Проверь себя (экспресс-тест)

1. К моносахаридам относятся:

а) мальтоза; б) фруктоза; в) лактоза; г) гепарин.

 

2. На какие группы подразделяются углеводы по функциональным группам?

а) альдозы и кетозы; б) моносахариды и дисахариды;

в) глюкозы и фруктозы; г) пентозы и гексозы.

 

3. α-глюкоза и β-глюкоза - …….

а) оптические изомеры; б) структурные изомеры;

в) олигосахариды; г) цис-транс- изомеры.

 

4. Оптическая изомерия углеводов связана с существованием в их молекуле…

а) нескольких гидроксильных групп;

б) асимметрических атомов углерода;

в) карбонильной группы;

г) хиральных центров.

 

5. Глюкоза в водном растворе представляет собой…

а) альдегидоспирт;

б) шестичленный (пиранозный) цикл, содержащий атом кислорода;

в) пятичленный (фуранозный) цикл, содержащий атом кислорода;

г) смесь перечисленных структур.

 

6. Образование полисахаридов из моносахаридов – это реакция…

а) полимеризации; б) поликонденсации;

в) этерификации; г) гидролиза.

 

7. В состав сахарозы входят:

а) две молекулы глюкозы; б) две молекулы фруктозы;

в) глюкоза и фруктоза; г) галактоза и глюкоза.

 

8. По какому признаку дисахариды подразделяют на восстанавливающие и невосстанавливающие?

а) по реакции с водородом;

б) по реакции с азотной кислотой;

в) по реакции с раствором гидроксиддиаминсеребра;

г) по возможности взаимного превращения циклической и линейной форм.

 

9. Продуктом фосфоролиза мальтозы является:

а) глюкоза и галактоза; б) глюкозо-1-фосфат и глюкоза;

в) глюкозо-6-фосфат и глюкоза; г) глюкозо-1-фосфат и галактоза.

 

10. Какой процесс с участием углеводов приводит к выделению наибольшего количества энергии?

а) окисление кислородом воздуха; в) брожение;

б) восстановление; г) карбоксилирование.

 

Раздел 3. Липиды

К липидам относят жиры и жироподобные вещества растительного и животного происхождения, нерастворимые в воде, но растворимые в неполярных растворителях (эфир, хлороформ, бензол и др.). В структурном отношении все липиды являются сложными эфирами жирных кислот и разнообразных спиртов.

Жирные кислоты – это карбоновые кислоты с длинной алифатической цепью. Высшие жирные кислоты (ВЖК) являются основными гидрофобными компонентами липидов.

Большинство ВЖК – это монокарбоновые кислоты с длинными линейными углеводородными цепями с четным числом атомов углерода (С₁₂ – С₂₀), встречаются ненасыщенные кислоты с одной или несколькими двойными связями (таблица 2).

Таблица 2

Наиболее распространенные ВЖК

 

Формула	Название	Число атомов С
Насыщенные кислоты
СН3 – (СН2)10 – СООН	лауриновая
СН3 – (СН2)12 – СООН	миристиновая
СН3 – (СН2)14 – СООН	пальмитиновая
СН3 – (СН2)16 – СООН	стеариновая
СН3 – (СН2)22 – СООН	лигноцериновая
Ненасыщенные кислоты
СН3 – (СН2)7 – СН = СН – (СН2)7 - СООН	олеиновая
СН3 – (СН2)3 – (СН2 – СН = СН)2 –(СН2)7 - СООН	линоленовая
СН3 – (СН2)4 – (СН = СН – СН2)4 – (СН2)2 - СООН	арахидоновая
СН3 – (СН2)7 – СН = СН – (СН2)13 - СООН	нервоновая

 

Среди насыщенных ВЖК особенно распространены пальмитиновая и стеариновая кислоты, они найдены во всех тканях животных и человека используются организмом в целом как энергетический материал. Их больше всего в животных жирах, например: говяжьем и свином – по 25% пальмитиновой, соответственно 20 и 13% стеариновой кислоты. Эти кислоты могут частично синтезироваться в организме из углеводов (и даже из белков). Избыток насыщенных жирных кислот в питании часто приводит к нарушению обменажиров, повышению уровня холестерина в крови.

Ненасыщенные ВЖК подразделяются на мононенасыщенные и полиненасыщенные. К числу наиболее распространенных мононенасыщенных жирных кислот относят олеиновую кислоту, которой много в оливковом масле (65%), свином жире (43%), говяжьем жире (37%), сливочном масле (23%).

Особое значение имеют полиненасыщенные жирные кислоты – линоленовая, линолевая, арахидоновая, которые входят в состав клеточных мембран и выполняют в организме ряд важных функций, в том числе обеспечивают нормальный рост и обмен веществ, эластичность сосудов и прочее.

Такие полиненасыщенные жирные кислоты не могут синтезироваться в организме человека и поэтому являются незаменимыми (как некоторые аминокислоты и витамины). При полном отсутствии этих кислот в питании наблюдалось прекращение роста, некротические поражения кожи, изменение проницаемости капилляров.

Линолевая кислота, которой особенно много в подсолнечном масле (60%) обладает достаточно высокой биологической активностью, 1/10 биологической активности линолевой кислоты обладает линоленовая кислота.

Наибольшая биологическая активность свойственна арахидоновой кислоте, но ее содержание в пищевых продуктах очень мало: в мозгах – 0,5%, в яйцах – 0,1%, печени свиной – 0,3%. В организме линолевая кислота при участии витамина В₆ переходит в арахидоновую, а эта, в свою очередь, превращается в очень важные внутриклеточные гормоны – простагландины.

Полиненасыщенные жирные кислоты, в отличие от насыщенных, способствует удалению холестерина из организма.

 

Классификация и функции липидов

 

В зависимости от строения липиды разделяют на простые (двухкомпонентные) и сложные (многокомпонентные). В группе простых липидов выделяют жиры, воски и стериды. Сложные липиды подразделяются на фосфолипиды, гликолипиды, сфингофосфолипиды.

К основным биологическим функциям липидов можно отнести следующие:

§ энергетическая – при окислении липидов в организме выделяется энергия (1г липидов – 39,1кДж);

§ транспортная – участвуют в транспорте веществ через липидный слой биомембраны;

§ механическая – липиды соединительной ткани, окружающей внутренние органы, и подкожного жирового слоя предохраняют органы от повреждений при внешних механических воздействиях;

§ теплоизолирующая – благодаря своей низкой теплопроводности сохраняют тепло в организме.

В последние годы выявлена крайне важная роль сложных липидов в функционировании клеточных мембран. Все клеточные мембраны, помимо белка и полисахаридов, содержат от 20 до 75% полярных и нейтральных липидов. Липиды образуют бимолекулярный слой толщиной около 5нм с полярными группами по обе стороны слоя, в который вкраплены белковые субчастицы и структурированная вода. Этот слой регулирует обмен веществ в клетках, определяя проницаемость мембран для ионов, неэлектролитов и воды.

 

 

Простые липиды (жиры)

Жиры (триглицериды) – это сложные эфиры ВЖК и трехатомного спирта глицерина.

Среди триглицеридов различают простые и смешанные. В состав первых входят три одинаковые ВЖК, например:

Смешанные триглицериды построены из остатков глицерина и разных ВЖК:

 

Природные жиры представляют собой смесь разнообразных триглицеридов, в которых преобладают смешанные триглицериды.

Стериды – это сложные эфиры ВЖК и полициклических спиртов (стеролов).

Свободные стеролы и родственные им соединения образуют большую фракцию природных соединений. В организме человека лишь 10% стеролов представлены стероидами, 90% находятся в свободном состоянии.

Наиболее важен в функциональном отношении для организма человека стерол-холестерол (холестерин):

Холестерин является нормальным структурным компонентом всех клеток и тканей, участвует в обмене желчных кислот, ряда гормонов, витамина D. Нормальное содержание холестерина в крови равно 150-220мг. При повышении этого показателя усиливается опасность возникновения и развития атеросклероза. Основная часть холестерина (около 70-80%) в организме образуется из жирных кислот (насыщенных) и углеводов. Частично человек получает его с пищей. Больше всего холестерина содержится в яйцах (0,57%), сырах (0,28-1,6%), сливочном масле (0,21%), субпродуктах (до 0,3%).

При тепловой обработке холестерин относительно устойчив – теряется около 20% от исходного количества. Пожилым людям и тем, кто предрасположен к атеросклерозу, следует избегать избытка пищевого холестерина, не исключать полностью продукты, содержащие это вещество.

Основное количество холестерина образуется в печени из других компонентов пищи. Чем больше холестерина поступает с пищей, тем меньше его синтезируется в печени, и наоборот.

В обычном дневном рационе питания для профилактики атеросклероза может содержаться до 300мг холестерина. Почти суточную дозу (230мг) дает одно куриное яйцо, или 500г жирного мяса, или 50г голландского сыра, или 130г сливочного масла.

В организме животных и человека стеролы окисляются с образованием производных, имеющих общее название – стероиды. К ним относятся холевые кислоты (ингридиенты желчи, способствующие всасыванию жирных кислот в кишечнике) и стероидные гормоны.

Из высших жирных кислот в составе стеридов обнаружены пальмитиновая, стеариновая и олеиновая кислоты. Стериды образуются в результате этерификации стеролов:

Воски – это сложные эфиры высших насыщенных или ненасыщенных кислот с высшими одноатомными спиртами (С₁₆ – С₃₆).

Воски подразделяются на растительные и животные. У растений воски играют роль слоем листья, плоды, стебли, восковой налет предохраняет растения от поражения вредителями и болезнями и от лишней потери воды.

Из растительных восков следует отметить карнаубский воск – воск пальмовых листьев (Бразилия), воск стеблей льна, канделильский воск.

К животным воскам относится спермацет, который получают из спермацетового масла, содержащегося в черепной полости кашалота. В спермацете преобладает цетиловый эфир пальмитиновой кислоты (С₁₅Н₃₁СООС₁₆Н₃₃).

Пчелиный воск содержит спирты С₂₄ – С₃₄, этерифицированные высшими кислотами (например, мерициловый эфир пальмитиновой кислоты С₁₅Н₃₁СООС₃₁Н₆₃), углеводороды (до 17%), церотиновую кислоту С₂₅Н₅₁СООН.

Воски находят широкое применение для приготовления кремов, мазей, в качестве добавок к мылам, пластырям, помадам и т.п.

 

Свойства жиров

Как правило, жиры не выдерживают перегонки и разлагаются, даже если их перегоняют при пониженном давлении.

Температура плавления и консистенция жиров зависятот строениякислот, входящих в их состав. Твердые жиры, то есть жиры, плавящиеся при высокой температуре, состоят из глицеридов предельных кислот (стеариновая, пальмитиновая), а в маслах, плавящихся при более низкой температуре и представляющих собой пустые жидкости, содержатся значительные количества глицеридов непредельных кислот (олеиновая, линолевая, линоленовая).

Так как природные жиры представляют собой сложные смеси глицеридов, они плавятся не при определенной температуре, а в определенном температурном интервале, причем предварительно размягчаются.

Для характеристики жиров применяется температура затвердевания, которая не совпадает с температурой плавления – она несколько ниже. Кроме того, температура затвердевания жира обусловлена характером составляющих его кислот: она тем выше, чем больше содержание предельных кислот.

Жиры растворяются в эфире, сероуглероде, в ароматических углеводородах и бензине. Нерастворимы жиры в холодном спирте и воде, хотя могут образовывать эмульсии, которые стабилизируются в присутствии поверхностно-активных веществ, как белки, мыла. Природной эмульсией жира, стабилизированной белками, является молоко.

Гидролиз жиров. Среди реакций жиров особое значение имеет гидролиз, который можно осуществить как кислотами, так и основаниями (щелочной гидролиз называют омылением):

С помощью этой реакции устанавливают строение липидов и получают ценные продукты. Гидролиз – первая стадия утилизации и метаболизма пищевых жиров в организме.

Реакции присоединения. Двойные связи непредельных кислот, входящих в состав жира, могут быть прогидрированы каталитическим путем, они присоединяют бром и йод.

В связи с тем, что твердых жиров не хватает для технического использования и пищевых целей, значение имеет превращение более дешевых жидких жиров в твердые. Это превращение идет путем каталитического гидрирования двойных связей кислот жидких жиров, при этом жидкие ненасыщенные жиры переходят в твердые насыщенные. В качестве сырья применяют жир морских млекопитающих и растительные масла (подсолнечное, хлопковое, соевое и др.):

Так, искусственное масло, или маргарин, представляет собой эмульсию гидрогенизированного растительного жира в молоке; он имеет вид, консистенцию, запах и вкус сливочного масла. Запах и вкус придаются предварительным брожением молока с особыми видами молочных бактерий, вызывающих частичное окисление и синтезирующих диацетил – основное душистое вещество сливочного масла. Для стабилизации эмульсии в маргарин вводят природные эмульгаторы, также как яичный желток или лецитин, выделенный из желтка или сои.

Прогоркание. Многие жиры при стоянии на воздухе прогоркают – приобретают неприятный вкус и запах. Различают гидролитическое и окислительное прогоркание.

Гидролитические изменения в жире происходят под действием ферментов или микроорганизмов, приводя к образованию свободных жирных кислот. Если эти кислоты обладают короткой цепью (масляная кислота), то жиры приобретают прогорклый вкус и запах. Этот тип характерен для коровьего молока.

Окисление молекулы жира приводит к образованию ряда альдегидов и кетонов с короткой цепью, которые тоже имеют неприятный запах и вкус. Для этого процесса необходим кислород воздуха, а повышение температуры, свет и влажность ускоряют этот процесс.

 

Сложные липиды

К сложным липидам относят фосфолипиды, сфинголипиды и гликолипиды.

Фосфолипидами называют липиды, дающие при гидролизе кроме глицерина и высших карбоновых кислот фосфорную кислоту и аминоспирты (или другие сложные эфиры). Фосфолипиды в зависимости от спирта, входящего в его состав, подразделяются на фосфатиды и сфингофосфодипиды.

В состав фосфатидов входит глицерин, их рассматривают как производные фосфатидной кислоты:

Они различаются высшими жирными кислотами и добавочными соединениями, входящими в состав. В зависимости от добавочного соединения среди фосфатидов различают фосфатидилхолин (лецитин), фосфатидилколамин (кефалин), фосфатидилсерин и т.д.

 

Наиболее распространены в природе лецитины – это глицериды, в которых две спиртовые группы глицерина этерифицированны двумя, чаще разными, жирным кислотами и содержат фосфохолиновую группировку, которая при гидролизе дает фосфат и четвертичное аммониевое основание – холин [НОСН₂СН₂ N⁺(СН₃)₃ОН^-].

Лецитины впервые обнаружены в желтке яйца, откуда и произошло их название (греч. lekithos - желток).

Кефалины – сложные эфиры глицерина, построенные по тому же принципу, что и лецитины, но в состав кефалинов вместо холина входит коламин (или этаноламин: НО – СН₂ – СН₂ – NН₂). Кефалины (от греч. kephale - голова) впервые были выделены из тканей головного мозга.

Фосфатидилсерины содержат в качестве основания аминокислоту серин:

 

Сфинголипиды. Эти соединения представляют собой структурные аналоги фосфолипидов, где вместо глицерина входит сфигнозин.

В результате гидролиза сфинголипидов были получены 4 кислоты: пальмитиновая, стеариновая, лигноцериновая и нервоновая:

СН₃ – (СН₂)₂₂ СООН СН₃(СН₂)₇ – СН = СН – (СН₂)₁₃ СООН

лигноцериновая кислота нервоновая кислота

Большое количество сфинголипидов содержится в нервной ткани и крови человека. В плазме крови содержится 8-15% сфинголипидов, в мембранах эритроцитов – 30-40% от общего содержания липидов.

Гликолипиды. В состав гликолипидов входит сфигнозин, ВЖК, углеводный компонент (D-галактоза, D-глюкоза), глюкозамин, галактозамин и их ацетильные производные), но не входит фосфорная кислота.

Известны следующие жирные кислоты, входящие в состав гликолипидов: лигноцериновая, цереброновая (α-оксилигноцериновая), нервоновая и α-оксинервоновая кислоты.

Эти сложные липиды впервые выделены из серого вещества головного мозга.

 

Обмен липидов

В тканях организма происходит непрерывное обновление липидов. Основную массу липидов тела человека составляют триглицериды, которыми особенно богата жировая ткань. В виде включений триглицериды имеются в большинстве тканей и органов.

Поскольку липиды выполняют энергетическую функцию, то процессы их обновления связаны с мобилизацией и депонированием их в процессе образования энергии.

Обмен фосфодипидов недостаточно изучен, но есть мнение, что их обновление связано прежде всего с процессами восстановления структуры мембран.

Обновление липидов тканей и органов организма требует предварительного внутриклеточного ферментативного гидролиза.

Гидролиз триглицеридов (липолиз) проходит в два этапа. На первом этапе происходит гидролиз внешних сложноэфирных связей, ускоряет этот процесс фермент липаза:

β – моноглицерид на втором этапе далее гидролизуется неспецифической эстеразой до глицерина и ВЖК:

В результате гидролиза триглицеридов образуется глицерин и три молекулы ВЖК.

Обмен глицерина может осуществляться несколькими путями. Значительная часть образовавшегося при гидролизе липидов глицерина используется для ресинтеза триглицеридов. Второй путь обмена глицерина – включение продукта его окисления в гликолиз или глюконеогенез.

ВЖК в митохондриях подвергаются окислению, в ходе которого происходит уменьшение на два атома углерода с карбоксильного конца ВЖК. Механизм такого окисления был назван β – окислением ВЖК и он является одним из источников получения энергии для синтеза АТФ в животной клетке.

Нарушения в обмене жиров сопровождаются накоплением ацетоуксусной и β – гидроксимасляных кислот в крови.

Ацетоуксусная кислота является продуктом окисления β – гидроксимасляной кислоты и может превращаться в ацетон по схеме:

 

Ацетоуксусная β–гидроксимасляная кислота и ацетон получили название кетоновых тел. Усиленное образование их называют кетозом. Состояние организма, при котором происходит избыточное накопление кетоновых тел в крови, называют кетонемией, а выделение их с мочой – кетонурией.

Среди многих причин патологического накопления кетоновых тел, особенно важными считают дефицит поступающих с пищей углеводов (относительно окисляющихся липидов) и нарушение обмена углеводов и жирных кислот при недостатке инсулина.

 

 

Основные понятия и термины раздела

Гликолипиды – сложные эфиры ВЖК и сфигнозина, в состав которых входит углеводная компонента.

 

Жиры (триглицериды) – сложные эфиры ВЖК и трехатомного спирта глицерина.

 

Кетонемия – состояние организма, при котором происходит избыточное накопление кетоновых тел.

 

Кетонурия – состояние организма, при котором происходит выделение кетоновых тел с мочой.

 

Липиды – природные неполярные соединения, нерастворимые в воде, но растворимые в неполярных растворителях.

 

Липолиз – гидролитическое расщепление жиров.

 

Стериды – сложные эфиры ВЖК и полициклических спиртов.

 

Сфинголипиды – сложные эфиры ВЖК сфингозида, содержащие остаток фосфорной кислоты и связанное с ней добавочное соединение.

 

Фосфолипиды – сложные эфиры ВЖК и глицерина, содержащие остаток фосфорной кислоты и связанное с ней добавочное соединение.

 

Вопросы и задания

1. Какие органические вещества называются липидами?

 

2. Напишите структурные формулы трипальмитина, пальмитодилаурила, пальмитостеароолеина. Какие триглицериды входят в группу простых, а какие – смешанных тригоицеридов?

 

3. Приведите схему гидролиза триолеина.

 

4. Составьте уравнение гидрирования триолеина, назовите конечный продукт.

 

5. Какие химические компоненты входят в состав фосфатидов? Сфинголипидов? Гликолипидов?

 

6. Напишите структурную формулу лецитина и схему гидролиза его.

 

7. Из глицерина, пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот проведите синтез триглицерида.

 

8. В комплексе с какими веществами липиды входят в состав биологических мембран?

 

9. Чем сопровождаются нарушения в обмене веществ?

 

10. Перечислите основные биологические функции липидов.