Контрольная работа: Липиды в живом организме

Липиды в живом организме

1. Функции и классификация липидов

Липидами принято называть разнородные в химическом отношении вещества с общими физико-химическими свойствами. В частности, все липиды нерастворимы в воде и хорошо растворимы в органических растворителях. Липиды состоят из пяти основных элементов: углерода, водорода, кислорода и, в некоторых случаях, фосфора и азота.

В настоящее время еще нет общепринятой классификации липидов. Наиболее удобно деление, основанное на химическом составе этих веществ.

Классификация липидов

Липиды широко распространены в природе и являются обязательной составной частью каждой клетки любой биологической системы. Кроме того, существуют специализированные клетки, которые образуют жировые депо как в организме животного, так и растения. У человека и животных такие клетки находятся в подкожной клетчатке и в оболочке внутренних органов, называемой сальником.

Липиды выполняют многообразные функции в организме. Они используются как энергетический материал, играют важную роль в процессах теплорегуляции. С этим связано наличие больших запасов жира у полярных животных. Жиры выполняют и механическую функцию: жировая прокладка защищает внутренние органы от повреждений.

Воски предохраняют поверхностную ткань растений от гнилостного повреждения, а также от испарения воды.

Во всех клетках и особенно в нервных в большом количестве содержатся сложные липиды, принимающие активное участие в формировании структур, в частности мембранных. Их роль в создании границ поверхностного раздела сред в настоящее время доказана.

2.Строение и свойства жиров. Константы жиров. Незаменимые жирные кислоты

Молекулу жира в общем виде можно представить следующим образом:

Следовательно, их можно рассматривать как эфиры жирных кислот и трехатомного спирта - глицерина.

Природные жиры, как правило, представляют смесь триглицеридов. Моно- и диглицериды встречаются только в составе промежуточных продуктов обмена веществ.

Жирные кислоты, найденные в жирах как животного, так и растительного происхождения, содержат большей частью четное число углеродных атомов. Эта особенность обусловлена механизмом их синтеза и распада в организме.

В жирах животного происхождения из насыщенных кислот преобладают стеариновая и пальмитиновая кислоты. В фосфатидах и гликолипидах - жирные кислоты с большим числом углеродных атомов.

В качестве представителей ненасыщенных жирных кислот, имеющихся в организме человека, следует назвать олеиновую, линолевую и линоленовую кислоты. Две последние кислоты - главные кислоты льняного масла. Олеиновая кислота найдена почти во всех животных и растительных жирах.

В сложных липидах встречаются и более ненасыщенные жирные кислоты. В последнее время из плазмы крови были изолированы жирные кислоты с конъюгированными двойными связями (отделены друг от друга одной простой связью). Для таких кислот характерно сильное взаимодействие (резонанс электронов). В природных жирах жирные кислоты встречаются преимущественно в цис-конфигурации.

Физико - химические свойства жиров определяются составом жирных кислот, образующих эфирную связь с глицерином. Жиры, содержащие много двойных связей, при комнатной температуре имеют жидкую консистенцию и носят название масел. Жиры, в составе которых преобладают насыщенные жирные кислоты с большим числом углеродных атомов, имеют твердую консистенцию, и их часто называют салом. Большинство жиров животного происхождения представляют собой твердые вещества с различной температурой плавления в зависимости от их жирно-кислого состава.

Развитие современных методов анализа жиров позволило выявить большое многообразие в их строении. Были найдены не только кислоты с разветвленной углеродной цепью и нечетным числом углеродных атомов, но и с конъюгированными двойными связями, а также жирные кислоты в транс-форме (вакценовая). Например, в коровьем масле на их долю приходится до 20% от общего содержания ненасыщенных кислот.

Состав и точка плавления животных жиров зависят также от их местонахождения в организме и от питания. Жир подкожной соединительной ткани имеет наиболее низкую температуру плавления. По-видимому, существует связь между составом жира и температурой тела. Помимо той роли, которую выполняют жиры в организме как пищевые вещества, используемые для энергетических и пластических целей, они имеют значение и для многих производственных процессов изготовления мыла, красок, лаков, клеенки, линолеума, типографских красок и различных косметических средств

3.Автоокисление и термоокисление жиров. Деструкция

В процессе переработки и хранения жиров возможно ухудшение их качества в результате окислительных процессов, глубина и скорость которых зависит от природных свойств жира, температуры, наличия кислорода и света. Эти факторы могут вызвать окислительную порчу жиров.

Различают автоокисление и термическое окисление жиров. Автоокисление жиров протекает при низких температурах в присутствии газообразного кислорода. Термическое окисление протекает при температуре 140-200 ??С.

Между термическим и автоокислением есть много общего, но, однако, состав образующихся продуктов несколько различается.

Продукты, образующиеся при автоокислении и термоокислении подразделяются на три группы:

1. Продукты окислительной деструкции жирных кислот, в результате которой образуются вещества с укороченной цепью.

2. Продукты изомеризации, а также окисленные триглицериды, которые содержат то ж количество углеродных атомов, что и исходные триглицериды, но отличаются от последних наличием в углеводородных частях молекул жирных кислот новых функциональных групп, содержащих кислород.

3. Продукты окисления, содержащие полимеризованные или конденсированные жирные кислоты, в которых могут находиться и новые функциональные группы, имеющие в своем составе кислород.

Кроме того, продукты окисления делятся на термостойкие и нетермостойкие.

Первичными продуктами окисления являются перекиси, активирующие окисление других молекул. Благодаря этому реакция окисления носит цепной характер. Механизм окисления жиров в настоящее время изучен. Теория цепных реакций разработана академиком Н.Н.Семеновым и его учениками при изучении кинетики химических процессов. Процессы окисления жиров в данном разделе подробно не излагаются.

Окислению подвергаются в первую очередь ненасыщенные жирные кислоты, но могут окисляться также и насыщенные кислоты с образованием гидроперекисей. При глубоком окислении жиров возможно образование циклических перекисей или эпоксидных соединений.

О содержании перекисных соединений в жире судят по величине перекисного числа. Это довольно чувствительный показатель, и по его значению судят о начале и глубине окисления жира. В свежем жире перекисей нет. На начальных стадиях окисления в течение некоторого времени химические и органолептические показатели жира почти не изменяются. Этот период, имеющий различную продолжительность, называют индукционным периодом. После индукционного периода жир начинает портиться. Это обнаруживается по увеличению перекисного числа и изменению его органолептических свойств.

Наличие индукционного периода объясняется тем, что в начале процесса молекул с повышенной кинетической энергией (возбужденных или свободных радикалов) очень мало. Обусловлено это также содержанием в жире естественных антиокислителей: каротиноидов, токоферолов, лецитинов, которые более активно взаимодействуют со свободными радикалами и с кислородом воздуха и тем самым препятствуют окислению жиров. Продолжительность индукционного периода зависит от концентрации антиокислителей, природы жира и условий переработки и хранения.

Животные жиры, в составе которых меньше ненасыщенных жирных кислот, более устойчивы, чем растительные.

Процесс автоокисления жиров значительно ускоряется в присутствии влаги, света и катализаторов. Такими катализаторами могут быть легкоокисляющиеся металлы (окислы или соли железа, меди, свинца, олова), а также органические соединения, содержащие железо, белки, гемоглобин, цитохромы и другие.

Каталитическое действие металлов основано на способности их легко присоединять или отдавать электроны, что приводит к образованию свободных радикалов из гидроперекисей жирных кислот.

Активными катализаторами являются ферменты, главным образом ферменты микроорганизмов. Поэтому загрязнение жиров, особенно бактериальное обсеменение, ускоряет процесс окисления жиров.

Перекиси и гидроперекиси являются неустойчивыми соединениями, поэтому происходит их распад с образованием свободных радикалов, например,

R-О-О-Н --> RО^? + ^?ОН и других.

При этом протекают последующие разнообразные реакции, в результате которых накапливаются вторичные продукты: оксисоединения, альдегиды, кетоны, низкомолекулярные кислоты и другие.

При окислении жиров обнаружен ряд альдегидов, представляющих собой продукты распада цепи жирных кислот: нониловый, азолаиновый, гептиловый, малоновый. Дальнейшее превращение низкомолекулярных альдегидов ведет к появлению низкомолекулярных спиртов, жирных кислот и новому разветвлению окислительной цепи.

Кетоны, как и альдегиды, образуются окислительным путем в результате дальнейших превращений перекисей, например, в результате их дегидратации.

Предполагают, что в присутствии ферментов микроорганизмов кетоны могут образовываться по типу в-окисления, то есть с участием воды.

4.Термополимеризация жиров. Антиоксиданты

Антиоксиданты (антиокислители, ингибиторы окисления) это вещества, замедляющие или предотвращающие окислительные процессы, приводящие к старению полимеров, прогорканию пищевых жиров.

Выбор ингибиторов полимеризации в настоящее время носит во многом эмпирический характер, зависящий от многих объективных и субъективных причин, одной из которых является доступность и распространенность (и, соответственно, цена) ингибитора. Поэтому по распространенности одно из лидирующих положений занимают ингибиторы фенольного ряда.

Антиоксиданты - это синтетические или природные вещества, которые способны тормозить процессы окисления различных органических соединений. Существует мнение, что с помощью антиоксидантов можно замедлить процессы старения организма, предотвращая губительное действие свободных радикалов. Однако эта гипотеза на сегодняшний день еще не подтверждена окончательно. Тем не менее, антиоксиданты очень широко применяются на практике - в пищевой промышленности, в оздоровительных целях, а так же для стабилизации топлива.

Натуральные антиоксиданты содержатся в свежих фруктах, овощах, ягодах, а также продуктах, приготовленных из них. Из ягод наибольшее содержание антиоксидантов наблюдается в гранатах, смородине, рябине, клюкве, винограде, чернике. Цвет фруктов с повышенным содержанием антиоксидантов - от красного до красновато-синего. Все они имеют кислый вкус. Чемпионом среди фруктов по содержанию антиоксидантов является бразильский или южноамериканский асаи. В нем содержится в 100 раз больше антиоксидантов, чем в знакомой всем клюкве. Из напитков, содержащих антиоксиданты, можно упомянуть о какао, зеленом и черном чае, красном вине.

Некоторые антиоксиданты используются в пищевой промышленности в качестве добавок. Это пектин, лимонная и аскорбиновая кислота (витамин С), антоцианины, бутилгидрокситолуол BHT и бутилгидроксианизол ВНА, а так же дигидрокверцетин и другие антиоксиданты. В качестве дополнительного компонента, который связывает ионы переходных материалов, используется трилон Б (ЭДТА).

На практике, развивающиеся окислительные процессы приводят к быстрой порче продуктов питания. В них разрушаются витамины, и происходит прогоркание жиров. Волокно, каучук, пластмассы и другие полимеры теряют свою механическую прочность и изменяют цвет. В трансформаторных и турбинных маслах образуются шлам и кислоты. Топливо осмаливается. Для увеличения стойкости и сроков хранения данных продуктов и применяются различные антиоксиданты, например природные (нордигидрогваяретовая кислота, витамины Е и т.д.) и синтетические (бутилокситолуол, додециловый и пропиловый эфиры галловой кислоты и т.д.). Небольшое количество антиоксиданта (до 0,1 %), добавленное в топливо, замедляет его осмоление. В этом случае используются различные фракции древесной смолы, параоксидифениламин и альфа-нафтол. Для увеличения сроков хранения смазочных масел и консистентных смазок, применяются такие антиоксиданты, как трибутилфосфат, ионол, параоксидифениламин, диалкилдитиофосфат бария (или цинка) и диалкилфенилдитиофосфат цинка.

В медицине антиоксиданты используются также достаточно широко. В процессе избыточного окисления липидов, в организме накапливаются радикалы жирных кислот, липоперекиси, альдегиды, кетоны и кетокислоты. А это способно модифицировать ферменты, структуру белка, биологически активные вещества, увеличить проницаемость клеточных мембран, изменить характер транскрипций некоторых генов и стимулировать потерю кальция организмом. Проще говоря, активация процесса окисления свободных радикалов способна отрицательно повлиять на здоровье организма в целом.