Метоксилированная полигалактуроновая кислота. Пектинэстеразы удаляют метильные группы, гидролизуя сложноэфирные связи находящиеся рядом со свободными карбоксильными группами, т.е. идет реакция: пектин + n Н2О ® n метанол + пектин (менее этерифицированный) Таким образом, пектиновые вещества ответственны за содержание токсичного вещества метанола во фруктовых соках, плодово-ягодных винах.Полигалактуроназа катализирует расщепление α-(1-4)-гликозидной связи, образованной неэтерифицированной галактуроновой кислотой.Препараты, содержащие ферменты, гидролизующие пектиновые вещества, получают обычно из различных плесневых грибов. Эти препараты применяются в пищевой промышленности для осветления фруктовых соков и повышения их выхода, а также для осветления плодовых и виноградных вин, в которых обычно содержится большое количество растворимого пектина, затрудняющего фильтрование и являющегося причиной недостаточной прозрачности вин.
9. Пищевые волокна. Основным источником углеводов в пище человека являются продукты растениеводства. С биохимической точки зрения все углеводы пищи можно подразделить на усвояемые организмом и неусвояемые.Усвояемые углеводы являются основным источником химической энергии в организме, т.е. при их диссимиляции выделяется энергия, необходимая для различных метаболических процессов.
Неусвояемые углеводы не перевариваются в желудочно-кишечном тракте, не всасываются в кишечнике, а если и всасываются, то не вступают в метаболические процессы в организме. К неусвояемым углеводам относятся полисахариды: целлюлоза, гемицеллюлозы, пектиновые вещества; олигосахариды: рафиноза, а также некоторые простые сахара. Пищеварительные секреты слюнной железы, желудка и кишечника не выделяют ферментов, способных расщеплять эти углеводы. Неусвояемые полисахариды образуют группу балластных веществ, называемых пищевыми волокнами. В технологии пищевых продуктов стремятся от них избавиться с целью получения более «рафинированной» пищи. Однако, присутствие их в пищевых продуктах необходимо. Доказано, что недостаток в рационе пищевых волокон является причиной многих желудочно-кишечных заболеваний, атеросклероза и диабета, поскольку они играют существенную роль в поддержании нормальной регуляции питания и метаболизма ряда веществ способствуют лучшему функционированию кишечника. Пищевые волокна, набухая в кишечнике, приобретают способность сорбировать и удалять из организма вредные вещества (токсины), катионы тяжелых металлов, радионуклиды, т.е. выполняют энтеросорбентную функцию. Кроме того, пищевые волокна нормализуют обмен холестерина, способствуют нормальному развитию полезной кишечной микрофлоры.Плоды и овощи - морковь, капуста, свекла – содержат относительно большое количество пищевых волокон – до 1,5%.Не обладая высокой энергетической ценностью, большинство овощей из-за обилия в них клетчатки способствуют раннему и довольно стойкому чувству насыщения. Это свойство пищевых волокон трудно переоценить в комплексе мер профилактики и терапии ожирения.Все это позволило отнести пищевые волокна к одному из резервов здорового долголетия. В суточном рационе взрослого человека должно содержаться 25-30 г пищевых волокон.Наиболее полезны – пектины, лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза пшеничных отрубей, затем идут волокна капусты, затем – морковь.
10. Липиды (от греч. lipos – жир) представляют собой группу природных органических соединений, различающихся по своей химической структуре и функциям. Однако, они характеризуются следующими общими признаками: нерастворимостью в воде, растворимостью в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензоле), содержанием высших жирных кислот и гидрофобностью. Многие липиды, однако, содержат как минимум одну полярную группу, которая может служить местом связывания с другими компонентами.В организме липиды выполняют пять основных функции:1.Энергетическая. Являются резервными соединениями, основной формой запасания энергии и углерода. При окислении 1г нейтральных жиров (триацилглицеролов) выделяется около 38 кДж энергии.
2. Защитная. Липиды (воски) образуют защитные водоотталкивающие покровы растений, их семян и плодов, и термоизоляционные прослойки у животных организмов.
3. Структурная. Являются главными структурными компонентами клеточных мембран.
4. Поставщик метаболитов–липиды служат предшественниками ряда других биологически активных веществ–витамина Д, стероидных гормонов, желчных кислот, каротиноидов, стеролов и т.д.
5. Регуляторная: 1) производными жирных кислот являются простоглондины–гормоны местного действия. От свойств и структуры мембранных липидов во многом зависит активность мембраносвязанных ферментов; 2) липидами являются жирорастворимые витамины и провитамины (каротины, стеролы), обладая высокой биологической активностью, эти вещества оказывают регулирующее влияние на обмен веществ.
Существует несколько классификаций липидов. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на структурных особенностях липидов и их способности к гидролизу.Липиды извлекают из любого растительного материала в виде сложной смеси, и в зависимости от способов и приемов экстрагирования, вида растворителя, различают следующие группы липидов. 1. Свободные липиды, извлекаемые неполярными безводными растворителями (чаще всего используют диэтиловый эфир). При этом в эфирный экстракт переходит не только собственно жир, но и примесь к нему других липидов: свободных высших жирных кислот, высших спиртов, фосфатидов, стеролов, восков, хлорофилла, каротиноидов, жирорастворимых витаминов, т. е. в экстракте находится так называемый сырой жир. В настоящее время принято сырой жир, т.е. все липиды, перешедшие в экстракт диэтилового эфира, называть свободными липидами. Для количественного определения сырого жира используют аппарат Сокслета (см. лаб. практикум). 2. Связанные липиды. Часть липидов может быть связана с белками (липопротеины) и углеводами (гликопротеины). Это вещества извлекаются гидрофильн
ными полярными растворителями или их смесями (хлороформ, этанол, ацетон),
Рисунок 1 – Классификация липидов
которые разрушают непрочные белково-липидные и гликолипидные соединения.
3. Прочносвязанные липиды, извлекаемые после обработки растительного материала спиртовым раствором щелочи при кипячении для разрушения прочных комплексов липидов с нелипидными соединениями; при этом происходит гидролиз и омыление липидов щелочью.
Жирные кислоты
В природе обнаружено свыше 200 жирных кислот, однако более 100 различных жирных кислот идентифицированы в липидах микроорганизмов, растений и животных.Жирные кислоты – алифатические карбоновые кислоты - в организме могут находиться как в свободном состоянии, либо выполнять роль строительных блоков для большинства классов липидов.Все жирные кислоты, входящие в состав жиров, делят на две группы: насыщенные и ненасыщенные, содержащие ненасыщенные жирные кислоты, имеющие две и более двойных связи называют полиненасыщенными.Природные жирные кислоты весьма разнообразны, однако имеют ряд общих черт:- это монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводородные цепи;- почти все они содержат четное число атомов углерода от 14 до 22, чаще всего встречаются с 16 или 18 атомами углерода; - содержание ненасыщенных жирных кислот в липидах, как правило, выше, чем насыщенных. Двойные связи почти всех природных жирных кислот имеют цис-конфигурацию;- высшие жирные кислоты практически нерастворимы в воде, но их натриевые или калиевые соли, называемые мылами, образуют в воде мицеллы, стабилизируемые за счет гидрофобных взаимодействий. Мыла обладают свойствами поверхностно-активных веществ.
Жирные кислоты отличаются:
- длиной их углеводородного хвоста, степенью их ненасыщенности и положением двойных связей в цепях жирных кислот;- физическими свойствами. Обычно насыщенные жирные кислоты при температуре 22°С имеют твердую консистенцию, тогда как ненасыщенные представляют собой масла. Ненасыщенные жирные кислоты имеют более низкую температуру плавления; - структурной конфигурацией. В насыщенных жирных кислотах углеводородный хвост, в принципе может принимать бесчисленное множество конфигураций вследствие полной свободы вращения вокруг одинарной связи; однако, наиболее вероятной является вытянутая форма, поскольку она энергетически наиболее выгодна. В ненасыщенных кислотах наблюдается иная картина: невозможность вращения вокруг двойной связи (или связей) обусловливает жесткий изгиб углеводородной цепи. В природных жирных кислотах двойная связь, находясь в цис-конфигурации, дает изгиб цепи под углом приблизительно 30°. В жирных кислотах с несколькими двойными связями цис-конфигурация придает углеродной цепи изогнутый и укороченный вид.– химическими свойствами. Полиненасыщенные жирные кислоты быстро окисляются на открытом воздухе. Кислород реагирует с двойными связями с образованием пероксидов и свободных радикалов. Ненасыщенные жирные кислоты участвуют в реакциях присоединения по двойным связям, к ним легко присоединяются галогены.В высших растениях присутствуют в основном пальмитиновая кислота и две ненасыщенные кислоты - олеиновая и линолевая. Стеариновая кислота в растениях почти не встречается, а содержится в значительном количестве (25% и более) в некоторых твердых животных жирах (жир баранов и быков) и маслах тропических растений (кокосовое масло). Лауриновой кислоты много в лавровом листе, миристиновой – в масле мускатного ореха, арахиновой и бегеновой – в арахисовом и соевом маслах. Полиненасыщенные жирные кислоты - линоленовая и линолевая - составляют главную часть льняного, конопляного, подсолнечного, хлопкового и некоторых других растительных масел. Доля ненасыщенных жирных кислот в составе растительных жиров очень высока (до 90%), а из предельных лишь пальмитиновая кислота содержится в них в количестве 10-15%.
В организме человека и животных не могут синтезироваться такие важные кислоты, как линолевая, линоленовая и арахидоновая, и должны поступать в организм с пищей. Эти три кислоты получили название незаменимых жирных кислот. Комплекс этих кислот получил название витамина F. При длительном отсутствии в пище у животных наблюдается отставание в росте, сухость и шелушение кожи, выпадение шерсти. Описаны случаи недостаточности незаменимых жирных кислот и у человека. Так, у детей грудного возраста, получающих искусственное питание с незначительным содержанием жиров, может развиться чешуйчатый дерматит.
Механизм действия витамина F неизвестен, но установлено, что он участвует в регуляции обмена липидов; способствует выведению из организма холестерина, предупреждая и ослабляя атеросклероз; также оказывает благотворное влияние на стенки кровеносных сосудов, повышая их эластичность; являются (в частности арахидоновая кислота) предшественником гормонов - простагландинов, оказывающих влияние на обмен веществ, в частности, ряд простагландинов влияет на деятельность гладких мышц сосудов, в связи с чем их используют для лечения гипертонии, облегчения родов и т. д. Растительные масла не содержат арахидоновой кислоты. Она присутствует в продуктах животного происхождения (яйца, сердце, почки и т. д.) Ежедневно человеку необходимо потреблять в среднем 20-25 г растительного масла и 55-60 г животного.
Масла некоторых растений содержат значительное количество специфических жирных кислот, характерных именно для данных растений. В маслах из семян крестоцветных растений - рапса и горчицы содержится от 42 до 55 % ненасыщенной эруковой кислоты:
СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)11-СООН
Масло клещевины содержит рицинолевую кислоту - оксикислоту, имеющую гидроксильную группу у 12-го углеродного атома:
СН3-(СН2)5-СН-СН2-СН=СН -(СН2)7-СООН
|
ОН
Триацилглицеролы (жиры)
Нейтральные ацилглицеролы представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Простые ацилглицеролы не содержат ионных групп, являются нейтральными липидами, относятся к L-ряду.
Если жирными кислотами этерифицированы все три гидроксильные группы глицерина, то такое соединение называют триацилглицеролом (триглицерид), если две – диацилглицеролом (диглицерид) и, наконец, если этерифицирована одна группа – моноацилглицеролы(моноглицерид).Триацилглицеролы различаются природой и расположением трех остатков жирных кислот. В зависимости от типа остатков жирных кислот, нейтральные жиры делятся на простые и смешанные. Если во всех трех положениях стоят остатки одной и той же жирной кислоты, то их относят к простым триацилглицеролам, название которых определяется наванием сответствующей жирной кислоты (например, трипальмитин, тристеарин, триолеин и т.д.) если остатки разных жирных кислот, то их относят к смешанным триацилглицеролам (например, 1-олео-2-пальмито-3-стеарин).
Нейтральные ацилглицеролы служат главными составными частями природных жиров и масел, чаще всего это смешанные триацилглицеролы. По происхождению природные жиры делят на животные и растительные. Растительные жиры обычно называют маслами. В зависимости от жирно-кислотного состава жиры и масла по консистенции бывают жидкими и твердыми. Животные жиры (баранье, говяжье, свиное сало, молочный жир) обычно содержит значительное количество насыщенных жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.), благодаря чему при комнатной температуре они твердые.Жиры, в состав которых входит много ненасыщенных кислот (олеиновая, линолевая, линоленовая и др.), при обычной температуре жидкие и называются маслами.Жиры, как правило, содержаться в животных тканях, масла - в плодах и семенах растений. Особенно высоко содержание масел (20-60 %) в семенах подсолнечника, хлопчатника, сои, льна. Семена этих культур используются в пищевой промышленности для получения пищевых масел.По способам высыхать на воздухе масла подразделяются на высыхающие (льняное, конопляное), полувысыхающие (подсолнечное, кукурузное), невысыхающие (оливковое, касторовое). Это свойство масел определяется их жирно - кислотным составом. Триацилглицеролы способны вступать во все химические реакции, свойственные сложным эфирам. Наибольшее значение имеет реакция омыления, она может происходить как при ферментативном гидролизе, так и при действии кислот и щелочей. Жидкие растительные масла превращают в твердые жиры при помощи гидрогенизации. Этот процесс широко используется для изготовления маргарина и кулинарного жира.Жиры при сильном и продолжительном взбалтывании с водой образуют эмульсии – дисперсные системы с жидкой дисперсной фазой (жир) и жидкой дисперсионной средой (водой). Однако эти эмульсии нестойки и быстро разделяются на два слоя – жир и воду. Жиры плавают над водой, поскольку их плотность меньше плотности воды (от 0,87 до 0,97).Для получения стойких эмульсий жира в воде необходимо присутствие третьего вещества – эмульгатора, легко адсорбирующегося на поверхности раздела двух фаз. Молекула эмульгатора состоит из двух частей: из углеводородной цепи (гидрофобный хвост) и какой-либо полярной или ионной группы (гидрофильная головка). К таким соединениям относятся мыла, белки, фосфолипиды, соли желчных кислот. При взбалтывании жира с водой в присутствии эмульгатора происходит дробление жира на капли, на которых появляется тончайшая пленка, состоящая из адсорбированных молекул эмульгатора, гидрофобный конец которых погружен в капельку жира, а гидрофильный – в водную фазу.
Таким образом, эмульгатор формирует гидрофильную оболочку вокруг капель жира, образуя мелкодисперсную смесь с водой или эмульсию, которая приобретает свойство стабильности.Эмульгирование имеет большое физиологическое значение при всасывании и усвоении организмом жиров, а также при образовании биологических мембран. Эмульсии широко используются в пищевой промышленности (при приготовлении шоколада, майонеза, маргарина), мыловарении, при изготовлении косметических средств, в производстве красителей.
Воски
Это сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных спиртов жирного (реже ароматического ряда).
Воски являются твердыми соединениями с ярко выраженными гидрофобными свойствами. Природные воски содержат также некоторое количество свободных жирных кислот и высокомолекулярных спиртов. В состав восков входят как обычные, содержащиеся в жирах, – пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и др., так и жирные кислоты, характерные для восков, имеющие гораздо большие молекулярные массы, – карноубовая С24Н48О2, церотиновая С27Н54О2,монтановая С29Н58О2 и др.Среди высокомолекулярных спиртов, входящих в состав восков, можно отметить цетиловый – СН3–(СН2)14–СН2ОН, цериловый – СН3–(СН2)24–СН2ОН, мирициловый СН3–(СН2)28–СН2ОН.Воски встречаются как в животных, так и в растительных организмах и выполняют главным образом защитную функцию.В растениях они покрывают тонким слоем листья, стебли и плоды, тем самым, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, механических повреждений и поражения микроорганизмами. Нарушение этого налета приводит к быстрой порче плодов при их хранении.Например, значительное количество воска выделяется на поверхности листьев пальмы, произрастающей в Южной Америке. Этот воск, называемый карноубским, является в основном церотиново - мирициловым эфиром:
имеет желтый или зеленоватый цвет, очень тверд, плавится при температуре 83-900С, идет на выделку свечей.Среди животных восков наибольшее значение имеет пчелиный воск, под его покровом хранится мед и развиваются личинки пчелы. В пчелином воске преобладает пальмитиново - мирициловый эфир:
а также высокое содержание высших жирных кислот и различных углеводородов, плавится пчелиный воск при температуре 62-700С.Другими представителями воска животных является ланолин и спермацет. Ланолин предохраняет волосы и кожу от высыхания, очень много его содержится в овечьей шерсти.Спермацет – воск, добывающий из спермацетового масла черепных полостей кашалота, состоит в основном (на 90%) из пальмитиново - цетилового эфира:
твердое вещество, его температура плавления 41-490С.
Различные воска широко применяют для изготовления свечей, помад, мыла, разных пластырей.
Прогоркание жира
При хранении растительные масла, животные жиры, а также жиросодержащие продукты (масличные жиры, мука, крупа, кондитерские изделия, мясные продукты) под влиянием кислорода воздуха, света, ферментов, влаги приобретают неприятный вкус и запах. Иными словами жир прогоркает.Прогоркание жиров и жиросодержащих продуктов – результат сложных химических и биохимических процессов, протекающих в липидном комплексе.В зависимости от характера основного процесса, протекающего при этом, различают гидролитическое и окислительное прогоркание, Каждый из них может быть разделен на автокаталитическое (неферментативное) и ферментативное (биохимическое) прогоркание.При гидролитическом прогоркании происходит гидролиз жира с образованием глицерина и свободных жирных кислот.
Неферментативный гидролиз протекает с участием растворенной в жире воды и скорость гидролиза жира при обычных температурах невелика. Ферментативный гидролиз происходит при участии фермента липазы на поверхности соприкосновения жира и воды и возрастает при эмульгировании.В результате гидролитического прогоркания увеличивается кислотность, появляется неприятный вкус и запах, особенно при гидролизе жиров (молочного жира, кокосового и пальмового масел), содержащих низко- и среднемолекулярные кислоты, такие как масляную, валериановую, капроновую). Высокомолекулярные кислоты вкуса и запаха не имеют и повышение их содержания не приводит к уменьшению вкуса масел.В семенах растений содержится фермент триацилглицерол–липаза, она особенно активна в семенах клещевины и сои. Участие этого фермента в гидролизе жира зерна и продуктов его переработки (мука, крупа, макароны) приводит к снижению их потребительских свойств и способности к длительному хранению. Наиболее распространенным видом порчи жиров в процессе хранения является окислительное прогоркание. В первую очередь окислению подвергаются свободные, а не связанные в триацилглицеролах ненасыщенные жирные кислоты. Процесс окисления может происходить неферментативным и ферментативным путями.В результате неферментативного окисления кислород присоединяется к ненасыщенным жирным кислотам по месту двойной связи с образованием циклической перекиси, которая распадается с образованием альдегидов, придающих жиру неприятный запах и вкус:
Так же в основе неферментативного окислительного прогоркания лежат цепные радикальные процессы, в которых участвуют кислород и ненасыщенные жирные кислоты.
Под влиянием перекисей и гидроперекисей происходит дальнейший распад жирных кислот, также образуются альдегиды, кетоны и другие неприятные на вкус и запах вещества вследствие чего жир прогоркает. При ферментативном окислении этот процесс катализируется ферментом липоксигеназой с образованием перекисей и гидроперекисей.Специфичность этого фермента состоит в том, что действию фермента подвергаются лишь те полиненасыщенные жирные кислоты, которые содержат цис-цис-1,4-пентадиеновую группу (линолевая, линоленовая, арахидоновая). Процесс начинается с отщепления атома водорода у 3 атома углерода пентадиеновой группы жирной кислоты. Образовавшийся свободный радикал перемещается к 5-му атому углерода с одновременным перемещением двойной связи в сопряженное положение, которая при этом из цис-цис формы переходит в цис-транс изомер, в результате данного процесса идет образование гидроперекиси:
Жирные кислоты с цис-транс или транс-транс-конфигураций двойных связей ферментом не окисляется.
Липоксигеназа широко распространена в растительном жире. Она найдена в пшенице и других злаках, в семенах масличных и бобовых растений, особенно велико ее содержание в соевой муке. В результате действия этого фермента происходит прогоркание пищевых продуктов (муки, крупы, макарон и др.), образующиеся под воздействием гидроперекиси жирных кислот могут далее окислять ненасыщенные жирные кислоты, каротин, витамин А, аминокислоты и аскорбиновую кислоту. Таким образом снижается ценность продукта и изменяется цвет. В этом проявляется ее отрицательное действие.Активность липоксигеназы необходимо учитывать в некоторых технологиях, т.к. она может влиять на потребительские свойства готового продукта.Например, при производстве макарон требуется специальная макаронная мука, вырабатываемая из твердых сортов пшеницы, с низкой активностью липоксигеназы в муке, получается бледные макароны, из-за окисления ею пигментов муки (каротиноидов, флавоноидов и т.д.). Потребительские свойства (цвет) таких макарон не высокие.Поэтому при переработке сырья и выработке из него продуктов важны ингибиторы липоксигеназы, которые взаимодействуют с образующимися свободными радикалами. Эти ингибиторы прекращают процесс окисления, обрывая цепь превращений радикалов. Таким ингибитором является используемый в качестве антиоксиданта токоферол – витамин Е.Липоксигеназа может выполнять и положительную роль. При слабом ее действии небольшие количества гидроперекисей жирных кислот (окисляя группы –SH в белках и образуя дисульфидные группы –S–S–) «укрепляют» клейковину, ускоряют процесс «созревания» пшеничной муки, улучшает ее хлебопекарные достоинства.Разработана технология выработки хлеба из слабой пшеничной муки с использованием липоксигеназы. К пшеничной муке добавляют соевую или гороховую муку (источник липоксигеназы) и растительное масло (источник ненасыщенных жирных кислот). В результате разностороннего действия фермента (укрепление клейковины и обесцвечивание пигментов муки) улучшается цвет мякиша (он становится светлее) и увеличивается объем.Под действием ферментов липазы и липоксигеназы изменяется качество жиров и масел, которое характеризуется следующими показателями и числами:Кислотное число (К.ч.) – это количество миллиграммов гидроксида калия, необходимого для нейтрализации свободных жирных кислот в 1 г жира.При хранении масла наблюдается гидролиз триацилглицеролов, это приводит к накоплению свободных жирных кислот, т.е. возрастанию кислотности. Повышение К.ч. указывает на снижение его качества. Кислотное число является гостированным показателем масла или жира.Йодное число – это количество граммов йода, присоединившемуся по месту двойных связей к 100 г жира:
Йодное число позволяет судить о степени насыщенности масла (жира), о склонности его к высыханию, прогорканию и другим изменениям, происходящим при хранении. Чем больше содержится в жире ненасыщенных жирных кислот, тем выше йодное число. Уменьшение йодного числа в процессе хранения масла является показателем его порчи.
Перекисное число (П.ч.) показывает количество перекисей в жире, выражают его в процентах йода, выделенного из йодистого калия перекисями, образовавшимися в 1 г жира.
В свежем жире перекиси отсутствуют, но при доступе воздуха они появляются сравнительно быстро. В процессе хранения перекисное число увеличивается.
Число омыления (Ч.о.) – это количество миллиграммов гидроксида калия, необходимое для нейтрализации свободных и омыления связанных с глицерином жирных кислот в 1 г жира.
Фосфолипиды
Фосфолипиды являются структурными компонентами клеточных мембран и в небольшом количестве обнаружены в составе запасных отложений. Они легко образуют комплексы с белками и в виде фосфолипопротеинов присутствуют во всех клетках живых существ.Фосфолипиды найдены в животных и растительных организмах. Особенно много их содержится в нервных тканях, в сердце, печени животных. Много фосфолипидов в семенах растений, особенно в семенах масличных и бобовых культур.Фосфолипиды – твердые вещества жироподобного вида; они бесцветны, но быстро темнеют на воздухе вследствие окисления ненасыщенных жирных кислот. Они хорошо растворимы в большинстве неполярных органических растворителей (бензол, хлороформ, петролейный эфир) и масле. В воде они не растворимы, но могут образовывать эмульсии или коллоидные растворы.Фосфолипиды – сложные эфиры многоатомных спиртов с высшими жирными кислотами, содержащие в качестве добавочных групп остатки фосфорной кислоты и азотистых оснований.Из многоатомных спиртов в составе различных фосфолипидов найдены глицерин, миоинозит и сфингозин.В соответствии с этим фосфолипиды делят на три группы: глицерофосфолипиды, ионозитфосфолипиды и сфингофосфолипиды. В качестве высших жирных кислот в молекулах фосфолипидов содержится пальмитиновая, стеариновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты.Наиболее распространенными в природе являются глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды.
Глицерофосфолипиды
Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. В их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодержащее соединение. Общая формула глицерофосфолипидов выглядит так:
В этих формулах R1 и R2 – радикалы высших жирных кислот (как правило, R2–это ненасыщенная жирная кислота), а В – радикал азотистого основания.
В зависимости от характера азотистого основания среди фосфотидов различают фосфотидилхолины (лецитины), если фосфорная кислота соединена эфирной связью с азотистым основанием – холином [НО–СН2–СН2–N+(CН3)3]; фосфатидилэтаноламины (кефалины), если азотистым основанием служит этаноламин (HO-CH2-CH2-H3N+); фосфатидилсерины, если азотистым основанием является аминокислота серин (HO-CH2-CH-H3N+):
|
СОО-
Три первых вида азотосодержащих фосфатидов могут переходить друг в друга, т. к. они отличаются лишь строением азотистых оснований, между которыми возможна, например, такая генетическая связь:
В состав некоторых глицерофосфолипидов вместо азотосодеращих соединений входит не содержащий азота шестиуглеродный циклический спирт инозит, названный также инозитолом. Эти липиды называются инозитфосфолипиды или фосфатидилинозитолами:
Фосфотидилинозитолы обнаружены у животных, растений и микроорганизмах. В животном организме найдены в мозге, печени и легких.
Сфингофосфолипиды
Особую группу составляют фосфолипиды, у которых вместо глицерина содержится аминоспирт сфингозин, такие фосфолипиды называются сфингофосфолипидами. К наиболее распространенным сфинголипидам относят сфингомиелин.
В основном они находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань, также сфингомиелины обнаружены в ткани почек, печени и других тканей.Молекулы фосфолипидов, особенно глицерофосфолипидов и сфингофосфолипидов, обладают выраженной полярностью. В структуре фосфолипидов можно выделить два фрагмента: полярную голову, образованную фосфорной кислотой и азотосодержащим соединением (холин, этаноламин, серин) и гидрофобные «хвосты», образованные остатками высших жирных кислот.Благодаря такому строению фосфолипиды обладают следующими свойствами:- в растворах образуют слоистые структуры, которые играют очень важную роль в построении клеточных мембран. Фосфолипиды, образуя структурный матрикс мембран в виде двойных липидных слоев, являются основой любой биологической мембраны;- образуя комплексы с белками клеточных мембран, регулируют процессы транспорта ионов и других органических веществ через мембрану, обеспечивая нормальный ход обменных процессов в клетке;- являются природными антиоксидантами и предохраняют масла от окисления, легко окисляясь сами;
- хорошие поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные оказывать влияние на структурно-механические свойства клейковины, улучшая хлебопекарные достоинства пшеничной муки;- прекрасные эмульгаторы (особенно лецитин) и широко используются в пищевой промышленности при изготовлении шоколада, маргарина, майонеза.
Гликолипиды
Гликолипиды в отличии от фосфолипидов не содержат фосфорной кислоты, а вместо азотистого основания в их состав входят углеводы, чаще всего галактоза или ее производные. Из спиртов гликолипиды содержат глицерол или сфингозин, а также остатки жирных кислот.
Среди гликолипидов особенно широко распространены галактозилацилглицеролы.
Эти соединения содержатся в самых различных растительных тканях. Они обнаружены в митохондриях, хлоропластах и локализованы в мембранах; содержатся в водорослях, некоторых фотосинтезирующих бактериях.
Главной формой гликолипидов в животных тканях, особенно в нервной ткани, в частности в мозге, являются гликосфинголипиды. Последний содержит церамид, состоящий из спирта сфингозина и остатка жирной кислоты, и один или несколько остатков сахаров. Важнейшими гликосфинголипидами являются цероброзиды и ганглиозиды.
Простейшими цероброзидами являются галактозилцерамиды и глюкозилцерамиды. В состав галактозилцерамидов входит Д-галактоза, которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспирта сфингозина. Кроме того, в составе галактозилцерамида имеется жирная кислота. Чаще всего лигноцериновая, нервоновая или цереброновая кислота, т.е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома.
Рисунок 5 – Структура галактозилцерамида
Существуют сульфогалактозилцерамиды, которые отличаются от галактозилцерамидов наличием остатка серной кислоты, присоединенного к третьему углеродному атому гексозы.
Глюкозилцерамиды в отличие от галактозилцерамидов вместо остатка галактозы имеется остаток глюкозы.
Более сложными гликосфинголипидами являются ганглиозиды. Одним из простейших ганглиозидов является гематозид, выделенный из стромы эритроцитов. Он содержит церамид, по одной молекуле галактозы, глюкозы и N-ацетилнейраминовой кислоты. Ганглиозиды в большом количестве находятся в нервной ткани. Они выполняют рецепторные и другие функции.
Стероиды
Стероиды – широко распространенные в природе соединения. Это производные тетрациклических тритерпенов. Основу их структуры составляет циклопентанпергидрофенантреновое ядро:
К стероидам относят стерины (стеролы) – высокомолекулярные циклические спирты и стериды – сложные эфиры стеринов и высших жирных кислот. Стериды не растворяются в воде, но хорошо растворимы во всех жировых растворителях и входят в состав сырого жира. Стериды образуют омыляемую фракцию липидов. Стерины же при омылении жира остаются в неомыляемой фракции, составляя наибольшую ее часть.В организме человека и животных главным представителем стеринов (стеролов) является холестерин:
Холестерин играет важную роль в жизнедеятельности животного организма:
– участвует в построении биологических мембран. Находясь в составе мембран клеток, вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны, оказывает регулирующее влияние на состояние мембраны и на активность связанных с ней ферментов;– является предшественником образования в организме желчных кислот, а также стероидных гормонов. К этим гормонам относятся тестостерон (мужской половой гормон), эстрадиол (один из женских гормонов), альдестерон (образующийся в коре надпочечников и регулирующий водно – солевой баланс);– является провитамином витаминов группы Д. Холестерин под действием УФ-лучей в коже превращается в витамин Д3 (холекальциферол), который в свою очередь служит предшественником гормона, участвующего в регуляции обмена кальция и минерализации костной ткани. Так же нужно отметить, что при нарушении обмена веществ холестерин откладывается на стенках кровеносных сосудов, приводя к тяжелой болезни – атеросклерозу.
В растениях и дрожжах содержится эргостерин (эргостерол):
При облучении эргостерола УФ из него образуется витамин Д2 (эргокальциферол). Для промышленного изготовления витаминов группы Д (антирахитические витамины) используют дрожжи, они содержат свыше 2% стеридов и стеролов на сухое вещество.В растительных маслах (соевое. кукурузное, масла пшеничных зародышей) содержится обычно от двух до четырех различных стеролов, отличающихся друг от друга количеством, расположением