ЛІПІДИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИКЛАДИ, ФУНКЦІЇ, КЛАСИФІКАЦІЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці ліпіди представляють собою групу гетерогенних макромолекул , включаючи жири, масла, стерини, воски та т.п., які поділяють характеристику бути частково розчиняється в воді (гідрофобні) і мало розчинний в неполярних розчинниках , таких як ефір, бензол, ацетон, хлороформ, серед інших.

Раніше всі сполуки, нерозчинні у воді та розчинні в органічних розчинниках, вважалися ліпідами. Однак сьогодні багато інших сполук, які не є ліпідами, мають ці властивості, деякі з них - терпени, певні вітаміни та каротиноїди.

Ліпіди є основними компонентами клітинних мембран, а отже, і плазматичної мембрани (Джерело: Jpablo cad / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0), через Wikimedia Commons)

Слово "ліпід" походить від грецького слова "lipos", що означає жир. Деякі автори вважають ліпідами лише ті молекули, які є продуктами або похідними жирних кислот, включаючи в основному всі сполуки, віднесені до олії та жирів.

Ліпідні сполуки є у всіх живих істот на землі, навіть деякі віруси мають ці молекули у своїй капсиді.

Вважається, що ліпіди були частиною перших сполук вуглецю, які утворилися в процесі зародження життя і є основними молекулами для «комплексизації» життя.

В даний час відомо велика різноманітність різних сполук в межах групи ліпідів, кожен з яких має різні функції та властивості.

Вони класифікуються залежно від групи заступників, яка складається з його скелета (і самого скелета), а також залежно від його функцій (структурна, зберігання, сигналізація, захист тощо).

Загальна характеристика ліпідів

Ланцюг атомів вуглецю пов'язаний з атомами водню

Більшість ліпідів мають в якості центральної структури ланцюг вуглецевих атомів, пов'язаний з атомами водню, який відомий як "жирна кислота"

Якщо всі атоми вуглецю жирної кислоти насичені атомами водню, то, як кажуть, це "насичена жирна кислота".

Якщо, навпаки, два або більше атомів вуглецю в одному ланцюзі з'єднані між собою через подвійну або потрійну зв’язок, жирна кислота вважається "ненасиченою", оскільки вона втратила 2 або більше атомів вуглецю шляхом дегідрування. водень.

Висока температура плавлення

Ліпіди мають високу молекулярну масу, що дає їм високу температуру плавлення

Температура плавлення ліпідів вища в ліпідах, які містять більше атомів вуглецю. Але ця температура плавлення знижується, коли в ліпідах є жирні кислоти з ненасиченими вуглеводневими ланцюгами.

Вони є амфіпатичними молекулами

Усі ліпіди мають полярну або гідрофільну частину та іншу аполярну або гідрофобну частину, представлену аліфатичними ланцюгами жирних кислот, що їх складають.

Більшість молекул ліпідів зв'язуються між собою за рахунок водневої зв'язку та взаємодії ван дер Ваальса між їхніми вуглеводневими ланцюгами.

Вони мають хорошу стійкість до механічних навантажень

Зв’язки, утворені між атомами вуглецю та водню, надають ліпідам певну фізичну стійкість до механічних навантажень. Крім того, будучи частково нерозчинним у воді, ліпідні асоціації важко розпадаються у водних середовищах.

Функції ліпідів

Ліпіди відрізняються великою різноманітністю біологічних функцій, настільки ж різноманітною, як і велика кількість хімічних структур, виявлених у цій групі.

Енергійний

У більшості хребетних та багатьох безхребетних тварин ліпіди є основними формами зберігання енергії та транспорту жирних кислот всередині клітин.

У хребетних ліпіди, поглинені їжею, зберігаються у жировій тканині у вигляді жирних кислот і там вони служать теплоізоляційною речовиною для органів та підшкірної клітковини.

Жирні кислоти - це спеціалізовані ліпіди для зберігання енергії всередині живих організмів, оскільки їх окислення вивільняє велику кількість енергії у вигляді АТФ. Це відбувається за допомогою процесу, який називається "β-окислення жирних кислот", який здійснюється майже всіма клітинами живих організмів.

Структурний

Фосфоліпіди та стероли є важливими компонентами біологічних мембран клітин та їх органел (в еукаріотичних клітинах).

Багато малих молекул ліпідів на поверхні мембран служать пігментами для поглинання світла, а інші служать якорями для деяких білків мембрани, що приєднуються до поверхні.

Ензиматичний

Багато ліпідів є кофакторами ферментативного каталізу або виступають електронними транспортерами в електрохімічних градієнтах.

Інші беруть участь у швидкому розповсюдженні хвиль деполяризації по всьому тілу тварин, що, звичайно, пов’язано зі спеціалізованими нервовими клітинами.

Класифікація ліпідів

Ліпіди можна класифікувати на чотири великі групи: жири та олії, фосфоліпіди, воски, стероли та терпени та ейкозаноїди.

Жири та олії

До цієї групи належать жирні кислоти, які, як правило, є найпоширенішими структурними елементами для утворення більш складних ліпідів, таких як фосфоліпіди та воски, наприклад.

Жири, як правило, являють собою сполуки, що складаються з жирних кислот, приєднаних до молекули гліцерину на кожному з 3-х атомів вуглецю через зв'язки типу ефіру, і тому вони, як правило, відомі як тригліцериди.

Фосфоліпіди

Фосфоліпіди - основні компоненти клітинних мембран. Вони являють собою ліпіди, що складаються з основи гліцерину чи сфінгозину, до яких етерифіковані дві молекули жирних кислот та фосфатна група, здатна реагувати та зв'язуватися з різними алкогольними молекулами.

Відповідно до скелету, на якому "побудовані" фосфоліпіди, вони можуть бути гліцерофосфоліпідами або фосфоесфінголіпідами.

Гліцероліпіди або фосфоліпіди (Джерело: Yo / Public domain, через Wikimedia Commons)

Є ще одна група ліпідів, схожа на фосфоліпіди і відома як група е сфінголіпідів. Це ліпіди, побудовані на основі сфінгозину, до якого амідні зв’язки приєднуються дві жирні кислоти та вуглевод або інша полярна сполука.

Воски

Цетиловий пальмітат, типовий ефір воску

Віски - це ліпіди, побудовані на спиртах з довгими ланцюгами, стерилізованими до довголанцюгових жирних кислот.

Вони функціонують в покритті поверхні рослинних і тваринних структур і, як правило, у твердій формі, через що, як кажуть, вони абсолютно нерозчинні у воді чи водних розчинах.

Стероли

Загальна структура стеринів та їх похідних. Джерело: Щеплення

Це великі ліпіди, що складаються з 4 циклічних вуглеводневих одиниць, а не з жирних кислот прямого ланцюга. Деякі мають функціональну групу -OH, тому вони підпадають під класифікацію спиртів. Холестерин та його похідні мають велике значення.

Терпени та ейкозаноїди

Хімічна структура мірцену, монотерпену (Джерело: Ян Герольд, Лейо / Громадське надбання, через Wikimedia Commons

Ще два типи ліпідів - терпени та ейкозаноїди. Терпени, на відміну від більш поширених ліпідів, складаються не з жирних кислот, а з повторюваних одиниць з 5 атомів вуглецю, відомих як "ізопренові одиниці".

Його класифікація в групі ліпідів має багато спільного з його гідрофобним характером та нерозчинністю у воді чи полярних розчинниках.

З іншого боку, ейкозаноїди - це ліпіди, які є результатом метаболізму деяких жирних кислот і є попередниками важливих гормонів для людини та інших ссавців, таких як простагландини.

Приклади ліпідів

Як було зауважено, в природі існує велика різноманітність сполук з ліпідними характеристиками, тому нижче будуть згадані лише деякі найважливіші приклади.

Пальмітинова кислота

Це довга ланцюг насиченої жирної кислоти (16 атомів вуглецю). Це основна запасна речовина хребетних тварин і виробляється ендогенно шляхом ліпогенезу.

Ця жирна кислота служить базовою молекулою для синтезу інших сполук. Крім того, окислення всього 1 моль цієї сполуки виробляє близько 2,59 молей АТФ, що є великим запасом енергії для хребетних, особливо на відміну від окислення вуглеводів та білків.

Холестерин

Хімічна структура холестерину (Джерело: Guillem d'Occam. Модифіковане Alejandro Porto. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) через Wikimedia Commons)

Це ліпід, який належить до групи стеролів і знаходиться в клітинній мембрані майже всіх клітин. Наявність цих молекул у плазматичній мембрані має важливе значення для регулювання її жорсткості, кривизни та гнучкості.

Він має центральний скелет з 27 атомів вуглецю. Однак це молекула, що складається з ароматичних кілець, що надає їй набагато більшу твердість, стійкість і жорсткість порівняно з іншими ліпідами. Цей ліпід є попередником багатьох тваринних гормонів.

У людини холестерин важливий для синтезу тестостерону та інших високорелевантних статевих гормонів.

Фосфатидилхолін

Він належить до групи фосфоліпідів і присутній у плазматичній мембрані практично всіх клітин. Він зазвичай має ланцюг пальмітинової кислоти і синтезується в основному в печінці хребетних тварин.

Ця сполука необхідна для синтезу холестерину та типової гнучкості клітин. Багато білків, які зв’язуються з клітинною мембраною, специфічно прилягають до полярної головки цього ліпіду.

Сфінгомієлін

Структура сфінгомієліну (Джерело: Jag123 в Англійській Вікіпедії, через Wikimedia Commons)

Він міститься в клітинній мембрані всіх організмів, і багато досліджень зосередили увагу на його функції та структурі, оскільки вона також є частиною мієлінової оболонки, яка охоплює аксони нейронів у тварин.

Сфінгомієлін належить до групи сфінголіпідів, і у людини це найпоширеніший сфінголіпід у всьому організмі. Він характеризується своєю сфінгозиновою основою, яка пов'язана амідним зв’язком з полярною групою, як правило, фосфатидилетаноламіном.

Стероїди

Основна структура стероїду (Джерело: Hati в німецькій Вікіпедії / Загальнодоступному доступі, через Wikimedia Commons)

Ще один приклад ліпідів - стероїди. Природні стероїди присутні в організмі і можуть включати холестерин, який є найпоширенішим типом, естроген, тестостерон, жовчні солі, які містяться в кишковій жовчі, і кортизол, хімічна речовина, що виділяється організмом.

Естроген

Так званий жіночий гормон - ліпід; він виробляється головним чином яєчниками і відповідає за підтримку жіночих вторинних статевих ознак.

Тестостерон

Так званий чоловічий гормон - це ліпід; вона виробляється головним чином яєчками і відповідає за підтримку чоловічих вторинних статевих ознак.

Вітаміни

Водорозчинні вітаміни - ліпіди; більшість з них зберігаються в печінці або в інших органах організму. Наприклад:

• Вітамін А, який важливий для імунної функції, зору та розмноження. Його можна знайти в кольорових фруктах та овочах, незбиране молоко та печінку.
• Вітамін D, що використовується для поліпшення всмоктування кальцію, цинку, фосфату, заліза та магнію в кишечнику. Її можна отримувати з певної їжі та під дією сонячних променів.
• Вітамін Е захищає серце і допомагає організму захистити себе від вільних радикалів; тому це допомагає зберегти клітини здоровими. Його можна знайти в рослинних оліях, насінні, горіхах.
• Вітамін К дозволяє крові згортатися і може сприяти міцності кісток у літніх людей. Його можна знайти в шпинаті, капусті, салаті, петрушці, брюссельській капусті, брокколі, капусті, печінці, м'ясі, яйцях, крупах, рибі.

Важливість для живих істот

Ліпіди є частиною життєво важливих для життя біомолекул, оскільки без їх розвитку життя, як ми знаємо, не склалося б, оскільки існування ліпідних мембран можливе лише завдяки цим речовинам.

Ліпіди, як обговорювалося раніше, беруть участь майже у всіх відомих фізіологічних процесах, від захисту клітини від вірусної інфекції до виробництва та зберігання енергії.

Вони також виступають ізоляторами, завдяки чому електричні подразники передаються ефективно між нервовими клітинами, а накопичення ліпідів в організмі деяких тварин має важливе значення для зберігання енергії та захисту від низьких температур або механічних навантажень.

Список літератури

1. Брейді, С. (2011). Основні нейрохімії: принципи молекулярної, клітинної та медичної нейробіології. Академічна преса.
2. Ha, CE, & Bhagavan, NV (2011). Основи медичної біохімії: з клінічними випадками. Академічна преса.
3. Літвак, Г. (2017). Біохімія людини. Академічна преса.
4. Нельсон, Д., Кокс, М. Ленінгер (2000). Принципи біохімії, 3.
5. Sargent, JR, Tocher, DR, & Bell, JG (2003). Ліпіди. У харчуванні рибою (с. 181–257). Академічна преса.