Биосинтез липидов и их компонентов.

Сами липиды и некоторые их структурные компоненты поступают в организм человека в основном вместе с пищей. При недостаточном поступлении липидов извне организм способен частично ликвидировать дефицит липидных компонентов путем их биосинтеза. Так, некоторые предельные кислоты могут быть синтезированы в организме ферментативным путем. Приведенная ниже схема отражает суммарный итог процесса образования пальмитиновой кислоты из уксусной:

CH₃COOH + 7HOOC - CH₂ - COOH + 28[H]

C₁₅H₃₁COOH + 7CO₂ + 14H₂O

Этот процесс осуществляется при помощи кофермента А, который превращает кислоты в тиоэфиры и активирует их участие в реакциях нуклеофильного замещения:

Подробнее механизм этого процесса описан в приложении 5.

Некоторые ненасыщенные кислоты (например, олеиновая и пальмитолеиновая) могут синтезироваться в организме человека путем дегидрирования насыщенных кислот. Линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организме человека и поступают только извне. Основным источником этих кислот служит растительная пища. Линолевая кислота служит источником для биосинтеза арахидоновой кислоты.

Она является одной из важнейших кислот, входящих в состав фосфолипидов.

Для построения фосфолипидов организму также требуются спирты. Некоторые из них, например, холин и инозит, организм человека способен синтезировать в значительных количествах.

Триацилглицерины и фосфатидовые кислоты синтезируются на основе глицеро-3-фосфата, который образуется из глицерина путем его переэтерификации с АТФ. Далее глицеро-3-фосфат реагирует с двумя молекулами ацил-КоА, образуя фосфатидовые кислоты, которые затем под действием фермента фосфатазы отщепляют остаток фосфата. Высвободившийся диглицерид реагирует с третьей молекулой ацил-КоА, образуя триглицерид. Биосинтез триацил-глицеринов представлен на схеме 1.

Из общего количества холестерина*, содержащегося в организме, только 20% его поступает вместе с пищей. Основное количество холестерина синтезируется в организме с участием кофермента ацетил-КоА.

 

 

Схема 1. Биосинтез триацилглицеринов.

 

*Вопреки широко распространенному мнению, холестерин не является «врагом рода человеческого», а служит основой для синтеза стероидных гормонов. В целом, холестерин - это довольно важный и в меру безобидный метаболит, который играет важную роль в обеспечении барьерной функции клеточных мембран. Кроме того, он предохраняет клеточные мембраны от электрического пробоя и препятствует аутоокислению мембранных липидов. Недостаток холестерина (гипохолестеринемия) может обернуться повышением риска опухолевых и вирусных заболеваний. Однако избыток холестерина (гиперхолестеринемия) затрудняет перенос ионов кальция и его концентрация в цитоплазме повышается. Это приводит к повышенному делению клеток и развитию атеросклероза.

Химические свойства липидов и их компонентов.

Химические свойства липидов и их структурных компонентов достаточно разнообразны. Наиболее важными являются реакции гидролиза, присоединения и окисления.

Реакции гидролиза.

Гидролизу подвергается большинство липидов. В зависимости от строения липида продуктами гидролиза могут быть карбоновые кислоты или их соли, фосфорная кислота или ее соли, спирты, аминоспирты и углеводы. Омыляемые липиды гидролизуются с разрывом одной или нескольких сложноэфирных связей и всегда образуют карбоновые кислоты или их соли.

В организме человека гидролиз липидов является первой стадией их метаболизма. Этот процесс проходит под действием ферментов липаз по механизму бимолекулярного нуклеофильного замещения S_N2. На гидролиз липидов существенное влияние оказывает среда: в кислой и щелочной средах гидролиз протекает быстрее, а в средах, близких к нейтральной, - медленнее.

В результате гидролиза восков образуются карбоновые кислоты (кислотный гидролиз) или их соли (щелочной гидролиз) и высшие спирты:

Триацилглицерины гидролизуются с образованием глицерина:

В щелочной среде образуются натриевые и калиевые соли высших карбоновых кислот, называемых мылами. Действительно, хозяйственное мыло - это стеарат натрия. В случае необходимости его можно получить в бытовых условиях путем кипячения растительного масла со щелочью с последующим охлаждением и отделением целевого продукта.

Количественной характеристикой щелочного гидролиза жиров и масел является число омыления.

Число омыления - это масса гидроксида калия (в мг), необходимая для нейтрализации свободных и связанных в виде триацилглицеринов жирных кислот, содержащихся в 1 г анализи-руемого образца.

Значительное число омыления указывает на наличие кислот с меньшим числом атомов углерода. Небольшое число омыления указывает на присутствие кислот с большим числом атомов углерода или на наличие неомыляемых веществ. Например, число омыления триолеоилглицерина равно 192.

Гидролитическое расщепление под действием ферментов или микроорганизмов является одной из причин прогоркания масла. Если в результате гидролиза образуются кислоты с короткой цепью (например, масляная), то масло приобретает горький привкус. Такой тип прогоркания характерен, например, для сливочного масла.

Сложные липиды также подвергаются гидролизу как в кислой, так и в щелочной среде:

 

Простые эфирные связи устойчивы к щелочному гидролизу, но расщепляются в кислой среде:

Продукты гидролиза омыляемых липидов суммированы в табл. 4.

 

 

Таблица 4. Продукты гидролиза омыляемых липидов.

Продукты гидролиза	Омыляемые липиды
Воски	Жиры, масла	Фосфолипиды	Сфинголипиды	Гликолипиды
Серин-кефалины	Коламин-кефалины	Леци-тины	Сфинго-миелины	Цера-миды	Церебро-зиды	Ганглио-зиды
Карбоновые кислоты или их соли	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Спирт	Высший одно-атомный	Глицерин	-	-	-	-
Аминоспирт	-	-	серин	2-амино-этанол	холин	Сфингозин
+	-	-	-
Минеральная кислота	-	-	H3PO4	H3PO4	-	-	-
Углеводы	-	-	-	-	-	-	-	D-галак-тоза или D-глюкоза	олиго-сахарид

 

Реакции присоединения.

Липиды, которые содержат в своей структуре остатки ненасы-щенных кислот, могут присоединять по двойной С = С-связи водород, галогены, галогеноводороды, а также воду (в кислой среде).

Гидрирование.

В промышленных условиях гидрирование (гидрогенизацию) ненасыщенных липидов осуществляется газообразным водородом в присутствии никелевых или медно-никелевых катализаторов при повышенных температуре (~ 200⁰С) и давлении (2-15 атм):

Гидрирование используется для получения твердых жиров, где в качестве сырья используются отходы или некондиционные фракции растительных масел.

Галогенирование.

Иодирование ненасыщенных триацилглицеринов нашло применение для оценки степени их ненасыщенности:

Массу иода (в граммах), которая может присоединиться к 100 г анализируемого образца, называют иодным числом.

Чем больше иодное число, тем больше ненасыщенных кислот входит в состав жира (масла). Для твердых жиров иодное число составляет 35-85, для масел - 150-200. Так, иодное число сливочного масла - 36, свиного сала - 59, жира человека - 64, кукурузного масла - 121, подсолнечного масла - 145, льняного масла - 179.

Переэтерификация.

Переэтерификацией называют замену одного спиртового или кислотного остатка в сложном эфире на другой. Переэтерификацию триацилглицеринов можно осуществить, используя различные спирты (алкоголиз), а также другие триацилглицерины. Такая реакция называется межмолекулярной переэтерификацией.

Ниже приведены реакции алкоголиза (метанолиза) и глицеролиза:

В отсутствии катализатора реакция протекает крайне медленно. В качестве катализатора используют щелочи или кислоты.

Окисление.

Окислительные процессы с участием липидов достаточно разнообразны. Характер окисления зависит от природы окислителя и условий протекания процесса.

Пероксидное окисление.

Процесс окисления липидов во многом аналогичен окислению углеводородов и протекает по свободно-радикальному механизму.

Первичными продуктами окисления являются гидропероксиды:

где R - углеводородный радикал липида.

Дальнейший распад гидропероксидов, которые являются крайне неустойчивыми соединениями, сопровождается образованием альдегидов и карбоновых кислот с укороченной цепью.

В организме человека пероксидное окисление липидов инициируется радикалами и или пероксидом водорода H₂O₂. Их количество резко возрастает при поглощении дозы ионизирующего излучения. Свободно-радикальной атаке подвергает-ся метиленовая группа, находящаяся по соседству с двойной связью углеводородного фрагмента кислотного остатка. Региоселективность этого процесса объясняется образованием радикала аллильного типа, который стабилизирован сопряжением неспаренного электрона с
p-электронами двойной связи. Конечными продуктами окисления являются органические кислоты с укороченной цепью (Схема 2). Они имеют неприятный запах пота или прогорклого масла.

Пероксидное окисление липидов является одним из наиболее важных окислительных процессов в организме человека и является основной причиной повреждения клеточных мембран.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: