Ліпіди

ЛІПІ́ДИ (від грец. λίπος — жир) — числен­на група різних за хімічним складом, структурою та функці­ями речовин, наявних у складі всіх живих організмів. Їх обʼєд­нують однакові фіз.-хім. властивості: вони нерозчин­ні у воді й ін. поляр. роз­чин­никах, роз­чин­ні в неполяр. (гідрофоб.) рідинах (ефірі, хлороформі, бензолі, тетрахлоретані тощо), які використовують для екс­тракції Л. з біол. обʼєктів (тканин, крові та ін.). За хім. структурою більшість Л. є склад. естерами вищих карбон. (жирних) кислот та спиртів (гліцеролу, сфінгозину, холестеролу тощо). До складу багатьох склад. Л. входять також залишки фосфор. кислоти, азотистих сполук (холіну, етаноламіну), вуглеводів тощо. Фіз.-хім. та біол. властивості Л. ви­значає їхній жирнокислот. склад. Довжина вуглец. ланцюга, ступ. насиченості жирних кислот, що входять до складу природ. Л. (нейтрал. жирів (див. Жири), фосфоліпідів, сфінголіпідів тощо), зумовлюють їхню консистенцію (тверді, рідкі) і поверхн. активність, зокрема здатність до комплексо­утворе­н­ня з білками, утворе­н­ня міцел (транс­­порт. ліпо­протеїнів), бішарів матриксу біол. мем­бран. До Л. належать вищі жирні кислоти — монокарбон. кислоти аліфатич. ряду, природні з парним числом атомів вуглецю нерозгалуженої бу­­дови, насичені або ненасичені. В природі у вільному неетерифіков. стані жирні кислоти зу­стрічаються рідко, у людей пере­важно у плазмі крові. Вони входять до складу різних Л., утворюючи складні естери або аміди. Кількість атомів вуглецю в молекулі — не менше 6-ти, най­поширеніші в природі мають від 10-ти до 24-х. Насичені жирні кислоти в своєму складі не мають по­двій. звʼязків. Заг. фор­мула — СnH_2nO₂ або CH₃(СН₂)_пCOOH, де n — кількість вуглец. атомів в алі­фатич. ланцюгу. Чим більша кіль­кість атомів вуглецю, тим вища температура плавле­н­ня. Найрозпо­всюдженіші насичені жирні кислоти: СН₃(СН₂)₂СООН — масля­на (бутанова), СН₃(СН₂)₁₂СООН — міристи­нова (тетрадеканова), СН₃(СН₂)₁₄СООН — пальмітинова (гексадеканова), СН₃(СН₂)₁₆СООН — стеаринова (октадеканова). У складі ненасичених жирних кис­лот — один або декілька по­двій. звʼязків у молекулі. Найважливішими є олеїнова (С₁₈Н₃₄О₂) з одним по­двій. звʼязком (С₁₈ : 1), лінолева (С₁₈Н₃₀О₂) з трьома по­двій. звʼязками (С₁₈ : 3), ліноленова (С₁₈Н₃₀О₂) з трьома по­двій. звʼязками в ін. положен­ні (С₁₈ : 3), арахідонова (С₂₀Н₃₂О₂) з чотирма по­двій. звʼязками (С₂₀ : 4). Олеїнова кислота міститься май­же в усіх ві­домих жирах. Жирні кислоти нерозчин­ні у воді, але роз­чин­ні у водних роз­чинах лугів і аміаку. При цьому утворюються солі жирних кислот (мила). Калієві та натрієві солі жирних кислот роз­чин­ні у воді, солі важ­ких металів — нерозчин­ні. Біполярність жирних кислот, особ­ливо солей, зумов­лює їхню поверхн. активність. Жирні кисло­ти хімічно інертні, крім нена­сиче­них, що здатні від­новлюватися за по­двій. звʼязками. Насичені жирні кислоти тверді, ненасичені — рідкі. Найбільше значе­н­ня для організму людини та вищих тварин мають лінолева, ліноленова й арахідонова кислоти. Перші дві в організмі людини не утворюються, арахідонова в невеликій кількості може утворюватися з лінолевої або ліноленової в процесі обміну речовин. Ці кислоти повин­ні обовʼяз­ково потрапляти в організм з їжею у складі рослин. олій (їх час­то обʼ­єд­нують під на­звою вітаміни F). Вони беруть участь у біо­синтезі ейкозаноїдів. Вищі жир­ні кислоти використовують у виробництві мила, синтетич. каучуку, гумових виробів, лаків, ема­лей, оліф тощо. Залежно від хім. структури компонентів Л. поділяють на прості — ацилгліцероли (нейтрал. жири), стероїди, цериди (воски), та складні — фосфоліпіди (гліцеролфосфоліпіди, сфінгофосфоліпіди), гліколіпіди (глікозилгліцероли, гліко­сфінго­ліпіди). Див. Табл. 1, 2, 3.

Ацил­глі­це­­ро­ли — складні естери трьохатом. спирту гліцеролу і вищих жирних кислот (нейтрал. жири). Сте­риди — складні естери цикліч. спирту стеролу та вищих жирних кислот. Стероли є 3-гідроксипохідними стерану (циклопентанпер­гідрофенантрену).

Найрозпо­всюдженішим стеролом тварин. організму є холестерол, що входить до складу плазматич. мем­бран і є попередником у синтезі ін. стеролів та їхніх похідних (стероїдів).

До біо­логічно важливих стеринів на­лежать стероїдні гормони кори наднирк. залоз, чол. та жін. ста­теві гормони, вітаміни групи D та їхні похідні, жовчні кислоти. Рослини містять фітостерини. Цериди (воски) — прості Л., що є склад. естерами вищих жирних кислот і високомолекуляр. спир­тів, зокрема цетилового (С₁₆Н₃₃ОН) та мірицилового (С₃₀Н₆₁ОН). До восків тварин. походже­н­ня належать бджолиний віск, сперма­цет, ланолін, які використовують у фармації для виготовле­н­ня мазей, кремів, для виробництва косметич. засобів. До складу склад. Л. входять спирт (гліцерол, сфінгозин або інозит), фос­фат, аміносполуки, вуглеводи. Складні Л. є поляр., амфіфільними сполуками. Більшість із них виконують структурні функції, входячи до складу біол. мем­бран. Числен­ну групу склад. Л. становлять фосфоліпіди, які за­лежно від спирту у їхньому скла­ді поділяють на гліцерофосфоліпі­ди (фосфогліцерини) та сфін­го­фосфоліпіди (фосфосфінголіпі­ди). Гліцерофосфоліпіди — склад­ні естери гліцеролу та вищих жирних кислот, до їхнього складу входить також залишок фосфор. кислоти, етерифікований такими аміноспиртами, як холін, етаноламін і серин. Фосфодіефір. звʼязок у їхньому складі утво­рений гідроксил. групами холіну — фосфатидилхоліни (лецитини), етаноламіну — фосфа­тидилетаноламіни (кефаліни), се­­рину — фосфатидилсерини, інозитоли (фосфатидилінозитоли). Сфінгофосфоліпіди — склад­ні естери багатоатом. спир­ту сфінгозину та вищих жирних кислот, що містять також залиш­ки фосфор. кислоти й аміноспиртів. У нерв. тканині люди­ни та вищих тварин найпоши­ре­ніші сфінгомієліни (N-ацил­сфін­геніл­фо­сфохоліни). Гліко­­ліпіди — спо­­луки, у яких ліпідна частина ковалентно звʼязана з вуглеводною (глюкозою, галактозою та її похідними). Залежно від будови вуглевод. частини молекули їх поділяють на цереброзиди, гангліозиди, сульфотиди, що входять до складу мем­бран нерв. тканини. До Л. належать також біо­логічно активні похідні арахідонової кислоти — ейкозаноїди (простагландини, тромбок­сани, лейкотриєни, ліпоксини), вищі спирти, ізо­преноїди та їхні похідні; різноманітні стероїди, жиророзчин­ні вітаміни (А, D, Е, К). Ліпо­протеїни — комплекси Л. різної хім. будови з білками, які є компонентами біол. мем­бран та знаходяться у плазмі крові людини. Ліпо­протеїни плазми крові є молекуляр. комплексами різних Л. з білками, що утворюють міцелярні структури. За фіз.-хім. властивостями ліпо­протеїни водорозчин­ні. Їхньою фізіол. функцією є між­орган­не транс­­портува­н­ня Л. Осн. ліпо­протеїни плазми крові: хіломікро­ни — ультрамікро­скопічні крап­лі жиру, вкриті шаром поверх­нево актив. білків і фосфоліпідів; ліпо­протеїни дуже низької щільності (β-ліпо­протеїди); ліпо­про­теїни проміж. щільності; ліпо­про­теїни низької щільності (β-ліпо­­протеїни); ліпо­протеїни високої щільності (α-ліпо­протеїни). Ліпо­протеїни крові — міцели, гідрофобне ядро яких складається з триацилгліцеролів і ефірів холестеролу, вкриті шаром білків і фосфоліпідів. Природні Л. виділяють з тварин. або мікроб. джерел, комбінуючи екс­тракцію орган. роз­чин­никами з хроматогр. методами. Біол. функції Л. різноманітні. Нейтрал. Л. (жири) є формою депонува­н­ня метаболіч. енергії. Фосфоліпіди, гліколіпіди і стерини — структурні компоненти біол. мем­бран; вони впливають на багато мем­бран. процесів, а саме на транс­­портува­н­ня іонів і метаболітів, активність мем­бранозвʼязаних ензимів, між­клітин­ні взаємодії та рецепцію. Деякі гліколіпіди є рецепторами або корецепторами гормонів, токсинів, вірусів тощо. Фосфоінозитиди важливі у пере­даван­ні біол. сигналів. Ейкозаноїди — високо­актив­ні внутр.-клітин­ні регулятори, між­­клітин­ні медіатори та імуномодулятори, що беруть участь у роз­витку захис. реакцій і запал. процесів. Деякі Л. є вітамінами та гормонами. Осн. масою Л., що потрапляють з тварин. і рослин. їжею в організм людини й тварин, є нейтрал. жири, а також не­значна кількість фосфоліпідів та стерої­дів. Роз­щепле­н­ня Л. від­буваєть­ся в кишковику (дванадцятипалій кишці) за участі ензимів: лі­­пази, лецитинази, етаноламінфосфатази, гліцерофосфатази тощо. Сут­тєву роль у цьому про­­цесі ві­ді­грають жовчні кислоти, які є емульгаторами Л. та активаторами ліпази. Нейтрал. жири в кишковику гідролізуються з утворе­н­ням ди-, моногліцеролів та вищих (карбон.) жирних кислот. Унаслідок гідролізу фосфатидилхоліну (лецитину) утворюються жирні кислоти, хо­лін і фосфорна кислота. Під час гідролізу фосфатидилетаноламіну (кефаліну) вивільняється етаноламін (коламін). Ефіри холестеролу гідролізуються холестеролестеразою з утворе­н­ням вільних жирних кислот і хо­лестеролу, циклічна будова яко­го в організмі не роз­щеплюється. Продукти гідролітич. роз­щеп­лен­ня Л. та деяка кількість колоїд. часток емульгованого жиру всмок­туються ентероцитами кишковика в кровоносні судини (частково прямо, частково через лімфатичну систему) і транс­­портуються до різних органів та тканин, утворюючи жирові резерви, які використовуються від­повід­но до фізіол. потреб організму. Значна частина продуктів пере­творе­н­ня Л. у клітинах організму окислюється до кінц. продуктів обміну речовин. Деяка кількість гліцеролу і жирних кислот у стінках кишковика та ін. клітинах тканин ресинтезується з утворе­н­ням специфіч. для кожного організму жирів. Унаслідок врівноваженого надходже­н­ня і витоку Л. у крові має місце їхня по­стійна концентрація — у середньому 500 мг (0,5 %), найбільше серед них фосфоліпідів (0,2 %), нейтрал. жирів (0,15 %), ефірів і вільного холестеролу (0,15 %). Гліцерол, який є продуктом гідролізу Л., внутрішньоклітин­но ензиматично пере­творюється на монофосфор. естер, потім на фосфогліцерин. альдегід (гліцерофосфат), на­ступне окисле­н­ня якого від­бувається за ме­­ханізмом гліколізу. Вищі жирні кислоти (парні) окислюються пе­­реважно за механізмом β-оки­сле­н­ня, внаслідок якого на кож­ному етапі від­щеплюються 2 вуг­лец. атоми. Цей процес від­бувається в матриксі мітохондрій, де окислюється вуглец. радикал жирної кислоти в другому (β) положен­ні від­носно карбоксил. групи. Перед окисле­н­ням жирна кислота активується за участі коензиму А та АТР з утворе­н­ням ацил-КоА (ацил-похідного жирної кислоти): — R — СО — SКоА. Механізм β-окисле­н­ня жирних кислот полягає в проходжен­ні послідов. реакцій оки­­сле­н­ня і гідратації (Див. Табл. 4).

У результаті одного циклу β-оки­­сле­н­ня з молекули жирної кислоти вивільняється одна молекула ацетил-КоА, а вихідна молекула ацил-КоА скорочується на два вуглец. атоми і продов­жує пере­творе­н­ня, поки не вивільниться оста­н­ня молекула ацетил-КоА. Напр., β-окисле­н­ня поширеної в природі пальмітинової кислоти має такий ви­гляд: С₁₅ Н₃₁ — СО — SКоА 7 циклів β-окисле­н­ня 8 СН₃ — СОSКоА. Ацетил-КоА окислюється в циклі трикарбон. кислот (циклі Кребса, лимон­ної кислоти). Вивільнена під час окисле­н­ня жирних кислот енергія акумулюється в макроергіч. звʼязках АТР, на кожному етапі β-окисле­н­ня утворюється 5 молекул АТР. У печінці існує фізіологічно важливий шлях утилізації ацетил-КоА, що призводить до утворе­н­ня молекул альтернатив. метаболіч. палива, т. зв. кетонових (ацетонових) тіл, до яких належать ацетоацетат, гідроксибутират і ацетон, які використовують ін. тканини. Біо­синтез жирних кислот від­бувається пере­важно в цитозолі клітин, вихід. речовиною для нього є ацетил-КоА. Остан­ній за участі біо­тинвмісного ензиму, СО₂, АТР і Мn²⁺ утворює малоніл-КоА, який, конденсуючись з ацетил-КоА, пере­творюється в ацетоацетил-КоА з вивільне­н­ням СО₂. Завдяки реакціям дегідрува­н­ня і декарбоксилюва­н­ня утворюється бути­рил-КоА, тобто від­бувається додава­н­ня двовуглец. фрагмента до ацетил-КоА, і він пере­творюється на чотиривуглец. радикал (С₄). Згодом починається новий цикл реакцій, що полягають у подовжен­ні вуглеводневого радикала карбон. кислоти ще на один двовуглец. фрагмент. Продуктом семи вказаних циклів є утворе­н­ня радикала пальмітинової кислоти (С₁₆). Синтез жирних кислот від­бувається за участі мультиензим. комплексу синтетази жирних кислот, до складу якого входить декілька ензиматич. протеїнів. Центр. місце у цьому комплексі посідає ацил­транс­­портувал. протеїн (АТП), з яким сполучені всі ензиматичні білки, і до якого при­єд­нуються ацильні похідні коензиму А. АТП має два SН-вмісні центри звʼязу­ва­н­ня: один — для акцептува­н­ня ацетил-SКоА, другий (фосфорильований похідний вітаміну пантотенової кислоти) — для малонілового радикала. АТП виконує функцію кронштейна, який пере­носить проміжні продукти реакції від одного ензиму до іншого. Біо­синтез нейтрал. жирів (триацилгліцеролів) від­бувається ензиматично з від­повід. ацилпохідних жирних кислот (ацил-КоА) та гліцерофосфату, в утворен­ні яких бере участь АТР. Ацетил-КоА (активна форма ацетату) може використовуватися у біо­синтезі різних біо­логічно важливих сполук (стеролів, ацетилхоліну, ацетилглюкозаміну тощо). Здатність до синтезу холестеролу мають всі клітини тварин. походже­н­ня, проте найбільша кількість ендоген. сполуки синтезується в печінці (50–80 %) та кишковику (10–15 %). Попередником у біо­синтезі холестеролу є ацетил-КоА, який утворюється при окислен­ні глюкози або β-окислен­ні жирних кислот. Біо­синтез холестеролу від­бувається в цитозолі, складається з процесів епоксидації, окис. гідроксилюва­н­ня, деметилюва­н­ня і каталізується ензимами, що мають у структурі цитохром Р-450 та потребують наявності НАДРН₂. У гепатоцитах із холестеролу синтезуються жовчні кислоти, які є гідроксильованими похідними холанової кислоти (холева, дезоксихолева, літохолева). З нього також синтезуються стероїдні гормони наднирк. залоз, статеві гормони, вітамін D3 та його похідні. Л. досліджують спів­роб. від­ділу біо­хімії ліпідів (Н. Гула) та лаб. технології біо­препаратів (З. Даценко) Ін­ституту біо­хімії НАНУ (Київ). Зокрема у від­ділі роз­роблено і запатентовано біо­логічно активні сполуки з цито­протектор. дією — N-ацилетаноламіни (NАЕ); у лаб. одержано і запатентовано препарати з тканин гідробіо­нтів (мідії, рапани), до складу яких входять ω-3-ненасичені жирні кислоти, комплекс фосфоліпідів, плазмалогени тощо, для лікува­н­ня гіпертонії, гормонал. порушень ре­продукт. системи, леген. захворювань.

Завантажити статтю