Home ⇒ 👍Біологія ⇒ Ліпіди, їх структура і функції

Ліпіди, їх структура і функції

Ліпіди – це невеликі молекули, їх молекулярна маса становить кілька сотень дальтон. Зазвичай в молекулах ліпідів є і гідрофільні і гідрофобні групи, але в цілому ліпіди мають гідрофобні властивості.

Ліпіди погано розчиняються у воді, зате добре розчиняються в органічних розчинниках, в:

Спирті; Ацетоні,; Хлороформі.

Історично ліпіди були виділені в окремий клас речовин саме за цією ознакою – як з’єднання, які не розчинні у воді, а в менш полярних органічних розчинниках. До ліпідів відносяться такі сполуки, як:

Фосфоліпіди; Нейтральні жири; Стероїди; Воски.

У живих організмах ліпіди виконують кілька важливих функцій.

Структурна функція

Всі клітини відмежовані від навколишнього середовища зовнішньою мембраною, яка приблизно наполовину (по масі) складається з ліпідів і наполовину – з білків.

Здатність ліпідів виконувати структурну функцію не обмежується клітинним рівнем: медоносна бджола ліпить свої соти з воску, з воскоподібних речовин складається і кутикула наземних рослин – тонкий шар на поверхні листя і стебла, який зменшує випаровування.

Енергетична функція

Клітина може окисляти ліпіди і використовувати енергію, яка виділяється, для своїх потреб. При окисленні нейтральних до вуглекислого газу і води жирів виділяється багато енергії – близько 9,3 кілокалорій на грам.

Жири часто служать запасними поживними речовинами.

У вищих хребетних тварин для цієї мети використовується особлива тканина – жирова клітковина. У рослин запаси жирів нерідко зустрічаються в насінні.

Регуляторна функція

Найважливішими регуляторами фізіологічних процесів в організмі є гормони. Серед них зустрічаються сполуки різної структури. Особливу групу складають стероїдні гормони, які відносяться до класу ліпідів. Похідними жирних кислот є важливі регулятори клітинних функцій – простагландини (їх іноді називають тканинними гормонами).

Ліпіди можуть виконувати і ряд інших функцій.

Так, накопичення ліпідів організмами планктону і нектону зменшує їх питому вагу і полегшує плавання в товщі води (такий механізм використовують і акули).

Підшкірна жирова клітковина може служити механічним захистом для внутрішніх органів, а у теплокровних тварин вона є теплоізолятором.

У молекулах фосфоліпідів присутні різні за хімічними властивостями складові частини: “головка” і два “хвоста”. До складу головки входять залишки:

Гліцерину; Фосфорної кислоти; Спирту.

“Головка” гідрофільна і електрично заряджена, вода охоче з нею взаємодіє. “Хвости” представляють собою залишки жирних кислот, які містять безліч СН2-груп. Поляризація зв’язку С-Н дуже слабка, так що “хвости” цілком гідрофобні, і вони “прагнуть” уникнути взаємодії з водою.

До складу фосфоліпідів входять як насичені жирні кислоти, які не містять подвійних зв’язків, так і ненасичені. Дуже поширеними жирними кислотами є:

Пальмітинова CH3 (CH2)14COOH; Стеаринова CH3(CH2)16COOH; Олеїнова CH3(CH2)7-СH = CH-(CH2)7COOH; Пальмітоолеїнова CH3(CH2)5-СH = CH-(CH2)7COOH.

До складу однієї молекули фосфоліпіда, зазвичай, входять залишки різних жирних кислот, причому ненасичена жирна кислота, зазвичай, розташовується ближче до фосфату.

Природні ліпіди містять в основному цис-ізомері ненасичені жирні кислоти. Транс-ізомери утворюються при штучній переробці рослинних жирів – наприклад, при отриманні маргарину.

Останнім часом з’ясувалося, що споживання транс-ізомерів жирних кислот шкідливе для здоров’я.

Вони збільшують ризик виникнення:

Атеросклерозу; Онкологічних захворювань.

Якщо молекули фосфоліпідів помістити на поверхню водного шару, то, очевидно, що гідрофільні “головки” будуть звернені у воду, а гідрофобні “хвости” будуть виштовхуватися з води.

Утворюється моношар – поверхнева плівка товщиною в одну молекулу. Якщо ж “заштовхати” молекули фосфоліпідів у воду повністю, то тоді “головки” будуть звернені до води (назовні), а “хвости” – від води (всередину). Такі невеликі скупчення молекул називаються міцелами.

До утворення міцел більш схильні не фосфоліпіди, а жирні кислоти, які мають тільки один гідрофобний “хвіст”. Міцели виходять, наприклад, при розчиненні мила у воді

Фосфоліпіди частіше утворюють іншу структуру – ліпідний бішар. У складі бішару молекули фосфоліпідів розташовуються в два ряди: “головки” будуть звернені до води, а “хвости” сховані всередину. Ліпідний бішар складає основу всіх клітинних мембран – мембрана представляє собою “ліпідне озеро”, в якому плавають білки.

Ліпідний бішар непроникний для заряджених іонів – вони не можуть проникнути через його гідрофобну центральну зону. Для того щоб транспортувати іони через мембрану, в клітині є спеціальні білки-переносники. Через бішар не можуть пройти великі молекули:

Білки; Полісахариди; Нуклеїнові кислоти.

Ліпідний бішар проникний для невеликих гідрофобних молекул, а також для зовсім дрібних полярних, але не заряджених – таких як:

Н2О; СО2; О2.

Нейтральні жири представляють собою ефіри гліцерину і залишків трьох жирних кислот. Вони більш гідрофобні, ніж фосфоліпіди, і розташовуються всередині клітини у вигляді нерозчинних жирових включень.

До складу жирів також можуть входити залишки насичених і ненасичених жирних кислот.

Перші переважають в тваринних жирах, а другі – в рослинних. Насичені жирні кислоти мають більш високу температуру плавлення, тому соняшникова олія при кімнатній температурі є рідиною, а вершкове масло і яловичий жир – твердими тілами.

До складу жирів вершкового масла входять насичені кислоти з меншим числом вуглецевих атомів, ніж у жирів яловичого жиру, тому вершкове масло плавиться при меншій температурі. Як і молекули фосфоліпідів, молекули нейтральних жирів, зазвичай, містять залишки різних жирних кислот.

Жирні кислоти можуть синтезуватися з вуглеводів і амінокислот, через це ожиріння настає при надмірному харчуванні не тільки жирами, а й іншими продуктами.

Стероїди

Ще один клас ліпідів – стероїди. Це невеликі гідрофобні молекули, похідні холестерину.

Вони містять у своєму складі систему пов’язаних вуглеводневих кілець – трьох шестиатомних і одного п’ятиатомного. Стероїдами є такі гормони надниркових залоз, як глюкокортикоїди (наприклад, кортизол), які грають найважливішу роль в розвитку стресу, і мінералокортикоїди (альдостерон), які зменшують виведення нирками води та іонів натрію з організму.

До стероїдних відносяться:

Чоловічі і жіночі статеві гормони (тестостерон і естрадіол); Прогестин (прогестерон).

У печінці з холестерину синтезуються жовчні кислоти, які потім надходять у жовч. Ці сполуки містять як гідрофільні, так і гідрофобні групи. У водному середовищі вони легко утворюють міцели.

У просвіті кишечника в ці міцели включаються молекули жирів зі з’їденої їжі – самі по собі нейтральні жири майже нерозчинні, а в складі міцел утворюють емульсію і стають доступними для дії травних ферментів.

Сам холестерин – не гормон, а необхідний компонент клітинних мембран у вищих організмів; у бактерій він зустрічається рідко.

Цікавий механізм дії стероїдних гормонів на клітини-мішені.

Стероїди – це невеликі гідрофобні молекули, вони легко проникають через зовнішню мембрану клітини. Білки-рецептори, які зв’язують ці гормони, розташовані в цитоплазмі.

Після зв’язування зі стероїдом білок-рецептор активується і йде з цитоплазми в ядро. У ядрі гормон-рецепторний комплекс зв’язується з ДНК і регулює активність деяких генів.

Кожен клас стероїдних гормонів має свої власні рецептори і регулює тільки певні гени.

Так, глюкокортикоїди – гормони стресу – активують різні гени, які відповідають за забезпечення організму енергією і пригнічують гени, які відповідають за накопичення запасних поживних речовин.

Адже стресова реакція служить для мобілізації організму на боротьбу чи втечу, а тут вже не до запасання. Мінералокортикоїди активують гени ферменту Na+/K+-АТ-Фази, який повертає в кров з первинної сечі натрій, а разом з ним і воду.

Простагландини

Ще одна група найважливіших регуляторів життєдіяльності організму – це простагландини. Вони утворюються з арахідонової кислоти – однієї з поліненасичених жирних кислот. Спершу простагландини були виявлені в передміхуровій залозі – простаті – з чим і пов’язана їх назва, проте незабаром вони були знайдені в самих різних клітинах, тканинах і органах.

Простагландини іноді називають тканинними гормонами.

Справа в тому, що в організмі у них досить короткий час життя, тому вони діють локально, в тому ж органі, в якому і виробляються.

Існує багато різних класів простагландинів, вони володіють різним, іноді прямо протилежними фізіологічними діями.

Так, простагландин Е2 розширює стінки кровоносних судин, збільшує їх проникність, ця речовина виробляється при запаленні і викликає його симптоми.

Простагландин F2 діє на судини протилежним чином – звужує і зменшує проникність – він має протизапальну дію. Однак при вагітності ці сполуки діють однаково, посилюючи скорочення гладкої мускулатури матки.

Простагландин I2 (простациклін) перешкоджає агрегації тромбоцитів і гальмує згортання крові, тоді як тромбоксан А2 (дуже схожа на простагландини речовина, яка теж синтезується з арахідонової кислоти) активує ці два процеси.

Ще один клас похідних арахідонової кислоти – лейкотрієни – грають ключову роль у розвитку такої важкої хвороби як бронхіальна астма. Вони викликають скорочення гладких м’язів дихальних шляхів, що призводить до спазму бронхів і неприборканого кашлю, без спеціальної медичної допомоги хворий може задихнутися і померти.

Широко поширені ліки – аспірин, пригнічує синтез простагландинів. Аспірин має протизапальну і жарознижувальну дію.

В організмі людини всмоктування ліпідів відбувається в тонкому кишечнику. Жирні кислоти і гліцерин надходять з просвіту кишки в клітини епітелію кишечника. Там з них синтезуються нейтральні жири, які в комплексі зі спеціальними білками і холестерином утворюють особливі частинки діаметром 0,1-1 мкм – хиломікрони.

Хіломікрони надходять з клітин кишечника в лімфатичну систему, потім в кровотік і розносяться по всьому організму.

Крім хіломікронів, перенесення жирів від однієї тканини в іншу здійснюють тому що ліпопротеїни мають дуже низьку щільність (ЛПДНЩ).

Вони утворюються в печінці – там синтезується і білкова, і жирова частина цих комплексів, а до інших тканин переносяться з кровотоком.

ЛПДНЩ також містять холестерин. Після засвоєння жирів різними тканинами організму ліпопротеїнових частинки, які містять холестерин, стають ліпопротеїнами низької щільності (ЛПНЩ).

На поверхні майже всіх клітин людського організму є спеціальні білки-рецептори ЛПНЩ. Коли ЛПНЩ зв’язуються з цими рецепторами, клітина поглинає їх, всередині клітини холестерин звільняється і використовується для клітинних Потреб.