Содержание

Урок по биологии на тему «Липиды и их роль в жизнедеятельности клетки» (10 класс)

   Урок в 10 классе на тему «Липиды и их роль в жизнедеятельности клетки»

Задачи урока:

Образовательные: сформировать знания об особенностях строения и функциях органических веществ — группы липиды, продолжить формирование умений устанавливать связи между строением и функциями веществ;

Развивающие: развивать умения выделять главное, существенное, сравнивать, анализировать  и обобщать; развивать воображение, логическое мышление, внимание и память;

Воспитательная: воспитывать интерес к предмету, коллективизма, точность и быстроту ответов; осуществлять эстетическое воспитание.

Тип урока: комбинированный.

Формы работы: индивидуальная, в парах

Средства обучения: презентация «Липиды»,

Ход урока

  1. Организационный момент

  2. Проверка знаний об углеводах

  3. Изучение нового материала

1. Строение и классификация липидов

2. Функции липидов

4. Закрепление пройденного материала

5. Дом задание: & 10 вопрос

Ход урока

Повторение

Тестирование по теме «Вода. Углеводы»

Выберите несколько верных ответов:

1.Какие из перечисленных углеводов относят к моносахаридам?

А) крахмал б) гликоген в) глюкоза г) рибоза д) мальтоза Е) лактоза ж) целлюлоза

з) дезоксирибоза

2. Какие из перечисленных углеводов относят к полисахаридам?

А) крахмал б) гликоген в) глюкоза г) рибоза д) мальтоза Е) лактоза ж) целлюлоза з)дезоксирибоза

3. Какие из перечисленных углеводов относят к дисахаридам?

А) крахмал б) гликоген в) глюкоза г) рибоза д) мальтоза Е) лактоза

ж) целлюлоза з) дезоксирибоза

4. Какие функции выполняют углеводы?

А) структурную б) энергетическую в) каталитическую г) запасающую

Выберите один ответ:

5 . Каковы функции воды в клетке?
а) Передача наследственной информации; б) среда для химических реакций;
в) источник энергии.

6 . К гидрофильным веществам относят: а) крахмал; б) сахар; в) жиры.

7 . Какие ионы входят в состав гемоглобина? а) Mg2+; б) Fe2+; в) Zn2+.

8. Какие соединения играют важную роль в поддержании постоянства физиологического раствора?

А) белок б) АТФ в) хлорид натрия г) инсулин

Изучение нового материала.

Актуализация пройденного материала.

В 9 классе мы знакомились с органическими веществами клетки. На прошлом уроке мы познакомились более подробно с углеводами. А что собой представляют липиды? Какова роль липидов в организме

Как вы уже поняли тема нашего урока: «Липиды и их роль в жизнедеятельности клетки»

Липиды — обширная группа жиров и жироподобных веществ, Липиды гидрофобны.

?? Как мы можем объяснить данное понятие? (липиды нерастворимы в воде)

Липиды можно извлечь из клетки органическими растворителями — эфиром, хлороформом и бензином. В клетках содержится от 5 до 90 %

?? В каких организмах содержатся 90 % липидов (семена подсолнечника, подкожный жир у животных).

По химическому строению липиды подразделяются на несколько групп. (простые и сложные) Данную классификацию перенесите себе в тетрадь.

ЛИПИДЫ

  1. Простые

    1. Жиры

    2. Масла

    3. Воск

    Сложные

    1. Фосфолипиды

    2. Гликолипиды

    3. липопротеины

Фосфолипиды + остаток фосфорной кислоты, Гликолипиды + углевод , Липопротеины + белки (сложные)

Общая формула жиров – Трехатомный спирт глицерин и три остатка жирных кислоты

СН2-О-С=О

R1

СН-О-С=О

R2

СН2-О-С=О

R3

По происхождению животные и растительные жиры

?? В чем различие данных жиров (сообщение учащихся)

1) Животные жиры. К этой категории относится жир теплокровных животных: говяжий, бараний, свиной, куриный, сливочное масло. Они твердые, так как образованы твердыми насыщенными кислотами: стеариновая и пальмитиновая. Но встречаются и жидкие – рыбий жир.

2)

Растительные масла. Примеры: подсолнечное, соевое, оливковое, горчичное, льняное, и др. Растительные масла представляют собой жидкости, так как в их состав входит большое количество жидких ненасыщенных кислот (олеиновая, линолевая). Правда, в некоторых растениях содержатся твердые жиры, например, в плодах пальм – кокосовое масло.

Какие химические свойства характерны для жиров, какие свойства вы знаете из курса химии — (гидролиз и гидрирование) (сообщение учащихся)

1) Важное химическое свойство всех жиров – гидролиз (реакция с водой). Под действием ферментов и щелочной среды жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты, из которых образуется жир свойственный нашему организму.

2) Гидрирование растительных масел. Насыщение водородом жидких жиров позволило получить маргарин, растительное сало – искусственные продукты. Маргарин считали заменителем сливочного масла. Но слабое место маргарина отсутствие витаминов особенно витамина А, который содержится в сливочном масле, поэтому сейчас маргарин обогащают витаминами. В качестве сырья для его получения используют подсолнечное масло.

В жизнедеятельности клеток липиды имеют значение. Давайте вспомним, какие функции мы знаем из курса 9 класса

1. Энергетическая функция Многие жиры используются организмом как источник энергии. При полном окислении 1 г жира выделяется около 38,9 кДж, примерно вдвое больше, чем при окислении 1 г углеводов. Поэтому жировые отложения используются в качестве запасных источников питательных веществ, прежде всего животными, которые вынуждены носить свои запасы на себе. В семенах многих растений высоко содержание жиров (растительные масла добывают из семян подсолнечника, кукурузы, рапса, льна и других масличных растений).

2. Запасающая Жиры и масла являются резервным пищевым веществом у животных и растений. Важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания.
3. Теплоизоляция Жир — хороший теплоизолятор, поэтому у многих теплокровных животных он откладывается в подкожной жировой ткани, уменьшая потери тепла. Особенно толстый подкожный жировой слой характерен для водных млекопитающих (китов, моржей и др.). В то же время у животных, обитающих в условиях жаркого климата (верблюды, тушканчики) жировые запасы откладываются на изолированных участках тела (в горбах у верблюда), чтобы он не препятствовал теплоотдаче.

4. Структурная (строительная) функция Липиды составляют основу клеточных мембран, холестерин — регуляторы текучести мембран. Воски образуют кутикулу на поверхности надземных органов (листьев и молодых побегов) растений. Их также производят многие насекомые (так, пчёлы строят из них соты).

5. Защитная (амортизационная) Толстый слой жира защищает внутренние органы многих животных от повреждений при ударах (например, сивучи при массе до тонны могут прыгать на каменистый берег со скал высотой 4-5 м ). ( не образуются синяки при небольших ударах на нашем теле)

Также для жиров свойственно такие функции как:

6.Регуляторная роль

Важная группа гормонов — кортизон, эстроген, тестостерон, являются стероидами, регулируют развитие половых признаков. Гормон — простагландины, регулирует температуру организма во время болезни. Поэтому при повышении температуры до 38 данное вещество дает нашему организму бороться с болезнью

7. Увеличения плавучести

Самые разные организмы — от диатомовых водорослей до акул — используют резервные запасы жира как средство снижения среднего удельного веса тела и, таким образом, увеличения плавучести. Это позволяет снизить расходы энергии на удержание в толще воды.

8. Эндоген воды

При окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды. Важно для обитателей пустынь.

9 . Каталитический

Жирорастворимые витамины A, D, E, K являются активизаторами ферментов, т.е. сами по себе эти витамины не обладают каталитической активностью, но без них ферменты не могут выполнять свои функции.

  1. Закрепление

Биологическое значение липидов. (Соотнесите правильно функции, характеристику и пример), в помощь для выполнения задания используйте параграф 10 учебника

Функция

Характеристика

Пример

1 . Энергетическая

1Д7

А. Отложения в клетках жировой ткани

6 . Подкожный жир морских млекопитающих

2. Строительная

2Г9

Б. Многие гормоны являются производными липидов

7. Липиды в клетках запасной источник энергии

3.Регуляторная

3Б10

В. Теплоизоляция.

8 Липидные капли в клетках

4.Запасающая

4А8

Г. Построение структур клетки

9.Клеточная мембрана

5.Защитная

5В6

Д. 1 г 38 кДж

10. Гормоны надпочечников, половые гормоны стероиды

Вывод: сегодня мы познакомились с группой органических веществ — липидами, их разнообразием, функциями. Значение данных веществ огромна. Суточное потребление для организма человека 85-150г животного жира и 15-20 г. растительного масла. Недостаток жиров может вызвать сбой обмена веществ, ощущение усталости и снижение сопротивляемости инфекциям. Но особенность человеческого организма — это отложение жиров порой в избыточных количествах. Почему так происходит? Ответ на данный вопрос вам необходимо найти дома.

  1. Домашнее задание.

& 10, вопрос « Почему происходит отложение жиров в избыточном количестве?»

Многообразие и функции липидов

Липиды — это маслоподобные или жирные вещества, которые могут быть экстрагированные из клеток с помощью неполярных растворителей (например, хлороформом). В состав молекул большинства липидов входят жирные кислоты и спирты.

 

 

Липиды традиционно делятся на простые и сложные. Простые состоят только из остатков жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. Сложные липиды являются комплексами простых липидов с белками, углеводородами или производными фосфорной кислоты.

 

Жирными называют карбоновые кислоты, содержащие в составе своего углеводного «цепочки» от четырех до двадцати четырех атомов углерода. Хотя они могут встречаться в живых организмах и в свободном виде, но в основном представлены как компоненты липидов. Особенности строения этих кислот оказывают им важных для живых организмов свойствами. Они состоят из карбоксильной группы и углеводородного «хвоста». Карбоксильная группа позволяет реагировать со спиртами, образуя липиды, а углеводородный «хвост» предоставляет гидрофобных свойств. Жирные кислоты могут быть насыщенными (имеют только одинарные связи между атомами углерода) или ненасыщенными (могут иметь один или несколько двойных связей между атомами углерода). Оба эти типа жирных кислот встречаются в природных липидах. С насыщенных жирных кислот в живых организмах часто содержится пальмитиновая, стеариновая или лауринова. С ненасыщенных жирных кислот в живых организмах часто содержится олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая (для человека последняя кислота является незаменимой).

 

Чаще простые липиды жирные кислоты образуют с трехатомных спиртом глицерином. Эту группу соединений называют тригла-церидамы. Группа восков образуется в результате узаемодии жирных кислот с одноатомными спиртами. Кроме того, в группу простых липидов включают стероиды и терпены, которые являются производными изопреновых и не содержат в своем составе жирных кислот. Рассматривая функции простых липидов, следует обратить внимание учащихся на такие факты. Триглицериды является основным энергетическим резервом большинства животных. На единицу массы они запасают вдвое больше энергии, чем углеводы. А это очень важно для животных, которым лишняя масса энергетических запасов может мешать двигаться. Триглицериды у животных запасаются в специальной жировой ткани (это разновидность соединительной ткани). Хранятся они внутри клеток в виде жировых капелек. Кроме запасания энергии жировая ткань теплокровных животных выполняет еще и важную термоизоляционных функцию. Она очень эффективно сохраняет тепло и позволяет млекопитающим и птицам вполне комфортно чувствовать себя в холодных водах Арктики и Антарктики.

 

Воски производятся многими растениями, образуя на поверхности их листьев и плодов защитный слой. Среди животных их широко используют не только насекомые, но и позвоночные животные. У них эти соединения синтезируют кожные железы, которые таким образом смягчают кожу и защищают ее от воды. К тому же воски успешно производит и использует целый ряд морских организмов.

 

В группу стероидов и терпенов относят холестерин, который придает жесткость клеточным мембранам, ряд гормонов (тестостерон, эстроген), витаминов (витамины A и D) и защитных веществ (основой живицы хвойных является именно терпены).

 

Примерами сложных липидов могут быть фосфолипиды, гли-колипиды и липопротеиды. В состав фосфолипидов кроме глицерина и жирных кислот входит остаток фосфорной кислоты. Наличие этого остатка способствует формированию различных свойств в двух концов молекулы липида. Остатки жирных кислот образуют длинный «хвост» молекулы с ярко выраженными гидрофобными свойствами. А вот остаток фосфорной кислоты образует на противоположном конце молекулы отрицательный заряд, придает этой области (ее называют полярной «головкой») гидрофильных свойств. К остатку фосфорной кислоты может присоединяться еще одна молекула спирта влечет возникновение большого многообразия форм фосфолипидов.

 

Фосфолипиды играют важную роль в функционировании клеточных мембран, узаемодиють с рядом белков-рецепторов и участвуют в транспорте некоторых веществ через мембрану.

 

Гликолипиды в своем составе чаще всего имеют галактозу или ее производные, хотя встречаются и другие представители углеводов. Их важнейшая функция в мембранах клеток — образование рецепторных структур. Липопротеиды образуются вследствие ассоциации липидов со специфическими белками. Они встречаются в биологических мембранах, миелиновых оболочках нервов, хлоропластах и в свободном виде в плазме крови (где выполняют транспортные функции).

 

В завершение следует рассмотреть группу липидов в целом и сформулировать главные функции, которые эти соединения выполняют в живых организмах.

 

Функции липидов

 

Структурная — липиды являются основой клеточных мембран и основной составляющей жировой ткани.

 

Энергетическая — липиды является одним из основных источников энергии в животных и ряда растений, кроме того, как витамины они участвуют в целом ряде реакций обмена веществ.

 

Запасая — липиды позволяют организмам эффективно запасать энергию, кроме того, они могут быть источником эндогенной воды, которая образуется в результате их окисления.

 

Защитная — липиды в составе мембран защищают содержимое клеток от попадания вредных веществ и потери полезных, а жировая ткань защищает организм от потери тепла и повреждений внутренних органов при ударах, некоторые липиды являются защитными веществами, которые защищают организм от проникновения паразитов и возбудителей заболеваний.

 

Регуляторная — липиды образуют важные гормоны, которые регулируют жизнедеятельность организмов.


Функции белков

Перед подробным изучением роли белков, давайте вспомним функции углеводов и липидов.

Углеводы: структурная, энергетическая и запасающая. Итого три.
У липидов побольше: те же энергетическая, запасающая и структурная. Плюс специфические: защитная, теплоизоляционная и регуляторная. Итого шесть.

А что с белками? Забегая вперёд, скажем, что у белков их около десяти. Почему так много? Нетрудно догадаться.

Из предыдущих уроков вы знаете, что белки имеют более сложное строение и отличаются огромным разнообразием. А поэтому и выполняют в живых организмах чрезвычайно важные и многообразные функции.

Итак, проследим за работой этих трудяг и выясним, почему же именно они являются незаменимыми составляющими жизни.

Начнём с самой основополагающей и солидной функции – строительной, или структурной.

Белки являются неотъемлемой составляющей всех клеток, всех тканей всех живых организмов. Как вы помните, вместе с фосфолипидами они входят в состав цитоплазматических мембран. Из белков построен цитоскелет клетки, о котором подробнее вы узнаете совсем скоро, мышечные волокна также представлены белками. Белок коллаген является основным элементом хрящей и сухожилий. Кстати, коллаген – лидер среди белков у млекопитающих. Его содержание в организме может достигать до 35% от всех белков.
Кератин – важнейший структурный компонент перьев, ногтей, рогов, волос, копыт у животных.

В составе связок, лёгких, в стенках артерий мы обнаружим белок эластин.

Следующая функция по важности мало уступает первой. Но если структурная не таит в себе каких-либо особых секретов, то ферментативная, или каталитическая – и сегодня загадка для учёных. Здесь речь идёт о тех белках, которые способны ускорять химические реакции, выступая в роли катализаторов. Или точнее – биологических катализаторов. Называются они ферментами и способны увеличивать скорость протекания химической реакции в миллионы и миллиарды раз. Только вдумайтесь! Неорганическим катализаторам такие способности и не снились. Их эффективность ограничивается сотнями и тысячами раз.

Подробнее с теорией, которая описывает механизм работы ферментов, вы познакомитесь немножко позже.

Далее транспортная функция. Многие белки обладают способностью легко присоединять к себе различные вещества, переносить и легко отдавать в нужном месте. Первым примером такого белка, который мы сразу вспомним, будет, конечно же, гемоглобин эритроцитов позвоночных животных. Он связывает и переносит кислород. Ну и немножко углекислый газ.
Жирные кислоты в организме транспортируются альбуминами крови.
Глобулины переносят ионы металлов и гормоны.
Белки цитоплазматической мембраны обеспечивают транспорт веществ в клетку и из неё.

Сократительная, или двигательная функция. Мы знаем, что одним из признаков живых существ является способность к движению. Передвигаться могут отдельные клетки, ткани, органы и целые организмы. В основе работы мышц, а также внутриклеточных сокращений лежит способность изменять свои размеры белков актина и миозина. А белок тубулин обеспечивает перемещение хромосом при делении клетки, движение ресничек и жгутиков эукариотических клеток.

Пептиды и белки могут выполнять и роль гормонов, изменяя скорость протекания различных физиологических процессов. Выполняя регуляторную функцию.
Как вы помните из восьмого класса, инсулин и глюкагон поддерживают постоянную концентрацию глюкозы в крови. А гормон роста соматотропин отвечает, соответственно, за рост и физическое развитие вашего организма.

Сигнальная функция. Некоторые белки, входящие в состав плазмалеммы, могут изменять свою структуру под действием различных внешних факторов. Тем самым они обеспечивают приём сигналов из внешней среды и передают полученную информацию в клетку. Помните, как работает наше зрение? При попадании света на светочувствительный пигмент родопсин, он распадается. В ответ на появление продуктов распада родопсина возникает нервный импульс, который и формирует зрительные ощущения. Так вот, составляющая пигмента родопсина – белок опсин.

Существуют белки, которые стоят на страже целостности организмов. Они способны защищать внутреннюю среду от повреждений и вторжения чужеродных тел. Любой живой организм постоянно подвержен проникновению незваных объектов (антигенов). Но в здоровом организме незваные гости быстро нейтрализуются при помощи лейкоцитов.

Последние вырабатывают специальные белки – иммуноглобулины (антитела), которые подавляют деятельность антигенов. Тем самым обеспечивая иммунный ответ. Например, от вирусных инфекций защищает белок интерферон. А от чрезмерной потери крови – фибриноген, тромбопластин и тромбин. Обеспечивая её свёртывание.

Токсическая функция. Белки могут не только защищаться, но и нападать. Хотя защита – это тоже нападение.
Многие живые существа способны вырабатывать и выделять белки-токсины. Это характерно для ряда животных, а особенно грибов, растений, микроорганизмов. Например, пептидную природу имеет дифтерийный токсин. Возможно, вы слышали о нём. Вырабатывается бактерией Corynebacterium diphtheriae (бацилла Лёффлера) и нарушает синтез белков.
В ответ на проникновение белков-токсинов, некоторые организмы способны вырабатывать антитоксины, подавляющие действие ядов. А если такие антитоксины не вырабатываются, то их можно ввести. При укусе той же змеи спасают жизнь человеку, вводя специфический антитоксин. Но только специфический. То есть для каждой змеи свой.

Запасающая функция. В первую очередь эту функцию выполняют, как мы уже сказали, углеводы и жиры. Но в семенах растений запасаются именно резервные белки. Зачем? Для прорастания зародыша нужен азот. А углеводы и липиды азота, как известно, не содержат. Вот почему семена некоторых растений (бобовые) содержат даже полноценные белки, заменяющие мясо.

Энергетическая функция. Несмотря на свою ценность, в крайних случаях белки могут выступать и всего лишь источником энергии для организма. Но происходит это только тогда, когда расходовались все углеводы и жиры. Как и углеводы, белки при расщеплении 1 грамма дают 17,6 кДж энергии.

строительных блоков липидов | Структура, функция, примеры липидов

Строительные блоки липидов

Строительные блоки липидов : Живые организмы состоят из биомолекул (биологических молекул), которые необходимы для выполнения физиологических функций: углеводов , белков , липидов и нуклеиновых кислот . Эти молекулы различаются по размеру, структуре, свойствам и функциям внутри клеток и между ними.

Как правило, их структура определяет их биологическую функцию.Если случайно структура будет нарушена или искажена, это может привести к повреждению самой биомолекулы.

Среди этих четырех биомолекул липиды считаются уникальными, поскольку они не определяются наличием общих структурных свойств. Липиды известны своими гидрофобными или « боящимися воды » свойствами, которые обусловлены характеристиками их строительных блоков: глицерин и жирные кислоты .

В этой статье исследуются строительные блоки липидов, а также то, как они группируются вместе, чтобы сформировать липид.Давайте посмотрим поближе.

Строительные блоки липидов

Структура липида

Как и любые другие биомолекулы, липиды состоят из мономеров строительных блоков. В биохимии мономер относится к отдельной молекуле, которая при химическом объединении с другими мономерами (могут быть того же типа или другими молекулами) может образовывать более крупные и разные молекулы. По сути, мономеры состоят из простых элементов.

  • В отличие от трех биомолекул, липиды не состоят из « настоящих » полимеров из-за их относительно меньшего размера и неповторяющихся мономеров.
  • Как упоминалось ранее, молекула липида состоит из субъединиц глицерина и (трех) жирных кислот. Они описаны ниже.

1. Глицерин

Считающийся природным трехуглеродным спиртом (содержащим одну углеродную молекулу, связанную с тремя ОН-группами), глицерин представляет собой молекулу, которая служит структурной основой липида. Кроме того, глицерин также используется для хранения энергии .

  • Из-за наличия группы ОН глицерин можно рассматривать как « полиол », тип спирта, который содержит более одной группы ОН. Благодаря этому свойству глицерин легко растворяется в воде.
  • Кроме того, присутствие этих групп ОН способствует гигроскопичности глицерина. Другими словами, он может легко поглощать и удерживать молекулы воды.
  • В терминологии непрофессионала глицерин также известен как глицерин или глицерин. В промышленности глицерин используется в качестве подсластителя и увлажнителя.

2. Жирные кислоты

Химическая формула жирных кислот (Источник изображения: Wikimedia)

Жирные кислоты представляют собой цепочки углеводородов различной длины и степени ненасыщенности, которые заканчиваются функциональными группами карбоновой кислоты. Биохимическое название жирной кислоты происходит от названия ее исходного углеводорода, при этом окончание « e » заменяется на « oic » и добавляется « кислота » в конце.

  • В биологических системах большинство жирных кислот имеют четное число атомов углерода, обычно от 14 до 24, причем наиболее распространены 16 и 18 атомов углерода.У животных углеводородная цепь всегда неразветвленная.
  • Биохимические свойства жирных кислот и их липидных производных в основном зависят от длины их цепей и уровней насыщения. По сравнению с их насыщенными аналогами (такой же длины) ненасыщенные жирные кислоты, как правило, имеют более низкую температуру плавления.
  • В дополнение к этому, длина цепи также влияет на температуру плавления, поскольку более короткие цепи каким-то образом влияют на уровень насыщения и способствуют их текучести.
  • По сравнению с глицерином, жирные кислоты, являющиеся « жирами », обеспечивают относительно большее количество энергии на грамм и выполняют более важную биологическую роль, чем глицерин.
Процесс обезвоживания жирных кислот (Источник изображения: Wikimedia)

Так как же эти молекулы объединяются и связываются, образуя липид? Группа ОН, обнаруженная в молекуле глицерина, и карбоксильная группа жирных кислот ковалентно связаны через сложноэфирную связь. Для его создания необходим синтез дегидратации .

Примеры липидов

На самом деле существует довольно много примеров липидов в биологических системах. Ниже вы можете найти два наиболее распространенных и встречающихся в природе: холестерин и триглицериды.

А. Холестерин

(Источник изображения: Wikimedia)

Имея молекулярную формулу C 27 H 45 OH, вы можете видеть, что липидный производный холестерин состоит из трех частей: углеводородного хвоста, гидроксильной группы и четырех углеводородных колец.Из-за этих структур (имеющих жирорастворимые и водорастворимые области) холестерин считается амфипатической молекулой.

  • В живых организмах холестерин служит важным компонентом клеточной мембраны s, которые позволяют организму биохимически поглощать жиры и другие производные жиров, такие как витамины. Кроме того, холестерин используется для синтеза витамина D и гормонов (например, кортизола, тестостерона и эстрогена).
  • Хотя организм может естественным образом синтезировать холестерин из собственных источников, ему все же необходимо получать его из других источников, таких как пища. Как синтезированный, так и пищевой холестерин транспортируется в организме с помощью молекул липопротеинов.
  • Холестерин представляет собой производное липидов на основе стероидов.

Б. Триглицериды

(Источник изображения: Wikimedia)

С другой стороны, триглицериды — это производные липидов, которые в основном получены из глицерина. И, как следует из их названия, они состоят из трех молекул глицеринов. Поскольку большинство липидов нерастворимы в воде, их нужно было транспортировать вместе с другими молекулами, такими как белки, во время циркуляции в организме.

  • У животных триглицериды синтезируются в кишечнике и печени из остатков жирных кислот. Содержащиеся в жировых клетках триглицериды расщепляются на более мелкие единицы, чтобы обеспечить организм энергией.
  • Чтобы избежать токсичности и другого вреда, жирные кислоты транспортируются в виде триглицеридов, и молекулы, такие как липопротеины, играют огромную роль в этом процессе (т. е. в транспортировке липидов к периферическим тканям из печени и обратно).

Помимо двух вышеупомянутых, другие примеры производных липидов включают витамины (жирорастворимые, такие как витамины A, D, E и K) и воски.Жиры, как насыщенные (с одинарными связями), так и ненасыщенные (с двойными связями), также рассматриваются как производные липидов.

Функции липидов

Будучи неполярными и гидрофобными, липиды служат стратегическими компонентами плазматической мембраны и других клеточных составляющих, таких как ядерная мембрана и оболочка, эндоплазматический ретикулум (ЭР), тельца Гольджи, лизосомы и везикулы .

  • Интересно, что состав этих упомянутых выше органелл значительно различается, что позволяет предположить, что разные типы липидов необходимы для различных биологических функций.
  • Как и углеводы, липиды также используются для хранения энергии. Однако первые используются только для немедленных целей, а вторые служат в долгосрочной перспективе.
  • Кроме того, липиды также играют важную роль в поддержании структурной целостности организмов, а также в выполнении функций во время передачи клеточных сигналов.

Хотя многие люди используют термин « жиры » для обозначения липидов как синонимы, важно отметить, что первый фактически является подгруппой последнего.Из-за этого представления о липидах думают, что они играют отрицательную роль в здоровье.

Несмотря на упомянутые ранее функции и биологическую важность, липиды недостаточно изучены по сравнению с остальными биомолекулами. Причина этого довольно проста: ученые и исследователи считают, что жиры слишком сложны для работы (их природа и физиология ), и явное отсутствие методов для наблюдения и визуализации уровней липидов.

Тем не менее, недавние достижения и открытия в области идентификации, структурных свойств и биофизики липидов позволяют предположить, что в этой области исследований есть что показать, что способствует более широкому изучению этих молекул.

Процитировать эту страницу

Каталожные номера

  • Биомолекулы — по состоянию на 28 ноября 2017 г. PDF
  • «Структура и функция липидов – видео и расшифровка урока | Учиться.ком» . По состоянию на 28 ноября 2017 г. Ссылка.
  • «Жирные кислоты являются ключевыми составляющими липидов — биохимия — книжная полка NCBI» . По состоянию на 28 ноября 2017 г. Ссылка.
  • «Обзор нарушений холестерина и липидов — Гормональные и метаболические расстройства — Справочник MSD, версия для потребителей» . По состоянию на 28 ноября 2017 г. Ссылка.

Липиды – основы биологии

Липиды представляют собой разнообразную группу соединений, объединенных общим признаком. Липиды являются гидрофобными («водобоязненными») или нерастворимыми в воде. Липиды выполняют множество различных функций в клетке. Клетки хранят энергию для длительного использования в виде липидов, называемых жирами. Липиды также обеспечивают изоляцию растений и животных от окружающей среды. Например, они помогают держать водоплавающих птиц и млекопитающих сухими из-за их водоотталкивающей природы. Липиды также являются строительными блоками многих гормонов и важным компонентом плазматической мембраны. Липиды включают жиры, масла, воски, фосфолипиды и стероиды.

Молекула жира состоит из двух основных компонентов — глицерина и жирных кислот. Глицерин представляет собой органическое соединение (спирт), содержащее три атома углерода, пять атомов водорода и три гидроксильных (ОН) группы. Жирные кислоты имеют длинную цепь углеводородов, к которой присоединена карбоксильная группа, отсюда и название «жирная кислота». Число атомов углерода в жирной кислоте может составлять от 4 до 36; наиболее распространены те, которые содержат 12–18 атомов углерода. В молекуле жира жирные кислоты присоединены ковалентной связью к каждому из трех атомов углерода молекулы глицерина.Эта молекула называется триглицерид.

Рисунок 4 Триацилглицерин образуется путем присоединения трех жирных кислот к глицериновой цепи в результате реакции дегидратации (помните, что при этом удаляется молекула воды и образуется ковалентная связь). При этом высвобождаются три молекулы воды.

Воск покрывает перья некоторых водоплавающих птиц и поверхности листьев некоторых растений. Из-за гидрофобной природы восков они предотвращают прилипание воды к поверхности (рис. 5). Воски состоят из длинных цепей жирных кислот, ковалентно связанных с длинноцепочечными спиртами.

Рисунок 5 Восковидный налет на некоторых листьях состоит из липидов. (кредит: Роджер Гриффит)

Фосфолипиды являются основными составляющими плазматической мембраны, самого внешнего слоя клеток животных. Как и жиры, они состоят из цепочек жирных кислот, ковалентно связанных с глицериновым или сфингозиновым остовом. Однако вместо трех присоединенных жирных кислот, как в триглицеридах, имеются две жирные кислоты, образующие диацилглицерин, а третий углерод основной цепи глицерина занят модифицированной фосфатной группой (рис. 6).Фосфатидилхолин и фосфатидилсерин являются двумя важными фосфолипидами, которые находятся в плазматических мембранах.

Рисунок 6 Фосфолипид представляет собой молекулу с двумя жирными кислотами и модифицированной фосфатной группой, присоединенную к глицериновому остову. Фосфат можно модифицировать путем добавления заряженных или полярных химических групп. Здесь показаны две химические группы, которые могут модифицировать фосфат, холин и серин. И холин, и серин присоединяются к фосфатной группе в положении, обозначенном R, через гидроксильную группу, обозначенную зеленым цветом.

Фосфолипид представляет собой амфипатическую молекулу , то есть имеет гидрофобную и гидрофильную части. Цепи жирных кислот гидрофобны и не могут взаимодействовать с водой, тогда как фосфатсодержащая группа гидрофильна и взаимодействует с водой (рис. 7). Голова является гидрофильной частью, а хвост содержит гидрофобные жирные кислоты. В мембране двойной слой фосфолипидов образует матрицу структуры, хвосты жирных кислот фосфолипидов обращены внутрь, от воды, тогда как фосфатная группа обращена к внешней, водной стороне. Это образует гидрофобный слой внутри бислоя, где расположены хвосты.

Рисунок 7 Бислой фосфолипидов является основным компонентом всех клеточных мембран. Гидрофильные головные группы фосфолипидов обращены к водному раствору. Гидрофобные хвосты изолированы в середине бислоя.

Фосфолипиды отвечают за динамическую природу плазматической мембраны. Если каплю фосфолипидов поместить в воду, она спонтанно образует структуру, известную как мицелла, где гидрофильные фосфатные головки обращены наружу, а жирные кислоты обращены внутрь этой структуры (рис. 8).

Рисунок 8 Мицелла может быть самым ранним предшественником клетки. Это один слой фосфолипидов, которые образуются спонтанно. Кредит АмитВо, Викимедиа; https://commons.wikimedia.org/wiki/Файл:Micelle.svg

В отличие от фосфолипидов и жиров, обсуждавшихся ранее, стероиды имеют конденсированную кольцевую структуру. Хотя они не похожи на другие липиды, их объединяют с ними, поскольку они также гидрофобны и нерастворимы в воде. Все стероиды имеют четыре связанных углеродных кольца, и некоторые из них, как и холестерин, имеют короткий хвост (рис. 9).Многие стероиды также имеют функциональную группу –ОН, что помещает их в классификацию спиртов (стеролы). Помните, что каждая линия на этих диаграммах химических структур представляет собой ковалентную связь. Точки, в которых линии соединяются друг с другом, показывают расположение атомов углерода — эти атомы углерода не помечены, но их существование подразумевается в химической структуре.

Рисунок 9 Стероиды, такие как холестерин и кортизол, состоят из четырех конденсированных углеводородных колец.

Холестерин является наиболее распространенным стероидом.Холестерин в основном синтезируется в печени и является предшественником многих стероидных гормонов, таких как тестостерон и эстрадиол, которые секретируются гонадами и эндокринными железами. Он также является предшественником витамина D. Холестерин также является предшественником солей желчных кислот, которые способствуют эмульгированию жиров и их последующему поглощению клетками. Хотя непрофессионалы часто отзываются о холестерине негативно, он необходим для правильного функционирования организма. Он является компонентом плазматической мембраны клеток животных и находится в двойном слое фосфолипидов.Будучи самой внешней структурой в клетках животных, плазматическая мембрана отвечает за транспортировку материалов и клеточное распознавание, а также участвует в межклеточных коммуникациях.

Жиры (триглицериды) состоят из трех углеводородных цепей жирных кислот, соединенных с глицерином. Цепочки жирных кислот содержат большое количество углерод-углеродных и углерод-водородных связей — обычно они состоят из от 4 до 28 атомов углерода, соединенных вместе в цепочку. Точно так же, как углерод-углеродные и углерод-водородные связи в глюкозе позволяют этой молекуле накапливать энергию, связи в жирных кислотах позволяют триглицеридам накапливать энергию.На самом деле, триглицериды могут хранить гораздо больше энергии, чем углеводы, потому что они содержат намного больше связей! Вот почему жиры содержат больше калорий (показатель энергии), чем сахара.

Воски служат для создания водонепроницаемого покрытия на поверхности. Поскольку они гидрофобны, они могут образовывать покрытие, отталкивающее воду.

Структура фосфолипидов очень важна для их функции. Поскольку они амфипатические (имеют гидрофобную и гидрофильную части), они самособираются в структуры, где гидрофобные хвосты скрыты от водной среды.Это придает клеточной мембране структуру, препятствующую прохождению через нее многих молекул.

Холестерин также является амфипатическим. Он может внедряться в клеточные мембраны подобно фосфолипидам. Присутствие холестерина внутри мембраны предотвращает плотную упаковку фосфолипидных хвостов. Это позволяет мембране оставаться жидкой при более низких температурах.

Если не указано иное, изображения на этой странице лицензированы OpenStax в соответствии с CC-BY 4.0.

OpenStax, Биология.OpenStax CNX. 27 мая 2016 г. http://cnx.org/contents/[email protected]:[email protected]/Biological-Molecules

Различные роли жирных кислот

2.

1. У прокариот

У прокариот клеточная оболочка играет фундаментальную роль в защите этих организмов от окружающей среды. Грамотрицательные бактерии имеют тонкую пептидогликановую клеточную стенку, которая окружена внешней мембраной, богатой липополисахаридами, в то время как грамположительные бактерии не имеют внешней мембраны, но имеют толстый пептидогликановый слой в своих клеточных стенках.Тип актинобактерий, который включает такие роды, как Rhodococcus , Mycobacterium и Nocardia , имеет клеточные стенки, содержащие миколовые кислоты, которые представляют собой сложные гидроксилированные длинноцепочечные ЖК с разветвленной цепью. Защищающий и окружающий цитоплазму во всех клетках представляет собой бислой фосфолипидов, который образует клеточную мембрану. Амфифильный характер цитоплазматических мембран обусловлен наличием фосфолипидов, которые имеют полярную головную группу и два гидрофобных ЖК-хвоста. Эти молекулы спонтанно образуют бислои в водной среде [41].

У архей липиды содержат характерные конденсированные изопренильные звенья, соединенные с sn -глицерол-1-фосфатной цепью эфирными связями [11,42]. В прокариотических и эукариотических клетках углеродные цепи в основном линейные, но липиды архей разветвлены через каждый четвертый углерод, с одной метильной группой, связанной с этими атомами углерода. Было высказано предположение, что уникальная структура липидов архей и их стереоспецифичность ответственны за способность этих организмов сопротивляться и процветать в экстремальных условиях окружающей среды [43].Тем не менее штаммы архей также были обнаружены в неэкстремальных условиях, а бактерии — в экстремальных. Фактически, бактерии могут продуцировать мембранные эфирные липиды [44], а археи также могут продуцировать ЖК, не связанные с эфиром [12]. Это указывает на то, что прокариоты модулируют свою мембрану в зависимости от условий окружающей среды.

Способность микроорганизмов поддерживать свои биологические функции в стрессовых условиях окружающей среды может включать изменения в их содержании белков, стеролов, гопаноидов и каротиноидов, но в основном это достигается за счет изменений, происходящих в липидном составе их клеточных мембран [45,46, 47,48]. Поскольку один из механизмов, которые клетки могут использовать для генерации метаболической энергии, происходит на мембране, где системы преобразования энергии преобразуют химическую (или световую у фототрофов) энергию в электрохимическую или наоборот [48], целостность клеточных мембран имеет первостепенное значение для клеток. выживание. Изменяя состав ЖК мембранных фосфолипидов, клетки пытаются поддерживать текучесть мембраны с помощью механизма, называемого «гомеовязкостной адаптацией» [26,27]. Это может быть достигнуто синтезом de novo мембранных липидов или ремоделированием ацильной цепи ЖК существующих фосфолипидов клеточной мембраны [27].

Каждый бактериальный штамм обладает уникальным профилем жирных кислот при выращивании в данной культуральной среде при определенной температуре, что позволяет идентифицировать их, как описано в Разделе 5.1. Однако, когда условия роста изменяются, прокариотические клетки могут изменять свой состав ЖК, чтобы регулировать текучесть мембраны с помощью ряда стратегий (12).

Таблица 2

Модификации, осуществляемые прокариотами в составе жирных кислот фосфолипидов клеточной мембраны при различных условиях роста.

6 Pseudomonas и Vibrio
FA Модификация Эффект Микроорганизм Справочник
жирных ацил длина цепи роста при различных температурах Micrococcus cryophilus , Shewanella oneidensis , кишечной палочки [49,50,51]
рост в глубоководных условиях барофильные бактерии [52]
адаптация к присутствию органических соединений Родокок эритрополис [53]
Ненасыщенность Рост при различных температурах, рН, давление, соленость, в присутствии органических растворителей Archaea и бактерии [43,54,55]
Polyunsaturation произрастание в глубоководных районах Alteromonas sp. , Shewanella sp. [56,57,58]
быстрая адаптация к повышенной солености и экстремальным условиям Родокок эритрополис [59,60] [59,60] [5960]
Изомеризация Быстрая адаптация к условиям окружающей среды, когда рост ингибирован [61,62] iso или anteiso положение рост при разных температурах Листерия моноцитогенная [63]
устойчивость к высоким концентрациям антибиотиков Золотистый стафилококк [64]
температура роста и наличие фенолов Arthrobacter chlorophenolicus [65]
циклопропанирование персистенция и вирулентность клеток Микобактерии туберкулеза [66]
осмотическая устойчивость Pseudomunas halosaccharolitic [67]
рост при разных температурах и рН Rhodococcus erythropolis, Salmonella typhimurium . алкильных и ацильных цепей в липидах глицеринового эфира рост при различных температурах Desulfatibacillum aliphaticivorans , D.alkenivorans , Thermodesulfobacterium commune [69]

отмечают переход порядок-беспорядок липидных бислоев [70,71,72]. При температуре фазового перехода 50% углеводородных цепей плавятся, и можно наблюдать как жидкокристаллическую фазу, так и жесткую гелевую фазу.В гелевой фазе углеводородные цепи фосфолипидов полностью вытянуты и выровнены перпендикулярно плоскости бислоя, что приводит к плотно упорядоченной упаковке бок о бок [73]. В жидкокристаллическом состоянии возникают как дальний порядок, так и ближний беспорядок, поскольку двухслойная структура поддерживается за счет электростатических взаимодействий, но ацильные цепи могут колебаться [73]. На последней фазе площадь поперечного сечения, приходящаяся на одну молекулу фосфолипида, увеличивается до ок. 6–7 нм 2 при уменьшении толщины бислоя до ок.4,0–4,5 нм, увеличивая проницаемость мембраны и допуская внутри- и межмолекулярные вращательные и латеральные движения [73,74]. Это обеспечивает функциональное состояние для многих биохимических процессов и проницаемость для нейтральных молекул, таких как вода, кислород и углекислый газ, но ограничивает доступ к ионам и растворенным веществам [72].

Микроорганизмы регулируют температуру перехода липидов, изменяя длину углеводорода, степень ненасыщенности, заряд и головную группу фосфолипидов ().Более короткие и ненасыщенные жирные кислоты имеют более низкую температуру плавления по сравнению с их, соответственно, более длинными и насыщенными аналогами. Незаряженный фосфолипид фосфатидилэтаноламин имеет более высокую температуру плавления, чем фосфатидилхолины, а также выше, чем отрицательно заряженный фосфатидилсерин, фосфатидилглицерин или фосфатидилинозитол с соответствующими композициями ацильных цепей [75,76]. Чем больше заряжена мембрана, тем ниже ее температура плавления [76].

В большинстве исследований адаптации прокариот на клеточном уровне исследуются модификации фосфолипидов при росте клеток при различных температурах.Адаптация к холодовому шоку была тщательно изучена на Escherichia coli и Bacillus subtilis , где сообщалось о первой мембранной фосфолипиддесатуразе, индуцируемой холодом в нефотосинтезирующих организмах [77,78,79]. В то время как E. coli реагирует на снижение температуры роста увеличением количества ненасыщенных ЖК (16:1ω7 также превращается в 18:1ω7), клетки B. subtilis индуцируют выработку мембранной фосфолипиддесатуразы, что приводит к увеличению ненасыщенные ЖК, а также увеличивают антеизо -разветвленных ЖК [80,81,82].Возбудитель пищевого происхождения Listeria monocytogenes , способный расти при низких температурах, имеет необычный профиль ЖК, в котором преобладает более 95% ЖК с разветвленной цепью, и зависит от увеличенного соотношения anteiso -15:0 для адаптации к низким температурам. [83]. ЖК с разветвленной цепью включают изо -, антеизо — и ω-алифатические ЖК. В структуре iso метильная группа расположена у предпоследнего атома углерода, тогда как в форме anteiso метильная группа находится у предпоследнего атома углерода с конца.В то время как прямая насыщенная FA и iso -FA с одинаковым числом атомов углерода имеют сходные точки плавления, температура фазового перехода изоацила ниже: например, изоацилфосфатидилхолин имеет температуру фазового перехода 18 на 28 °C ниже, чем у соответствующего насыщенного ацилфосфатидилхолина [84]. Anteiso -FA имеют температуру фазового перехода ниже, чем у их аналогов iso : например, iso -15:0 имеет температуру перехода 52.2 °C, в то время как anteiso -15:0 представляет собой значение 25,8 °C [85]. Любопытно, что антеизо -разветвленные фосфатидилхолины с нечетным номером представляют собой низкотемпературную гелевую фазу, которая является отражением высокоупорядоченной конденсированной фазы, аналогичной фазе линейных насыщенных n -ацилфосфатидилхолинов, которая не наблюдается в четных фосфатидилхолинах. антеизо -разветвленные фосфатидилхолины [86].

Состав ЖК клеток Bacillus является важным критерием для определения их вида, при этом некоторые ЖК являются общими на уровне рода, тогда как другие специфичны для видов из определенных экологических ниш.Было высказано предположение о возможности прогнозирования термотипа штаммов B. cereus на основе соотношения iso -15:0/ iso -13:0 и соотношения 16:1ω11 и 16:1ω6 [ 87], в то время как соотношение anteiso -15:0/ iso -15:0 может различать психрофильные, мезофильные и термофильные виды Bacillus [78]. Термофильный Bacillus sp. имеют более высокое содержание легкоплавких изо -разветвленных ЖК, сопровождающееся более низкими количествами легкоплавких антизо -разветвленных ЖК и большей средней длиной цепи ЖК, чем у мезофильных Bacillus sp.[85]. Клетки B. megaterium реагировали на понижение температуры двухфазным образом: содержание насыщенных прямоцепочечных и iso -разветвленных ЖК уменьшалось при снижении температуры с 40 до 20–26 °C, а содержание антизо -разветвленных ЖК снижалось с 20 от –26 °С до 10 °С, при этом уровень ненасыщенных ЖК увеличивается при понижении температуры от 40 до 10 °С [88].

Некоторые виды бактерий, принадлежащие к родам Pseudomonas и Vibrio , обладают альтернативным адаптивным механизмом при ингибировании роста: они способны изомеризовать ненасыщенные ЖК из цис в транс конфигурацию двойной связи без изменения свою позицию [89,90,91].В Vibrio sp. В клетках ABE-1 уникальная FA 16:1ω7 транс расположена в положении sn- 2 фосфатидилэтаноламина (PE), а положение sn -1 может содержать FA 16:1ω7 цис или 16: 0 [91]. Температуры перехода для 16:1ω7 цис /16:1ω7 транс -PE и 16:0/16:1ω7 транс -PE, которые преимущественно образуются при росте клеток при 5 °C в присутствии ингибитора роста, составляют -3 °С и 38 °С соответственно.Температуры перехода соответственно на 31 и 18 °С выше, чем для 16:1ω7 цис /16:1ω7 цис -PE и 16:0/16:1ω7 цис -PE.

Та же стратегия изомеризации цис-транс используется грамотрицательными клетками в ответ на токсичные соединения, такие как органические углеводороды. У Pseudomonas эта кратковременная реакция приводит к более плотной упаковке мембраны и дает клеткам время для биосинтеза компонентов мембраны de novo , необходимых для лучшей и более широкой адаптации [92].Синтез -транс- ЖК завершается в течение 30 мин после воздействия стресса путем прямой изомеризации -цис-изомера без изменения положения двойной связи [89,90]. У P. putida Idaho, подвергшегося воздействию ксилола, транс- -ненасыщенные ЖК наблюдались через 5 мин, а максимальное количество наблюдалось через 30 мин, в то время как увеличение насыщенных ЖК наблюдалось через 15 мин после воздействия ксилола, при этом максимальное содержание достигалось через 2 ч [93].

Помимо быстрой изомеризации ЖК у грамотрицательных бактерий, другой быстрой и эффективной реакцией на стресс, такой как тепловой шок, изменение pH или присутствие органических растворителей, является высвобождение везикул наружной мембраны (OMV) с поверхности клетки. [61,62,94]. OMV в P. aeruginosa высвобождаются после воздействия антибиотиков и участвуют в высвобождении факторов вирулентности при инфицировании клеток человека [95]. P. putida DOT-T1E реагировал на присутствие токсичных концентраций длинноцепочечных спиртов, индуцированный NaCl осмотический стресс, тепловой шок и присутствие ЭДТА высвобождением OMV в течение 10 минут после воздействия стресса, что приводило к сильно гидрофобной клеточной поверхности. [96].OMV содержали в основном 16:0 и 18:1ω7 cis , а также значительное количество 18:0.

До 1990-х годов считалось, что бактерии не могут продуцировать ПНЖК, за исключением некоторых цианобактерий, но в настоящее время принято считать, что длинноцепочечные ПНЖК продуцируются морскими бактериями [60,97,98]. На самом деле ПНЖК весьма важны для поддержания текучести мембран у прокариот, обитающих в глубоководных районах, при высоком давлении и низкой температуре [52,97]. Производство эйкозапентаеновой кислоты (EPA, C20:5ω3) было продемонстрировано морскими бактериями после выделения ок. 50 000 бактериальных штаммов из кишечника нескольких морских рыб и животных [49]. Один из штаммов, SCRC-2738, который был выделен из ставриды и оказался филогенетически сходным с Shewanella putrefaciens , был способен продуцировать 25–40% общего количества ЖК в виде ЭПК. Позже этот штамм был идентифицирован как S. pneumatophori SCRC-2738, а «кластер генов биосинтеза EPA», содержащий пять генов pfaA , pfaB , pfaC , pfaD и pfaE 900, был идентифицирован как необходимый для 61 Синтез ЭПК [50].В двух барофильных бактериях, DB21MT-2 и DB21MT-5, обнаружены фосфолипиды фосфатидилглицерин, фосфатидилинозитол, фосфатидилхолин, дифосфатидилглицерин и фосфатидилэтаноламин и его метилированные формы фосфатидилметилэтаноламин и фосфатидилдиметилэтаноламин, содержащие ПНЖК с пятью или шестью двойными связями, в основном присоединенными к положение [51]. Кроме того, было замечено, что ПНЖК были связаны почти с каждой молекулой фосфатидилглицерина у этих чрезвычайно барофильных бактерий из Марианской впадины на высоте 11 000 м. Более низкая температура фазового перехода фосфатидилглицерина (на 20–30°С ниже, чем у фосфатидилэтаноламина) и высокие концентрации ПНЖК позволяют барофильным бактериям адаптироваться к низкой температуре и высокому гидростатическому давлению глубоководной среды [51,99]. . Хотя связь между способностью продуцировать ПНЖК и психрофильным и/или пьезофильным ростом убедительно свидетельствует о роли ПНЖК в адаптации бактериальной мембраны, мутант Photobacterium profundum , неспособный продуцировать ПНЖК, мог расти в условиях высокого давления и низкой температуры [100]. ].В этом случае штамм с дефицитом ЭПК повышал содержание мононенасыщенных ЖК 16:1 и 18:1, что могло компенсировать недостаток ЭПК для достижения желаемой текучести мембраны.

ПНЖК в основном обнаружены в морских бактериях, но недавно о существовании ПНЖК сообщалось также в бактериях, выделенных из образцов почвы или из мелководных проб. Грамположительные R. erthropolis DSM 1069 реагировали на осмотический стресс, вызванный NaCl, в течение 35 мин после добавления соли [59]. Изменения в профиле ЖК можно было наблюдать только через 6 мин: количество мононенасыщенных ЖК уменьшилось примерно до ок. половина количества наблюдалась в незараженных клетках, и они начали продуцировать гидроксизамещенные, насыщенные метил-разветвленные, насыщенные циклопропил-разветвленные и ПНЖК в концентрациях от 7,8 до 14,7% от общего количества ЖК. Продукция ПНЖК была неожиданной и достигала более 36% от общего количества ЖК, когда клетки подвергались воздействию концентраций выше 5,5% NaCl в течение 35 мин.Поскольку появление ПНЖК сопровождалось снижением процентного содержания мононенасыщенных ЖК, за синтез ПНЖК должны отвечать конститутивно экспрессируемые ЖК-десатуразы. Штамм R. erythropolis DCL14 продуцировал ПНЖК при адаптации клеток к условиям, ранее считавшимся экстремальными для неадаптированных клеток: при росте клеток при 4 °С, рН 4–10 (но не при рН 3 или 11) и в присутствии проблемных количеств NaCl и CuSO 4 в питательной среде [60].Недавно сообщалось, что R. aetherivorans BCP1 продуцирует ПНЖК при использовании нафтеновых кислот в качестве единственного источника углерода и энергии [101].

Другие изменения, наблюдаемые в составе ЖК во время адаптации к окружающей среде, включали, например, синтез разветвленных ЖК, циклопропановых ЖК или других специализированных липидов. Метилразветвленные жирные кислоты имеют двухфазную зависимость температуры плавления цепи от положения метильной замены, потому что эта единственная группа будет делить липидную цепь на более длинный и более короткий участки [102].Метиловое ветвление снижает конденсацию липидов, уменьшает толщину липидного бислоя, снижает упорядоченность цепи и повышает текучесть мембраны за счет образования перегибов в точке ветвления [103]. Циклопропановые жирные кислоты снижают текучесть клеточной мембраны, модулируя упаковку липидов, усиливая образование гош-дефектов и увеличивая диффузию липидов [103]. Тем не менее, циклопропановые ЖК в целом более упорядочены, чем соответствующие ненасыщенные цепи, что может объяснить, как эти ЖК могут повышать стабильность мембраны, например. г., при высоких температурах и одновременно снижают его проницаемость для токсических соединений.

Помимо того, что у некоторых бактерий при переходе клеток в стационарную фазу наблюдается изменение доли ЖК с циклопропиловым разветвлением, например, в ответ клеток R. erythropolis как на низкие, так и на высокие значения рН [60], на кислотный шок в E. coli [104] и устойчивость Salmonella enterica серовара Typhimurium ( S. typhimurium ) к низким значениям рН [105].Включение циклопропановой ЖК из среды или введение функционального гена cfa в мутантные штаммы cfa E. coli [104] и S. typhimurium [105] восстанавливают устойчивость этих клеток к низким значениям рН. . Поскольку образование циклопропанового кольца в бактериальных мембранах требует больших энергетических затрат и происходит непосредственно перед прекращением клеточного роста, это может свидетельствовать о важности этих ЖК для адаптации клеток к неблагоприятным условиям, обнаруживаемым в стационарной фазе, однако научные доказательства до сих пор отсутствуют. 106].

Исследования состава ЖК клеточной мембраны прокариот демонстрируют множество реакций, которые клетки могут использовать для регулирования текучести клеточной мембраны в сложных условиях. От ферментативных изменений FA до синтеза de novo клетки пытаются произвести самые быстрые изменения, используя наименьшую возможную энергию. Тем не менее сами ФА в окружающей среде могут приостановить угрозу стабильности и функции мембран бактериальных клеток.Хотя их антибактериальный механизм действия плохо изучен, свободные ЖК, воздействуя на клеточную мембрану, могут нарушать цепь переноса электронов и окислительное фосфорилирование [107]. ЖК в свободном виде или в виде моноацилглицеридов являются перспективными антибактериальными агентами с возможным терапевтическим применением для здоровья человека и медицины [108].

2.2. У эукариот

Мембрана эукариотической клетки образует избирательный барьер, контролирующий транспорт молекул в клетку и из клетки, регулирует клеточную коммуникацию, выполняет и участвует в многочисленных сложных функциях, включая пролиферацию, дифференцировку, секрецию, миграцию, инвазию и фагоцитоз. У эукариот, помимо защиты клетки от окружающей среды, мембраны присутствуют на субклеточном уровне, образуя, например, эндоплазматический ретикулум, окружающий клеточное ядро ​​и различные типы органелл. Это способствует большому разнообразию состава мембран у эукариот, еще более расширенному в многоклеточных организмах, где для выполнения определенных тканевых функций требуется определенный состав мембран (см. [109]). Этот раздел посвящен роли жирных кислот в регуляции свойств плазматических мембран в различных условиях окружающей среды.Состав ЖК модулирует биофизические свойства биологических мембран в составе мембранных липидов, то есть фосфолипидов, фосфосфинголипидов, сфинголипидов и ганглиозидов. Эти липиды вместе с холестерином компартментализуются и сливаются в клеточных мембранах, мембранах органелл, бислойных листках, образуя мозаику из гелевых и жидких доменов, сосуществующих в плоскости липидного бислоя [110,111]. Длина цепи и степень ненасыщенности, положение двойной связи и гидроксилирование ЖК, интегрированных в фосфолипиды и сфинголипиды, определяют их влияние на биофизические свойства мембран: насыщенные жирные кислоты с короткими цепями образуют менее вязкие мембраны, тогда как мононенасыщенные жирные кислоты и ω6 и ω3 ПНЖК образуют более жидкие мембраны, чем насыщенные ЖК [112]. Как и у прокариот, контроль текучести мембран особенно важен у пойкилотермных эукариот, сталкивающихся с температурным стрессом.

Реакция пойкилотермов на изменение температуры окружающей среды неодинакова (см. [113]). Подгонка текучести мембраны к различным температурам роста часто подразумевает изменения относительных пропорций классов стеролов и глицеролипидов (т. е. изменения в составе головной группы фосфолипидов) в мембранах [114]. Однако сокращение длины углеводородной цепи или введение транс-— или цис--двойной связи в насыщенную углеводородную цепь являются широко распространенными механизмами, используемыми пойкилотермами для поддержания порядка липидов на физиологически благоприятных значениях.Эксперименты с дрожжами, например, показали, что некоторые виды (например, Saccharomyces cerevisiae ) увеличивают длину цепи ЖК при повышении температуры, в то время как другие (например, S. toruloides ) уменьшают степень ненасыщенности ЖК и другие ( C. utilis). и L. starkeyi ) варьируют предпочтительный механизм в зависимости от рассматриваемого диапазона температур [115].

Ранние исследования способности растений акклиматизироваться к более высоким температурам, проведенные на растениях, адаптированных к росту при высоких температурах [116,117], показали снижение уровня ненасыщенных ЖК (например,g., 16:3) и повышение уровня насыщения ЖК в их мембранах при более высоких температурах роста. Подобные тенденции позже были обнаружены для растений из умеренной среды, что позволило предположить, что изменения мембранных липидов обычно способствуют способности растений акклиматизироваться к различным температурам [118, 119]. Способность регулировать степень ненасыщенности ЖК и обеспечивать адаптацию к высокой температуре особенно актуальна в мембране тилакоидов для обеспечения термостабильности фотосинтеза [120].Следует отметить, что фотосистема II (ФСII) встроена в мембрану тилакоидов и что липиды играют особую роль в сборке и функционировании комплекса ФСII [121].

У рыб состав мембранных ЖК связан с вязкостью мембран, и было показано, что эритроциты, а также нейроны взрослых карпов могут постоянно регулировать текучесть своих внешних мембран в зависимости от изменения температуры [122]. Эти авторы, используя смеси синтетических 18:1/22:6 фосфатидилэтаноламинов и 16:0/18:1 фосфатидилхолинов, продемонстрировали, что эти молекулярные формы обладают способностью повышать текучесть мембран при адаптации к пониженным температурам.Сопоставимый сдвиг в составе мембран ЖК также наблюдался у эмбрионов рыб, подвергшихся воздействию загрязняющего вещества 2,4-динитрофенола, по сравнению с эмбрионами, не подвергшимися воздействию. Эмбрионы, подвергшиеся воздействию этого загрязнителя, показали низкий уровень ПНЖК и увеличение более высоких количеств насыщенных ЖК, что увеличило вязкость клеточной мембраны [123].

Другая реакция на изменения температуры, которая не подразумевает чистого синтеза липидов, включает замену позиций (ремоделирование) присоединенных ЖК в глицериновом остове фосфолипидов, что может изменить T c на 8–9 °C [124, 125]. Учитывая, что первая и вторая цис -двойные связи вызывают сильное изменение температуры перехода (T c ) молекулярных частиц, а дополнительные двойные связи оказывают незначительное или незначительное влияние на T c , накопление ПНЖК при низких температурах должны быть связаны с другими преимуществами (см. ниже) [119]. У гомойотермов, например у млекопитающих, наблюдаемая большая изменчивость профилей ацильных цепей мембран некоторых типов клеток и тканей намекает на способность этих профилей наделять клеточные мембраны специфическими свойствами.ПНЖК оказывают сильное влияние на другие физические свойства мембран, помимо текучести, включая проницаемость мембран, эластичность мембран и деформацию кривизны [126, 127, 128], что влияет на слияние мембран и образование везикул [129, 130], латеральную сегрегацию липидов [131] и механизмы флип-флоп [126, 127, 128]. 132]. Из-за важности липидных взаимодействий для формирования мембранных доменов ПНЖК модулируют структуру, организацию и функцию мембранных рафтов, мешают ацилированным белкам в рафтах и ​​взаимодействию липидов и белков [133,134]. Кроме того, сообщалось, что EPA и DHA изменяют размер, стабильность и распределение мембранного рафта за счет уменьшения доли MUFA [135, 136, 137], а также влияют на ассоциированные с мембраной белки, такие как сигнальные белки и иммуногенные рецепторы (см. [138]).

С биофизической точки зрения включение ПНЖК в фосфолипидные мембраны также уменьшает их толщину и вызывает небольшие дефекты геометрического расположения липидов [139]. Эти дефекты разной глубины способствуют связыванию и встраиванию некоторых белков с амфипатической α-спиральной конформацией в зависимости от объема их боковых аминокислотных цепей [140,141].ПНЖК также важны для поддержания спонтанной кривизны и жесткости мембран при изгибе. Было показано, что за счет снижения жесткости мембран при изгибе [142,143] ДГК в фосфолипидах способствует быстрому эндоцитозу [141], а арахидоновая кислота (20:4ω6) в фосфолипидах мембран гепатоцитов и энтероцитов облегчает транспорт триглицеридов в просвет эндоплазматического ретикулума. [144].

В клетках крови гибкость мембран увеличивается у животных с диетой, богатой рыбьим жиром (т.е., с большим количеством длинноцепочечных ω3 ПНЖК, таких как EPA и DHA), с важными последствиями для микроциркуляции [145]. Снижение доли длинноцепочечных ПНЖК в клеточных мембранах наблюдается на доклинических стадиях диабета; предполагается, что он снижает деформируемость эритроцитов и последующее снабжение тканей кислородом, способствуя тем самым микрососудистым осложнениям диабета и тканевой гипоксии [146]. Снижение длинноцепочечных ПНЖК в эритроцитах в фосфатидилэтаноламинах наблюдалось у людей с диабетом и диабетической ретинопатией, что, по-видимому, компенсируется увеличением количества видов фосфатидилхолина в эритроцитах пациентов с диабетом без диабетической ретинопатии [147].Было высказано предположение, что повышенное высвобождение свободных ЖК из жировой ткани в кровоток при диабете 2 типа и его преддиабетической фазе, гестационном сахарном диабете и ожирении повышает концентрацию насыщенных ЖК в плазме (см. [148]). Это, в свою очередь, может вызвать переход от ненасыщенности к насыщению биологических мембран, что повлияет на их гибкость и функциональность.

Липиды – Биология 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Опишите четыре основных типа липидов
  • Объясните роль жиров в накоплении энергии
  • Различие между насыщенными и ненасыщенными жирными кислотами
  • Опишите фосфолипиды и их роль в клетках
  • Определение базовой структуры стероида и некоторых функций стероида
  • Объясните, как холестерин помогает поддерживать жидкую природу плазматической мембраны

Липиды включают разнообразную группу соединений, которые в основном неполярны по своей природе.Это связано с тем, что они представляют собой углеводороды, которые включают в основном неполярные связи углерод-углерод или углерод-водород. Неполярные молекулы гидрофобны («боятся воды») или нерастворимы в воде. Липиды выполняют множество различных функций в клетке. Клетки хранят энергию для длительного использования в виде жиров. Липиды также обеспечивают изоляцию растений и животных от окружающей среды ((Рисунок)). Например, они помогают водоплавающим птицам и млекопитающим оставаться сухими, образуя защитный слой поверх меха или перьев из-за их водоотталкивающей гидрофобной природы.Липиды также являются строительными блоками многих гормонов и важным компонентом всех клеточных мембран. Липиды включают жиры, масла, воски, фосфолипиды и стероиды.

Гидрофобные липиды в мехе водных млекопитающих, таких как речная выдра, защищают их от непогоды. (кредит: Кен Босма)


Жиры и масла

Молекула жира состоит из двух основных компонентов — глицерина и жирных кислот. Глицерин представляет собой органическое соединение (спирт) с тремя атомами углерода, пятью атомами водорода и тремя гидроксильными (ОН) группами.Жирные кислоты имеют длинную цепь углеводородов, к которой присоединена карбоксильная группа, отсюда и название «жирная кислота». Число атомов углерода в жирной кислоте может варьироваться от 4 до 36. Наиболее распространены те, которые содержат 12–18 атомов углерода. В молекуле жира жирные кислоты присоединяются к каждому из трех атомов углерода молекулы глицерина сложноэфирной связью через атом кислорода ((рисунок)).

Присоединение трех жирных кислот к глицериновому остову в реакции дегидратации образует триацилглицерин. При этом высвобождаются три молекулы воды.


Во время образования сложноэфирной связи высвобождаются три молекулы воды. Три жирные кислоты в триацилглицерине могут быть похожими или разными. Мы также называем жиры триацилглицеринами или триглицеридами из-за их химической структуры. Некоторые жирные кислоты имеют общие названия, указывающие на их происхождение. Например, пальмитиновую кислоту, насыщенную жирную кислоту, получают из пальмы. Арахиновая кислота получена из Arachis hypogea, научного названия арахиса или арахиса.

Жирные кислоты могут быть насыщенными или ненасыщенными. В цепи жирных кислот, если между соседними атомами углерода в углеводородной цепи имеются только одинарные связи, жирная кислота является насыщенной. Насыщенные жирные кислоты насыщены водородом. Другими словами, число атомов водорода, присоединенных к углеродному скелету, максимально. Стеариновая кислота является примером насыщенной жирной кислоты ((рисунок)).

Стеариновая кислота — распространенная насыщенная жирная кислота.


Когда углеводородная цепь содержит двойную связь, жирная кислота является ненасыщенной.Олеиновая кислота является примером ненасыщенной жирной кислоты ((рисунок)).

Олеиновая кислота — распространенная ненасыщенная жирная кислота.


Большинство ненасыщенных жиров являются жидкими при комнатной температуре. Мы называем эти масла. Если в молекуле одна двойная связь, то это мононенасыщенный жир (например, оливковое масло), а если более одной двойной связи, то это полиненасыщенный жир (например, рапсовое масло).

Когда жирная кислота не имеет двойных связей, она является насыщенной жирной кислотой, потому что невозможно добавить больше водорода к атомам углерода цепи.Жир может содержать одинаковые или разные жирные кислоты, присоединенные к глицерину. Длинные прямые жирные кислоты с одинарными связями обычно плотно упакованы и являются твердыми при комнатной температуре. Животные жиры со стеариновой и пальмитиновой кислотами (распространенные в мясе) и жиры с масляной кислотой (распространенные в сливочном масле) являются примерами насыщенных жиров. Млекопитающие хранят жиры в специализированных клетках, или адипоцитах, где жировые шарики занимают большую часть объема клетки. Растения запасают жир или масло во многих семенах и используют их в качестве источника энергии во время развития проростков.Ненасыщенные жиры или масла обычно имеют растительное происхождение и содержат цис- ненасыщенных жирных кислот. Цис и транс указывают на конфигурацию молекулы вокруг двойной связи. Если атомы водорода находятся в одной плоскости, это цис-жир. Если атомы водорода находятся в двух разных плоскостях, это трансжиры. Двойная связь цис вызывает изгиб или «перегиб», который препятствует плотной упаковке жирных кислот, сохраняя их жидкими при комнатной температуре ((рисунок)).Оливковое масло, кукурузное масло, масло канолы и масло печени трески являются примерами ненасыщенных жиров. Ненасыщенные жиры помогают снизить уровень холестерина в крови; тогда как насыщенные жиры способствуют образованию бляшек в артериях.

Насыщенные жирные кислоты имеют углеводородные цепи, соединенные только одинарными связями. Ненасыщенные жирные кислоты имеют одну или несколько двойных связей. Каждая двойная связь может иметь конфигурацию цис или транс . В конфигурации цис оба атома водорода находятся на одной стороне углеводородной цепи.В конфигурации транс атомы водорода находятся на противоположных сторонах. Двойная связь цис вызывает излом в цепи.


Трансжиры

Пищевая промышленность искусственно гидрогенизирует масла, чтобы сделать их полутвердыми и иметь консистенцию, подходящую для многих переработанных пищевых продуктов. Проще говоря, газообразный водород пропускают через масла, чтобы они затвердели. Во время этого процесса гидрирования двойные связи цис--конформации в углеводородной цепи могут превращаться в двойные связи -транс--конформации.

Маргарин, некоторые виды арахисового масла и шортенинг являются примерами искусственно гидрогенизированных трансжиров. Недавние исследования показали, что увеличение содержания трансжиров в рационе человека может привести к повышению уровня липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) или «плохого» холестерина, что, в свою очередь, может привести к отложению бляшек в артериях, что приводит к сердечным заболеваниям. . Многие рестораны быстрого питания недавно запретили использование трансжиров, и этикетки продуктов питания должны указывать содержание трансжиров.

Омега-жирные кислоты

Незаменимые жирные кислоты — это те, которые требуются человеческому организму, но не синтезируются.Следовательно, они должны быть дополнены путем приема внутрь через диету. Жирные кислоты омега-3 (подобные тем, что на рисунке)) попадают в эту категорию и являются одной из двух известных для человека (другая жирная кислота омега-6). Это полиненасыщенные жирные кислоты и омега-3, потому что двойная связь соединяет третий углерод с конца углеводородной цепи с соседним углеродом.

Альфа-линоленовая кислота является примером жирной кислоты омега-3. Он имеет три двойные связи цис и, как следствие, изогнутую форму.Для ясности на диаграмме не показаны атомы углерода. С каждым одинарно связанным углеродом связаны два атома водорода, которые также не показаны на диаграмме.


Самый дальний углерод от карбоксильной группы обозначается омега-углеродом ( ω ), и если двойная связь находится между третьим и четвертым углеродом с этого конца, это омега-3 жирная кислота. Жирные кислоты омега-3 важны с точки зрения питания, поскольку они не вырабатываются организмом, включая альфа-линоленовую кислоту (АЛК), эйкозапентаеновую кислоту (ЭПК) и докозагексаеновую кислоту (ДГК), все из которых являются полиненасыщенными.Лосось, форель и тунец являются хорошими источниками омега-3 жирных кислот. Исследования показывают, что омега-3 жирные кислоты снижают риск внезапной смерти от сердечных приступов, снижают уровень триглицеридов в крови, снижают кровяное давление и предотвращают тромбоз, препятствуя свертыванию крови. Они также уменьшают воспаление и могут помочь снизить риск некоторых видов рака у животных.

Как и углеводы, жиры получили широкую огласку. Это правда, что чрезмерное употребление жареной и другой «жирной» пищи приводит к увеличению веса. Однако жиры выполняют важные функции. Многие витамины растворимы в жирах, а жиры служат формой долговременного хранения жирных кислот: источником энергии. Они также обеспечивают теплоизоляцию тела. Поэтому мы должны регулярно потреблять «здоровые» жиры в умеренных количествах.

Воски

Воск покрывает перья некоторых водоплавающих птиц и поверхности листьев некоторых растений. Из-за гидрофобной природы восков они предотвращают прилипание воды к поверхности ((Рисунок)). Длинные цепи жирных кислот, этерифицированные в длинноцепочечные спирты, включают воски.

Липиды представляют собой восковые покрытия на некоторых листьях. (кредит: Роджер Гриффит)


Фосфолипиды

Фосфолипиды являются основными компонентами плазматической мембраны, которые составляют внешний слой клеток. Как и жиры, они состоят из цепочек жирных кислот, прикрепленных к глицериновому или сфингозиновому остову. Однако вместо трех присоединенных жирных кислот, как в триглицеридах, есть две жирные кислоты, образующие диацилглицерин, а модифицированная фосфатная группа занимает третий углерод основной цепи глицерина ((рисунок)). Одна только фосфатная группа, присоединенная к диаглицерину, не может считаться фосфолипидом. Это фосфатидат (диацилглицерол-3-фосфат), предшественник фосфолипидов. Спирт модифицирует фосфатную группу. Фосфатидилхолин и фосфатидилсерин являются двумя важными фосфолипидами, которые находятся в плазматических мембранах.

Фосфолипид представляет собой молекулу с двумя жирными кислотами и модифицированной фосфатной группой, присоединенную к глицериновому остову. Добавление заряженной или полярной химической группы может модифицировать фосфат.


Фосфолипид является амфипатической молекулой, то есть имеет гидрофобную и гидрофильную части. Цепи жирных кислот гидрофобны и не могут взаимодействовать с водой; тогда как фосфатсодержащая группа гидрофильна и взаимодействует с водой ((рисунок)).

Бислой фосфолипидов является основным компонентом всех клеточных мембран. Гидрофильные головные группы фосфолипидов обращены к водному раствору. Гидрофобные хвосты изолированы в середине бислоя.


Головка представляет собой гидрофильную часть, а хвост содержит гидрофобные жирные кислоты. В мембране двойной слой фосфолипидов образует структурную матрицу, хвосты жирных кислот фосфолипидов обращены внутрь, от воды; тогда как фосфатная группа обращена к внешней, водной стороне ((рисунок)).

Фосфолипиды отвечают за динамическую природу плазматической мембраны. Если каплю фосфолипидов поместить в воду, она спонтанно образует структуру, которую ученые называют мицеллой, где гидрофильные фосфатные головки обращены наружу, а жирные кислоты обращены внутрь структуры.

Стероиды

В отличие от фосфолипидов и жиров, которые мы обсуждали ранее, стероиды имеют конденсированную кольцевую структуру. Хотя они не похожи на другие липиды, ученые объединяют их с ними, потому что они также гидрофобны и нерастворимы в воде. Все стероиды имеют четыре связанных углеродных кольца, и некоторые из них, как холестерин, имеют короткий хвост ((Рисунок)). Многие стероиды также имеют функциональную группу –ОН, что помещает их в классификацию спиртов (стеролы).

Четыре конденсированных углеводородных кольца содержат стероиды, такие как холестерин и кортизол.


Холестерин является наиболее распространенным стероидом. Печень синтезирует холестерин и является предшественником многих стероидных гормонов, таких как тестостерон и эстрадиол, которые секретируются гонадами и эндокринными железами. Он также является предшественником витамина D. Холестерин также является предшественником солей желчных кислот, которые способствуют эмульгированию жиров и их последующему поглощению клетками. Хотя непрофессионалы часто негативно отзываются о холестерине, он необходим для правильного функционирования организма.Стерины (холестерин в клетках животных, фитостерин в растениях) являются компонентами плазматической мембраны клеток и находятся в составе фосфолипидного двойного слоя.

Резюме раздела

Липиды представляют собой класс макромолекул, неполярных и гидрофобных по своей природе. Основные типы включают жиры и масла, воски, фосфолипиды и стероиды. Жиры представляют собой накопленную форму энергии и также известны как триацилглицеролы или триглицериды. Жиры состоят из жирных кислот и либо глицерина, либо сфингозина.Жирные кислоты могут быть ненасыщенными или насыщенными, в зависимости от наличия или отсутствия двойных связей в углеводородной цепи. Если присутствуют только одинарные связи, это насыщенные жирные кислоты. Ненасыщенные жирные кислоты могут иметь одну или несколько двойных связей в углеводородной цепи. Фосфолипиды составляют матрикс мембраны. Они имеют глицериновый или сфингозиновый остов, к которому присоединены две цепи жирных кислот и фосфатсодержащая группа. Стероиды представляют собой другой класс липидов. Их основная структура состоит из четырех сплавленных углеродных колец.Холестерин представляет собой тип стероида и является важным компонентом плазматической мембраны, где он помогает поддерживать жидкую природу мембраны. Он также является предшественником стероидных гормонов, таких как тестостерон.

Контрольные вопросы

Насыщенные жиры обладают всеми следующими характеристиками, кроме:

  1. твердеют при комнатной температуре
  2. имеют одинарные связи в углеродной цепи
  3. обычно получают из животных источников
  4. легко растворяются в воде

Фосфолипиды являются важными компонентами ________.

  1. плазматическая мембрана клеток
  2. кольцевая структура стероидов
  3. восковой налет на листьях
  4. двойная связь в углеводородных цепях

Холестерин является составной частью плазматических мембран. Основываясь на его структуре, где он находится в мембране?

  1. на внеклеточной поверхности
  2. со встроенными фосфолипидными головками
  3. внутри хвостового бислоя
  4. прикреплен к внутриклеточной поверхности

Вопросы критического мышления

Объясните как минимум три функции, которые липиды выполняют в растениях и/или животных.

Жир служит для животных ценным способом накопления энергии. Он также может обеспечить изоляцию. Воски могут защитить листья растений и шерсть млекопитающих от намокания. Фосфолипиды и стероиды являются важными компонентами мембран животных клеток, а также мембран растений, грибов и бактерий.

Почему трансжиры запрещены в некоторых ресторанах? Как они создаются?

Трансжиры создаются искусственно, когда газообразный водород пропускают через масла для их затвердевания.Двойные связи цис--конформации в углеводородной цепи могут быть преобразованы в двойные связи -транс--конфигурации. Некоторые рестораны запрещают трансжиры, потому что они вызывают более высокий уровень ЛПНП или «плохого» холестерина.

Почему жирные кислоты лучше гликогена хранят большое количество химической энергии?

Жиры имеют более высокую энергетическую плотность, чем углеводы (в среднем 9 ккал/грамм против 4,3 ккал/грамм соответственно). Таким образом, в пересчете на грамм в жирах может храниться больше энергии, чем в углеводах.Кроме того, жиры упакованы в сферические глобулы, чтобы свести к минимуму взаимодействие с плазматической мембраной на водной основе, в то время как гликоген представляет собой крупный разветвленный углевод, который нельзя уплотнить для хранения.

Часть роли кортизола в организме заключается в прохождении через плазматическую мембрану для инициации передачи сигналов внутри клетки. Опишите, как структуры кортизола и плазматической мембраны позволяют этому происходить.

Кортизол представляет собой небольшую, обычно гидрофобную молекулу, в то время как фосфолипиды, образующие плазматические мембраны, имеют гидрофильную головку и гидрофобные хвосты.Поскольку кортизол гидрофобен, он может взаимодействовать с секвестрированными хвостами фосфолипидов в центре плазматической мембраны. Это, наряду с его небольшим размером, позволяет кортизолу перемещаться через плазматическую мембрану внутрь клетки.

Глоссарий

липид
макромолекула, неполярная и нерастворимая в воде
жир омега
видов полиненасыщенных жиров, необходимых организму; нумерация углеродной омеги начинается с метильного конца или конца, наиболее удаленного от карбоксильного конца
фосфолипид
основной компонент мембран
; состоит из двух жирных кислот и фосфатсодержащей группы, присоединенной к основной цепи глицерина
насыщенные жирные кислоты
длинноцепочечный углеводород с одинарными ковалентными связями в углеродной цепи; максимальное количество атомов водорода, присоединенных к углеродному скелету
стероид
тип липидов, состоящий из четырех конденсированных углеводородных колец, образующих плоскую структуру
трансжиры
жир, искусственно образованный путем гидрогенизации масел, что приводит к иному расположению двойных связей, чем в встречающихся в природе липидах
триацилглицерин (также триглицерид)
молекул жира; состоит из трех жирных кислот, связанных с молекулой глицерина
ненасыщенная жирная кислота
углеводород с длинной цепью, содержащий одну или несколько двойных связей в углеводородной цепи
воск
липид, состоящий из длинноцепочечной жирной кислоты, этерифицированной до длинноцепочечного спирта; служит защитным покрытием на некоторых перьях, мехе водных млекопитающих и листьях

Биомолекулы — Липиды — LHS CNS-Chemistry (Term A)

Биологические вещества, нерастворимые в воде, классифицируются как липиды. Это характерное физическое свойство липидов сильно отличает их от других биомолекул, таких как углеводы, белки и нуклеиновые кислоты. Строение липидов чрезвычайно разнообразно.

Функции липидов очень разнообразны. Некоторые липиды используются для хранения энергии. Помимо того, что они служат источниками энергии, некоторые липиды накапливаются в окружающих тканях, выполняя функцию изоляции и защиты. Другие липиды передают химические сообщения и помогают регулировать активность клеток из одной части тела в другую.Другая группа образует клеточные барьеры, которые избирательно пропускают молекулы внутрь и наружу клеток.

Одним из типов строительных блоков липидов является жирная кислота . Жирные кислоты состоят из карбоксильной группы (-COOH) на конце цепи, состоящей как минимум из 4 атомов углерода. Эти углеродные цепи в жирных кислотах гидрофобны, то есть нерастворимы в воде. Кислотная группа на конце жирной кислоты является гидрофильной, что означает, что она любит взаимодействовать с молекулами воды и растворяется в воде. В отличие от других групп биомолекул, мономеры жирных кислот не связаны напрямую друг с другом с образованием длинных цепей. Кроме того, не все группы липидов содержат жирные кислоты.


Триглицериды

Жиры и масла называются триглицеридами. Все эти липидные биомолекулы имеют одинаковую базовую структуру. Триглицериды состоят из молекулы глицерина, связанной с тремя жирными кислотами.


Жиры и масла являются типами триглицеридов. Жиры твердые, содержатся преимущественно в тканях животных.Жиры могут использоваться животными для хранения энергии, обеспечения изоляции, защиты чувствительных органов внутри их тел. Масла – это жидкости, получаемые обычно из растений. Растения сначала хранят энергию в виде углеводов, но другой вариант для растений — запасать избыточную энергию в виде масел. Особенно это касается семян растений. Растение способно хранить больше энергии на молекулу в липидах, чем в углеводах.

Воски

Воски представляют собой класс липидов, которые содержат два мономера, одна жирная кислота, связанная эфирной связью, с одним спиртом (углеводородом, содержащим гидроксильную группу). Углеводородная цепь в спиртовом мономере восков варьируется от короткой линейной цепи до сложных структур углеродных колец. Воски обеспечивают защитные барьеры для предотвращения потери воды и защиты клеток. Воски защищают семена и питательные вещества внутри плодов растений и покрывают поверхность листьев растений, образуя кутикулу для предотвращения потери воды. Пчелы синтезируют соты из пчелиного воска для хранения пищи и защиты потомства. Воски предотвращают обезвоживание с поверхностей тела многих насекомых и отталкивают воду на поверхности птичьих перьев и меха некоторых животных.

Стероиды

Стероиды представляют собой класс липидов, содержащих четыре связанных углеродных кольца. Хотя стероиды могут связываться с жирными кислотами, молекулы стероидов не содержат цепи жирных кислот, и трудно определить мономер биомолекулы стероида. Стероидные кольца обычно содержат несколько небольших функциональных групп, включая гидроксилы (-ОН) или карбоксилы (-СОО). Холестерин и другие стероиды, содержащие гидроксильную группу, называются стеролами. Холестерин и родственные стеролы присутствуют в мембранах клеток животных и являются предшественниками для синтеза многих жизненно важных стероидов и других производных стеролов.

Многие стероиды и их производные выполняют жизненно важные клеточные функции. Стероидные гормоны, такие как эстроген и тестостерон, контролируют репродуктивные процессы и развитие. Желчные соли и жирорастворимые витамины представляют собой липиды, полученные из холестерина и родственных молекул липидов. Ученые модифицируют стероиды в лабораториях, синтезируя медицинские препараты, которые действуют, имитируя природные соединения в организме человека. Анаболические стероиды, особый класс искусственно изготовленных стероидных препаратов, стимулируют рост мышц и усиливают развитие вторичных половых признаков.У людей с метаболическими заболеваниями анаболические стероиды могут улучшить здоровье, восстанавливая нормальные сигналы, но использование анаболических стероидов здоровыми людьми может быть чрезвычайно вредным для функции внутренних органов.

Фосфолипиды

Последний вид липидов – это фосфолипиды. Этот тип липидов имеет некоторое сходство с триглицеридами. Фосфолипиды имеют глицериновую основу, которая связана с жирными кислотами. Разница в том, что в фосфолипиде всего 2 цепи жирных кислот, а не три, как в триглицеридах.Фосфолипиды, такие как триглицериды, имеют гидрофобные углеродные цепи и гидрофильную «головку».

Наиболее важной функцией фосфолипидов является формирование липидного двойного слоя в клеточных мембранах. Фосфолипиды устроены так, что все гидрофильные (водолюбивые) части молекулы направлены наружу, а гидрофобные углеродные цепи направлены внутрь. Такое расположение формируется из-за того, что область снаружи и внутри клетки в основном состоит из воды, поэтому гидрофильные части хотят взаимодействовать с ними. Гидрофобные углеродные цепи вытеснены внутрь, так как они не хотят взаимодействовать с водой.

Поскольку липиды не разлагаются в воде, бислой создает барьер вокруг клетки и пропускает только определенные молекулы. Некоторые небольшие молекулы, такие как углекислый газ и вода, легко проходят через бислой. Это очень важно для функционирования клетки, потому что химические реакции в клетке, которые производят энергию для ваших клеток, часто используют такие газы, как кислород, и производят углекислый газ в качестве отработанного газа.

Ссылки на другие страницы биомолекул LHS —   Углеводы        Белки       Нуклеиновые кислоты 

3.3 липида — Биология для курсов AP®

Цели обучения

В этом разделе вы изучите следующие вопросы:

  • Какие существуют четыре основных типа липидов?
  • Каковы функции жиров в живых организмах?
  • В чем разница между насыщенными и ненасыщенными жирными кислотами?
  • Какова молекулярная структура фосфолипидов и какова роль фосфолипидов в клетках?
  • Какова основная структура стероида и каковы примеры их функций?
  • Как холестерин помогает поддерживать жидкую природу плазматической мембраны клеток?

Соединение для AP

® Курсы

Липиды также являются источниками энергии, поддерживающими клеточные процессы. Как и углеводы, липиды состоят из углерода, водорода и кислорода, но эти атомы расположены по-разному. Большинство липидов неполярны и гидрофобны. Основные типы включают жиры и масла, воски, фосфолипиды и стероиды. Типичный жир состоит из трех жирных кислот, связанных с одной молекулой глицерина, образуя триглицериды или триацилглицеролы. Жирные кислоты могут быть насыщенными или ненасыщенными, в зависимости от наличия или отсутствия двойных связей в углеводородной цепи; насыщенная жирная кислота имеет максимальное число атомов водорода, связанных с углеродом, и, таким образом, только одинарные связи.Как правило, жиры, находящиеся в жидком состоянии при комнатной температуре (например, масло канолы), имеют тенденцию быть более ненасыщенными, чем жиры, находящиеся в твердом состоянии при комнатной температуре. В пищевой промышленности масла искусственно гидрогенизируют, чтобы сделать их химически более подходящими для использования в обработанных пищевых продуктах. Во время этого процесса гидрирования двойные связи в цис-конформации в углеводородной цепи могут быть преобразованы в двойные связи в транс-конформации; к сожалению, было показано, что транс-жиры способствуют развитию сердечных заболеваний. Фосфолипиды представляют собой особый тип липидов, связанных с клеточными мембранами, и обычно имеют глицериновую (или сфингозиновую) основу, к которой присоединены две цепи жирных кислот и фосфатсодержащая группа. В результате фосфолипиды считаются амфипатическими, поскольку они имеют как гидрофобные, так и гидрофильные компоненты. (В главах 4 и 5 мы более подробно рассмотрим, как амфипатическая природа фосфолипидов в мембранах плазматических клеток помогает регулировать проникновение веществ в клетку и из нее.) Хотя молекулярная структура стероидов отличается от структуры триглицеридов и фосфолипидов, стероиды классифицируются как липиды на основании их гидрофобных свойств. Холестерин представляет собой тип стероида в плазматической мембране клеток животных. Холестерин также является предшественником стероидных гормонов, таких как тестостерон.

Представленная информация и примеры, выделенные в этом разделе, поддерживают концепции, изложенные в Большой идее 4 структуры учебного плана по биологии AP ® . Цели обучения, перечисленные в структуре учебного плана, обеспечивают прозрачную основу для курса биологии AP ® , основанного на запросах лабораторного опыта, учебных занятий и экзаменационных вопросов AP ® .Цель обучения объединяет необходимый контент с одной или несколькими из семи научных практик.

Большая идея 4 Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия обладают сложными свойствами.
Прочное понимание 4.A Взаимодействия внутри биологических систем приводят к сложным свойствам.
Основные знания 4.А.1 Подкомпоненты биологических молекул и их последовательность определяют свойства этой молекулы.
Научная практика 7. 1 Учащийся может связывать явления и модели в пространственных и временных масштабах.
Цель обучения 4.1 Учащийся может объяснить связь между последовательностью и субкомпонентами биологического полимера и его свойствами.
Основные знания 4.А.1 Подкомпоненты биологических молекул и их последовательность определяют свойства этой молекулы.
Научная практика 1,3 Студент может уточнить представления и модели природных или искусственных явлений и систем в предметной области.
Цель обучения 4.2 Студент может уточнить представления и модели, чтобы объяснить, как субкомпоненты биологического полимера и их последовательность определяют свойства этого полимера.
Основные знания 4. А.1 Подкомпоненты биологических молекул и их последовательность определяют свойства этой молекулы.
Научная практика 6.1 Учащийся может обосновать утверждения доказательствами.
Научная практика 6,4 Студент может делать заявления и прогнозы о природных явлениях на основе научных теорий и моделей.
Цель обучения 4,3 Учащийся может использовать модели для прогнозирования и обоснования того, что изменения в субкомпонентах биологического полимера влияют на функциональность молекул.

Служба поддержки учителей

Важное заблуждение, которое нужно преодолеть студентам, состоит в том, что липиды не вредны для организма. Они абсолютно необходимы для функций организма, в том числе для роста и выживания.

Еще одна концепция для обсуждения – нерастворимость липидов в воде.Это очевидно в заправке для салата, но почему это происходит? Если к липидам присоединены другие функциональные группы, то они могут содержать некоторые заряды и придавать липиду некоторую растворимость, но большинство липидов не имеют зарядов на поверхности молекул и не растворяются в воде, поэтому липиды обычно описан как гидрофобный.

Нерастворимые липиды должны быть присоединены к белкам в организме, чтобы стать растворимыми в жидкостях организма. Предложите классу исследовать белки, которые транспортируют и переносят липиды.Определите их вклад в здоровье или болезнь.

Контрольные вопросы по научной практике содержат дополнительные тестовые вопросы для этого раздела, которые помогут вам подготовиться к экзамену AP. Эти вопросы касаются следующих стандартов:
[APLO 2.9] [APLO 2.10] [APLO 2.12] [APLO 2.13][APLO 2.14][APLO 4.14]

Жиры и масла

Липиды включают разнообразную группу соединений, которые в основном неполярны по своей природе. Это связано с тем, что они представляют собой углеводороды, которые включают в основном неполярные связи углерод-углерод или углерод-водород.Неполярные молекулы гидрофобны («боятся воды») или нерастворимы в воде. Липиды выполняют множество различных функций в клетке. Клетки хранят энергию для длительного использования в виде жиров. Липиды также обеспечивают изоляцию растений и животных от окружающей среды (рис. 3.13). Например, их водоотталкивающая гидрофобная природа может помочь сохранить сухость водоплавающих птиц и млекопитающих, образуя защитный слой поверх меха или перьев. Липиды также являются строительными блоками многих гормонов и важным компонентом всех клеточных мембран.Липиды включают жиры, воски, фосфолипиды и стероиды.

Поддержка учителей

Разница между жиром и маслом заключается в состоянии соединения при комнатной температуре (68°F). Жир — это твердое или полутвердое вещество, а масло — жидкость при этой температуре. И жиры, и масла состоят из глицерина и двух или трех цепей жирных кислот, присоединенных к его атомам углерода посредством синтеза дегидратации. Жирная кислота представляет собой цепочку атомов углерода с атомами водорода, присоединенными к открытым участкам связи.Если цепь полностью насыщена атомами водорода, ее называют насыщенным жиром. Это имеет тенденцию придавать соединению относительно жесткую конфигурацию и помогает ему быть твердым. Если какой-либо из атомов водорода отсутствует, это называется ненасыщенным жиром или маслом. Отсутствие атомов водорода в цепи приводит к образованию двойных связей между соседними атомами углерода, что приводит к изгибу цепи. Это заставляет молекулы отталкивать другие молекулы рядом с собой, предотвращая упаковку цепей жирных кислот и приводя к образованию жидкости при комнатной температуре.Жиры, как правило, содержат высокую концентрацию насыщенных жирных кислот, а масла, как правило, содержат больше цепей ненасыщенных жирных кислот. Оба типа влияют на здоровье; большое количество насыщенных жиров значительно менее полезно для здоровья, чем большее количество ненасыщенных липидов. Исключение составляют трансжиры, ненасыщенные жиры, содержащиеся в обработанных пищевых продуктах. Трансжиры ведут себя как насыщенные липиды.

Разделите класс на три секции: секция 1: молочный отдел; раздел 2: заправки для салатов и раздел 3: картофельные чипсы.. Каждая секция посетит супермаркет и определит, какие жиры или масла входят в пять продуктов в их категории. Затем каждая секция подготовит таблицу со списком своих выводов и поделится ею с классом.

Рис. 3.13. Гидрофобные липиды в мехе водных млекопитающих, таких как речная выдра, защищают их от непогоды. (кредит: Кен Босма)

Молекула жира состоит из двух основных компонентов — глицерина и жирных кислот. Глицерин представляет собой органическое соединение (спирт) с тремя атомами углерода, пятью атомами водорода и тремя гидроксильными (ОН) группами.Жирные кислоты имеют длинную цепь углеводородов, к которой присоединена карбоксильная группа, отсюда и название «жирная кислота». Число атомов углерода в жирной кислоте может составлять от 4 до 36; наиболее распространены те, которые содержат 12–18 атомов углерода. В молекуле жира жирные кислоты присоединены к каждому из трех атомов углерода молекулы глицерина сложноэфирной связью через атом кислорода (рис. 3.14).

Рис. 3.14 Триацилглицерин образуется путем присоединения трех жирных кислот к глицериновому остову в результате реакции дегидратации.При этом высвобождаются три молекулы воды.

Во время образования сложноэфирной связи высвобождаются три молекулы воды. Три жирные кислоты в триацилглицерине могут быть похожими или разными. Жиры также называют триацилглицеринами или триглицеридами из-за их химической структуры. Некоторые жирные кислоты имеют общие названия, указывающие на их происхождение. Например, пальмитиновую кислоту, насыщенную жирную кислоту, получают из пальмы. Арахиновая кислота получена из Arachis hypogea, научного названия арахиса или арахиса.

Жирные кислоты могут быть насыщенными или ненасыщенными. В цепи жирной кислоты, если между соседними атомами углерода в углеводородной цепи имеются только одинарные связи, говорят, что жирная кислота насыщена. Насыщенные жирные кислоты насыщены водородом; другими словами, число атомов водорода, присоединенных к углеродному скелету, максимально. Стеариновая кислота является примером насыщенной жирной кислоты (рис. 3.15)

Рис. 3.15 Стеариновая кислота – распространенная насыщенная жирная кислота.

Когда углеводородная цепь содержит двойную связь, жирная кислота считается ненасыщенной.Олеиновая кислота является примером ненасыщенной жирной кислоты (рис. 3.16).

Рис. 3.16 Олеиновая кислота — распространенная ненасыщенная жирная кислота.

Большинство ненасыщенных жиров являются жидкими при комнатной температуре и называются маслами. Если в молекуле есть одна двойная связь, то он известен как мононенасыщенный жир (например, оливковое масло), а если имеется более одной двойной связи, то он известен как полиненасыщенный жир (например, масло канолы).

Когда жирная кислота не имеет двойных связей, она известна как насыщенная жирная кислота, потому что к атомам углерода в цепи больше нельзя добавлять водород.Жир может содержать одинаковые или разные жирные кислоты, присоединенные к глицерину. Длинные прямые жирные кислоты с одинарными связями имеют тенденцию к плотной упаковке и являются твердыми при комнатной температуре. Животные жиры со стеариновой и пальмитиновой кислотами (распространенные в мясе) и жиры с масляной кислотой (распространенные в сливочном масле) являются примерами насыщенных жиров. Млекопитающие хранят жиры в специализированных клетках, называемых адипоцитами, где шарики жира занимают большую часть объема клетки. У растений жир или масло накапливается во многих семенах и используется в качестве источника энергии при развитии проростков.Ненасыщенные жиры или масла обычно имеют растительное происхождение и содержат цис- ненасыщенных жирных кислот. Цис и транс указывают на конфигурацию молекулы вокруг двойной связи. Если атомы водорода находятся в одной плоскости, это называется цис-жиром; если атомы водорода находятся в двух разных плоскостях, это называется транс-жиром. Двойная связь цис вызывает изгиб или «перегиб», который препятствует плотной упаковке жирных кислот, сохраняя их жидкими при комнатной температуре (рис. 3.17). Оливковое масло, кукурузное масло, масло канолы и масло печени трески являются примерами ненасыщенных жиров. Ненасыщенные жиры помогают снизить уровень холестерина в крови, тогда как насыщенные жиры способствуют образованию бляшек в артериях.

Рис. 3.17 Насыщенные жирные кислоты имеют углеводородные цепи, соединенные только одинарными связями. Ненасыщенные жирные кислоты имеют одну или несколько двойных связей. Каждая двойная связь может иметь конфигурацию цис или транс . В конфигурации цис оба атома водорода находятся на одной стороне углеводородной цепи.В конфигурации транс атомы водорода находятся на противоположных сторонах. Двойная связь цис вызывает излом в цепи.

Трансжиры

В пищевой промышленности масла искусственно гидрогенизируют, чтобы сделать их полутвердыми и иметь консистенцию, подходящую для многих переработанных пищевых продуктов. Проще говоря, газообразный водород пропускают через масла, чтобы они затвердели. Во время этого процесса гидрирования двойные связи цис — конформации в углеводородной цепи могут быть преобразованы в двойные связи в транс-конформации.

Маргарин, некоторые виды арахисового масла и шортенинг являются примерами искусственно гидрогенизированных трансжиров. Недавние исследования показали, что увеличение содержания трансжиров в рационе человека может привести к увеличению уровня липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) или «плохого» холестерина, что, в свою очередь, может привести к отложению бляшек в артериях, что приводит к болезнь сердца. Многие рестораны быстрого питания недавно запретили использование трансжиров, и этикетки продуктов питания должны указывать содержание трансжиров.

Омега-жирные кислоты

Незаменимые жирные кислоты — это жирные кислоты, необходимые, но не синтезируемые человеческим организмом. Следовательно, они должны быть дополнены путем приема внутрь через диету. Жирные кислоты омега-3 (такие, как показанные на рис. 3.18) попадают в эту категорию и являются одной из двух известных для человека кислот (второй является жирная кислота омега-6). Это полиненасыщенные жирные кислоты, которые называются омега-3, потому что третий углерод с конца углеводородной цепи соединен с соседним углеродом двойной связью.

Рисунок 3.18 Альфа-линоленовая кислота является примером жирной кислоты омега-3. Он имеет три двойные связи цис и, как следствие, изогнутую форму. Для ясности углероды не показаны. Каждый одинарно связанный углерод имеет два связанных с ним атома водорода, которые также не показаны.

Самый дальний углерод от карбоксильной группы обозначается омега-углеродом ( ω ), и если двойная связь находится между третьим и четвертым углеродом с этого конца, она известна как омега-3 жирная кислота.Жирные кислоты омега-3 важны с точки зрения питания, поскольку они не вырабатываются организмом, включая альфа-линоленовую кислоту (АЛК), эйкозапентаеновую кислоту (ЭПК) и докозагексаеновую кислоту (ДГК), все из которых являются полиненасыщенными. Лосось, форель и тунец являются хорошими источниками омега-3 жирных кислот. Исследования показывают, что омега-3 жирные кислоты снижают риск внезапной смерти от сердечных приступов, снижают уровень триглицеридов в крови, снижают кровяное давление и предотвращают тромбоз, препятствуя свертыванию крови. Они также уменьшают воспаление и могут помочь снизить риск некоторых видов рака у животных.

Как и углеводы, жиры получили много дурной славы. Это правда, что чрезмерное употребление жареной и другой «жирной» пищи приводит к увеличению веса. Однако жиры выполняют важные функции. Многие витамины растворимы в жирах, а жиры служат формой долговременного хранения жирных кислот: источником энергии. Они также обеспечивают теплоизоляцию тела. Поэтому «здоровые» жиры в умеренных количествах следует употреблять на регулярной основе.

Поддержка учителей

Этот вопрос относится к цели обучения 4 приложения.3 и Научная практика 6.1 и 6.4, потому что учащиеся предсказывают, как изменение субкомпонентов молекулы может повлиять на свойства молекулы.

Фосфолипид состоит из фосфатной группы, связанной с глицерином, который связан с двумя цепями жирных кислот. Одна из цепей жирных кислот является насыщенной, а другая ненасыщенной. Насыщенная цепочка прямая, а ненасыщенная содержит изгиб. Фосфолипиды составляют липидные бислои, основной компонент большинства плазматических мембран, и придают им свойства жидкости, в результате того, что хвосты жирных кислот создают пространство между молекулами фосфолипидов.

Концепцию изогнутого хвоста жирной кислоты, способствующего текучести клеточной мембраны, может быть трудно визуализировать. Возьмите несколько старомодных деревянных прищепок. Ручка наверху становится молекулой фосфата. Два зубца булавки становятся жирными кислотами. Оба зубца жесткие, поэтому они представляют собой насыщенные жирные кислоты. В этой демонстрации нет ненасыщенных жирных кислот. Крепко возьмите несколько булавок в руку и попросите одного из учеников вытащить булавку из центра. Они не должны быть в состоянии, так как вы сжимаете штыри всех штифтов вместе.Это было бы в клеточной мембране без каких-либо ненасыщенных жирных кислот, отталкивающих соседние цепи, создавая пространства, которые позволяют мембране вести себя как жидкость.

Подключение к научной практике для курсов AP®

Подумай об этом

Объясните, почему трансжиры запрещены в некоторых ресторанах. Как производятся трансжиры и какое влияние на свойства липидов оказывает простое химическое изменение?

Воски

Воск покрывает перья некоторых водоплавающих птиц и поверхности листьев некоторых растений.Благодаря гидрофобной природе парафинов они предотвращают прилипание воды к поверхности (рис. 3.19). Воски состоят из длинных цепей жирных кислот, этерифицированных до длинноцепочечных спиртов.

Рисунок 3.19 Восковидный налет на некоторых листьях состоит из липидов. (кредит: Роджер Гриффит)

Фосфолипиды

Фосфолипиды являются основными составляющими плазматической мембраны, самого внешнего слоя всех живых клеток. Как и жиры, они состоят из цепочек жирных кислот, прикрепленных к глицериновому или сфингозиновому остову.Однако вместо трех присоединенных жирных кислот, как в триглицеридах, имеются две жирные кислоты, образующие диацилглицерин, а третий углерод основной цепи глицерина занят модифицированной фосфатной группой (рис. 3.20). Одна лишь фосфатная группа, присоединенная к диацилглицерину, не может считаться фосфолипидом; это фосфатидат (диацилглицерол-3-фосфат), предшественник фосфолипидов. Фосфатная группа модифицирована спиртом. Фосфатидилхолин и фосфатидилсерин являются двумя важными фосфолипидами, которые находятся в плазматических мембранах.

Рис. 3.20 Фосфолипид представляет собой молекулу с двумя жирными кислотами и модифицированной фосфатной группой, присоединенной к глицериновому остову. Фосфат можно модифицировать путем добавления заряженных или полярных химических групп.

Фосфолипид представляет собой амфипатическую молекулу, то есть имеет гидрофобную и гидрофильную части. Цепи жирных кислот гидрофобны и не могут взаимодействовать с водой, тогда как фосфатсодержащая группа гидрофильна и взаимодействует с водой (рис. 3.21).

Рис. 3.21 Бислой фосфолипидов является основным компонентом всех клеточных мембран. Гидрофильные головные группы фосфолипидов обращены к водному раствору. Гидрофобные хвосты изолированы в середине бислоя.

Головка представляет собой гидрофильную часть, а хвост содержит гидрофобные жирные кислоты. В мембране двойной слой фосфолипидов образует матрицу структуры, хвосты жирных кислот фосфолипидов обращены внутрь, от воды, тогда как фосфатная группа обращена к внешней, водной стороне (рис.21).

Фосфолипиды отвечают за динамическую природу плазматической мембраны. Если каплю фосфолипидов поместить в воду, она спонтанно образует структуру, известную как мицелла, где гидрофильные фосфатные головки обращены наружу, а жирные кислоты обращены внутрь этой структуры.

Everyday Connection для курсов AP®

Жиры представляют собой амфифильные молекулы. Другими словами, длинный углеводородный хвост гидрофобен, а глицериновая часть молекулы гидрофильна.В воде жиры образуют шар, называемый мицеллой, так что гидрофильные «головки» находятся на внешней поверхности, а гидрофобные «хвосты» — внутри, где они защищены от окружающей воды.

Рисунок 3.22

Поддержка учителей

Преобладающим стероидом в организме является холестерин, который по-разному используется организмом для образования стероидных гормонов и придания гибкости клеткам, таким как эритроциты, которые должны изменять свою форму, чтобы пройти через кровеносные сосуды и ткани.

Стероиды

В отличие от фосфолипидов и жиров, обсуждавшихся ранее, стероиды имеют конденсированную кольцевую структуру. Хотя они не похожи на другие липиды, их объединяют с ними, поскольку они также гидрофобны и нерастворимы в воде. Все стероиды имеют четыре связанных углеродных кольца, и некоторые из них, подобно холестерину, имеют короткий хвост (рис. 3.23). Многие стероиды также имеют функциональную группу –ОН, что помещает их в классификацию спиртов (стеролы).

Рис. 3.23 Стероиды, такие как холестерин и кортизол, состоят из четырех конденсированных углеводородных колец.

Холестерин является наиболее распространенным стероидом. Холестерин в основном синтезируется в печени и является предшественником многих стероидных гормонов, таких как тестостерон и эстрадиол, которые секретируются гонадами и эндокринными железами. Он также является предшественником витамина D. Холестерин также является предшественником солей желчных кислот, которые способствуют эмульгированию жиров и их последующему поглощению клетками. Хотя непрофессионалы часто отзываются о холестерине негативно, он необходим для правильного функционирования организма.Он является компонентом плазматической мембраны клеток животных и находится в двойном слое фосфолипидов. Будучи самой внешней структурой в клетках животных, плазматическая мембрана отвечает за транспортировку материалов и клеточное распознавание, а также участвует в межклеточных коммуникациях.

Ссылка на обучение

Чтобы получить дополнительную информацию о липидах, изучите интерактивную анимацию «Биомолекулы: липиды».

На что конкретно классифицируется холестерин?

  1. триглицерид
  2. а фосфолипид
  3. стероид
  4. воск

Липиды млекопитающих: структура, синтез и функция | Очерки биохимии

Приблизительно только 10% ИП находится в фосфорилированной форме.Наиболее распространенными фосфорилированными ИП являются фосфатидилинозитол-4-фосфат (PI4P) и PI(4,5)P 2 , каждый из которых составляет 5%. PI(4,5)P 2 локализуется на внутреннем листке плазматической мембраны. Синтез PI(4,5)P 2 опосредуется последовательным фосфорилированием PI локализованными в плазматической мембране PI-4-киназами и киназами PI4P-5 (рис. 6 и 7). PI(4,5)P 2 необходим для двух основных путей передачи сигнала, PLC и PI3K, которые регулируют широкий спектр биологической активности.Оба фермента находятся в автоингибированном состоянии; когда гормоны, факторы роста или нейротрансмиттеры связываются с рецепторами клеточной поверхности, происходит временное высвобождение при аутоингибировании.

В дополнение к роли субстрата для PI(4,5)P 2 интактная липидная молекула также необходима для множества функций, включая экзоцитоз, эндоцитоз, фагоцитоз, регуляцию ионных каналов и транспортеров и ремоделирование актинового цитоскелета.Белки, необходимые для эндоцитоза, экзоцитоза и фагоцитоза, рекрутируются на плазматическую мембрану с помощью PI(4,5)P 2 через их связывающие липиды домены или положительно заряженные участки. Например, во время экзоцитоза несколько компонентов механизма слияния, таких как CAPS, Munc13-1 и synaptotagmin-1, рекрутируются с помощью PI(4,5)P 2 . Syntaxin-1, другой важный регулятор экзоцитоза, сгруппирован PI(4,5)P 2 и является местом, где стыкуются везикулы, готовые к секреции.Опосредованный клатрином эндоцитоз также зависит от PI(4,5)P 2 . Адаптерный белок, AP2, который рекрутирует клатрин, первоначально рекрутируется на плазматическую мембрану с помощью PI(4,5)P 2 . Для продолжения эндоцитоза PI(4,5)P 2 должен быть преобразован в PI4P. Есть несколько фосфатаз, которые выполняют это, включая фосфатазу OCRL (рис. 6). Название OCRL расшифровывается как Oculo Cerebro Renal Syndrome Lowe, и мутация этого фермента приводит к заболеванию человека с дефектами глаз, головного мозга и почек.

Многие ионные каналы поддерживаются в открытом состоянии при связывании с PI(4,5)P 2 . При снижении уровней PI(4,5)P 2 за счет активации PLC ионные каналы временно закрываются до восстановления уровней PI(4,5)P 2 . Многие актин-связывающие белки рекрутируются PI(4,5)P 2 и могут вызывать изменение их конформации и влиять на форму клеток. Считается, что PI(4,5)P 2 не распределен гомогенно на плазматической мембране, а присутствует в пространственно разделенных кластерах, что позволяет осуществлять локализованную передачу сигналов.

.
Строительная функция липидов это: Функции липидов в клетке – список общих в таблице (биология, 9 класс)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.