Жиры. Аналитическая характеристика жиров

2.2 Гликолипиды (гликосфинголипиды)

Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в мозге. Главной формой гликолипидов в животных тканях являются гликосфинголипиды. Последние содержат церамид, состоящий из спирта сфингозина и остатка жирной кислоты, и один или несколько остатков сахаров.

Простейшими гликосфинголипидами являются галактозилцерамиды и глюкозилцерамиды.

Галактозилцерамиды - главные сфинголипиды мозга и других нервных тканей, но в небольших количествах встречаются и во многих других тканях. В состав галактозилцерамидов входит гексоза (обычно это D-галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспирта сфингозина. Кроме того, в составе галактозилцерамида имеется жирная кислота. Чаще всего это лигноцериновая, нервоновая или цереброновая кислота, т. е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома. Существуют сульфогалактозилцерамиды, которые отличаются от галактозилцерамидов наличием остатка серной кислоты, присоединенного к третьему углеродному атому гексозы. В мозге млекопитающих сульфогалактозилцерамиды в основном находятся в белом веществе, при этом содержание их в мозге намного ниже, чем галактозилцерамидов.

Глюкозилцерамиды - это простые гликосфинголипиды, представлены в тканях, отличных от нервной, причем главным образом глюкозилпцрамидами. В небольших количествах они имеются в ткани мозга. В отличие от галактозилцерамидов у них вместо остатка галактозы имеется остаток глюкозы.

Более сложными гликосфинголипидами являются ганглиозиды, образующиеся из гликозилцерамидов. Ганглиозиды дополнительно содержат одну или несколько молекул сиаловой кислоты. В тканях человека доминирующей сиаловой кислотой является нейраминовая. Кроме того, вместо остатка глюкозы они чаще содержат сложный олигосахарид. Ганглиозиды в больших количествах находятся в нервной ткани. Они, по-видимому, выполняют рецепторные и другие функции. Одним из простейших ганглиозидов является гаметозид выделенный из стромы эритроцитов. Он содержит церамид одну молекулу глюкозы одну молекулу N- ацетилнейраминовой кислоты.[4,7]

2.3 Стероиды

Все рассмотренные липиды принято называть омыляемыми, поскольку при их щелочном гидролизе образуются мыла. Однако имеются липиды, которые не гидролизуются с освобождением жирных кислот. К таким липидам относятся стероиды. Стероиды - широко распространенные в природе соединения. Они часто обнаруживаются в ассоциации с жирами. Их можно отделить от жира путем омыления (они попадают в неомыляемую фракцию). Все стероиды в своей структуре имеют ядро, образованное гидрированным фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (кольцо D).

Фенантрен Пергидрофенантрен Общая структурная основа стероидов.[4]

К стероидам относятся, например, гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и другие соединения. В организме человека важное место среди стероидов занимают стерины (стеролы), т. е. стероидные спирты. Главным представителем стеринов является холестерин (холестерол).

Ввиду сложного строения и асимметрии молекулы стероиды имеютмного потенциальных стереоизомеров. Каждое из шестиуглеродных колец (кольца А, В и С) стероидного ядра может принимать две различные пространственные конформации - конформацию «кресла» либо «лодки».

В природных стероидах, в том числе и в холестерине, все кольца в форме «кресла», что является более устойчивой конформацией. В свою очередь по отношению друг к другу кольца могут находиться вцис- или транс-положениях.

Холестерин. Как отмечалось, среди стероидов выделяется группа соединений, получивших название стеринов (стеролов). Для стеринов характерно наличие гидроксильной группы в положении 3, а также боковой цепи в положении 17. У важнейшего представителя стеринов - холестерина - все кольца находятся в транс-положении; кроме того, он имеет двойную связь между 5-м и 6-м углеродными атомами. Следовательно, холестерин является ненасыщенным спиртом. Кольцевая структура холестерина отличается значительной жесткостью, тогда как боковая цепь - относительной подвижностью. Итак, холестерин содержит спиртовую гидроксильную группу при С-3 и разветвленную алифатическую цепь из 8 атомов углерода при С-17. Химическое название холестерина 3-гидрокси-5,6-холестин. Гидроксильная группа при С-3 может быть эстерифицирована высшей жирной кислотой, при этом образуются эфиры холестерина (холестериды).

Холестерин - источник образования в организме млекопитающих желчных кислот, а также стероидных гормонов. Физиологические функции холестерина многообразны.[4,7]

3. Липиды  и строение биологических мембран

Все клетки, даже самые простые, имеют мембраны. Мембраны отделяют внутреннее содержимое клетки от окружающей среды, поэтому нарушение мембраны приводит к гибели клетки. Мембраны не сохраняют молекулы веществ, входящих в ее состав, но и реализуют специфику химического состава клеточной цитоплазмы. С помощью специальных устройств мембрана избирательно выбрасывает из клетки нужные вещества и поглощает из окружающей среды необходимые. Главные компоненты биологических мембран живых организмов — это сложные липиды. Следует обратить внимание на то, что все сложные липиды, имеют характерное строение для поверхностно-активных веществ, т. е. две большие неполярные углеводородные группы и полярную часть, способную к образованию водородных связей. Таким образом, эти молекулы способны самопроизвольно агрегировать, образуя в воде бислойные структуры, составляющие основу мембраны. В состав мембранного бислоя входят и молекулы белков, и свободные жирные кислоты. Последние встраиваются в бислой так, что их «жирные хвосты» погружены внутрь, а полярные группы во внешнюю среду и контактируют с ионами натрия с внешней, а с ионами калия с внутренней стороны бислоя. Биологические мембраны не только регулируют обмен веществ в клетке, но и воспринимают химическую информацию из внешней среды с помощью специальных рецепторов. Биологические мембраны обеспечивают иммунитет клетки, нейтрализуя чужие и свои вредные вещества. Они также способны передавать информацию соседним клеткам о своем состоянии. Наконец, совсем недавно было обнаружено, что многие белки - ферменты могут «работать» только внутри мембраны, запрещая, разрешая или сопрягая ферментативные процессы.[1,8,9]

4. Применение жиров

Животные жиры находят широкое применение, прежде всего, в качестве продуктов питания. Важные пищевые жиры — говяжий, бараний и свиной — получают из жировых тканей рогатого скота и свиней. Из тканей морских млекопитающих и рыб приготовляют пищевые, медицинские, ветеринарные (кормовые) и технические жиры. Пищевые жиры, перерабатываемые путём гидрогенизации на маргарин, производят из жировых тканей усатых китов (сейвалы, финвалы и др.). Медицинские жиры, содержащие витамин А и используемые как лечебный и профилактический препарат, получают из печени тресковых рыб: трески, пикши, сайры и др. Ветеринарные жиры предназначаются для подкормки животных и птиц и приготовляются из тканевых и печёночных жиров рыб и морских млекопитающих. Технические жиры используют в лёгкой, химической, парфюмерной промышленности и в других отраслях народного хозяйства для обработки кож, выработки моющих и пеногасительных средств и различных кремов и помад. Технический рыбий жир получают преимущественно в процессе производства кормовой муки из различных отходов (головы, кости, внутренности, плавники), из малоценных в пищевом отношении и некондиционных рыб, из некондиционного сырья, получаемого при переработке усатых китов и ластоногих. Техническим относятся также жиры, получаемые из зубатых китов (главным образом кашалотов) и характеризующиеся большим содержанием восков, что делает их непригодными для пищевых целей.

Животные жиры выделяют из жировой ткани и отделяют от белков и влаги посредством нагревания выше температуры плавления. Вытопку жиров из измельченной ткани производят в открытых котлах, а из неизмельчённой — в автоклавах под давлением. Для вытопки пищевых и других жиров широко применяют установки непрерывного действия АВЖ (отечественного производства), «Титан» (Дания), «Де-Лаваль» (Швеция) и др. Длительность процесса с момента загрузки жирового сырья до получения готового продукта составляет на этих установках 7—10 мин. Вытопка животных жиров на непрерывнопоточной установке АВЖ, широко применяемой в мясной промышленности, включает следующие стадии (см. схему). Сырьё загружают в воронку центробежной машины 1, где оно измельчается ножами и нагревается паром до температуры 85—90°С. Полученная жиромасса поступает через питательный бачок 2 в горизонтальную центрифугу 3 для отделения белков от жира и воды. Жир с водой через центробежную машину 4 направляется в питательный бачок 5 и затем в сепараторы 6 (на схеме показан один) на 2—3-кратную очистку. Прозрачный жир посредством центробежной машины 7 подаётся в приёмник 8, из которого поступает в шнековый аппарат 9 на охлаждение до температуры 35—42 °С, а затем на розлив упаковку в тару.[10,11,12] 

Схема непрерывнопоточной установки АВЖ для производства животных жиров: 1 — центробежная машина АВЖ-245; 2, 5 — питательные бачки; 3 — центрифуга; 4, 7 — центробежные машины АВЖ-130; 6 — сепаратор; 8 — приёмник жира; 9 — шнековый охладитель.[13]

Масла растительные жирные, растительные жиры, продукты, извлекаемые из масличного сырья и состоящие в основном (на 95—97 %) из триглицеридов, сложных полных эфиров глицерина и жирных кислот. Кроме триглицеридов (бесцветных веществ без запаха и вкуса), в состав жирных масел растительных входят воски и фосфатиды, а также свободные жирные кислоты, липохромы, токоферолы, витамины и другие вещества, сообщающие маслам окраску, вкус и запах. К жирным растительным маслам относятся: абрикосовое, арахисовое, арбузное, буковое, виноградное, вишнёвое, горчичное масло, дынное, касторовое масло, кедровое, кокосовое масло, конопляное масло, кориандровое, кукурузное масло, кунжутное масло, льняное масло, маковое, масло какао, крамбе, ляллеманцевое, миндальное, молочайное, оливковое масло, ореховое, пальмовое, пальмоядровое, перилловое масло, персиковое, подсолнечное масло, рапсовое масло, рисовое, рыжиковое, сафлоровое масло, сливовое, соевое масло, сурепное масло, томатное, тунговое масло, тыквенное, хлопковое масло и другие.[13,14]

Свойства жирных растительных масел определяются в основном составом и содержанием жирных кислот, образующих триглицериды. Обычно это насыщенные и ненасыщенные (с одной, двумя и тремя двойными связями) одноосновные жирные кислоты с неразветвлённой углеродной цепью и чётным числом углеродных атомов (преимущественно C16 и C18). Кроме того, в жирных маслах растительных обнаружены в небольших количествах жирные кислоты с нечётным числом углеродных атомов (от C15 до C23). В зависимости от содержания непредельных жирных кислот меняется консистенция масел и температура их застывания: у жидких масел, содержащих больше непредельных кислот, температура застывания обычно ниже нуля, у твёрдых масел — достигает 40 °С. К твёрдым маслам растительным относятся только масла некоторых растений тропического пояса (например, пальмовое). При контакте с воздухом многие жидкие жирные масла подвергаются окислительной полимеризации («высыхают»), образуя плёнки. По способности к «высыханию» масла делят на ряд групп в соответствии с преимущественным содержанием тех или других непредельных кислот; например, масла, высыхающие подобно льняному маслу (льнянообразно высыхающие), из непредельных содержат главным образом линоленовую кислоту. Касторовое масло, содержащее в основном рицинолевую кислоту, вообще не образует плёнок.[14,15]

Основная биологическая ценность масел растительных заключается в высоком содержании в них полиненасыщенных жирных кислот, фосфатидов, токоферолов и других веществ. Наибольшее количество фосфатидов содержится в соевом (до 3000 мг %), хлопковом (до 2500 мг %), подсолнечном (до 1400 мг %) и кукурузном (до 1500 мг %) маслах. Высокое содержание фосфатидов отмечается только в сырых и нерафинированных масел растительных. Биологически активным компонентом растительных масел являются стерины, содержание которых в различных маслах неодинаково. Так, до 1000 мг % стеринов и более содержит масло пшеничных зародышей, кукурузное масло;100 мг % — подсолнечное, соевое, рапсовое, хлопковое, льняное, оливковое, до 200 мг % — арахисовое и масло какао; до 60 мг % — пальмовое, кокосовое. Масла растительные полностью свободны от холестерина. Очень высоким количеством токоферолов (100 мг % и более) характеризуются масла пшеничных отрубей, соевое и кукурузное масла, до 60 мг % токоферолов в подсолнечном, хлопковом, рапсовом и некоторых других маслах, до 30 мг % — в арахисовом, до 5 мг % — в оливковом и кокосовом. Общее содержание токоферолов ещё не является показателем витаминной ценности масла. Наибольшей витаминной активностью обладает подсолнечное масло, поскольку все его токоферолы представлены * - токоферолом, меньшую E-витаминную активность имеют хлопковое и арахисовое масла. Что касается соевого и кукурузного масел, то они почти полностью лишены витаминной активности, поскольку 90 % общего количества их токоферолов представлены антиокислительными формами.[14]

Области применения масел многообразны. Жирные растительные масла являются важнейшим пищевым продуктом (подсолнечное, хлопковое, оливковое, арахисовое, соевое и др.) и применяются для изготовления консервов, кондитерских изделий, маргарина. В технике из масел производят мыла, олифы, жирные кислоты, глицерин, лаки и другие материалы.

Мыла, соли высших жирных кислот. В производстве и быту мылом (или товарными мылами) называют технические смеси водорастворимых солей этих кислот, часто с добавками некоторых др. веществ, обладающие моющим действием. Основу смесей обычно составляют натриевые (реже калиевые и аммониевые) соли насыщенных и ненасыщенных жирных кислот с числом атомов углерода в молекуле от 12 до 18 (стеариновой, пальмитиновой, миристиновой, лауриновой и олеиновой). К мылам часто относят также соли нафтеновых и смоляных кислот, а иногда и др. соединения, обладающие в растворах моющей способностью. Водорастворимые мыла — типичные мицеллообразующие поверхностно-активные вещества. При концентрации выше определённого критического значения в мыльном растворе наряду с отдельными молекулами (ионами) растворённого вещества находятся мицеллы — коллоидные частицы, образованные скоплением молекул в крупные ассоциаты. Наличие мицелл и высокая поверхностная (адсорбционная) активность М. обусловливают характерные свойства мыльных растворов: способность отмывать загрязнения, пениться, смачивать гидрофобные поверхности, эмульгировать масла и др.[16]

Вывод

Наряду с белками, нуклеиновыми кислотами и углеводами липиды обеспечивают основные функции в процессах жизнедеятельности. Являясь ключевыми компонентами биологических мембран, липиды в их составе обладают свойствами специфических регуляторов внутриклеточных метаболических превращений, участвуют в осуществлении межклеточных взаимодействий, проведении нервного импульса, мышечном сокращении. Эти соединения обеспечивают энергетические потребности клетки, создавая резерв энергии, накапливающейся в ходе биохимических реакций. Они также выполняют важную роль водо- и термозащитного барьера, обеспечивают механическую плотность клеток.

По мнению многих специалистов, липиды представляют собой очень перспективный и далеко не полностью исчерпанный источник потенциальных лекарственных и диагностических препаратов. Однако многие физиологические функции липидов еще до конца не выяснены. Эти вещества таят в себе много загадок, которые еще предстоит разгадать ученым.

Список литературы

1. Грандберг И.И. Органическая химия. - М: Дрофа. - 2001. - С. 393-401.
2. Уайт А. Хендлер Ф. Смит Э. Хилл Р. Леман И. Основы биохимии. - Т. 1 -М: Мир. - 1981. - С. 54-92.
3. Николаев А.Я. Биологическая химия. - М. - 2004. - С. 287- 326.
4. Березов Т.Т. Корявкин Б.Ф. Биологическая химия. - М. - 1998. - С. 188-203.
5. Агрономов А.Е. Избранные главы органической химии. - М. - 1975. - С. 125-136.
6. Зинин И.Н. Труды по органической химии. - М: Наука. - 1982. - С. 115-131.
7. Кери Ф. Сандбер Р. Углубленный курс органической химии. - М. - 1981 - С. 231-253.
8. Альбертс Б. Брей Д. Молекулярная биология клетки. - М: Мир. - 1994. - С. 98-104.
9. Грин Н. Стаут У. Тейлор Д. Биология. - М: Мир. - С. 134-156.
10. Головкин Н.А., Перкель Р.Л. Анализ свободных жирных кислот в природных жирах методом газо-жидкостной хроматографии // в Трудах ВНИИЖ. Выпуск 27. - 1970.
11. Аркадьева З.А., Безбородов А.М. Промышленная микробиология. - М: Высшая школа. - 1989г. - С. 74-88.
12. Евстигнеева Р.П., Звонкова Е.Н. Химия липидов. - М. - 1983. - С. 83-96.
13. Белобородов В.В. Основные процессы производства растительных масел. - М.- 1966.
14. Беззубов Л.П. Химия жиров.- М: Пищевая промышленность. - 1975. - С. 65-79.
15. Тютюнников Б.Н. Химия жиров. - М: Колос - 1992. - С. 102-118.
16. Голдовский А.М. Теоретические основы производства растительных масел. - М.- 1958. - С. 45-67.
17. Белобородов В.В. Основные процессы производства растительных масел. - М. - 1966 -С. 75-86.
18. Хомченко Г.Г. Сборник заданий по химии для поступающих в ВУЗы. - М. - 1998 -С. 67-70.
19. Габриелян О.С. Маскаев Ф.Н. Пономарёв С.Ю. Химия 10 класс. - М. - 1998. - С. 78-82.
20. Иванищев В.В. Сборник заданий для самостоятельной работы. - Т. -2002. - С. 17-20.