Известно, что практически все живые организмы состоят из трех типов химических веществ: углеводов, белков и жиров. Именно последним стоит уделить отдельное внимание, ведь они являются наиболее разнообразным классов. Что такое соединения липидов, какое имеют строение и зачем они нужны?
Классификация
Липиды – большой класс химических веществ, к которым относятся такие соединения, как жир, воски, некоторые гормоны. Липиды нерастворимы в полярных растворителях (например, в воде), но хорошо растворяются в органических (ацетон, хлороформ).
Какое строение имеет большинство липидов? Существует два основных типа: омыляемые и неомыляемые жиры, имеющие разную конструкцию.
Омыляемые липиды
К омыляемым липидам относятся сложные соединения, структурные части которых объединены эфирной связью. Этот класс жиров легко гидролизуется в растворе под действием щелочей.
Омыляемые липиды – это большой класс веществ, состоящий из отдельных групп:
- сложные эфиры;
- гликолипиды;
- фосфолипиды.
Сложные эфиры
К этой группе относятся:
- жиры (состоят из глицерина и жирных кислот);
- воски (производные жирного спирта и кислоты);
- эфиры стеринов.
Сложные эфиры возникают при взаимодействии органической кислоты, содержащей карбоксильную функциональную группу, и спирта, свойства которого связаны с гидроксильной группой. Реакция между ними приводит к образованию соединения, которое обладает сложноэфирной связью.
Гликолипиды
Среди омыляемых липидов особого внимания заслуживают гликолипиды – сложные вещества, молекула которых представляет собой комбинацию липида и углевода. К ним относят:
- цереброзиды;
- ганглиозиды.
В основе гликолипидов обычно лежит молекула особого органического спирта – сфингозина. Они так же содержат фосфатную группу, как у фосфолипидов, но она уже не является «головой», так как связывается с достаточно длинными молекулами полимерных углеводов. Так же, как и у других омыляемых липидов, у гликолипидов в составе наблюдаются органические кислоты.
Фосфолипиды
Группа объединяет следующие вещества:
- фосфатидовые кислоты;
- фосфатиды;
- сфинголипиды.
Фосфолипиды, как видно из названия, имеют отношение к фосфору. Действительно, в их строении присутствует фосфатная функциональная группа (остаток ортофосфорной кислоты). Помимо нее, липиды этой группы содержат также органический спирт и одну либо две органических кислоты.
Вместе эти компоненты создают нечто похожее на головастика: полярная фосфатная группа хорошо взаимодействует с водой, образуя «голову», в то время как неполярные органические кислоты с водой взаимодействуют плохо, и образуют своеобразный «хвост». Эти особенности фосфолипидов как раз и позволяют выполнять им свои важные функции в организме, о которых речь пойдёт немного позже.
Неомыляемые липиды
Неспособные к взаимодействию со щелочами липиды составляют собой отдельную группу веществ – неомыляемых липидов. Эти соединения представляют собой спирты с длинной цепью, циклические спирты, а также каротиноиды.
Единой классификации неомыляемых липидов нет, среди всего их обилия можно очертить несколько ярко выраженных групп.
- Длинноцепочечные органические кислоты (последовательность атомов карбона больше 16 атомов, оканчивается карбоксильной группой).
- Длинноцепочечные органические спирты (длинная последовательность атомов карбона, которая оканчивается гидроксильной функциональной группой).
- Эйкозаноиды (производные жирных кислот, образованные частичной циклизацией и появлением внутримолекулярных связей).
- Циклические спирты (полициклические соединения, которым характерно большое количество гидроксильных групп).
- Стероиды (производные циклических спиртов, образованные появлением дополнительных функциональных групп).
- Каротиноиды (длинные карбоновые цепи, на окончаниях которых часто находятся циклические алканы).
Все перечисленные выше вещества имеют свои особенности, но их объединяют некоторые химические свойства. Среди них: большой молекулярный вес, плохая способность к взаимодействию с водой, растворимость в органических веществах, возможность проникать сквозь биологические мембраны.
Функции
Липиды в живом организме выполняют широкий спектр задач. Так как эти сложные вещества кардинально отличаются между собой по строению, то и функциональность каждой группы жиров лежит в разных областях. Ниже представлена таблица с функциями, которые чаще всего встречаются в природе.
| Класс липидов | Функция класса в организме |
| Жиры | Энергетический резерв
Изолирующий материал |
| Воски | Защита и смазка гладких поверхностей |
| Фосфолипиды | Структурные единицы биологических мембран |
| Стероидные гормоны | Регуляция метаболизма
Регуляция развития |
| Холестерин | Изменение текучести биологических мембран |
| Каротиноиды | Пигментная функция сетчатки глаза |
| Ганглиозиды | Рецепторная функция |
Энергетическая функция
Липиды – один из наиболее важных источников энергии в организме. Молекула жира, который в основном и используется в качестве резерва, содержит намного больше запасённой энергии, нежели близкая по размеру молекула гликогена или крахмала. Окисляясь в митохондриях до углекислого газа и воды, жиры позволяют образовывать большие количества АТФ (универсального носителя энергии в организме).
Структурная функция
Некоторые липиды (фосфолипиды, сфинголипиды) выступают в роли строительного материала для клеточных мембран. Эти сложные соединения укладываются двойным слоем, обращая полярные «головы» наружу от «стены», а неполярные «хвосты» прячутся внутрь. Подобным образом создаётся липидный бислой – основа всех мембранных структур клетки.
Изоляция
Подкожные отложения жировых веществ, а также их отложения вокруг внутренних органов надёжно защищают организм от переохлаждения. Кроме того, такая оболочка вокруг «жителей» брюшной полости не допускает их столкновения.
Защитная и смазочная функция
Это особенно в природе встречается у птиц. Воск, покрывая клюв птицы, предотвращает его пересыхание и растрескивание, а пропитанные жировым веществом перья отталкивают воду. Эти свойства липидов помогают птицам легко держать на воде, не вымачивая в ней оперение, и улучшают обтекание клюва водой при подводной охоте.
Изменение текучести мембран
Биологические мембраны – сложные структуры, состоящие в основном из фосфолипидов. Включаясь между их молекулами, холестерин проявляет свои свойства: увеличивает возможность мембраны к колебаниям, тем самым улучшая мобильность разных ее участков.
Регуляция метаболизма
Метаболические пути организма сложные и потому нуждаются в точной регуляции. Эту функцию выполняют стероидные гормоны, которым не составляет труда проникнуть через мембрану клетки. Внутри стероид реагирует с соответственным рецептором, вызывая определённые изменения в клетке.
Липиды – большой и разнообразный класс органических соединений, без которых жизнь любого организма была бы невозможной, ведь каждая группа веществ имеет свои неповторимые свойства, позволяющие выполнять им различные функции в организме.
