за такими критеріями:
1) обмежена розчинність у
воді та полярних розчинниках і, навпаки, добра розчинність у неполярних розчинниках; 2) знаходження в природі у вигляді складних ефірів вищих жирних кислот; 3) наявність в усіх живих організмах. Деякі
ліпіди (жири тваринні, рослинні) використовують здавна як продукти харчування, для виготовлення ліків і косметики,
а також освітлення приміщень. Перший
елементний аналіз ліпідів виконав А. Лавуазьє на початку XIX ст., а перші дослідження хімічної будови належать К. Шеєле і М. Шевролю. Фосфоліпіди виділив М. Гоблі у 1847 р. Досі вже була відома
будова найважливіших жирних кислот. Термін «Ліпіди» був запропонований
В. Блуром і згідно з його класифікацією, модифікованою E. Масоро, існують прості та складні. Унаслідок лужного або кислотного гідролізу прості ліпіди не розщеплюються і не розкладаються з утворенням ліпідних дериватів, які зберігають притаманну ліпідам розчинність в органічних розчинниках. Подальшу історію вивчення
ліпідів
можна поділити на три періоди, що різняться
за методами дослідження. На першому
етапі (1880–1950) використовували
традиційні методи органічної хімії. Другий етап (1950–1970) характеризується застосуванням хроматографічних методів. З’явилися спеціалізовані наукові журнали, обсяг публікацій сягає тисяч щорічних
статей. Фізико-хімічні методи
(мас-спектроскопія, оптична
спектроскопія, радіоспектроскопія,
флуоресцентний аналіз тощо) зробили у 70–80 рр. ХХ ст. прорив у вивченні тонкої структури ліпідів. Вивченням і систематизацією ліпідів займалися Т.П. Гільдич і Г.С. Джеймсон. Дослідження з хімії й технології жирів за часів радянської влади були сконцентровані
у Всесоюзному науково-дослідному інституті жирів, його філіях, у Московському технологічному інституті харчової промисловості, у Краснодарському,
Ташкентському і Харківському
політехнічних університетах. З початку XVIII ст. ліпіди
стали використовувати для миловаріння,
а з XX ст.– для виробництва мийних
засобів, емульгаторів, детергентів, пластифікаторів і технологічних мастил.
4.2. Класифікація і функції ліпідів Ліпіди класифікують:
1) за функціями, які вони
виконують в організмі, виділяють ліпіди запасні та мембранні (фосфоліпіди та гліколіпіди); 2)
за фізичними властивостями
– нейтральні (неполярні) та
полярні; 3) за хімічними властивостями – ліпіди, які омилюються лугами (жири, віск, складні
ліпіди), та неомилювані ліпофільні речовини.
КЛАСИФІКАЦІЯ ЛІПІДІВ
ГОЛОВНІ ФУНКЦІЇ ЛІПІДІВ
Your browser does
not support the video tag.
Ліпіди НЕЙТРАЛЬНІ
ЖИРИ Нейтральні жири (гліцериди) – це складні ефіри трьохатомного спирту гліцерину та
жирних кислот. Жирними кислотами можуть
бути етерифїковані всі
три гідроксильні групи гліцерину, дві або одна. Утворені сполуки називають, відповідно, три-, ди- та моногліцеридами.
де
R1, R2, R3
– залишки вищих жирних кислот. Жирні кислоти в тригліцеридах
представлені, головним
чином, насиченими та ненасиченими
ациклічними карбоновими
кислотами. Серед
них насичені: масляна
СН3-(СН2)2-СООН, капринова
СН3-(СН2)8-СООН, пальмітинова СН3-(СН2)14-СООН,
стеаринова СН3-(СН2)16-СООН; олеїнова СН3-(СН2)гСН=СН-(СН2)7-СООН,
лінолева СН3-(СН2)4-СН
=СН-СН2-СН=СН-(СН2)7-СООН, ліноленова, арахідонова тощо. Якщо
всі три кислотних радикали належать одній жирній кислоті, то такі тригліцериди називаються простими,
якщо різним жирним кислотам – змішаними. В
організмі людини і
тварин деякі кислоти не синтезуються або утворюються в недостатній кількості і тому їх необхідно отримувати з їжею. Такі кислоти
називають незамінними.
До
них належать лінолева, ліноленова,
арахідонова тощо. Жирні
кислоти, що входять до складу тригліцеридів, визначають їх фізико-хімічні властивості. Так, температура плавлення
тригліцеридів підвищується
з збільшенням числа та довжини
залишків насичених жирних кислот. Жири, що містять значну
кількість насичених жирних кислот, мають високу температуру плавлення; ті, у складі яких переважають ненасичені кислоти, мають низьку температуру плавлення. Гліцериди здатні
вступати у всі хімічні реакції, властиві складним ефірам. Найбільше значення має реакція омилення, в результаті якої з тригліцеридів утворюються гліцерин та жирні кислоти. Омилення жиру може відбуватись при
ферментативному гідролізі, при дії
кислот та лугів. СТЕРИДИ Стериди
–
це складні ефіри вищих жирних
кислот і стеролів (стеринів).
Стерини є похідними циклопентанпергідрофенантрену. Важливим стеролом є холестерол, який відіграє роль проміжного
продукту в синтезі сполук
стероїдної природи. Під час опромінення УФ-промінням з 7-дегідрохолестеролу синтезується
вітамін D3.
Із жирними
кислотами холестерин утворює складні ефіри — холестериди:
Стерини є основою для утворення в організмі біологічно активних сполук – жовчних кислот, статевих гормонів, гормонів кори надниркових залоз
та вітамінів групи D. ВОСКИ Воски
– це складні ефіри
вищих жирних кислот і спиртів. Природні воски містять також вільні вищі спирти
та жирні кислоти, вуглеводи,
барвники та пахучі речовини. До
складу восків входять пальмітинова, карнаубова, церотинова кислоти та цетиловий, мірициловий спирти. Розрізняють
воски тваринного та рослинного
походження. Представником
рослинних восків є карнаубський віск. До тваринних восків належать ланолін, спермацет, бджолиний віск.
ФОСФОЛІПІДИ Фосфоліпіди
(фосфатиди) – складні ліпіди, які містять
залишки фосфорної кислоти. Важливими представниками
є: 1. Фосфатидилхоліни (лецитини) – містять холін, гліцерин, залишки вищих жирних кислот та фосфорної кислоти. Має високу біологічну активність, оскільки є донором метильних груп. Високий вміст фосфатидол-холінів характерний для спинного і головного
мозку, жовтка яйця, легень, нирок, печінки.
2.Фосфатилдилетаноламіни
(кефаліни) – на відміну від лецитинів містять замість холіну етаноламін. Містяться у тих же органах, що
і лецитини. 3.Фосфатидилсерини – містять залишок амінокислоти серину. 4. Фосфатидилінозити
– містять циклічний спирт
інозит. Особливо багато у
складі нервової тканини. 5.
Кардіоліпіни
– включають
три залишки гліцерину, чотири залишки вищих жирних кислот, два залишки фосфорної кислоти. Входять до складу мембран мітохондрій. 6. Сфінгомієліни
містять
двохатомний спирт сфінгозин,
що зв'язується з вищими жирними кислотами та
фосфорною кислотою і холіном. Особливо багато в нервовій тканині. У
всіх фосфоліпідів різко виражена дифільність молекули. ГЛІКОЛІПІДИ Гліколіпіди
– утворились
у результаті з'єднання ліпідів з вуглеводами. Вуглеводним компонентом найчастіше
буває галактоза, глюкоза. Спиртовою групою виступає гліцерин або сфінгозин. Досить
поширеними є цереброзиди
(містяться в мембранах нервових
клітин) та гангліозиди (містяться в сірій речовині мозку та мембранах нервових клітин). За функціями
ліпіди: 1) основна форма запасання енергії; 2) компоненти біологічних мембран;
3) попередники важливих сполук
(простагландинів, простациклінів,
лейкотриєнів, тромбоксанів);
4) виконують роль бар’єрів,
які захищають органи і тканини від наслідків термічної, електричної та фізичної взаємодії; 5) входять до складу оболонок, які захищають від інфекцій та надлишкової втрати або накопичення води; 6) деякі з них є вітамінами і
гормонами.
Your browser
does not support the video
tag. Органічні сполуки.
Ліпіди
В
організмі ссавців ліпіди є найважливішим енергетичним субстратом в окисних
процесах, під час яких утворюється також ендогенна вода. Резервні ліпіди – це жири жирових
депо; їх кількість і
склад мінливі й залежать від режиму харчування та фізичного стану організму. Вміст і склад структурних ліпідів в організмі суворо постійні, генетично зумовлені та в нормі не залежать від харчування й функціонального стану. Крім
того, жири підшкірної клітковини відіграють термозахисну роль, а також оберігають внутрішні органи і тканини від механічних ушкоджень. Ліпіди, є найважливішими структурними
компонентами клітинних мембран і субклітинних структур. Холестерол
виконує в організмі важливі біологічні функції: утримання вологи та забезпечення необхідного тургору клітин,
участь у процесах осмосу і дифузії,
служить субстратом для утворення жовчних кислот, стероїдних і статевих гормонів, вітаміну D3 – холекальциферолу. Сфінголіпіди
і фосфоліпіди необхідні
для нормального функціонування нервової
тканини. Властивості жиру характеризуються
константами
або числами: Кислотне число –
це кількість міліграмів гідроксиду калію, необхідна для нейтралізації вільних жирних кислот, що містяться в 1 г жиру. У жирі, виготовленому з дозрілого насіння вільних жирних кислот мало, з недозрілого
– набагато більше. Під час тривалого зберігання жиру зростає кислотне число, що вказує на зниження якості жиру. Число омилення
– кількість
міліграмів гідроксиду калію, яка необхідна для омилення зв'язаних і нейтралізації вільних жирних кислот, що містяться в 1 г жиру. Ефірне число –
це кількість міліграмів гідроксиду калію, потрібного для нейтралізації жирних кислот, які зв'язані ефірними зв'язками в 1 г жиру і
звільнюються під час омилення. Визначають як різницю між числом омилення та кислотним числом. Перекисне
число – вказує на кількість перекисів у жирі; найчастіше його виражають у відсотках за вмістом йоду, витраченого на титрування гідроперекисів, які виділились з 1 г жиру. Йодне число – кількість грамів йоду, потрібного для насичення ненасичених ЖК, що містяться в 100 г жиру.
4.3. Значення ліпідів у харчуванні та промисловості Жири
– важливий продукт харчування
людини. Вони становлять головний компонент таких продуктів
харчування, як вершкове
масло, рослинні олії,
маргарин, смалець. Багато
жирів міститься у свинячому салі та у сирі.
Значення жирів у харчуванні
різноманітне. Недостатнє надходження жирів у їжу негативно впливає на різні види обміну
речовин, функціональний
стан окремих органів і
систем, у підсумку, на працездатність
і опірність організму несприятливим чинникам довкілля середовища, зокрема інфекційним агентам. Недостатня енергетична цінність раціонів харчування призводить до виснаження жирових депо у підшкірній основі.
Підшкірна
основа виконує низку важливих
функцій в організмі: теплоізоляційну (захищає глибоко розміщені тканини від надмірного
впливу холоду і тепла), амортизаційну
(охороняє кістки, тканини та внутрішні органи від поштовхів
і ударів), естетичну (надає формам тіла ніжну округлість). Жири є найважливішим енергетичним компонентом харчового
раціону – 1 г жирів дає 37,7 кДж (9 ккал) енергії, їх біологічне значення зумовлене тим, що вони є носіями таких життєво необхідних для організму речовин, як поліненасичені жирні кислоти, жиророзчинні вітаміни (D, E і К
тобто вітаміни, які можуть тільки
перетравлюватися, всмоктуватися
і транспортуватися в поєднанні
з жирами), фосфоліпіди, стерини.
Вони поліпшують смакові якості їжі, впливають
на засвоюваність низки нутрієнтів.
Так, засвоюваність каротину за оптимальної
кількості жиру в їжі досягає 80–90%, тоді як за умови його недостачі
β-каротин майже не засвоюється.
Однак надмірне споживання жирів погіршує засвоюваність білків, кальцію, магнію, підвищує потребу у вітамінах, що беруть участь у жировому обміні.
Надмірне споживання жирів гальмує секрецію шлунка і затримує евакуацію з нього їжі, спричиняючи
перенапруження функцій інших органів травлення. Достатня
кількість жирів у харчовому раціоні забезпечує його енергетичну адекватність енерговитратам організму та високу інтенсивність пластичних процесів, зокрема синтез білка. Вони входять до складу тканин тварин,
рослин. Вегетативні частини рослин накопичують не більше 5% ліпідів, насіння – до 50% і більше. В організмі людини в нормі міститься 10–20% жиру, але за наявності
деяких порушень жирового обміну його кількість
може змінюватися. На відміну від вуглеводів
і тим більше білків, жири відкладаються у великих кількостях
у депо (підшкірна основа, сальник) і створюють в організмі великі запаси енергії. Нормальної комплекції доросла людина має у своєму організмі 9–12 кг жиру, що відповідає 251000–377000 кДж
(60000–90000 ккал). Ця енергія
витрачається у всіх випадках недостатнього харчування. У
харчовій промисловості жири (олії) можуть
бути як сировиною для виробництва
інших продуктів, так і
готовим продуктом. Так у олійному виробництві, олія є готовим
продуктом, а в хлібопекарському олію
використовують як сировину.
Гідрогенізація
жирів – проводиться методом каталітичного
гідрування (з використанням
нікелевих каталізаторів).
Рослинні олії та рідкі тваринні жири морських ссавців, риби, переробляють у тверді жири. Продукт переробки називається саломасою «штучним салом». Саломаси
використовують як основа для виготовлення
маргарину, інших харчових
жирів. Вперше гідрогенізацію жирів здійснив С. Фокін в 1906 році. Існує думка про шкідливість
систематичного споживання не повністю
гідрованих олій (транскарбонових кислот) і продуктів
на їх основі (печиво, чипси, картопля фрі) для людини. Вони збільшують ризик ішемічних захворювань серця, мозку, сприяють різним видам атеросклерозу, викликають
порушення процесів
синтезу холестеролу.
Жири мають також і промислове використання. Рослинні олії та жири використовують для вготовлення мила, свічок, косметичних кремів, оліфи, олійних фарб, біодизелю. В Дирбонській лабораторії (США) був розроблений
процес отримання з соєвої
олії – синтетичної смоли, з якої отримують першокласну емаль для фарбування автомобілів. За блиском і стійкістю емаль переважала всі лаки, які існували станом на 1935 рік. На підприємтві у 1935 році пофарбували цією емаллю цілу
серію автомобілів, і єдиною причиною, через яку всі автомобілі не були
оброблені цією емаллю було те, що не вистачало екстракційного обладнання для
отримання олії. Касторова олія, під час використання її як моторного
масла, має перевагу над мінеральним маслом у тому, що
вона мало змінює свою в'язкість
за зміни температур і у зв'язку
з цим вона краще протистоїть тиску підшипників. Але
вона не годиться для тривалого використання,
і застосовується виключно
в гоночних моторах, де потрібна
короткочасна висока потужність. Касторова олія має властивість
легко окислюватись і роз'їдати
метал та утворювати смолянисті
нашарування. З ріпакової олії виготовляють мастильні засоби, які знайшли
широке застосування – це гідравлічні масла; охолоджувальна мастильна і спеціальна олива для змащення
деталей деяких сільськогосподарських
машин; антикорозійне мастило
й мастило для змащування ланцюгів, пилок; різні адгезійні мастила; моторні та трансмісійні мастила; олія для м'якого змащення. Ріпакова та соєва генетично модифіковані олії придатні для виробництва композиційних мастильно-холодильних
засобів для процесів обробки металів різанням чи тиском. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ 1.
Які речовини називаються ліпідами? 2.
На які основні групи
поділяються ліпіди? 3.
Дайте коротку характеристику нейтральним
жирам. 4.
Напишіть формули основних жирних кислот, які входять до складу гліцеридів. 5.
Що таке незамінні жирні кислоти? 7.
Назвіть основні константи
жирів та дайте їх
характеристику. 9.
Назвіть найважливіших представників фосфоліпідів і напишіть формулу фосфатидилхоліну. 10.
Що таке гідрогенізація жирів? 11. Дайте характеристику застосування
жирів у промислових цілях. |
||||||
|
|
||||||
