Вещества, из которых состоят растения. Запасные питательные вещества Какие витамины и гормоны участвуют в регуляции уровня липидов

А.Д. Микитюк, с.ш. No 589, г. Москва

В земной коре встречается около 100 химических элементов, но для жизни необходимы только 16 из них (табл. 1). Наиболее распространены в живых организмах четыре элемента: водород, углерод, кислород и азот. На их долю приходится более 99% как массы, так и числа атомов, входящих в состав всех живых организмов.

Какие вещества растений образованы этими элементами? Больше всего в растениях содержится воды H2O – от 60 до 95% общей массы организма. Кроме того, в растениях имеются «строительные блоки» – простые органические соединения, из которых строятся биомакромолекулы (табл. 2).

Таким образом, из сравнительно небольшого числа видов молекул получаются все макромолекулы и структуры живых клеток.

Макромолекулы представляют собой полимеры, построенные из многих повторяющихся единиц. Звенья, из которых состоят макромолекулы, называют мономерами. Существует три типа макромолекул: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты (рис. 1). Мономерами для них служат соответственно моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды (табл. 3).

Рис. 1. Полимерные макромолекулы:

а - полисахарид (разветвленный); б - фрагмент двойной спирали ДНК (полинуклеотид);

в - полипептид (фрагмент молекулы миоглобина)

Углеводы

Углеводы являются основным питательным и опорным материалом растительных клеток и тканей. В молекулах большинства углеводов водород и кислород присутствуют в том же соотношении, что и в молекуле воды (например, глюкоза С6Н12О6 или С6(Н2О)6). Все углеводы – полифункциональные соединения. К ним относятся моносахариды – полигидроксиальдегиды (альдозы), полигидроксикетоны (кетозы) и полисахариды (крахмал, целлюлоза и др.) (см. табл.4).

Углеводы – один из важнейших классов природных веществ, содержащихся в растениях. На их долю приходится до 90% сухого вещества растений.

Углеводы являются главными продуктами фотосинтеза в зеленых растениях:

У многих растений углеводы в большом количестве накапливаются в виде сахара и крахмала в корнях, клубнях и семенах и используются затем в качестве запасных питательных веществ.

Растения, из которых получают сахар в промышленности:

а - сахарная свекла; б - сахарный тростник

Полисахариды удобны в качестве запасных питательных веществ по ряду причин. Во-первых, большие размеры молекул делают их практически нерастворимыми в воде. Поэтому полисахариды не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния. Во-вторых, цепи полисахаридов могут компактно свертываться и при необходимости легко превращаться в сахара путем гидролиза:

Стенки клеток растений и растительные волокна состоят главным образом из целлюлозы. В плодах и ягодах также преобладают углеводы. Углеводы – это крахмал, клетчатка (целлюлоза), сахара, пектиновые вещества и многие другие соединения растительного происхождения (рис. 3). В процессе распада углеводов организмы получают основную часть энергии, которая необходима для поддержания жизни и биосинтеза других сложных соединений.

Растительные продукты – поставщики крахмала и целлюлозы:

а - картофель; б - кукуруза; в - зерно; г - хлопчатник; д - древесина

1. В чем различие между молекулярной и структурной формулами соединений?

2. Напишите структурные формулы линейного и циклического изомеров глюкозы С6Н12О6.

3. Каковы молекулярные формулы моносахаридов, различающихся числом атомов углерода в молекуле: триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С) и гептозы (7С)?

4. Какова валентность элементов С, Н и О в их соединениях?

5. Сколько гидроксильных групп имеется в линейной и циклической формах углеводов: а) рибозы; б) глюкозы?

6. Укажите, какие из следующих сахаров представляют собой пентозы, а какие – гексозы.

7. Из каких остатков глюкозы (a- или b-формы) построены молекулы: а) крахмала, б) целлюлозы?

Фрагмент молекулы амилопектина (крахмала)

Фрагмент молекулы целлюлозы

8. Какие химические связи в молекулах ди- и полисахаридов называют гликозидными связями?

Липиды – это нерастворимые в воде органические вещества, которые можно извлечь из клеток органическими растворителями – эфиром, хлороформом и бензолом. Классические липиды – это сложные эфиры жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Их называют триацилглицерины или триглицериды.

Связь между карбонильным углеродом и кислородом при алкильной группе жирной кислоты называют сложноэфирной связью:

Триолеат

Триацилглицерины принято делить на жиры и масла в зависимости от того, остаются ли они твердыми при 20 °C (жиры) или имеют при этой температуре жидкую консистенцию (масла). Температура плавления липида тем ниже, чем больше в нем доля ненасыщенных жирных кислот.

Большая часть жирных кислот RCOOH содержит четное число атомов углерода, от 14 до 22 (чаще всего R=C15 и С17). В составе растительных жиров обычно встречаются ненасыщенные (имеющие одну или несколько двойных связей С=С) кислоты – олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты и насыщенные жирные кислоты, у которых все связи С-С одинарные. В некоторых маслах в больших количествах содержатся редкие жирные кислоты. Например, в касторовом масле, получаемом из семян клещевины, накапливается много рицинолевой кислоты (см. табл.).

Липиды, содержащиеся в растениях, могут находиться в них в форме запасного жира или являться структурным компонентом протопласта клеток. Запасные и «структурные» жиры выполняют различные биохимические функции. Запасной жир откладывается в определенных органах растений, чаще всего в семенах, и используется при их хранении и прорастании в качестве питательного вещества. Липиды протопласта являются необходимой составной частью клеток и содержатся в них в постоянных количествах. Из липидов и соединений липидной природы (комбинаций с белками – липопротеинов, углеводами – гликолипидов) построены цитоплазматическая мембрана на поверхности клеток и мембраны клеточных структур – митохондрий, пластид, ядра. Благодаря мембранам регулируется проницаемость клеток для различных веществ. Количество мембранных липидов в листьях, стеблях, плодах, корнях растений обычно достигает 0, 1-0, 5% от веса сырой ткани. Содержание запасного жира в семенах разных растений различно и характеризуется следующими величинами: у ржи, ячменя, пшеницы – 2-3%, хлопчатника, сои – 20-30% (рис. 4).

Масличные культуры: а - лен; б - подсолнечник; в - конопля; г - олива; д - соя

Интересно, что примерно у 90% всех видов растений в качестве основного запасного вещества в семенах откладывается не крахмал (как у зерновых культур), а жиры (как у подсолнечника). Объясняется это тем, что в качестве источника энергии при прорастании семян используются главным образом запасные жиры. Отложение жиров в запас выгодно для растений, так как при их окислении выделяется примерно в два раза больше энергии, чем при окислении углеводов или белков.

Основными константами, характеризующими свойства жира, являются его температура плавления, кислотное число, число омыления и йодное число. Ниже приведены температуры плавления некоторых растительных масел:

хлопковое масло -1... -6 °C;

оливковое масло -2... -6 °C;

подсолнечное масло -16... -18 °C;

льняное масло -16... -27 °C.

Кислотное число жира – количество миллиграммов щелочи КОН, необходимой для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира. По кислотному числу контролируют качество жиров.

Число омыления – количество миллиграммов щелочи КОН, необходимой для нейтрализации свободных и связанных в виде глицеридов кислот, содержащихся в 1 г жира. Число омыления характеризует среднюю величину молекулярной массы жира.

Йодное число – количество граммов галогена I2, которое способно присоединиться к 100 г жира. Йодное число характеризует степень ненасыщенности жирных кислот в составе жира. Йодные числа большинства растительных жиров находятся в пределах 100-160.

При нормированном кормлении в составе пищи насчитывается свыше семидесяти индивидуальных «биогенных» веществ, соединений или элементов, которые играют прямую или косвенную роль в питании животных. Питательные вещества, входящие в состав кормов, весьма разнообразны по свойствам и по их роли в питании, и делят их на группы объединенные, на основании сходства их химических свойств и биологической роли. К таким группам относятся: углеводы, липиды, протеины, минеральные элементы, витамины, антибиотики и другие. Из перечисленных питательных веществ в организме сельскохозяйственных животных запасаются: липиды, углеводы в виде гликогена, витамины A и D.

Липиды, которые называют – сырой жир, группа различных по своей природе веществ, обладающих одним общим физическим свойством – они нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях (эфир, бензол, хлороформ). Вещества, входящие в сырой жир, могут быть разделены на тир группы: липиды, стеарины, красящие вещества. А более подробное деление приведено в схеме № 1:

Схема № 1

Сырой жир Липиды стеарины красящие вещества Сложные липиды простые липиды фосфолипиды гликолипиды

Из всех питательных веществ жиры наиболее калорийны: 1г жира при полном сгорании выделяет в среднем 38.0 к Дж тела, тогда как 1г углеводов только 17.2 кДж.

Животные могут потреблять сырой жир в виде жира и масла. Они имеют одинаковое строение и химический состав, но различный набор жирных кислот и, следовательно, они обладают различными физическими свойствами.

Фосфолипиды, относятся к группе сложных липидов. Они встречаются в составе клеток всех живых организмов, где включаются в образование белково-липидных комплексов мембран. А так же вместе с другими липидами фосфолипиды образуют периферический слой клетки и ее липидную оболочку. Одними из лучших источников фосфолипидов служат зерна сои, семена подсолнечника.

В состав гликолипидов входит глюкоза и галактоза. Энергетическая ценность фосфолипидов и гликолипидов такая же, как у жира, но их биологическая ценность выше.

Так же составной частью каждого жира являются так называемые неомыляемые вещества нейтрального характера, растворяемые в этиловом и петролелегиновом эфирах. В состав этих веществ входят ароматические спирты сложного строения – стеарины. Стеарины, входящие в животные жиры входят в состав нервной ткани, желчи, но наиболее распространены в виде холестерина (зоостерины).

Приведенные выше группы липидов играют наиболее важную роль в жировом обмене животных. А значение сырого жира для организма огромно.

Жир входит в качестве структурного материала в состав протоплазмы всех клеток, необходимых для нормальной работы пищеварительных желез и играют роль основного запасающего вещества. Основная функция жира корма сводится к тому, что жир является главным аккумулятором энергии в организме, служит важным источником тепла.

Жиры в организме животных составляют основу многих ферментов, гормонов, витаминов – биологических катализаторов обмена веществ. Они принимают участие в синтезе мужских и женских половых гормонов. А ненасыщенные жирные кислоты – линолевая, линоленовая и аралидоновая, входящие в состав жиров корма, необходимы для роста молодых животных, для нормального функционирования кожи и для предотвращения нарушений холестеринового обмена в организме животных. Жир корма принимает непосредственное участие в синтезе жира молока у лакирующих животных.

Исключительную роль жир корма играет в кормлении птицы. Например, максимальную живую массу цыплят-бройлеров (2-2.5 кг) в возрасте 42 суток можно получить лишь в том случае, если в рационе будет содержаться не менее 5 грамм жира на 100 грамм сухого корма. В структуре рациона для кур-несушек оптимальной нормой жира является в среднем 4-5% от сухого вещества корма.

Внешними признаками недостатка жира в рационах является появление у животных гиповитаминозов A, D, E, K, нарушения функций печени, болезни кожи (дерматиты и др.) и расстройства воспроизводительной функции.

Углеводы среди органических веществ кормов составляют до 80% сухого вещества. Занимают первое место, хотя в теле животного углеводы практически не содержаться, за исключением небольшого количества глюкозы и гликогена в печени и мышцах.

Крахмал, сахароза, глюкоза, мальтоза, фруктоза и другие углеводы, содержащиеся в кормах, необходимы животным как источник энергии, они определяют в организме уровень энергетического питания. При окислении 1 грамма углеводов в организме животных выделяются 17.0 кДж энергии. Углеводы оказывают влияние на интенсивность обмена жиров и белков. Энергетические углеводы в организме окисляются до СО Н О с выделением энергии, которая необходима для поддержания нормальной температуры тела, работы мышц и внутренних органов. Избыточное количество углеводов в организме животных откладывается в виде жира. Таким образом, углеводы в виде гликогена и жира являются резервными веществами в теле животных. Отложения жира, например у свиней, является генетическим признаком, а при откорме овец и крупного рогатого скота, необходимо, чтобы в корме содержалось избыточное количество углеводов. Углеводы необходимы так же для работы мышц и тканевого дыхания клеток с окислением до углекислоты и воды. При мышечной работе содержание уровня глюкозы в крови и гликогена в мышцах снижается. Снижение уровня глюкозы в крови вызывает расщепление гликогена в печени.

Такие углеводы как лактоза, манноза, галактоза, раффиноза, рибоза и другие в организме животных, являются структурным материалом, входящим в состав клеток, органов и тканей.

Структурные углеводы принимают участие в синтезе аминокислот в организме, способствует повышению в два раза усвоения кальция, содержащегося в корме, ускоряет процессы окостенения костной ткани.

Скармливание кормов, содержащих структурные углеводы, особенно полезно молодняку, беременным и лактирующим животным, у которых минерализация костяка и образование кальциевых соединений в молоке имеют первостепенное значение.

Длительное кормление животных по рационам с недостаточным количеством кормов, содержащих структурные углеводы, сопровождается задержкой роста, снижением продуктивности, увеличением костных заболеваний. Для жвачных углеводы необходимы еще и для того, чтобы нормально функционировала микрофлора рубца, деятельность которой зависит от углеводного состава кормового рациона. Поэтому при нормировании углеводного питания жвачных животных особое внимание обращают на содержание сахара и клетчатки в рационе.

У животных с однокамерным желудком (свиньи, лошади), а также птицы и плотоядных животных клетчатка обеспечивает моторику желудочно-кишечного тракта. Недостаток клетчатки в кормах рациона плотоядных животных ведет к дискенезии кишечника и различного рода желудочно-кишечным заболеваниям. А недостаток клетчатки, например, в рационах супоросных свиноматок приводит к агалактии у них после опороса.

Витамин А – ретинол – необходим для нормального роста и воспроизводства, а так же для повышения устойчивости организма к возбудителям различных заболеваний. Основная биологическая роль витамина А в организме животных заключается в том, что он принимает участие в синтезе зрительного пигмента (родопсина), является соединением белка с витамином А , он поддерживает в нормальном состоянии слизистые оболочки, стимулирует рост молодых животных.

При недостатке в организме животных витамина А у молодняка приостанавливается рост, появляются заболевания глаз: в ранней стадии авитаминоза – Куринная слепота, а при развитии заболевания может дойти до помутнения, размягчения роговицы, переходящее в изъязвленный некроз. Недостаток витамина А ведет к дегенеративным изменениям в нервной ткани, приводящие к нарушению координат движений, судорогам, параличу, слабости мышц и др. А так же к нарушению функций репродуктивных органов, так как витамин А Учувствует в синтезе гонадотропинов, следовательно, при недостатке ретинола у животных наблюдается стерильность, плохая оплодотворяемость, рассасывание плодов, аборты, рождение слабого нежизнеспособного потомства.

В растительных кормах имеется провитамин А – каротиноиды из которых в организме животных образуется витамин А . Местом превращения каротина в витамин являются стенки тонкого кишечника. При избыточном поступлении каротиноидов в организм каротин резервируется в жировой ткани, а витамин А – в печени, но запасы эти очень небольшие. Например, у коров, получавших длительное время корм, богатый каротином, в теле его оказалось лишь 3-6 грамм, из которых 70-90% - в печени, а 30-10% - в жировом депо. При витаминном голодании животные очень экономно расходуют эти резервы.

Витамин D (кальциферол) – антирахитный витамин, который вместе с гормонами паращитовидной железы принимает участие в регуляции фосфорно-кальциевого обмена в организме животных, а также росте и минерализации костной ткани.

При недостатке витамина D в кормах у животных неправильно развивается костяк, у молодняка развивается рахит, у взрослых – патология костяка.

При недостатке витамина D в рационе птиц возникает рахит, искривляется грудная кость, суставы конечностей утолщаются. Яйца от такой птицы имеют тонкую скорлупу, цыплята из таких яиц ослаблены и подвержены различным заболеваниям.

Антирахитические вещества образуются в коже животных при освещении их солнцем или искусственными источниками ультрафиолетового света. Из неактивных стеринов в результате фотохимических реакций. Эти вещества поступают в кровь и проявляют действие аналогичное витамину D из пищи. В летний период при нахождении животных на солнце у них могут создаваться небольшие резервы витамина D в печени.

Для животных вреден как недостаток так и избыток витамина D . При его избытке происходит усиление мобилизации Са из пищи, Са откладывается в почках, на стенках кровеносных сосудов и в других органах. Гипервитаминозы D обычно сопровождаются расстройством пищеварения.

7. Из каких остатков глюкозы (a- или b-формы) построены молекулы: а) крахмала, б) целлюлозы?

Фрагмент молекулы амилопектина (крахмала)

Фрагмент молекулы целлюлозы

8. Какие химические связи в молекулах ди- и полисахаридов называют гликозидными связями?

Липиды

Связь между карбонильным углеродом и кислородом при алкильной группе жирной кислоты называют сложноэфирной связью :

Липиды, содержащиеся в растениях, могут находиться в них в форме запасного жира или являться структурным компонентом протопласта клеток. Запасные и «структурные» жиры выполняют различные биохимические функции. Запасной жир откладывается в определенных органах растений, чаще всего в семенах, и используется при их хранении и прорастании в качестве питательного вещества. Липиды протопласта являются необходимой составной частью клеток и содержатся в них в постоянных количествах. Из липидов и соединений липидной природы (комбинаций с белками – липопротеинов, углеводами – гликолипидов) построены цитоплазматическая мембрана на поверхности клеток и мембраны клеточных структур – митохондрий, пластид, ядра. Благодаря мембранам регулируется проницаемость клеток для различных веществ. Количество мембранных липидов в листьях, стеблях, плодах, корнях растений обычно достигает 0,1-0,5% от веса сырой ткани. Содержание запасного жира в семенах разных растений различно и характеризуется следующими величинами: у ржи, ячменя, пшеницы – 2-3%, хлопчатника, сои – 20-30% (рис. 4).

а - лен; б - подсолнечник; в - конопля; г - олива; д - соя

Основными константами, характеризующими свойства жира, являются его температура плавления, кислотное число, число омыления и йодное число. Ниже приведены температуры плавления некоторых растительных масел:

хлопковое масло -1... -6 °C;
оливковое масло -2... -6 °C;
подсолнечное масло -16... -18 °C;
льняное масло -16... -27 °C.

Йодное число – количество граммов галогена I 2 , которое способно присоединиться к 100 г жира. Йодное число характеризует степень ненасыщенности жирных кислот в составе жира. Йодные числа большинства растительных жиров находятся в пределах 100-160.

Продолжение следует

1) Основные группы запасных питательных в-в, места их отложения. Их хоз использование.

В клетках различают три группы запасных веществ – углеводы, белки,жиры.

Распространенным запасным углеводом является крахмал. Он откладывается в запас в виде крахмальных зерен в незрелых органах растений (семенах).

1) ассимиляционный – в хлоропластах из глюкозы в процессы фотосинтеза.

2) тронзиторный – образуется на пути от фотосинтеза органов или листьев к органам запаса.

3) запасный – в запасных тканях, лейкопластах.

Жиры встречаются в семенах. Они пропитывают цитоплазму, придавая им характерный стекловидный тип или встречаются в виде отдельных капель. Образуются в олеопластах.

Запасные белки чаще накапливаются в клеточном соке формирующихся семян. При созревании семян количество воды в вакуолях их клеток постепенно уменьшается, а концентрация белка увеличивается за счет поступления его из других органов. После высыхания вакуоли на их месте остаются зернистые образования – айлероновые или протеиновые зерна. Окраска их беловатая или почти бесцветная, форма округлая или угловатая.

2) Сине-зеленые водоросли . Окраска талломов может быть различной (сине-зеленой, оливково-зеленой, желто-зеленой, розовой или фиолетовой), но никогда не бывает чисто-зеленой.

В состав пигментов входят: зеленый хлорофилл, синий фикоциан, красный фикоэритрин и желтый каротин.

Для этих водорослей характерно отсутствие в клетке оформленного ядра, нет также настоящих хроматофоров. Протоплазма, заполняющая клетку, разделена на два слоя: наружный, прилегающий к оболочке, в котором растворены пигменты, и внутренний, в котором локализовано ядерное вещество. Клеточные оболочки часто ослизняются. У многих нитчатых сине-зеленых водорослей кроме вегетативных клеток имеются также гетероцисты (могут перезимовывать) и споры. Продукт запаса в клетке - главным образом гликоген. Размножение у нитчатых форм происходит путем распада нити на отдельные фрагменты, у одноклеточных - делением клетки пополам, т.е. не половое.

Основные представители Сине-Зеленых водорослей, это глеотрихия, анабена, носток и циллятория. Многие водоросли образуют крупные колонии и довольно часто встречаются в пресных водоемах.
Значение: В сельском хозяйстве водоросли используются как органические удобрения, цианобактерии производят кислород (фотосинтез) и состоят в пищевой цепи.

3) Губоцветные или яснотковые.

Формы однолетние и многолет травы, редко деревья, кусты

Корень: стержневой

Стебель: прямосточий с железистыми эфирными волосками. Лист простой, супротивный

Цветок обоеполый Ca 5 Co 2+3 A 2+2 (длин и коротк) G (2) околоцветник над завязью.

Соцветие: различные виды тирса. Плод цекобий, распадается на 4 орешка.

Предстаивтели: лаванда, чебрец, базелик, мята, розмарин, шалфей, тимьян, душица.

Знач: лек(мята,шалфей),пища

Спасибо

Сайт предоставляет справочную информацию исключительно для ознакомления. Диагностику и лечение заболеваний нужно проходить под наблюдением специалиста. У всех препаратов имеются противопоказания. Консультация специалиста обязательна!

Что за вещества липиды?

Липиды представляют собой одну из групп органических соединений, имеющую огромное значение для живых организмов. По химической структуре все липиды делятся на простые и сложные. Молекула простых липидов состоит из спирта и желчных кислот, в то время как в состав сложных липидов входят и другие атомы или соединения.

В целом, липиды имеют огромное значение для человека. Эти вещества входят в значительную часть продуктов питания , используются в медицине и фармации, играют важную роль во многих отраслях промышленности. В живом организме липиды в том или ином виде входят в состав всех клеток. С точки зрения питания – это очень важный источник энергии.

Какая разница между липидами и жирами?

В принципе, термин «липиды» происходит от греческого корня, означающего «жир», однако эти определения все же имеют некоторые отличия. Липиды являются более обширной группой веществ, в то время как под жирами понимают лишь некоторые виды липидов. Синонимом «жиров» являются «триглицериды », которые получаются из соединения спирта глицерина и карбоновых кислот. Как липиды в целом, так и триглицериды в частности играют значительную роль в биологических процессах.

Липиды в организме человека

Липиды входят в состав практически всех тканей организма. Их молекулы есть в любой живой клетке, и без этих веществ попросту невозможна жизнь. В организме человека встречается очень много различных липидов. Каждый вид или класс этих соединений имеет свои функции. От нормального поступления и образования липидов зависит множество биологических процессов.

С точки зрения биохимии, липиды принимают участие в следующих важнейших процессах:

выработка организмом энергии;

деление клеток;
передача нервных импульсов;
образование компонентов крови, гормонов и других важных веществ;
защита и фиксация некоторых внутренних органов;
клеточное деление, дыхание и др.

Таким образом, липиды являются жизненно важными химическими соединениями. Значительная часть этих веществ поступает в организм с пищей. После этого структурные компоненты липидов усваиваются организмом, и клетки вырабатывают новые молекулы липидов.

Биологическая роль липидов в живой клетке

Молекулы липидов выполняют огромное количество функций не только в масштабах всего организма, но и в каждой живой клетке в отдельности. По сути, клетка представляет собой структурную единицу живого организма. В ней происходит усвоение и синтез (образование ) определенных веществ. Часть из этих веществ идет на поддержание жизнедеятельности самой клетки, часть – на деление клетки, часть – на потребности других клеток и тканей.

В живом организме липиды выполняют следующие функции:

энергетическая;
резервная;
структурная;
транспортная;
ферментативная;
запасающая;
сигнальная;
регуляторная.

Энергетическая функция

Энергетическая функция липидов сводится к их распаду в организме, в процессе которого выделяется большое количество энергии. Живым клеткам эта энергия необходима для поддержания различных процессов (дыхание, рост, деление, синтез новых веществ ). Липиды поступают в клетку с притоком крови и откладываются внутри (в цитоплазме ) в виде небольших капель жира. При необходимости эти молекулы расщепляются, и клетка получает энергию.

Резервная (запасающая ) функция

Резервная функция тесно связана с энергетической. В форме жиров внутри клеток энергия может откладываться «про запас» и выделяться по мере необходимости. За накопление жиров ответственны особые клетки – адипоциты. Большая часть их объема занята крупной каплей жира. Именно из адипоцитов состоит жировая ткань в организме. Наибольшие запасы жировой ткани находятся в подкожно-жировой клетчатке, большом и малом сальнике (в брюшной полости ). При длительном голодании жировая ткань постепенно распадается, так как для получения энергии используются резервы липидов.

Также жировая ткань, отложенная в подкожно-жировой клетчатке, осуществляет теплоизоляцию. Ткани, богатые липидами, в целом хуже проводят тепло. Это позволяет организму поддерживать постоянную температуру тела и не так быстро охлаждаться или перегреваться в различных условиях внешней среды.

Структурная и барьерная функции (мембранные липиды )

Огромную роль играют липиды в строении живых клеток. В человеческом организме эти вещества образуют особый двойной слой, который формирует клеточную стенку. Благодаря этому живая клетка может выполнять свои функции и регулировать обмен веществ с внешней средой. Липиды, образующие клеточную мембрану, также позволяют сохранять форму клетки.

Почему липиды-мономеры образуют двойной слой (бислой )?

Мономерами называются химические вещества (в данном случае – молекулы ), которые способны, соединяясь, формировать более сложные соединения. Клеточная стенка состоит из двойного слоя (бислоя ) липидов. Каждая молекула, образующая эту стенку, имеет две части – гидрофобную (не контактирующую с водой ) и гидрофильную (контактирующую с водой ). Двойной слой получается из-за того, что молекулы липидов развернуты гидрофильными частями внутрь клетки и кнаружи. Гидрофобные же части практически соприкасаются, так как находятся между двумя слоями. В толще липидного бислоя могут располагаться и другие молекулы (белки, углеводы, сложные молекулярные структуры ), которые регулируют прохождение веществ через клеточную стенку.

Транспортная функция

Транспортная функция липидов имеет второстепенное значение в организме. Ее выполняют лишь некоторые соединения. Например, липопротеины, состоящие из липидов и белков, переносят в крови некоторые вещества от одного органа к другому. Однако эту функцию редко выделяют, не считая ее основной для данных веществ.

Ферментативная функция

В принципе, липиды не входят в состав ферментов, участвующих в расщеплении других веществ. Однако без липидов клетки органов не смогут синтезировать ферменты , конечный продукт жизнедеятельности. Кроме того, некоторые липиды играют значительную роль в усвоении поступающих с пищей жиров. В желчи содержится значительное количество фосфолипидов и холестерина . Они нейтрализуют избыток ферментов поджелудочной железы и не дают им повредить клетки кишечника . Также в желчи происходит растворение (эмульгирование ) экзогенных липидов, поступающих с пищей. Таким образом, липиды играют огромную роль в пищеварении и помогают в работе других ферментов, хотя сами по себе ферментами не являются.

Сигнальная функция

Часть сложных липидов выполняет в организме сигнальную функцию. Она заключается в поддержании различных процессов. Например, гликолипиды в нервных клетках принимают участие в передаче нервного импульса от одной нервной клетки к другой. Кроме того, большое значение имеют сигналы внутри самой клетки. Ей необходимо «распознавать» поступающие с кровью вещества, чтобы транспортировать их внутрь.

Регуляторная функция

Регуляторная функция липидов в организме является второстепенной. Сами липиды в крови мало влияют на течение различных процессов. Однако они входят в состав других веществ, имеющих огромное значение в регуляции этих процессов. Прежде всего, это стероидные гормоны (гормоны надпочечников и половые гормоны ). Они играют важную роль в обмене веществ, росте и развитии организма, репродуктивной функции, влияют на работу иммунной системы. Также липиды входят в состав простагландинов . Эти вещества вырабатываются при воспалительных процессах и влияют на некоторые процессы в нервной системе (например, восприятие боли ).

Таким образом, сами липиды не выполняют регуляторной функции, но их недостаток может отразиться на многих процессах в организме.

Биохимия липидов и их связь с другими веществами (белки, углеводы, АТФ, нуклеиновые кислоты, аминокислоты, стероиды )

Обмен липидов тесно связан с обменом других веществ в организме. В первую очередь, эта связь прослеживается в питании человека. Любая пища состоит из белков, углеводов и липидов, которые должны попадать в организм в определенных пропорциях. В этом случае человек будет получать и достаточно энергии, и достаточно структурных элементов. В противном случае (например, при недостатке липидов ) для выработки энергии будут расщепляться белки и углеводы.

Также липиды в той или иной степени связаны с обменом следующих веществ:

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ ). АТФ является своеобразной единицей энергии внутри клетки. При расщеплении липидов часть энергии идет на производство молекул АТФ, а эти молекулы принимают участие во всех внутриклеточных процессах (транспорт веществ, деление клетки, нейтрализация токсинов и др. ).
Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты являются структурными элементами ДНК и находятся в ядрах живых клеток. Энергия, вырабатываемая при расщеплении жиров, идет отчасти и на деление клеток. Во время деления происходит образование новых цепочек ДНК из нуклеиновых кислот.
Аминокислоты. Аминокислоты – это структурные компоненты белков. В соединении с липидами они образуют сложные комплексы, липопротеины, отвечающие за транспорт веществ в организме.
Стероиды. Стероиды – это вид гормонов, содержащих значительное количество липидов. При плохом усвоении липидов из пищи у пациента могут начаться проблемы с эндокринной системой.

Таким образом, обмен липидов в организме в любом случае нужно рассматривать в комплексе, с точки зрения взаимосвязи с другими веществами.

Переваривание и всасывание липидов (обмен веществ, метаболизм )

Переваривание и всасывание липидов является первым этапом обмена этих веществ. Основная часть липидов попадает в организм с пищей. В ротовой полости происходит измельчение пищи и ее смешивание со слюной. Далее комок попадает желудок , где химические связи частично разрушаются под действием соляной кислоты. Также некоторые химические связи в липидах разрушаются под действием фермента липазы , содержащейся в слюне.

Липиды нерастворимы в воде, поэтому в двенадцатиперстной кишке они не сразу подвергаются расщеплению ферментами. Сначала происходит так называемое эмульгирование жиров. После этого химические связи расщепляются под действием липазы, поступающей из поджелудочной железы. В принципе, для каждого вида липидов сейчас определен свой фермент, отвечающий за расщепление и усвоение данного вещества. Например, фосфолипаза расщепляет фосфолипиды, холестеролэстераза – соединения холестерола и т. д. Все эти ферменты в том или ином количестве содержатся в соке поджелудочной железы.

Расщепленные фрагменты липидов всасываются по отдельности клетками тонкого кишечника. В целом переваривание жиров представляет собой весьма сложный процесс, который регулируется множеством гормонов и гормоноподобных веществ.

Что такое эмульгирование липидов?

Эмульгирование представляет собой неполное растворение жировых веществ в воде. В пищевом комке, попадающем в двенадцатиперстную кишку, жиры содержатся в виде крупных капель. Это препятствует их взаимодействию с ферментами. В процессе эмульгирования крупные жировые капли «дробятся» на капельки поменьше. В результате площадь соприкосновения жировых капель и окружающих водорастворимых веществ увеличивается, и становится возможным расщепление липидов.

Процесс эмульгирования липидов в пищеварительной системе проходит в несколько этапов:

На первом этапе печень вырабатывает желчь, которая и будет осуществлять эмульгирование жиров. Она содержит соли холестерина и фосфолипидов, которые взаимодействуют с липидами и способствуют их «дроблению» на мелкие капли.
Желчь, выделяемая из печени , скапливается в желчном пузыре. Здесь она концентрируется и выделяется по мере необходимости.
При потреблении жирной пищи, к гладким мышцам желчного пузыря поступает сигнал для сокращения. В результате порция желчи по желчевыводящим протокам выделяется в двенадцатиперстную кишку.
В двенадцатиперстной кишке происходит собственно эмульгирование жиров и их взаимодействие с ферментами поджелудочной железы. Сокращения стенок тонкого кишечника способствуют этому процессу, «перемешивая» содержимое.

У некоторых людей после удаления желчного пузыря могут возникнуть проблемы с усвоением жиров. Желчь поступает в двенадцатиперстную кишку непрерывно, непосредственно из печени, и ее не хватает для эмульгирования всего объема липидов, если их съедено слишком много.

Ферменты для расщепления липидов

Для переваривания каждого вещества в организме присутствуют свои ферменты. Их задача состоит в разрушении химических связей между молекулами (или между атомами в молекулах ), чтобы полезные вещества могли нормально усваиваться организмом. За расщепления различных липидов отвечают разные ферменты. Большинство из них содержится в соке, выделяемом поджелудочной железой.

За расщепление липидов отвечают следующие группы ферментов:

липазы;
фосфолипазы;
холестеролэстераза и др.

Какие витамины и гормоны участвуют в регуляции уровня липидов?

Уровень большинства липидов в крови человека относительно постоянен. Он может колебаться в определенных пределах. Зависит это от биологических процессов, протекающих в самом организме, и от ряда внешних факторов. Регуляция уровня липидов в крови является сложным биологическим процессом, в котором принимает участие множество различных органов и веществ.

Наибольшую роль в усвоении и поддержании постоянного уровня липидов играют следующие вещества:

Ферменты. Ряд ферментов поджелудочной железы принимает участие в расщеплении липидов, поступающих в организм с пищей. При недостатке этих ферментов уровень липидов в крови может понизиться, так как эти вещества просто не будут усваиваться в кишечнике.
Желчные кислоты и их соли. В желчи содержатся желчные кислоты и ряд их соединений, которые способствуют эмульгированию липидов. Без этих веществ также невозможно нормальное усвоение липидов.
Витамины. Витамины оказывают комплексное укрепляющее действие на организм и прямо или косвенно влияют также на обмен липидов. Например, при недостатке витамина А ухудшается регенерация клеток в слизистых оболочках, и переваривание веществ в кишечнике тоже замедляется.
Внутриклеточные ферменты. В клетках эпителия кишечника содержатся ферменты, которые после всасывания жирных кислот преобразуют их в транспортные формы и направляют в кровоток.
Гормоны. Ряд гормонов влияет на обмен веществ в целом. Например, высокий уровень инсулина может сильно влиять на уровень липидов в крови. Именно поэтому для пациентов с сахарным диабетом некоторые нормы пересмотрены. Гормоны щитовидной железы , глюкокортикоидные гормоны или норадреналин могут стимулировать распад жировой ткани с выделением энергии.

Таким образом, поддержание нормального уровня липидов в крови – весьма сложный процесс, на который прямо или косвенно влияют разные гормоны, витамины и другие вещества. В процессе диагностики врачу необходимо определить, на каком именно этапе этот процесс был нарушен.

Биосинтез (образование ) и гидролиз (распад ) липидов в организме (анаболизм и катаболизм )

Метаболизмом называется совокупность обменных процессов в организме. Все метаболические процессы можно разделить на катаболические и анаболические. К катаболическим процессам относится расщепление и распад веществ. В отношении липидов это характеризуется их гидролизом (распадом на более простые вещества ) в желудочно-кишечном тракте. Анаболизм объединяет биохимические реакции, направленные на образование новых, более сложных веществ.

Биосинтез липидов происходит в следующих тканях и клетках:

Клетки эпителия кишечника. В стенке кишечника происходит всасывание жирных кислот, холестерина и других липидов. Сразу после этого в этих же клетках образуются новые, транспортные формы липидов, которые попадают в венозную кровь и направляются в печень.
Клетки печени. В клетках печени часть транспортных форм липидов распадется, и из них синтезируются новые вещества. Например, здесь происходит образование соединений холестерина и фосфолипидов, которые затем выделяются с желчью и способствуют нормальному пищеварению.
Клетки других органов. Часть липидов попадает с кровью в другие органы и ткани. В зависимости от типа клеток, липиды преобразуются в определенный вид соединений. Все клетки, так или иначе, синтезируют липиды для образования клеточной стенки (липидного бислоя ). В надпочечниках и половых железах из части липидов синтезируются стероидные гормоны.

Совокупность вышеописанных процессов и составляет метаболизм липидов в человеческом организме.

Ресинтез липидов в печени и других органах

Ресинтезом называется процесс образования определенных веществ из более простых, которые были усвоены раньше. В организме этот процесс протекает во внутренней среде некоторых клеток. Ресинтез необходим, для того чтобы ткани и органы получали все необходимые виды липидов, а не только те, которые были употреблены с пищей. Ресинтезированные липиды называются эндогенными. На их образование организм затрачивает энергию.

На первом этапе ресинтез липидов происходит в стенках кишечника. Здесь поступающие с пищей жирные кислоты преобразуются в транспортные формы, которые отправятся с кровью в печень и другие органы. Часть ресинтезированных липидов будет доставлено в ткани, из другой части образуются необходимые для жизнедеятельности вещества (липопротеины, желчь, гормоны и др. ), избыток преобразуется в жировую ткань и откладывается «про запас».

Входят ли липиды в состав мозга?

Липиды являются очень важной составляющей частью нервных клеток не только в головном мозге , но и во всей нервной системе. Как известно, нервные клетки контролируют различные процессы в организме путем передачи нервных импульсов. При этом все нервные пути «изолированы» друг от друга, чтобы импульс приходил к определенным клеткам и не затрагивал другие нервные пути. Такая «изоляция» возможна благодаря миелиновой оболочке нервных клеток. Миелин, препятствующий хаотичному распространению импульсов, примерно на 75% состоит из липидов. Как и в клеточных мембранах, здесь они образуют двойной слой (бислой ), который несколько раз завернут вокруг нервной клетки.

В состав миелиновой оболочки в нервной системе входят следующие липиды:

фосфолипиды;
холестерин;
галактолипиды;
гликолипиды.

При некоторых врожденных нарушениях образования липидов возможны неврологические проблемы. Это объясняется именно истончением или прерыванием миелиновой оболочки.

Липидные гормоны

Липиды играют важную структурную роль, в том числе, присутствуя в структуре многих гормонов. Гормоны, в состав которых входят жирные кислоты, называют стероидными. В организме они вырабатываются половыми железами и надпочечниками. Некоторые из них присутствуют и в клетках жировой ткани. Стероидные гормоны принимают участие в регуляции множества жизненно важных процессов. Их дисбаланс может повлиять на массу тела, способность к зачатию ребенка , развитие любых воспалительных процессов, работу иммунной системы. Залогом нормальной выработки стероидных гормонов является сбалансированное потребление липидов.

Липиды входят в состав следующих жизненно важных гормонов:

кортикостероиды (кортизол , альдостерон , гидрокортизон и др. );
мужские половые гормоны - андрогены (андростендион, дигидротестостерон и др. );
женские половые гормоны - эстрогены (эстриол, эстрадиол и др. ).

Таким образом, недостаток некоторых жирных кислот в пище может серьезно отразиться на работе эндокринной системы.

Роль липидов для кожи и волос

Большое значение имеют липиды для здоровья кожи и ее придатков (волосы и ногти ). В коже содержатся так называемые сальные железы, которые выделяют на поверхность некоторое количество секрета, богатого жирами. Это вещество выполняет множество полезных функций.

Для волос и кожи липиды важны по следующим причинам:

значительная часть вещества волоса состоит из сложных липидов;
клетки кожи быстро меняются, и липиды важны как энергетический ресурс;
секрет (выделяемое вещество ) сальных желез увлажняет кожу;
благодаря жирам поддерживается упругость, эластичность и гладкость кожи;
небольшое количество липидов на поверхности волос придают им здоровый блеск;
липидный слой на поверхности кожи защищает ее от агрессивного воздействия внешних факторов (холод, солнечные лучи, микробы на поверхности кожи и др. ).

В клетки кожи, как и в волосяные луковицы, липиды поступают с кровью. Таким образом, нормальное питание обеспечивает здоровье кожи и волос. Использование шампуней и кремов, содержащих липиды (особенно незаменимые жирные кислоты ) также важно, потому что часть этих веществ будет впитываться с поверхности клеток.

Классификация липидов

В биологии и химии существует довольно много различных классификаций липидов. Основной является химическая классификация, согласно которой липиды делятся в зависимости от своей структуры. С этой точки зрения все липиды можно разделить на простые (состоящие только из атомов кислорода, водорода и углерода ) и сложные (включающие хотя бы один атом других элементов ). Каждая из этих групп имеет соответствующие подгруппы. Эта классификация наиболее удобна, так как отражает не только химическое строение веществ, но и частично определяет химические свойства.

В биологии и медицине имеются свои дополнительные классификации, использующие другие критерии.

Экзогенные и эндогенные липиды

Все липиды в организме человека можно разделить на две большие группы - экзогенные и эндогенные. В первую группу входят все вещества, попадающие в организм из внешней среды. Наибольшее количество экзогенных липидов попадает в организм с пищей, однако существуют и другие пути. Например, при применении различных косметических средств или лекарственных препаратов организм также может получать некоторое количество липидов. Их действие будет преимущественно локальным.

После попадания в организм все экзогенные липиды расщепляются и усваиваются живыми клетками. Здесь из их структурных компонентов будут сформированы другие липидные соединения, в которых нуждается организм. Эти липиды, синтезированные собственными клетками, называются эндогенными. Они могут иметь совершенно другую структуру и функции, но состоят из тех же «структурных компонентов», которые попали в организм с экзогенными липидами. Именно поэтому при недостатке в пище тех или иных видов жиров могут развиваться различные заболевания. Часть компонентов сложных липидов не может быть синтезирована организмом самостоятельно, что отражается на течении определенных биологических процессов.

Жирные кислоты

Жирными кислотами называется класс органических соединений, которые являются структурной часть липидов. В зависимости от того, какие именно жирные кислоты входят в состав липида, могут меняться свойства этого вещества. Например, триглицериды, важнейший источник энергии для человеческого организма, являются производными спирта глицерина и нескольких жирных кислот.

В природе жирные кислоты содержатся в самых разных веществах - от нефти до растительных масел. В организм человека они попадают в основном с пищей. Каждая кислота является структурным компонентом для определенных клеток, ферментов или соединений. После всасывания организм преобразует ее и использует в различных биологических процессах.

Наиболее важными источниками жирных кислот для человека являются:

животные жиры;
растительные жиры;
тропические масла (цитрусовое,