В групу ліпідів – важливих органічних компонентів рослинних і тваринних клітин - крім воску і стероїдів, входять також і жири. Вони є не тільки найбільш поширеними, але і найбільш значущими постачальниками енергії для всіх життєвих функцій організму: синтезу пластичних речовин, росту, розмноження. Що таке жир, з яких компонентів складається, які властивості і функції для нього характерні – на ці та багато інші питання ви отримаєте відповіді в нашій статті.

Особливості фізичних властивостей

Здатність розчинятися в органічних розчинниках і антагоністичне ставлення до води - це візитна картка ліпідів. Всі вони легше води і маслянисті на дотик. Шкіра, папір та інші волокнисті або пористі матеріали швидко вбирають їх надлишки. З досвіду відомо, що плями жиру на одязі можна вивести за допомогою бензину, тетрахлорметану, ацетону або сірковуглецю. Складні ефіри вищих карбонових кислот і спирту гліцерину можуть мати два агрегатних стани: рідкий або твердий. Як рослинні, так і тваринні жири, властивості і застосування яких ми вивчаємо, є складними ефірами, структурна формула яких визначається тим, які карбонові кислоти входять до їх складу.

Органічні кислоти

Це велика група речовин, що містять карбоксильні групи, пов'язані ковалентними зв'язками з вуглеводневими радикалами. Якщо вони мають у вуглецевому кістяку молекули пі-зв'язку, тобто є неграничними, то з'єднання буде рідким. Наприклад, оливкова, лляна або соняшникова олія містить олеїнову і ліноленову кислоти з неграничними типами хімічного зв'язку. Винятком тут буде кокосове масло, яке відноситься до рослинних ліпідів, але воно не рідке, а тверде. Харчові тваринні жири мають тверду консистенцію. Це свинячий або яловичий жир, а також вершкове масло і різні сорти спреду. У своєму складі вони містять насичені карбонові кислоти - стеаринову і пальмітинову. Цікаво, що природні ліпіди являють собою не окреме з'єднання, а суміш різних гліцеридів – естерів гліцерину і високомолекулярних карбонових кислот.

Будова молекули

Для людини, далекої від теоретичних основ хімії і не знайомого з положеннями вчення А. М. Бутлерова, структурна формула навіть найпростішого ліпіду здаватиметься громіздкою і малозрозумілою. Щоб не ускладнювати яка викладається тему, скажемо наступне: обов'язкова присутність у молекулі трехатомного спирту гліцерину і залишків органічних кислот з не менш ніж 15 атомами карбону в вуглецевому кістяку – це те, з чого складається жир рослинного або тваринного походження. І неважливо, чи є ліпід природним або ж він отриманий синтетичним шляхом. Головне, що всі вони, без винятку, відносяться до класу складних ефірів і утворюються в результаті реакції етерифікації. Ще одна цікава деталь. Аж до початку XIX століття в науці існувала думка про те, що органічні речовини: білки, вуглеводи та ліпіди - можна отримати тільки з живих організмів. Французький хімік М. Бертло у 1854 році синтезував жир у своїй лабораторії з гліцерину і жирних кислот. Цим він спростував помилкові уявлення про особливу вийнятковість органічних сполук і неможливості одержання їх штучним шляхом.

Реакція етерифікації

З чого складається жир, отриманий промисловим способом? Його склад залежить від того, які карбонові кислоти вступили в реакцію з гліцерином. Нагадаємо, що якщо в складі тригліцеридів є ненасичені кислоти, то він буде рідким, тобто маслом, а насичені карбонові кислоти входять до тверді види ліпідів. Процес етерифікації проводять у присутності сильних неорганічних кислот – сірчаної або хлоридною, отримані продукти швидко виводять зі сфери реакції, щоб не допустити гідроліз отриманого жиру. Самі вихідні реагенти завжди беруть у надлишку, це також підвищує його практичний вихід.

Види і функції жирів

Отже, основними агрегатними станами даних сполук є рідка або тверда фази. Масла містять ненасичені карбонові кислоти з однією або декількома подвійними зв'язками. Наприклад, олеїнова кислота має одну пі-зв'язок і є мононенасищенной, зустрічається в складі оливкової або ріпакової олії і входить до складу арахісу, авокадо і маслин. Риб'ячий жир, мідії, волоські горіхи, а також соняшникова олія багаті на поліненасичені кислоти: арахідонову, лінолеву і ліноленову. Біологічні функції жирів не так різноманітні, як, наприклад, у білків, проте всі вони є життєво необхідними. Це: захист, забезпечення енергією, видільні та теплоізоляційні властивості. Вони притаманні усім речовин цього класу і не залежать ні від того, з чого складається жир, ні від того, в якому організмі він знаходиться. Ліпіди, що виділяються сальними залозами, змазують шкіру і захищають її від сухості. Вони не допускають проникнення всередину шкірних покривів надлишку води, що забезпечує захист від набряків. Речовини, вхідні до складу жирового тіла комах, наприклад різних видів жуків, що накопичують токсичні продукти обміну речовин, тим самим виконуючи видільну функцію.

Харчова цінність

Можна розрізняти ліпіди і за таким критерієм, як швидкість розщеплення і якісний склад гідролізату. Цей показник враховується при складанні різного роду дієт, в дитячому харчуванні, в організації режиму харчування людей, які страждають хронічними серцево-судинними захворюваннями та хворобами шлунково–кишкового тракту. Які жири корисні для організму? Відомо, що раціон, багатий на ліпіди, що містять Омега-3 і Омега-6 жирні кислоти, сприяє підтримці нормального рівня холестерину і сприятливо позначається на проникності судин. Для цього їжа людини повинна містити лляна та оливкова олія, риб'ячий жир. Надлишок в продуктах харчування твердих видів ліпідів: свинячого сала, вершкового масла і маргарину, призводить до утворення на стінках артерій холестеринових бляшок, що утрудняють циркуляцію крові та провокують утворення в них тромбів. Це неминуче призводить до підвищення ризику ішемічної хвороби серця, часто закінчується інфарктом. Щоб уникнути подібних проблем, вживання жирів повинно підкорятися наступним правилом: у раціоні харчування людини, відповідально ставиться до свого здоров'я, необхідно присутність продуктів, що містять ненасичені жирні кислоти.

Гідрогенізація: що це таке?

Раз вже ми згадали про маргарині, то тепер саме час дізнатися, як його отримують. Це твердий штучно синтезований жир, сировиною для якого служать недорогі сорти харчових рослинних масел. Щоб перевести їх у твердий стан, проводять хімічну реакцію, насичуючи масла воднем, атоми якого приєднуються в місцях розриву подвійних зв'язків в залишки неграничних кислот. Процес вимагає підвищеного тиску, нагрівання і наявності порошкоподібного нікелю в як каталізатора. Отриманий продукт гідрогенізації – твердий жир, називають саломасом і використовують в якості сировини при виробництві гліцерину, мила або стеарину. З чого складається жир, званий маргарином? Це харчовий продукт, який містить, крім саломасу, тварини ліпіди, молоко, сіль, цукор, вітаміни, харчові барвники та ароматизатори. Такий жир часто називають легким маслом або спредом, він значно дешевше вершкового масла і менш калорійний, що дозволяє використовувати в дієтичному харчуванні.

Гідроліз – основна хімічна властивість

Раніше ми встановили, що жири складаються з гліцерину та жирних кислот, які є вихідними реагентами в реакції етерифікації. У присутності води і під дією травних ферментів в різних відділах шлунково-кишкового тракту відбувається їх розщеплення, яке супроводжується виділенням найбільшого, порівняно з іншими органічними сполуками – білками і вуглеводами, кількості енергії. З одного грама жиру при повному його окисленні можна отримати 389 кДж енергії. Це в два рази більше, ніж при гідролізі глюкози. Тому на питання про те, що таке жир, відповіддю може бути наступне твердження: це найбільш важливе органічне речовина, що забезпечує клітини необхідної для їх життя енергією. Більш того, розпад ліпідів супроводжується виділенням великої кількості молекул Н 2 О.

Ліпіди як прихований резервуар води

Адаптуючись до різних абіотичних умов, живі істоти прагнуть забезпечити себе необхідними для їх життєдіяльності сполуками, головну роль серед яких відіграє вода. Це мешканці степів і пустель: верблюди, тушканчики, ховрахи, миші-полівки і т. д. Крім того, тварини, переносять зимову або літню сплячку: бурий ведмідь, піщаний ховрах, багато видів землерийок і комах, отримують необхідну воду також в результаті розщеплення запасів у підшкірній клітковині або жировому тілі. Є деякі види комах, наприклад міль, які взагалі не мають потреби у зовнішніх джерелах води, а витягують її з реакцій дисиміляції органічних речовин.

Ліпіди як будівельний матеріал клітин

Найважливіші компоненти живих систем – це біологічні мембрани. Завдяки рідинно-мозаїчній будовою, вони володіють унікальними функціями: виборчою проникністю, сигнальними та захисними властивостями. До складу всіх клітинних мембран входять ліпіди, близько 30 % з яких з'єднані з білковими глобулами, а інші знаходяться в рідкій фазі. Ми пам'ятаємо, з яких речовин складаються жири – це гліцерин і залишки органічних кислот, молекули яких розташовані у вигляді подвійного шару. Гідрофільні компоненти орієнтовані до зовнішньої і внутрішньої частин мембрани, а нерозчинні у воді ділянки повернені в її середину. Більшість клітинних органел, наприклад таких, як ядро, хлоропласти, мітохондрії, апарат Гольджи, ендоплазматична мережа і лізосоми, мають мембранну структуру. Всі вони містять молекули жиру, які є будівельним матеріалом клітини.

Захисні властивості

Жири в організмі людини та інших ссавців тварин входять до складу підшкірної жирової клітковини. Вони можуть служити бронею, надійно прикриває життєво важливі органи, наприклад нирки, від механічних струсів при русі, також від ударів і травм. Якщо умови існування організму екстремальні, наприклад, він подовгу перебуває у крижаній воді, то жирові запаси рятують його від переохолодження. У тюленів, моржів і морських котиків ліпідний шар може становити 15-20 см, а у самого великого у світі тварини – синього кита, він перевищує в товщину півметра! Тому на питання про те, що таке жир, можна відповісти так: це основний теплоізоляційний матеріал гомойотермних організмів, тобто тих, хто підтримує постійну температуру свого тіла.

Що відбувається з жирами в нашому організмі?

Продукти, багаті ліпідами, частково розщеплюються в шлунку під дією ферментів, що виділяються слизовою оболонкою. Але основний їх гідроліз відбувається у дванадцятипалій кишці під дією ліпази, що входить до складу панкреатичного соку. Важлива роль належить і жовчі, продукується печінкою. Вона, подібно дробильному апарату, розбиває макромолекули ліпідів на більш дрібні частини – емульгує їх. Це сприяє кращому і більш швидкому процесу гідролізу, що призводить до утворення гліцерину і жирних кислот. Гідролізат всмоктується ворсинками тонкого кишечника спочатку сліпо замкнені капіляри лімфатичної системи, а вже з них надходить у кров. З гліцерину і карбонових кислот клітини синтезують жири, специфічні для даного організму, частина з яких може відкладатися в підшкірну жирову клітковину і сальник – своєрідні жирові депо. В періоди тривалого голодування, при важких фізичних навантаженнях або стресах ці запаси організм витрачає, щоб отримати енергію.

Обмін ліпідів і вуглеводів

Обидві групи органічних сполук: цукру і жири, клітини можуть використовувати в якості енергетичного матеріалу. Надлишок глюкози гепатоцити перекладають у форму полімеру – тваринного крохмалю-глікогену. Продукти гідролізу ліпідів також потрапляють і в печінку, де перетворюються в той же глікоген. Надлишок вуглеводів, що надійшли в шлунково-кишковий тракт при неправильному харчуванні, у свою чергу, трансформується в жир, і людина швидко набирає вагу. Ці факти служать доказами взаємозв'язку жирового і вуглеводного обміну, підтверджуючи важливу роль ліпідів в нашому організмі.