Липиды

Структура и компоненты

В прокариотах (например, бактерии), которые не имеют ядра, соединенного с мембраной, цитоплазма представляет все содержимое клетки внутри плазматической мембраны. В эукариотах (например, клетки растений и животных) цитоплазма образована тремя отличающимися друг от друга компонентами: цитосоль, органоиды, различные частицы и гранулы, носящие название цитоплазматических включений.

Цитосоль, органоиды, включения

Цитосоль представляет собой полужидкий компонент, расположенный внешне по отношению к ядру и внутри плазматической мембраны. Цитосоль составляет приблизительно 70% объема клетки и состоит из воды, волокон цитоскелета, солей и органических и неорганических молекул, растворенных в воде. Также содержит протеины и растворимые структуры такие, как рибосомы и протеасомы. Внутренняя часть цитосоля, наиболее текучая и гранулированная, называется эндоплазмой.

Органоид означает «маленький орган», который связан с мембраной. Органоиды находятся внутри клетки и выполняют специфические функции, необходимые для поддержания жизни этого наименьшего кирпичика жизни. Органоиды представляют собой маленькие клеточные структуры, выполняющие специальные функции. Можно привести следующие примеры:

• митохондрии;
• рибосомы;
• ядро;
• лизосомы;
• хлоропласты (в растениях);
• эндоплазматическая сеть;
• аппарат Гольджи.

Внутри клетки также находится цитоскелет — сеть волокон, помогающих ей сохранять свою форму.

Цитоплазматические включения, будучи небольшими частицами, взвешенными в цитосоле, представляют собой разнообразную гамму включений, присутствующих в различного типа клетках. Это могут быть как кристаллы оксалата кальция или диоксида кремния в растениях, так и гранулы крахмала и гликогена. Широкую гамму включений представляют собой липиды, имеющие сферическую форму, присутствующие как в прокариотах, так и в эукариотах, и служащие для накопления жиров и жирных кислот. Например, такие включения занимают большую часть объема адипоситов — специализированных накопительных клеток.

Преобразование в клетке

Те липиды, которые выполняют в организме функцию запасного питательного вещества, источника энергии, относятся к нейтральным жирам. По классификации рассматриваемых веществ это будут смеси триацилглицеринов. Гидрофобные, нерастворимые в воде, неполярные соединения, представляющие собой образование из глицерина и трех молекул высших карбоновых кислот.

Именно эти липиды и подвергаются обработке в клетках живых организмов. Что это за преобразования? Это процесс гидролиза специальными ферментами, именуемыми липазами. В результате полного расщепления образуется молекула глицерина и жирные кислоты. Они затем снова с током крови поступают в клетки и подвергаются дальнейшей переработке — происходит синтез липидов в клетке, уже иного строения.

Существует несколько высших жирных кислот, которые являются незаменимыми для человека, так как самостоятельно в клетках не образуются. Это:

Для нормального поддержания уровня липидов необходимо употреблять продукты, богатые этими кислотами: мясо, рыба, яйцо, мясо птицы, зелень, орехи, творог и прочие, зерновые.

Классификация

Распределить все липиды на группы можно по разным признакам. Одной из самых распространенных классификаций является основанная на способности молекул к гидролизу. По данной характеристике выделяют две большие группы органических жиров.

1. Омыляемые – те, что подвергаются гидролизу и разлагаются на составные части. Примеры: воски, фосфолипиды, эфиры стеринов, нейтральные жиры.
2. Неомыляемые – те, что гидролизу не подвергаются. К ним относятся терпены, стерины, жирорастворимые витамины (A, D, E, K), холестерин, эстрадиол, тестостерон и прочие.

Существует и другой признак классификации рассматриваемых веществ – количество входящих в состав компонентов. Так, выделяют:

• двухкомпонентные, или простые (жиры и воски растений);
• многокомпонентные, или сложные (фосфолипиды, гликолипиды, орнитинолипиды и прочие).

Вообще липиды в клетке выполняют функции очень важные, ведь они являются прямыми или косвенными участниками всех жизненно необходимых процессов. Поэтому разнообразие их очень велико.

Капсула

Помимо основных структур, в цитоплазме выделяют твердые, газообразные и жидкие включения ─ это продукты метаболических процессов и запас питательных веществ.

Капсула представляет собой слизистую, которая имеет четкие разграничения от окружающей среды и тесно связана с клеточной стенкой. В клетках животных такого органоида нет. Увидеть ее можно только под специальным световым микроскопом путем окрашивания. Она не является жизнеобразующим органоидом клетки, при ее потере микроорганизм не теряет своей жизнеспособности. У такой бактерии, как лейконосток, в одну капсулу входит не одна микробная клетка. В капсуле сосредоточены антигены, которые определяют особенность, вирулентность и способность вызывать иммунный ответ бактерий.

Также она защищает микроорганизм от таких негативных воздействий:

• высыхания;
• механического воздействия;
• заражения.

У многих видов без нее не обходится прикрепление микроорганизма к питательной среде.

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.

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).

Лецитин

Вещество входит в группу липидов и в чистом виде представляет собой белую массу, похожую на воск и хорошо впитывающую воду. Температура плавления его составляет +149 °C. Соединение растворяется в органических растворителях, в воде способно набухать и образовывать мицеллы. В промышленности выделяют лецитин из соевых бобов, высокое содержание вещества также наблюдается в яичном желтке, мясе, рыбе. Именно из пищи организм и получает лецитин, так как того, что самостоятельно продуцируется клетками, недостаточно. Какая функция липидов наиболее ярко выражена у лецитина? Это участие вещества в метаболических реакциях. Соединение играет важную роль в жировом обмене, препятствует перерождению гепатоцитов и предохраняет печень от цирроза. Лецитин является протектором, защищающим стенки кровеносных сосудов от появления атеросклеротических бляшек. Доказана функция вещества как антиоксиданта. Как видим, роль липидов в клетке не ограничивается только энергетической и строительной функциями. Велико их значение в поддержании гомеостаза — нормального уровня обмена веществ на уровне клетки и организма в целом.

Жиры в клетке

Соединения, являющиеся сложными эфирами трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот – это жиры. Содержание и функции липидов в клетке зависят от особенностей ткани, в которую они входят. Например, эндосперм семян и плодов таких растений, как грецкий орех, подсолнечник, кукуруза, может вмещать до 90% жира. Подкожная жировая клетчатка млекопитающих представляет собой резервуар богатого энергией органического вещества, выполняющего также защитные и теплоизоляционные функции. В клетках эпителия или мышц содержание жира не превышает 5-15%. Синтез клеточного жира происходит на каналах эндоплазматической сети в процессе реакций пластического обмена

Давая ответ на вопрос о том, что такое липиды, большое внимание мы уделим их химическому строению

Сигнальная и защитная

Сигнальная функция липидов заключается в том, что многие из них являются переносчиками важных сигналов из клетки и внутрь нее. Это такие жиры, как:

• фосфатидилинозитол;
• эйкозаноиды;
• гликолипиды.

Они связываются с гормонами и обеспечивают быструю передачу информации в клетку и из нее. Также жиры обеспечивают регуляции многих функций, которые осуществляемых клетками.

Защитная роль липидов заключается в том, что масса подкожного жира обеспечивает термо- и теплоизоляцию, а также механическую защиту внутренних органов от повреждений. У человека (женщин) главная концентрация жира во время беременности – область живота. Что также является приспособлением для защиты плода от ударов, столкновений и прочих воздействий.

Кроме того, фосфолипиды выполняют важную роль, активируя белки и гормоны, работающие при свертывании крови. Так как этот процесс также является защитным приспособлением организма, то и функция жиров в этом случае такая же.

Общая характеристика

Своим открытием фосфолипиды обязаны соевым бобам. Именно из этого продукта в 1939 году впервые была получена фракция фосфолипидов, насыщенная линоленовой и линолевой жирными кислотами.Фосфолипиды – это субстанция, созданная из спиртов и кислот. Как следует из названия, фосфолипиды содержат фосфатную группу (фосфо-), связанную с двумя жирными кислотами многоатомных спиртов (липиды). Зависимо от того, какие спирты входят в состав, фосфолипиды могут принадлежать к группе фосфосфинголипидов, глицерофосфолипидов или к фосфоинозитидам.

Фосфатиды состоят из гидрофильной головки, которая притягивается к воде, и гидрофобных хвостов, которые отталкивают воду. И поскольку эти клетки содержат молекулы, которые одновременно притягивают и отталкивают воду, фосфолипиды считаются амфипатическими веществами (растворимые и нерастворимые в воде). Благодаря этой специфической способности они крайне важны для организма.

Меж тем, несмотря на то, что фосфолипиды принадлежат к группе липидов, они не очень напоминают обычные жиры, которые в организме играют роль источника энергии. Фосфатиды «обитают» в клетках, где им отведена структурная функция.

Функция липидов в клетке

Липиды в клетке: функция

Так как липидов великое множество, поступают в клетки организма и распадаются в них лишь те, которые состоят из одной молекулы глицерина и трех молекул высших карбоновых кислот. Каждый попавший в клетку жир используется для построения более сложных молекулярных структур, которые необходимы для функционирования клеток.

В целом, липиды в клетках выполняют следующие функции:

1. Представляют собой резерв энергии. Для постоянного функционирования клеток необходим постоянный поток этих веществ. Поэтому организм имеет свойство накапливать их.
2. Становятся структурными составляющими других соединений в клетках. Именно из липидов состоят сложные вещества, которые в дальнейшем преобразуются в ткани.
3. Передают информацию между клетками и эндокринной системой.

Так как липиды – это жиры, то накапливаясь, они составляют слой теплозащиты, а также в некотором роде защиты от ударов и повреждений.

Пожалуй, самой непонятной функцией является функция передачи информации между клетками и эндокринной системой. Это значит, что благодаря ширине потока жиров в клетки и из клеток, органы эндокринной системы получают сведения о состоянии синтезирующих и расщепляющих процессов внутри клеток. А клетки, в свою очередь, получают необходимые гормоны для осуществления этих процессов. Поэтому, переизбыток или недостаток жиров в организме может вызвать гормональный дисбаланс.

Антифосфолипидный синдром

В обычной жизни антитела – наши союзники. Эти миниатюрные образования непрерывно стоят на страже человеческого здоровья и даже жизни. Они не позволяют чужеродным объектам, таким как бактерии, вирусы, свободные радикалы, атаковать организм, мешать его работе или разрушать клетки тканей. Но в случае с фосфолипидами, иногда антитела дают сбой. Они начинают «войну» против кардиолипинов и фосфатидилстеринов. «Жертвами» антител становятся фосфолипиды с нейтральным зарядом.

Чем чревата подобная «война» в пределах организма, нетрудно догадаться. Без фосфоросодержащих жиров клетки разных видов теряют свою прочность. Но больше всего «достается» кровеносным сосудам и мембранам тромбоцитов. Исследования позволили ученым сделать вывод о том, что синдром АФС есть у каждой 20 беременной из ста и у 4 пожилых людей из сотни исследованных.

В итоге у людей с подобной патологией нарушается работа сердца, в несколько раз повышается риск возникновения инсультов и тромбозов. Антифосфолипидный синдром у беременных вызывает замирание плода, выкидыш, роды раньше срока.

Основные характеристики

Следует перечислить следующие свойства цитоплазмы:

• Цитоплазму можно разделить на две части: эндоплазма, представляющая собой ее центральную область с органоидами, и эктоплазма — периферическая ее часть, подобная гелю.
• Цитоплазма представляет собой жидкую субстанцию, заполняющую пространство между клеточной мембраной и органоидами;
• Различные части желеобразной массы окрашены в разные оттенки цветов и называются эргатоплазмой;
• Смесь разнообразных гранул, органических образований придает ей коллоидную консистенцию;
• Периферийная зона цитоплазмы более вязкая и желатинообразная, чем остальная ее часть, и называется плазмогель. Слой же цитоплазмы вокруг клеточного ядра имеет более высокую текучесть, чем остальная ее часть, и называется плазмосоль;
• Физическая природа субстанции — коллоидное состояние. Она состоит в основном из воды и частиц различной формы и размера, взвешенные в ней;
• Содержит протеины, из которых 20−25% являются растворимыми в воде, включая ферменты;
• Также здесь находятся некоторые аминокислоты, углеводороды, неорганические соли, липиды и липидоподобные вещества;
• Плазмогель способен абсорбировать либо выделять воду в соответствии с потребностями клетки;
• Она имеет целую систему организованных волокон, которые можно наблюдать используя специальную технику раскрашивания;
• Субстанция химически представляет собой 90% воды и 10% органических и неорганических образований.

Классификация соединений

Классификация липидов достаточно обширна, т. к. они выполняют много разных функций. Это видно из таблицы, где представлено их разделение по строению:

Существуют и не взаимодействующие с водой (неомыляемые) липиды-стероиды. С учетом строения они подразделяются на:

1. Стерины. К ним относят холестерин, эргостерин — спирты, присутствующие в составе животных и растительных клеток.
2. Стероидные гормоны. Кортизол, тестостерон, кальцитриол — содействуют развитию и росту организма.
3. Желчные кислоты. Это растворяющие холестерин производные холевой кислоты.

Отдельную группу составляют липопротеины. Состав их, с точки зрения биохимии, достаточно сложный. Они состоят из белков и жиров. В составе содержат холестерин, необходимый компонент клеточных мембран у высших организмов, фосфолипиды, жирные кислоты. Присутствующие в составе плазмы крови способны растворяться, а нерастворимые содержатся в оболочке нервного волокна.

Состав липидов

С химической точки зрения в состав молекулы жироподобных веществ входят два основных компонента:

• гидрофобная составляющая;
• гидрофильная.

Так как липидов очень много, то и примеров обеих частей также немало. Для понимания химического состава соединения приведем примеры.

Какие соединения являются гидрофобными составляющими молекул липидов?

1. Высшие жирные кислоты (ВЖК).
2. Высшие спирты.
3. Высшие альдегиды.

Гидрофильные компоненты молекул следующие:

• глицерин;
• аминодиолы;
• углеводы;
• фосфорная и серная кислоты;
• аминоспирты;
• аминокислоты.

Различные сочетания перечисленных компонентов, удерживающиеся друг возле друга за счет ионных, ковалентных взаимодействий, сил электростатического притяжения и водородных связей, формируют все многообразие маслянистых, нерастворимых в воде соединений, известных под общим названием липиды.

Что такое жиры

Жиры или липиды – это органические вещества, которые являются основным компонентом мембраны и ядра клеток.

Это один из основных источников энергии в организме.

Надо запомнить, что жировая клетка самая энергоёмкая!

В 1 грамме жиров содержится аж 9 ккал, в то время как в 1 грамме белков или углеводов 4 ккал.

Жир (а если быть точнее, то жирные кислоты) – это крайне невыгодный источник энергии для организма, это драгоценные резервные запасы, которые припасены на «особый случай», когда энергия действительно понадобится для выживания, например.

Поэтому организм крайне неохотно расстаётся со своим резервным источников энергии, а предпочитает использовать более дешёвый источник – углеводы.

Это, как если бы вы топили печку в доме не дровами (углеводами), а дорогой фотобумагой или деньгами.

Для организма это то же самое, самый энергоёмкий источник энергии он откладывает, а самый дешёвый использует охотнее.

Итак, если подытожить вышесказанное, то жировые клетки служат для хранения энергетических запасов, а также для предотвращения потерь тепла организмом.

К жирам относятся:

• триглицериды;
• стерины;
• фосфолипиды;

Все они выполняют в организме множество важных функций, о которых мы чуть дальше с вами поговорим.

В кишечнике липиды расщепляются на глицерин и жирные кислоты, которые принимают участие в обмене веществ и других биологических процессах.

Кстати, выше я уже упоминал жирные кислоты, именно эта часть жировой клетки циркулирует в крови, чтобы попасть в мышцы, где они будут использовать в качестве энергии во время вашей физической активности.

Среди жирных кислот есть незаменимые, которые не вырабатываются в организме, а поступают с пищей.

К ним относятся арахидоновая, линолевая, гамма-линоленовая, докозагексаеновая и другие жирные кислоты.

Они очень нужны всем нам для нормального функционирования сердечно-сосудистой системы и головного мозга, участвуют в выработке тестостерона и других гормонов, улучшают усвоение жирорастворимых витаминов.

Кстати, я как-то уже писал статью про витамины для спорта. Почитайте обязательно.

Плазматическая мембрана

Клеточная, или плазматическая, мембрана представляет собой образование, препятствующее вытеканию цитоплазмы из клетки. Эта мембрана состоит из фосфолепидов, образующих двойной липидный слой, который является полупроницаемым: лишь определенные молекулы могут проникать через этот слой. Протеины, липиды и другие молекулы могут проникать через клеточную мембрану посредством процесса эндоцитоза, при котором образуется пузырек с этими веществами.

Пузырек, включающий в себя жидкость и молекулы, отрывается от мембраны, образуя при этом эндосому. Последняя перемещается внутри клетки к своим адресатам. Продукты жизнедеятельности выводятся посредством процесса экзоцитоза. В этом процессе пузырьки, образующиеся в аппарате Гольджи, соединяются с мембраной, которая выталкивает их содержимое в окружающую среду. Также мембрана обеспечивает форму клетки и служит опорной платформой для цитоскелета и клеточной стенки (в растениях).

Витамины, гормоны и воски

Низкомолекулярные соединения, выполняющие важные биохимические и физиологические функции – это витамины. Среди них существует группа веществ, растворяющихся в жирах и имеющих липидную природу. Например, витамин D, являющийся производным соединением холестерина. Попадая в организм сначала в виде провитамина, он под действием ультрафиолетовых лучей в клетках кожи превращается в активную форму. Гормоны надпочечников и половых желез — альдостерон, тестостерон, эстроген, прогестерон — также являются жироподобными соединениями. Воски, как и липиды, в клетке выполняют функции защиты. Они встречаются в растительных и животных организмах в качестве водоотталкивающего покрытия. Например, на листьях фикуса, семенах и плодах растений, на перьевом покрове птиц. Пчелами воск используется для постройки сот.

Белки клеточной мембраны

Для клетки жизненно важно взаимодействовать как с соседними клетками, так и с окружающим миром. Некоторые микроскопические молекулы или потоки света беспрепятственно проникают сквозь мембрану, взаимодействуя с белками напрямую

При этом в клетке запускаются химические реакции выработки новых белков или появляется новая программа жизнедеятельности клетки. Пример ответных реакций это: деление клетки, выделять ферменты или гормоны. Клетка может запустить механизм самоуничтожения. Принцип у всех один – внутриклеточный запуск каскада превращений химических реакций.

Чтобы клетка могла функционировать продолжительное время, в нее должны поступать питательные вещества извне. Сигналы, достигающие внутриклеточного пространства, должны правильно обрабатываться и выдавать ответную реакцию. Для этого на поверхности мембраны есть специальные рецепторы: ионные каналы, порины, транспортеры, молекулярные моторы, структурные белки.

Появление гормонов или сигнальных молекул снаружи клетки вызывает в рецепторных белках сигнал. Самый яркий представитель – рецептор инсулина, который отвечает за снабжение клетки глюкозой. Транспорт ионов происходит через ионные каналы, которые поддерживают разницу в их концентрации между наружной средой и внутренней. Натриевые и калевые каналы отвечают за передачу нервного импульса. Порины и транспортеры отвечают за перенос воды и определенных молекул сквозь мембрану. Структурные белки поддерживают структуру мембраны и взаимодействуют с остальными белками.

Кроме всего прочего есть еще внутриклеточные пути передачи сигналов при помощи каскадов реакций.