92712 (Основы биохимии липидов в организме человека)

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ

На тему:

«Основы биохимии липидов в организме человека»

МИНСК, 2008

Липиды – общее название для всех известных жиров и жироподобных веществ с различной структурой, но общими свойствами (нерастворимость в воде, экстракция неорганическими растворителями). Липид (греч. жирный).

В организме человека 10-20 % жиров от массы тела. Липиды бывают:

Протоплазматические – входят в состав всех структур клеток, органов и тканей и практически остаются на одном уровне в течение всей жизни. Они составляют 25% всего жира в организме.

Резервные липиды – запасаются в организме, и их количество меняется в зависимости от возраста, пола, условий питания, видов деятельности.

Функции липидов в организме:

1 – пластическая функция: они участвуют в построении мембран клеток всех органов и тканей и образовании многих биологически важных соединений (гормоны, жирорастворимые витамины).

2 – энергетическая функция: липиды обеспечивают 25-30 % энергетических потребностей организма. Распад 1 г жира – 9,3 ккал.

3 – жиры являются запасными питательными веществами, их депо – подкожная клетчатка, околопочечная капсула.

4 – защитная функция липидов: они участвуют в терморегуляции, защищают кожу от высыхания, органы – от сотрясений.

5- выполняют функцию защитных оболочек, предохраняющих от инфекции или излишней потери или накопления воды.

6 - обеспечивают всасывание жирорастворимых витаминов

Классификация липидов:

1 – простые или нейтральные жиры (эфиры жирных кислот и спиртов).Нейтральные жиры находятся в организме либо в форме протоплазматического жира, являющегося структурным компонентом клеток, либо в форме запасного, резервного жира.

2 – сложные жиры, представляют собой эфиры трехатомного спирта глицерина, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Среди сложных жиров выделяют: фосфолипиды, гликолипиды, сфигномиелины. Сфинголипиды находятся в мембранах животных и растительных клеток.

3 – производные липидов. К ним относятся все соединения, которые нельзя четко отнести к простым или сложным липидам, например, стероиды, каротиноиды и витамины липидной природы.

4- воска – например, ланолин, смесь эфиров холестерина.

Воска – это сложные эфиры образуемые насыщенными и ненасыщенными жирными кислотами и спиртами.

В нейтральных жирах обнаруживаются :

Жирные кислоты.

Жирные кислоты получили свое название от способа их выделения из жиров. Это карбоновые кислоты с длинной алифатической цепью.

Природные жирные кислоты весьма разнообразны. Большинство жирных кислот представляют собой монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводные цепи с четным числом атомов . Содержание ненасыщенных жирных кислот выше, чем насыщенных. Ненасыщенные жирные кислоты имеют более низкую температуру плавления.

Свойства жирных кислот.

Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты сильно различаются по своей структурной конфигурации. В насыщенных жирных кислотах углеводородный хвост в принципе может принимать множество конформаций вследствие полной свободы вращения вокруг концевой ординарной связи.

В ненасыщенных кислотах наблюдается иная картина: невозможность вращения вокруг двойной связи обеспечивает жесткий изгиб углеводородной цепи.

Природные жирные кислоты, как насыщенные так и ненасыщенные не поглощают свет ни в видимой, ни в УФ области. Спектрофотометрически определяются только после изомеризации (230-260 нм). Ненасыщенные определяются методом количественного титрования. Анализ сложных смесей жирных кислот осуществляется методом газожидкостной хроматографии.

Насыщенные –пальмитиновая, стеариновая, липоцериновая кислоты

Ненасыщенные: арахидоновая, олеиновая, линолевая, линоленовая.

Растительные жиры состоят в основном из ненасыщенных жирных кислот.

Липиды являются обязательной составной частью сбалансированного пищевого рациона человека. Соотношение белков, липидов и углеводов должно быть 1:1:4.

Значение жиров весьма многообразно. Высокая калорийность придает им особую ценность. Жиры являются растворителями витаминов А,Д,Е и др. С жирами в организм вводятся некоторые ненасыщенные кислоты, которые относят к незаменимым жирным кислотам (линолевая, линоленовая, арахидоновая), которые не синтезируются у человека и животных. С жирами в организм поступает комплекс биологически активных веществ: фосфолипиды, стерины.

Триацилглицеролы – основная их функция – запасание липидов. Они находятся в цитозоле в виде мелкодисперсных эмульгированных маслянистых капелек.

Сложные жиры :

Фосфолипиды – основные компоненты мембран клеток и субклеточных органелл, составляют большую часть тканей мозга, нервов, печени, сердца, принимают участие в биосинтезе белка, активации протромбина, транспорта липидов и жирорастворимых витаминов в крови и лимфе. Состоят из глицерина и двух молекул жирных кислот, одна из которых насыщенная. а другая – ненасыщенная + азотистое основание.

Липопротеиды.

Полярные липиды ассоциируют с некоторыми специфическими белками, образуя липопротеиды, из которых наиболее известны транспортные липопротеиды, присутствующие в плазме крови млекопитающих.

В таких сложных липидах взаимодействие между липидами и белковыми компонентами осуществляются без участия ковалентных связей.

Липопротеиды содержат обычно как полярные, так и нейтральные липиды, а также холестерин и его эфиры. Они служат той формой, в которой липиды транспортируются из тонкого кишечника в печень и из печени в жировую ткань, а также в другие ткани.

В плазме крови было обнаружено несколько классов липопротеидов, их классификация основана на различиях в их плотности. Липопротеиды с разным соотношением липида и белка могут быть разделены в ультрацентрифуге.

Самыми легкими липопротеидами являются хиломикроны: крупные структуры, содержащие около 80% триацилглицеринов, 7% фосфоглицеридов, 8% холестерина и его эфиров и 2% белка.

Бетта-липопротеиды плазмы крови содержат 80-90% липидов, а альфа-липопротеиды – 40-70%.

Точная структура липопротеидов пока неизвестна, но имеются основания считать, что белковая цепь располагается на внешней поверхности, где она образует тонкую гидрофильную оболочку вокруг мицеллярной липидной структуры. В жирах или триглицеридах запасается большая часть энергии, выделяющаяся в результате химических реакций.

Наряду с неполярными существуют полярные липиды. Они составляют главные компоненты клеточных мембран. В мембранах локализованы многочисленные ферменты и тарнспортные системы. Многие свойства клеточных мембран обусловлены наличием в них полярных липидов.

Мембранные липиды:

Мембранные липиды наряду с углеводородными цепями содержат одну или несколько сильно полярных “голов”. В небольшом количестве в мембранах присутствуют фосфолипиды. Основной их компонент – фосфоглицериды- содержат 2 остатка жирных кислот, этерифицирующих первую и вторую гидроксильные группы глицерола. Третья гидроксильная группа образует сложно-эфирную связь с фосфорной кислотой. Гидролизуется при нагревании с кислотами и щелочами, а также ферментативным путем – под действием фосфолипаз.

Сфинголипиды – второй класс мембранных липидов, они имеют полярную голову и два неполярных хвоста, но не содержат глицерола.

Делятся на 3 подкласса: сфингомиелины, цереброзиды и ганглеозиды.

Сфингомиелины содержатся в миелиновых оболочках нервных клеток определенного типа. Церброзиды –в мембранах клеток мозга. Ганглеозиды – важные компоненты расположенных на поверхности клеточных мембран специфических рецепторных участков. Они находятся в тех специфических участках нервных окончаний где происходит связывание молекул нейромедиатора в процессе химической передачи импульса от одной нервной клетки к другой.

Внешние или плазматические мембраны многих клеток, а также мембраны ряда внутриклеточных органелл, например, митохондрий и хлоропластов изучены. Во всех мембранах имеются полярные липиды.

Липидная часть мембраны представляет собой смесь полярных липидов. Природные мембраны характеризуются малой толщиной (6-9нм) и эластичностью. Через мембраны легко проходит вода, но они практически не проницаемы для зараженных ионов типа натрия, хлора или водорода и для полярных, но не зараженных молекул сахаров. Полярные молекулы проникают с помощью специфических переносчиков транспортной системы.

Фосфоглицериды, сфинголипиды, гликолипиды и воска часто называют омыляемыми липидами , поскольку при их нагревании образуются мыла (в результате отщепления жирных кислот). В клетках также содержатся в меньшем количестве неомыляемые липиды, они не гидролизуются с освобождением жирных кислот.

Известны 2 типа неомыляемых липидов:

Стероиды и терпены

Стероиды – желчные кислоты, половые гормрны, гормоны надпочечников.

Стероиды широко распространены в природе. К этим соединениям относятся многочисленные вещества гормрнальной природы, а также холестерин, желчные кислоты и др.

Стерины – холестерин Холестерин играет роль промежуточного продукта в синтезе многих других соединений. Холестерином богаты плазматические мембраны многих животных клеток, в значительно меньшем количестве он содержится в мембранах митохондрий и в эндоплазматической сети.

У растений – фитостерины.

Терпены – обнаружены в растениях, многие из них придают растениям свойственный им аромат и служат главными компонентами “душистых масел”.

Жирорастворимые витамины.

Витамины – это жизненноважные вещества, присутствующие в организме в следовых количествах и необходимые для выполнения нормальных клеточных функций. К числу жирорастворимых витаминов принадлежат витамины А, Е, К,Д, молекулярные основы их действия точно неизвестны.

Витамины относят к липидам, поскольку они нерастворимы в воде и экстрагируются органическими растворителями. Жирорастворимые витамины имеют изопреноидную структуру (А,Е,К) , витамин Д – производное стероида, хотя стероиды тоже происходят от изопреноидных предшественников. Витамин А содержится только в животных тканях. Он существует в 2 химических формах А-1 и А-2 (витамеры) – ретинол 1 и ретинол 2, и представляет собой спирт содержащее ациклическое кольцо, к которому присоединена боковая цепь, состоящая из 2 изопреновых единиц.

В растениях содержатся каротиноидные пигменты. Альфа-, бетта- и гамма- каротины, при их окислительном распаде в животных тканях образуется вит А. Недостаток витамина А приводит к нарушению роста и развитию “куриной слепоты”, нарушается нормальная функция палочек сетчатки.

Витамин Е представлен целой группой витамеров, присутствующих в растительных маслах и называемых токоферолами. Эти соединения имеют гидроксилсодержащую систему ароматических колец и изопреноидную боковую цепь. Недостаток приводит к атрофии и слабости мышц, стерильности. Предполагают, что эти вещества препятствуют разрушающему действию молекулярного кислорода, их иногда называют антиоксидантами.

Витамин К – К 1 и К 2, нафтохиноны с длинными боковыми изопреноидными цепями различной длины. Недостаточность проявляется в нарушении процесса свертываемости крови из-за утраты организмом способности синтезировать протромбин.

Витамин Д – производное стероидов. Наиболее важен витамин Д 2 – кальциферол и Д 3. Недостаток витамина Д приводит у человека к нарушениям кальциевого и фосфорного обмена, проявляющегося в изменении структуры костей и зубов. Витамин Д способствует всасыванию ионов Са в тонком кишечнике, благодаря стимуляции синтеза белка, участвующего в переносе этих ионов.

Простогландины.

Эти вещества обнаружены практически во всех органах и тканях человека и животных, своей высокой активностью, широким спектром действия сравнимы с эффектом гормонов.

Простогландины – циклические полиненасыщенные жирные кислоты с относительной молекулярной массой 300-400. Они содержат только углерод, кислород и водород.

Биосинтез простогландинов осуществляется в микросомах клетки. Ненасыщенные жирные кислоты являются предшественниками простогландинов. Они синтезируются по мере физиологической надобности. Их роль – наиболее активные биогенные вещества. Они понижают желудочную секрецию, влияют на гладкую мускулатуру, сердечно-сосудистую систему.

Определяют их методами абсорбционной спектрофотометрии, газо-жидкостной хроматографии, флюоресцентного анализа), а также радиоиммунологическими методами.

Соли желчных кислот.

Детергентные эффекты желчи обусловлены солями желчных кислот. Стероидная часть молекулы желчных кислот имеет характерные для липидов гидрофобные свойства, а окисленные боковые цепи гидрофильны. Такая двоякая растворимость, характерная для детергентов и мыл обозначается термином амфипатичность:

Гидрофобный конец молекулы легко смешивается с липидами

Гидрофильный конец не смешивается легко с липидами, но облегчает контакт с водной фазой.