В настоящее время основное количество липидов получают из природных объектов

Липиды, выделенные из ряда растений и животных, - основное сырье для получения важнейших пищевых и технических продуктов (растительного масла, животных жиров, в том числе сливочного масла, маргарина, глицерина, жирных кислот и др.).

Классификация

Липиды представляют собой смесь веществ, относящихся к различным классам органических соединений, но имеющих общие признаки: нерастворимость в воде (гидрофобность) и хорошая растворимость в органических растворителях (бензине, хлороформе, диэтиловом эфире и др.),

Большинство исследователей относят к липидам природные производные высших жирных кислот, спиртов и альдегидов, связанные сложноэфирной, простой эфирной, амидной и гликозидной связями.

Состав липидов исключительно сложен и зависит от:

- источника получения (растения, животные, микроорганизмы);

- его состояния (вида, возраста, питания и т.д.);

- методов выделения (экстракция, прессование и т.д.);

- и многих других факторов.

Сложность состава, разнообразие входящих в липиды компонентов – причина того, что до настоящего времени отсутствует единое, принятое всеми определение этой группы биорганических соединений и их строгая научная классификация.

Наиболее целесообразно классифицировать липиды в зависимости от их:

- биологических функций;

- отношения к химическим реагентам;

- химической природы.

По своим функциям в живом организме липиды делятся на:

- структурные;

- запасные;

- защитные.

Структурные липиды – группа липидов, которые образуют сложные комплексы с белками и углеводами, из которых построены мембраны клетки и клеточных структур. Они участвуют в разнообразных процессах, протекающих в клетке. К ним относятся фосфо-, глико-, сульфо- и некоторые другие липиды

Запасные липиды – группа липидов, которые являются энергетическим резервом организма (играют роль аккумулятора химической энергии), участвуют в обменных процессах, используются организмом при недостатке питания и заболеваниях. К ним относятся, в основном, ацилглицерины.

Защитные липиды – группа липидов, которые предохраняют от переохлаждения (организм у животных), от механических повреждений (у животных - внутренние органы, у растений – поверхность листьев, семян и плодов) и т.п. К ним относятся: подкожные жировые ткани (ацилглицерины) - у животных, воски – у растений.

По другой классификации липидов - в зависимости от их отношения к щелочам (из химических реагентов, которыми воздействуют на липиды, наиболее часто используют щелочи) липиды делят на две большие группы:

- омыляемые липиды;

- неомыляемые липиды.

Омыляемые липиды – группа липидов, которые при взаимодействии со щелочами (щелочной гидролиз) гидролизуются с образованием «мыла» - солей высокомолекулярных кислот.

Неомыляемые липиды – группа липидов, которые не взаимодействуют со щелочами, т.е. не подвергаются щелочному гидролизу (стерины, жирорастворимые витамины, простые эфиры и т.д.).

По третьей классификации – по химическому составу (химической природе), липиды (также как и в предыдущем случае) делят на две большие группы:

- простые липиды;

- сложные липиды.

ПРОСТЫЕ ЛИПИДЫ

Простые липиды – липиды, молекула которых не содержит атомов азота, фосфора, серы.

К простым липидам относятся:

- высшие карбоновые кислоты;

- воски;

- триольные липиды;

- диольные липиды;

- гликолипиды.

Высшие карбоновые кислоты

Из различных тканей и клеток выделено свыше 70 различных карбоновых кислот. Отдельные наиболее важные представители приведены в таблице.

Таблица

Основные карбоновые кислоты, входящие в состав липидов

Кислота	Число атомов С	Формула
Лауриновая Миристиновая Пальмитиновая Стеариновая Арахиновая Бегеновая Лигноцериновая Церотиновая Монтановая Мелиссиновая   Олеиновая Эруковая Нервоновая Линолевая Линоленовая Арахидоновая     Рицинолевая   Чалмугровая		Насыщенные кислоты CH3-(CH2)10 -COOH CH3-(CH2)12 -COOH CH3-(CH2)14 -COOH CH3-(CH2)16 –COOH CH3-(CH2)18 –COOH CH3-(CH2)20 –COOH CH3-(CH2)22 –COOH CH3-(CH2)24 –COOH (встречается в восках) CH3-(CH2)26 –COOH (встречается в восках) CH3-(CH2)28 –COOH Ненасыщенные кислоты CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)11-COOH CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)13-COOH CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH CH3-(CH2-CH=CH)3-(CH2)7-COOH CH3-(CH2)3-(CH2-CH=CH)4-(CH2)3-COOH   Оксикислоты CH3-(CH2)5-CHOH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH   Циклические кислоты   -(CH2)12-COOH

Почти все они содержат, в основном, от 12 до 22 атомов углерода, хотя встречаются и низкомолекулярные кислоты (C₂-C₁₀). Кислоты с числом атомов углерода свыше 24 присутствуют, главным образом, в восках.

Большинство из кислот, однако, присутствует лишь в незначительном количестве. Наиболее часто встречаются кислоты с 16 и 18 атомами углерода в цепи.

Молекулы большинства кислот построены из неразветвленных углерод-углеродных цепей, содержащих четное число углеродных атомов.

Кислоты, содержащие нечетное число атомов углерода, имеющие разветвленную углеродную цепочку, содержащие циклические фрагменты, включающие окси-, кето-, эпоксигруппы в большинстве природных объектов встречается в незначительных количествах.

Ненасыщенные кислоты распространены больше, чем насыщенные. Наиболее часто встречаются кислоты с содержанием непредельных (двойных) связей равным от 1 до 3.

Двойная связь, чаще всего, находится между 9 и 10 атомами углерода. Если непредельных связей несколько, то они разделены (одной или несколькими) метиленовой (-CH₂-) группой.

Большинство ненасыщенных кислот имеет цис-конфигурацию.

Некоторые кислоты с несколькими двойными связями (линолевая, линоленовая) в человеческом организме не синтезируются (арахидоновая синтезируется из линолевой), поэтому они получили название «незаменимых» или «эссенциальных».

Они синтезируются только растениями и поэтому являются необходимыми компонентами пищи. В организмах животных они необходимы как исходные материалы в синтезе простагландинов, недостаток которых вызывает замедление роста, поражение кожи, нарушение функции почек, органов размножения.

Воски

Воски широко распространены в природе. Они относятся к группе липидов выполняющих, главным образом, защитные функции (например, в растениях они покрывают тонким слоем листья, стебли, стволы и плоды, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов).

С химической точки зрения можно сказать, что воски – сложные эфиры высших одноосновных кислот и высших одноатомных спиртов.

В состав восков входят главным образом кислоты, содержащие 24-32 атома углерода, и спирты, содержащие 14-30 атомов углерода. Некоторые основные спирты, входящие в состав восков, приведены в таблице.

Таблица

Основные спирты липидов

В зависимости от происхождения различают воски:

- растительные (карнаубский воск – воск покрывающий листья пальм);

- животные (спермацет кашалота, жиропот овечьей шерсти);

- вырабатываемые насекомыми (пчелиный воск);

- ископаемые (горный воск, воск бурых углей).

Выделенные из природных источников воски содержат значительное количество примесей свободных жирных кислот, спиртов, углеводородов.

Исследования последних лет показали, что воска помимо сложных эфиров содержат предельные углеводороды с нечетным числом атомов углерода (от С₂₁ до С₃₇), которые являются продуктами декарбоксилирования входящих в их состав кислот. Кроме того, воска содержат первичные спирты с четным числом углеродных атомов (от С₂₂ до С₃₂) и свободные высшие жирные кислоты (от С₁₄ до С₃₄).

Большая часть восков – твердые, упругие вещества, нерастворимые в воде и при комнатной температуре довольно плохо растворимые во многих органических растворителях.

В химическом отношении воски (особенно содержащие остатки насыщенных жирных кислот) отличаются значительной стойкостью – с трудом омыляются, стойки к действию кислорода воздуха.

Свойства восков определяют и пути их использования. Они используются в медицинской промышленности, в косметике при изготовлении кремов и помад, в бытовой химии в качестве компонентов лощильных составов, продуктов для получения разнообразных моющих средств, в качестве электроизоляционных покрытий.

Триольные липиды

Глицерин – одно из соединений, которое может выполнять роль «центрального» структурного фрагмента целого ряда липидов. Поскольку глицерин является трехатомным спиртом или триолом, такие липиды получили название триольных липидов.

Триольные липиды, в зависимости от того с какими веществами реагировал глицерин для их образования, подразделяются на:

- ацильные;

- алкильные;

- алкенильные.

Ацильные триольные липиды – липиды, представляющие собой продукт взаимодействия (сложный эфир) глицерина и высших жирных карбоновых кислот. Такие липиды, содержащие сложноэфирную связь, еще называют глицеридами или ацилглицеринами.

Для наименования глицеридов чаще всего применяется следующий принцип: нумеруются атомы углерода глицерина (1,2,3) и указывается название, количество и положение заместителей с добавлением слова глицерин.

Число ацилов, входящих в состав глицерида, может быть различно (моно-, ди-, три-).

H₂C-O-CO-R H₂C-O-CO-R H₂C-O-CO-R

½ ½ ½

HC-O-CO-R HC-O-CO-R HC-OH

½ ½ ½

H₂C-O-CO-R H₂C-OH H₂C-OH

триацилглицерин диацилглицерин моноацилглицерин

(триглицерид) (диглицерид) (моноглицерид)

где R - углеводородные радикалы.

Положение ацилов, входящих в состав глицеридов, может быть также различно.

H₂C-O-CO-R H₂C-O-CO-R H₂C-O-CO-R H₂C-OH

½ ½ ½ ½

HC-O-CO-R HC-O HC-OH HC-O-CO-R

½ ½ ½ ½

H₂C-OH H₂C-O-CO-R H₂C-OH H₂C-OH

1,2-диацилглицерин 1,3-диацилглицерин 1-моноацилглицерин 2-моноацилглицерин

(1,2-диглицерид) (1,3-диглицерид) (1-моноглицерид) (2-моноглицерид)

где R - углеводородные радикалы.

Ацилы, входящие в состав глицеридов, могут различаться не только своим числом и положением, но и по составу.

H₂C-O-CO-R₁ H₂C-O-CO-R₁ H₂C-O-CO-R₁ H₂C-O-CO-R₁

½ ½ ½ ½

HC-O-CO-R ₂ HC-O-CO-R₃ HC-O-CO-R₁ HC-O-CO-R₂

½ ½ ½ ½

H₂C-O-CO-R₃ H₂C-O-CO-R₂ H₂C-O-CO-R₃ H₂C-O-CO-R₁

где R₁, R₂, R₃ - углеводородные радикалы.

Из ацилглицеринов наиболее важными и распространенными являются триглицериды. Они составляют основную массу липидов (иногда до 95-96 %) и именно их называют жирами.

В зависимости от консистенции, различают твердые и жидкие жиры .

Твердые жиры – это жиры животного происхождения (говяжий, бараний, свиной жиры и т.п.). В составе этих жиров преобладают остатки предельных высших карбоновых кислот (предельные ацилы).

Жидкие жиры – это жиры (или масла), добываемые из растительного сырья (подсолнечное, хлопковое, оливковое масла и т.п.). В составе этих масел преобладают остатки непредельных высших карбоновых кислот (непредельные ацилы).

Следует заметить, что консистенция жира не всегда соответствует характеру ацила (так например, в жидком растительном кокосовом масле преобладают предельные ацилы).

Природные жиры и масла содержат главным образом смешанные триглицериды, включающие остатки различных кислот. По ненасыщенности их делят на четыре группы:

- мононасыщенные;

- динасыщенные;

- тринасыщенные;

- ненасыщенные.

Большинство природных жиров и масел представляет собой смесь глицеридов (главным образом смешанных), отличающихся сочетанием относительно небольшого числа жирных кислот (5-10 высших кислот с 14-22 атомами углерода). Карбоновые кислоты, остатки которых входят в состав ацилглицеринов, были приведены ранее.

Несмотря на относительно небольшое количество основных кислот, участвующих в образовании глицеридов, количество возможных триглицеридов может быть значительным (см. таблицу). Поэтому состав жиров и масел достаточно сложен.

Таблица

Зависимость числа глицеридов от числа кислот в жире

Свойства конкретных жиров и масел определяются составом жирных кислот, участвующих в построении молекул ацилглицеринов и положением (1,2,3), которое занимают остатки (ацилы) этих кислот в их молекулах.

В природных растительных триглицеридах, например, 1-е и 3-е положения заняты предпочтительно остатками насыщенных кислот, 2-е положение занято предпочтительно остатком ненасыщенной кислоты.

Алкильные триольные липиды - липиды, представляющие собой продукт взаимодействия глицерина и высших спиртов алифатического ряда. Такие липиды, содержат простую эфирную связь.

В состав алкильных липидов входят высокомолекулярные спирты, главным образом с неразветвленной цепочкой, содержащие четное число углеродных атомов в молекуле. Основные спирты липидов были приведены ранее (см.таблицу). Наиболее распространенные спирты алкильных липидов: гексадеканол, октадеканол, 9-октадецен-1-ол.

В природных объектах большинство алкильных липидов присутствует в виде диацильных производных.

H₂C-O-R H₂C-O-R

½ ½

HC-OH HC-O-CO-R

½ ½

H₂C-OH H₂C-O-CO-R

диацильная производная

Алкильные липиды обнаружены в растениях, животных и микроорганизмах. В наибольшем количестве они содержатся в липидах морских животных.

Алкенильные триольные липиды - липиды, представляющие собой продукт взаимодействия глицерина и высших альдегидов алифатического ряда. Такие липиды содержат винильноэфирную группировку (-O-CH=CH-) и имеют еще одно название – плазмалогены.

OH

½

H₂C-OH HOC-CH₂-R H₂C-O-CH-CH₂-R H₂C-O-CH=CH-R

½ ½ ½

HC-OH + --® HC-OH -----® HC-OH

½ ½ -H₂O ½

H₂C-OH H₂C-OH H₂C-OH

Альдегиды, участвующие в построении плазмалогенов, содержат обычно 16-18 атомов углерода и имеют неразветвленные углеродные цепочки.

Ненасыщенные альдегиды представлены моноенами (содержат одну двойную углерод-углеродную связь). Главный представитель моноенов – олеиновый альдегид CH₃-(CH₂)₇-CH=CH-(CH₂)₇-COH

В природных объектах большинство плазмалогенов (также как и алкильные липиды) присутствует в виде диацильных производных.

При кислотном гидролизе плазмалогенов образуются высшие альдегиды алифатического ряда и диацилглицерины:

H₂C-O-CH=CH-R H₂C-OH HOC-CH₂-R

½ +H₂O, H⁺ ½

HC-O-CO-R₁ -----------® HC-O-CO-R₁ +

½ ½

H₂C-O-CO-R₂ H₂C-O-CO-R₂

плазмалоген диацилглицерин высший альдегид

При щелочном гидролизе плазмалогенов образуются алкениловые эфиры глицерина и высшие жирные кислоты.

H₂C-O-CH=CH-R H₂C-O-CH=CH-R

½ +H₂O, OH^- ½

HC-O-CO-R₁ -----------® HC-OH + HOOC-R₁

½ ½

H₂C-O-CO-R₂ H₂C-OH HOOC-R₂

плазмалоген алкениловые эфиры высшие кислоты

глицерина

Плазмалогены обнаружены в липидах млекопитающих, молочном жире, желтке яйца, липидах морских животных.

Производные глицерина с простой эфирной связью (алкильные липиды и пламалогены) не имеют промышленного применения (как например, производные глицерина со сложноэфирной связью - ацилглицерины), но они играют большую роль в разнообразных процессах, протекающих в живом организме.

Диольные липиды

В последние годы обнаружено, что у целого ряда липидов роль «центрального» структурного фрагмента (помимо глицерина) могут выполнять двухатомные спирты (диолы) различного строения. Поэтому такие липиды получили название диольных липидов.

Из диолов чаще всего в построении диольных липидов участвуют: этиленгликоль; 1,2- и 1,3-пропандиолы; 1,4-бутандиол.

Диольные липиды (также как и триольные), в зависимости от того с какими веществами реагировал диол для их образования, подразделяются на:

- ацильные;

- алкильные;

- алкенильные.

Ацильные диольные липиды – липиды, представляющие собой продукт взаимодействия (сложный эфир) диола и высших жирных карбоновых кислот. Такие липиды, содержат сложноэфирную связь.

H₂C-O-CO-R₁ H₂C-O-CO-R₁ H₂C-O-CO-R₁

½ ½ ½

(CH₂)_n HC-O-CO-R₂ H₂C-O-CO-R₂

½ ½

H₂C-O-CO-R₂ H₃C

где R₁, R₂ – углеводородные радикалы

Алкильные диольные липиды - липиды, представляющие собой продукт взаимодействия диола и высших спиртов алифатического ряда. Такие липиды, содержат простую эфирную связь.

H₂C-O-R₁ H₂C-O-R₁ H₂C-O-R₁

½ ½ ½

(CH₂)_n HC-O-CO-R₂ H₂C-O-CO-R₂

½ ½

H₂C-O-CO-R₂ H₃C

где R₁, R₂ – углеводородные радикалы

Алкенильные диольные липиды - липиды, представляющие собой продукт взаимодействия диола и высших альдегидов алифатического ряда. Такие липиды содержат винильноэфирную группировку (-O-CH=CH-).

H₂C-O-CH=CH-R₁ H₂C-O-CH=CH-R₁ H₂C-O-CH=CH-R₁

½ ½ ½

(CH₂)_n HC-O-CO-R₂ H₂C-O-CO-R₂

½ ½

H₂C-O-CO-R₂ H₃C

где R₁, R₂ – углеводородные радикалы

Диольные липиды в значительном количестве присутствуют в липидах морских организмов.

По своим химическим свойствам они напоминают аналогичные производные глицерина.

Гликолипиды

Гликолипидами называется большая и разнообразная группа липидов, в состав молекулы которых входят остатки моноз.

Чаще всего в построении молекулы гликолипидов участвуют D-галактоза, D-глюкоза, уроновые кислоты.

Гликолипиды широко распространены в растениях, животных и микроорганизмах.

Они выполняют функции структурных липидов, участвуя в построении мембран, им принадлежит важная роль в формировании клейковины пшеницы, определяющей хлебопекарное достоинство муки.