Биологические функции липидов в клетках живых существ: как происходит процесс обмена

Все клетки содержат в своем составе липиды, без которых невозможна жизнедеятельность ни одного организма. Название произошло от греческого слова lipos, что означает “жир”.

Функции этих веществ в клетке различаются в зависимости от особенностей строения. Выделяют простые и сложные липиды. Последние включают в состав элементы других соединений, к примеру, белки или фосфор. Большая часть липидных веществ в организме существует в сложной форме.

нерастворимы в воде

Что такое липиды

Эти соединения являются органическими и объединяют целую группу веществ со сходным строением: все они содержат жирные кислоты в разных модификациях. Выделяют жиры и подобные им вещества, которые могут не иметь кислоты, а вместо нее содержать другой химический компонент со сходными свойствами. Липиды являются более обширной группой веществ, по сравнению с жирами, которые относятся лишь к некоторым их разновидностям, синонимом служат триглицериды.

Липиды объединяет способность вступать во взаимодействие с другими органическими веществами, примеры — бензин, эфир, хлороформ, бензол . В воде и спирте они не растворяются.

Липиды содержатся в большинстве продуктов питания, используются в медицине и фармацевтике, играют важную роль во многих отраслях промышленности. В живых организмах они в том или ином виде входят в состав всех клеток, считаются важным источником энергии.

Презентация по биологии Липиды 9 класс

История открытия

Практическое применение липидов было известно с давних времен. Еще в Древнем Египте имеются упоминания об использовании подобных соединений для получения лекарств, красок, косметики. Широкое распространение получили растительные масла и животные жиры, которые активно использовали индейцы, северные народы как для приготовления пищи, так и для заживления ран. Фактически эти вещества не имели какого-то научного названия, однако нашли свое место в алхимии как вспомогательный компонент для приготовления эликсиров.

В обиход простых людей, не имеющих отношения к медицине, липиды вошли в 18 веке, когда их стали применять для изготовления мыла. В 19-м столетии ученые начали активно исследовать строение этих веществ, поскольку активно наращивался рост их промышленного использования. Лавры первенства в этом процессе принадлежат ученым Карлу Вильгельму Шееле и Мишелю Шеврелю, которые определили состав и провели анализ свойств.

В 1854 году удалось синтезировать липиды, а также изучить опытным путем их основные химические характеристики. Исследователей также интересовало, какие функции выполняют эти веществ в организме человека. В 1877 году были выделены важнейшие компоненты биологических мембран — фосфолипиды.

Следующее столетие ознаменовано развитием химического производства, в котором жироподобные вещества стали использовать для изготовления моющих средств, детергентов, эмульгаторов. Совершенствовались и методы исследования этих соединений. В 70–80-е годы липиды попадают под пристальное внимание врачей в связи с тем, что оказывают влияние на развитие заболевания, получившего название атеросклероз.

органические вещества примеры

Место в клетке

Строительными материалами для синтеза липидов служат жирные кислотные фракции и спирт глицерол. Большей частью они поступают в организм с пищей, откуда транспортируются со специальными белками в печень. В клетках этого органа продукты распределяются во все ткани организма для образования липидов. Затем они снова соединяются со специальными транспортными белками и доставляются “по адресу”.

Соединения поступают в клетку в основном при помощи активного транспорта, то есть с затратой энергии. Для этих целей имеются особые органеллы. В комплексе Гольджи, который имеет вид складчатой “гармошки”, происходит синтез простых липидов, далее в эндоплазматической сети (ЭПС) происходит их модификация в зависимости от потребностей, то есть конечный синтез. Всем клеточным соединениям требуются фосфолипиды для построения мембран. Далее из сети сложные вещества поступают в места использования.

Клетка также может и сама образовывать липидные соединения, но не все, и здесь ключевую роль играют жирные кислоты, которые делятся на заменимые и незаменимые. К последним относятся линолевая и линоленовая, они непременно должны поступать в организм человека с пищей.

Синтез заменимых осуществляется через промежуточный продукт других видов обмена в клетке — ацетил-Коэнзим-А. Он поступает в цитоплазму, а оттуда в сеть ЭПС и в митохондрии, где протекает цепь ферментативных реакций. В результате образуются жирные кислоты.

нерастворимы в воде

Биологические функции жиров в клетке

В организме липиды представлены практически во всех клетках. В силу своих химических свойств они главным образом являются частью каких-либо структур и практически не циркулируют по крови в свободном виде.

Перечень основных функций липидов:

  • участвуют в построении и обеспечивают защиту клетки;
  • служат основным источником энергии;
  • несут в себе запас питательных веществ;
  • переносят все виды жирорастворимых витаминов — А, D, Е, К;
  • участвуют в регулировании разных функций в организме.

Данные соединения образуют “каркас” каждой клетки или защитную мембрану, которая представлена двойным слоем фосфолипидов. Каждая такая молекула содержит нерастворимую в воде “головку” и растворимый “хвост”. В двойном слое головки фосфолипидов обращены в разные стороны, так что снаружи клетка покрыта нерастворимой оболочкой, а в нижележащем слое находятся растворимые “хвосты”. Это называется билипидный слой.

Такая структура необходима как для поддержания структуры самой клетки, так и для транспорта различных веществ через мембрану. Также эти молекулы находятся в постоянном колебательном движении и придают клетке устойчивость к температурным изменениям.

Жировые молекулы являются основным источником энергии. При расщеплении одного грамма жира выделяется почти 39 кДж энергии, это в несколько раз больше, чем при расщеплении одной молекулы углеводов. Энергия из жировых запасов может быть экстренно использована при больших затратах, а также при нехватке липидов. Это так называемый энергетический “буфер” организма.

Липидные соединения содержат запас питательных веществ. При расщеплении жира образуется множество других компонентов, которые могут быть использованы для построения углеводов и белков, кроме этого выделяется также и вода. В организме все обменные процессы (белковый, углеводный, липидный, минеральных веществ) не только взаимосвязаны, но и взаимозаменяемы.

Большое значение соединения имеют при регулировании функций, поскольку гормоны и сигнальные молекулы в основном состоят из липидных молекул. Они являются непосредственным участником эндокринной регуляции, при снижении запасов липидных фракций могут развиться серьезные нарушения.

Сложные соединения — сфинголипиды — включаются в оболочку нервных клеток — миелин, и участвуют в проведении сигналов. Без миелина нервное волокно не может передавать импульс, и развивается тяжелейшее заболевание — рассеянный склероз.

Также все соединения, которые имеют жир или ему подобные молекулы, являются хорошими термоизоляторами и предохраняют клетку от замерзания или, наоборот, перегревания. Это обеспечивает поддержку нормальной температуры тела и не позволяет человеку замерзнуть в холодную погоду, если у него имеется достаточный запас жира. Кожа человека, стенки сосудов и внутренних органов состоят в основном из липидов, которые делают их эластичными.

Кроме создания структуры клеток, липиды участвуют в формировании целых органов. К примеру, образуют “жировое тело” почки, которое как одеяло окутывает ее сзади и фиксирует на одном месте. Подобные прослойки из липидов есть практически в любом органе.

нерастворимы в воде

Свойства

Липидные молекулы обладают рядом важнейших химических и физических свойств. Без них невозможно правильно настроить функции организма для выполнения задач обеспечения жизненно важных органов своевременным питанием.

транспортную функцию

Физические

Липиды могут существовать как в твердой, так и в жидкой форме в зависимости от того, растительные они или животные. Первые являются жидкими, их называют маслами, вторые — твердыми. Эти свойства определяются связями между молекулами углерода в липидных соединениях. Большое количество ненасыщенных связей в растительных соединениях позволяет им иметь жидкую консистенцию, а у животных — наоборот.

Липидные соединения плохо проводят тепло и электричество. Этим объясняются их хорошие теплоизоляционные свойства. Имеют невысокую температуру плавления и кипения. Так, жир застывает при показателях на несколько градусов ниже, а плавится начинает при более высокой температуре, что имеет очень важное физиологическое значение. Например, говяжий жир плавится при 51 ºС, бараний — 55 ºС, свиной — 48 ºС. Попадая в организм человека вместе с пищей, они остаются в нем в жидком состоянии, так как застывают при 36 ºС и ниже. Это способствует лучшему их перевариванию и усвоению.

Еще один немаловажный физический показатель жира — вязкость. Он увеличивается в жирах по мере развития процессов полимеризации и окисления.

В чистом виде не имеют запаха и вкуса, окраски. Все эти свойства проявляются при наличии в их составе примесей. Липиды легче воды, их плотность составляет менее 1 г/см2, поэтому в воде они не растворяются.

Химические

По химической природе это один из важнейших типов жизненно необходимых веществ. Основным свойством всех липидных фракций является способность окисляться. При этом в организме выделяется большое количество энергии, а промежуточные продукты могут включаться в другие виды обменов. В промышленности также используют реакцию присоединения водорода, которая называется гидрированием. Таким образом из жидких жиров растений получают твердые, а сам продукт называется саломасом. Его используют для изготовления маргарина и спреда.

Также применяют реакцию гидролиза. Это взаимодействие протекает при участии воды и особых веществ, ускоряющих процесс — катализаторов. В результате получают особые кислоты (карбоновые) и спирт глицерол, которые затем используют для различных направлений промышленного синтеза.

При вступлении липидов в реакцию со щелочами в результате образуется всем известное мыло. Еще одним свойством является способность создавать стойкие водные эмульсии при добавлении поверхностно-активных веществ (эмульгаторов).

транспортную функцию

Строение

Все липидные соединения состоят из глицеринового спирта, соединенного с жирными кислотными остатками. Они имеют разветвленную конструкцию пространстве, за счет чего образуют связи и не пропускают тепло. Эти кислоты могут иметь огромное количество атомов углерода, представляя собой длинные цепочки. Простые липиды ими и ограничиваются, а в сложных молекулах соединяются с другими химическими группами, приобретая новые свойства.

Фосфолипиды образуют мембраны как внутри клеток, так и снаружи. Если рассматривать их под микроскопом, то они воспринимаются как единый слой, но на самом деле он двойной. Каждая из молекул, формирующих мембрану, имеет двухчастную структуру: головку и хвост. Первая, гидрофильная часть, соприкасается с водой, вторая — гидрофобная, которая избегает подобного контакта.

Бислой образуется благодаря способности гидрофильной стороны разворачиваться вовнутрь и наружу клетки. Хвосты почти соприкасаются один с другим и размещены между слоями. Внутри двойной оболочки находятся разные вещества (углеводы, прочие сложные соединения), которые способствуют попаданию внутрь клетки полезных органических веществ.

Толщина билипидного слоя небольшая, однако в одном микрометре может содержаться до нескольких миллионов молекул. Поскольку они являются амфифильными, то есть имеют растворимую и нерастворимую части, то могут принимать разные формы, к примеру, сворачиваться в шар и образовать мицеллу, — частицу, способную транспортировать различные вещества по организму. Растягиваясь в слой, они образуют “покрытие” клеток и их компонентов.

какие функции выполняют липиды

В состав мембраны клеток человека входят и другие соединения, которые повышают ее непроницаемость. Гормоны липидного строения имеют особую часть — стероидное кольцо, к которому присоединяются различные химические группы и вещества. Стероидные гормоны транспортируются в крови вместе со специальными белками.

Более сложное строение имеют липосомы. Они также участвуют в процессах транспортировки, но осуществляют их прямо в сосудистом русле. Липосомы имеют округлую форму и состоят из двойного слоя фосфолипидов, в отличие от мицелл. Это позволяет им переносить более широкий спектр веществ на более далекие “расстояния”. Липосома имеет нерастворимые оболочки снаружи и внутри, а между ними находятся связанные с липидными молекулами “фосфорные хвосты”.

нерастворимы в воде

Виды

Существует несколько классификаций липидов. В зависимости от строения их разделяют на простые и сложные. В медицине отдельно выделяют липидный спектр крови, который отличается по другим параметрам.

функции жиров в клетке

Биохимическая классификация

Вся группа делится на 2 большие ветви по способности вступать в реакцию омыления. То есть выделяют омыляемые молекулы и неомыляемые. К последним относят жиры стероидного происхождения. В организме человека они представлены гормонами, желчью, витаминами.

Омыляемые по своему строению разделяются на простые и сложные. Первые содержат только три химических компонента: углерод, кислород и водород. Представлены в виде спирта глицерина и жирных кислотных веществ.

В зависимости от связей углерода и водорода кислоты делят на два типа: насыщенные (твердые) и ненасыщенные (жидкие). Эти связи определяют их физическое состояние и химические свойства.

углеводы и липиды

Простые жиры могут быть представлены в виде таких химических соединений как глицерин, воск и жирные кислоты, молекулы которых содержат остатки альдегидов и спиртов.

Существуют и простейшие липиды — мономеры, которые распространены исключительно в природе и способны образовывать сложные соединения путем скрепления друг с другом. Устанавливая химические связи с себе подобными, они составляют полимеры — высокомолекулярные вещества, состоящие из длинной цепи более мелких молекул и входящие в состав высших организмов.

заполните таблицу органические вещества клетки

Сложные (фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды) , помимо основных элементов, могут содержать: фосфор, азот и даже серу. Эти “добавки” делают молекулы более активными. Они в свою очередь делятся на нейтральные и полярные в зависимости от “заряда” и способности вступать в химические реакции. Полярные имеют 2 “полюса” и более активны, нейтральные — инертны и стабильны.

К полярным липидам относят:

  • фосфолипиды;
  • гликолипиды;
  • сфинголипиды;
  • фосфогликолипиды и т. д.

нерастворимы в воде

Медицинская классификация

В организме человека липиды циркулируют в крови совместно с белками, поэтому правильнее было бы назвать их липопротеидами. Но по сути белки являются лишь помощниками и выполняют транспортную функцию, играют роль “адреса”, по которому доставляются липидные вещества, а также позволяют нерастворимым молекулам перемещаться по крови.

Кроме белка, в этих структурах также имеются фосфолипиды, которые формируют полость, куда помещается жир, поступивший с пищей из кишечника. Поскольку в продуктах содержатся разные соединения, то по их концентрации в таких частицах липопротеиды делятся на несколько классов.

Хиломикроны в основном содержат триглицериды и холестерин, причем первые преобладают. Эти частицы имеют самый большой размер и образуются в кишечнике, откуда они уносят жир.

Липопротеиды очень низкой плотности в основном содержат триглицериды и образуются в печени. Однако они не находятся долго в крови, а быстро превращаются в липопротеиды низкой плотности, содержащие больше всего холестерина, вредного для здоровья.

Липопротеиды высокой плотности считаются “хорошими” и полезными, поскольку удаляют излишек холестерина из клеток. Эти структуры содержат холестерин, который связан с ненасыщенными кислотами, поэтому его никто не трогает, и он спокойно удаляется из тканей.

Таким образом в крови представлена совокупность белково-липидных комплексов :

  • липопротеиды низкой плотности;
  • очень низкой плотности;
  • высокой плотности;
  • триглицериды;
  • липопротеиды промежуточной плотности.

Последние соединения очень редко определяют в крови человека, потому что они “живут” меньше всех и отражают насыщение липопротеидов холестерином.

функции липидов в клетке (главный ключ)

Как происходит обмен липидов

Липидные вещества в основном поступают в организм извне. Человеческие жиры отличаются по строению от таких же соединений других видов организмов. В кишечнике они расщепляются под действием ферментов и всасываются стенками кишечника, где подвергаются модификации. Этот процесс переработки регулируют ферменты, он занимает от часа до двух.

Через некоторое время жиры поступают в кровь, наступает гиперлипидемия, то есть увеличение липидной фракции после еды. Это нормальный процесс. Липидные молекулы транспортируются в виде хиломикронов, несут соединения в печень и жировую ткань, где происходит отложение запасов.

Поступившие в печень липидные вещества предназначены для доставки в другие органы и ткани. Для этого как раз и необходимы липопротеиды. Печень включает в них холестерин или жирные кислоты, триглицериды и отправляет по месту назначения (для чего и нужны опознавательные белки). В конце пути клетки получают жир, отщепляя от транспортных частиц соединения липидов при помощи ферментов. Излишек удаляется при помощи “хороших” липопротеидов высокой плотности. На этом обмен липидов не заканчивается.

В клетке жирные кислоты могут использоваться по-разному:

  • расщепляться для образования энергии;
  • участвовать в построении клетки;
  • образовывать соединения, которые будут выделаться наружу;
  • участвовать в синтезировании углеводов и аминокислот.

Последний процесс отражает тесную связь всех видов обмена. Конечным продуктом липидного будут являться вода и углекислый газ, если все процессы находятся в балансе, или же кетоновые тела, если на каком-то этапе нарушено окисление жирных соединений.

Важная роль в переносе липидов отводится желчным кислотам, которые обладают способностью к образованию мицеллярного раствора липидов в водной среде. В печени при участии данного вида кислот формируются мицеллы, в виде которых липиды переносятся в кишечник в гомогенном растворе или в желчи.

органические вещества примеры

Методы исследования

Для изучения свойств липидов как химического класса используются самые разные способы.

В биохимии применяют следующие методы:

  1. Химический. Заключается в способности липидных молекул окисляться и образовывать формальдегид. По его концентрации и судят о наличии липидов.
  2. Ферментативный. Основан на использовании ферментов липаз, которые расщепляют те или иные соединения.
  3. Электрофорез. На специальной среде с гелем помещают электроды разной полярности и наблюдают за движением этих частиц. Скорость перемещения определяется зарядом, который у всех липопротеидов отличается. Результат оценивают в виде разной длины полосок.

В крови липидные фракции содержатся в определенных соотношениях. Увеличение какого-либо показателя будет называться гиперлипидемией, а если параллельно происходит уменьшение липопротеидов высокой плотности, то это состояние называется дислипидемией.

У здорового человека липиды содержатся в следующих объемах:

  • общий холестерин — менее 5 ммоль/л;
  • липопротеиды высокой плотности: более 1 ммоль/л — у мужчин и 1,2 ммоль/л — у женщин;
  • триглицериды — менее 1,7 ммоль/л;
  • индекс атерогенности — менее 3,5.

Общий холестерин — это объем содержания данного вещества крови в целом, может сориентировать врача на более глубокое исследование липидного спектра. Индекс атерогенности характеризует соотношение вредных и полезных частиц. Липопротеиды очень низкой и промежуточной плотности не определяют, потому что эти вещества нестойкие.

нерастворимы в воде

Значение

Определение липидных фракций имеет ключевое значение для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний. Многие проблемы обусловлены закупоркой питающих сердце сосудов атеросклеротическими бляшками, которые, как известно, образуются из холестерина. Поэтому мониторинг его содержания может помочь вовремя выявить нарушение липидного обмена и подобрать диету либо медицинские препараты.

Атеросклеротическое сужение может вызвать инсульт, проблемы с почками и ногами. Поскольку сосуды размещены по всему телу, то и липиды всюду могут затруднить кровоток.

Кроме приобретенных недугов, исследование жиров необходимо и при врожденных гиперлипидемиях. Это редкие заболевания, некоторые формы протекают тяжело и требуют агрессивной терапии.

Исследование этих показателей также бывает нужно при использовании некоторых лекарств, которые могут их повысить. Чаще всего это касается препаратов для лечения давления из группы бета-блокаторов. Среди побочных эффектов есть указание на возможное нарушение липидного обмена, что желательно контролировать, правильно подбирая дозировку.

функции липидов в клетке (главный ключ)

Видео

Ознакомьтесь с некоторыми химическими особенностями липидных соединений в этом видео.

Отзывы и комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Adblock detector