Билет 5

1. Липиды, общая характеристика, классификация, свойства, биологическая роль.

Липиды — это жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине, бензоле, хлороформе и др.). Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам.

В химическом отношении большинство липидов представляет собой сложные эфиры высших карбоновых кислот и ряда спиртов. Наиболее известны среди них жиры. Каждая молекула жира образована молекулой трехатомного спирта глицерола и присоединенными к ней эфирными связями трех молекул высших карбоновых кислот. Согласно принятой номенклатуре, жиры называют триацилглщеролами.

Атомы углерода в молекулах высших карбоновых кислот могут быть соединены друг с другом как простыми, так и двойными связями. Из предельных (насыщенных) высших карбоновых кислот наиболее часто в состав жиров входят пальмитиновая, стеариновая, арахиновая; из непредельных (ненасыщенных) — олеиновая и линолевая. Степень ненасыщенности и длина цепей высших карбоновых кислот (т. е. число атомов углерода) определяют физические свойства того или иного жира.

Жиры с короткими и непредельными кислотными цепями имеют низкую температуру плавления. При комнатной температуре это жидкости (масла) либо мазеподобные вещества (жиры). И наоборот, жиры с длинными и насыщенными цепями высших карбоновых кислот при комнатной температуре становятся твердыми. Вот почему при гидрировании (насыщении кислотных цепей атомами водорода по двойным связям) жидкое арахисовое масло, например, становится мазеобразным, а подсолнечное масло превращается в твердый маргарин. По сравнению с обитателями южных широт в организме животных, обитающих в холодном климате (например, у рыб арктических морей), обычно содержится больше ненасыщенных триацилглицеролов. По этой причине тело их остается гибким и при низких температурах.

В фосфолипидах одна из крайних цепей высших карбоновых кислот триацилглицерола замещена на группу, содержащую фосфат. Фосфолипиды имеют полярные головки и неполярные хвосты. Группы, образующие полярную головку, гидрофильны, а неполярные хвостовые группы гидрофобны. Двойственная природа этих липидов обусловливает их ключевую роль в организации биологических мембран.

Еще одну группу липидов составляют стероиды (стеролы). Эти вещества построены на основе спирта холестерола. Стеролы плохо растворимы в воде и не содержат высших карбоновых кислот. К ним относятся желчные кислоты, холестерол, половые гар-моны, витамин D и др.

К липидам также относятся терпены (ростовые вещества растений — гиббереллины; каротиноиды — фотосинтетичские пигменты; эфирные масла растений, а также воска).

Липиды могут образовывать комплексы с другими биологическими молекулами — белками и сахарами.

Функции липидов следующие:

Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.

Энергетическая. При окислении жиров высвобождается большое количество энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах растений обеспечивает развитие зародыша и проростка до их перехода к самостоятельному питанию. Семена многих растений (кокосовой пальмы, клещевины, подсолнечника, сои, рапса и др.) служат сырьем для получения растительного масла промышленным способом.

Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной клетчатке и вокруг некоторых органов (почек, кишечника), жировой слой защищает организм животных и его отдельные органы от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести.

Смазывающая и водоотталкивающая. Воск покрывает кожу, шерсть, перья, делает их более эластичными и предохраняет от влаги. Восковой налет имеют листья и плоды многих растений.

Регуляторная. Многие гормоны являются производными хо-лестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон). Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.

Липиды являются также источником образования метаболической воды. Окисление 100 г жира дает примерно 105 г воды. Эта вода очень важна для некоторых обитателей пустынь, в частности для верблюдов, способных обходиться без воды в течение 10—12 суток: жир, запасенный в горбе, используется именно в этих целях. Необходимую для жизнедеятельности воду медведи, сурки и другие животные, впадающие в спячку, получают в результате окисления жира.

В миелиновых оболочках аксонов нервных клеток липиды являются изоляторами при проведении нервных импульсов.

Функции: Энергетическая - при сгорании 1 гр жира выделяется 39кДж, причем, это самый энергоемкий источник энергии, особенно для спортсменов, тренирующих выносливость. Кроме того, энергия, полученная при окислении жиров, используется не только во время работы, но и обеспечивает восстановительные процессы во время отдыха.

Теплоизоляционная (у полярных животных и растений)

Защитная (амортизационная) - жиры предохраняют внутренние органы от механических повреждений и фиксируют их.

Строительная - жиры выполняют роль структурного компонента мембран; особенно богата ими нервная ткань.

Гормональная - выполняют регуляторную функцию, являясь основой стероидных гормонов. Кроме того, жиры являются растворителями многих неполярных соединений.

По содержанию в организме все жиры можно разделить на две большие группы : резервный жир и протоплазматический.

Резервный жир Находится в подкожно-жировой клетчатке, брызжейке, сальнике, капсуле почек и других внутренних органов. Жировая (адипозная) ткань выполняет функцию депо, т.е. поглощает липиды из крови и высвобождает их при необходимости (при повышении энергозатрат). Клетки, содержащие жиры называются адипоциты. Они имеют сферическую форму, большую часть их заполняет липидная капля. Состав резервного жира может меняться в широких пределах в зависимости от характера питания, функционального состояния, физической активности. В норме он составляет 10-15% от веса тела, при ожирении - 30% и более.

Протоплазматический жир

Входит в состав плазматических мембран, (особенно много его содержится в мембранах нервных клеток), является основой гормонов стероидной природы. Его процентное содержание и соотношение между различными липидными фракциями очень устойчиво, постоянно, жестко регулируется и не изменяется даже при голодании.

ХИМИЯ ЛИПИДОВ

Липиды представляют собой обширную группу соединений, существенно различающихся по своей химической структуре и функциям.

Липиды представляют собой группу веществ, которые характеризуются признаками: нерастворимостью в воде; растворимостью в неполярных растворителях, таких, как эфир, хлороформ или бензол; содержанием высших алкильных радикалов; распространенностью в живых организмах.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЛИПИДОВ

Липиды играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Липиды являются одним из основных компонентов биологических мембран, влияют на их проницаемость, участвуют в передаче нервного импульса, создании межклеточных контактов. Жир служит в организме весьма эффективным источником энергии либо при непосредственном использовании, либо потенциально – в форме запасов жировой ткани. В натуральных пищевых жирах содержатся жирорастворимые витамины и «незаменимые» жирные кислоты. Важная функция липидов – создание термоизоляционных покровов у животных и растений, защита органов и тканей от механических воздействий.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ

A. Простые липиды: сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами.

1. Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот.

2. Воска: сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных или двухатомных спиртов.

Б. Сложные липиды: сложные эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно содержащие и другие группы.

1. Фосфолипиды: липиды, содержащие, помимо жирных кислот и спирта, остаток фосфорной кислоты. В их состав часто входят азотистые основания и другие компоненты:

а) глицерофосфолипиды (в роли спирта выступает глицерол);

б) сфинголипиды (в роли спирта – сфингозин).

2. Гликолипиды (гликосфинголипиды).

3. Стероиды.

4. Другие сложные липиды: сульфолипиды, аминолипиды. К этому классу можно отнести и липопротеины.

B. Предшественники и производные липидов: жирные кислоты, глицерол, стеролы и прочие спирты, альдегиды жирных кислот, углеводороды, жирорастворимые витамины и гормоны.

Группа разнородных по химическому строению органических веществ,которые характеризуются следующими признаками:

-нерастворимость в воде

-растворимость в неполярных растворителях(эфир,хлороформ,бензол)

-содержание высших алкильных радикалов

-распространенность в живых организмах

А. Простые – состоят из 2 компонентов(сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами)

1.жиры(глицериды)-сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот

2.воска-эфиры жирных кислот и одноатомные или двухатомные спирты с С₁₂-С₂₂

Жирные кислоты-монокарбоновые кислоты с одной алифатической цепью. ЖК природных липидов содержат четкое число атомов С,не растворимы в воде,температура плавления понижается с увеличением числа двойных связей и укорочением цепи.

Жиры могут быть простыми(одинаковые остатки ЖК) и смешанными(остатки разных ЖК)

Физико-химические свойства определяются свойствами входящих ЖК.

Состав и количество жира характеризуется:

-йодное число-количество групп ЙОД2,которые связываются 100гр жира(характеризует степень ненасыщенности жира)

-кислотное число-количество мг КОН,необходимое для нейтирализации 1г жира(указывает на количество свободных ЖК в жире)

-число омыления-количество мг КОН,необходимое для нейтрализации всех ЖК,входящих в состав жира.

Б.Сложные – сложные эфиры ЖК со спиртами,дополнительно содержащие и другие группы.

1.Фосфолипиды –содержат остаток Н₃РО₄

-глицерофосфолипиды-в роли спирта-глицерол,обладающий амфипатичностью(гидрофобные ЖК+гидрофильный остаток Н₃РО₄ и др).Плазмалогены-в мозге,мышцах,эритроцитах.Кардиолипин-в сердце.

-сфинголипиды-содержат сфингозин

2.Гликолипиды(гликосфинголипиды)-широко представлены в тканях,особенно нервной. Цереброзиды и глобозиды.

3.Стероиды-не гидролизуются

Холестерин-источник образования в организме млекопитающих желчных кислот и стероидных гормонов.Эргостерин-предшественник витамина Д.

4.Другие сложные липиды:сульфолипиды,аминолипиды,липопротеины.

Функции:

-энергетическая-запасание и хранение энергии(нейтрализация жира).При расщеплении 1г жира выделяется 9ккал или 38кДж.

-защитная-липидный слой кожи живых существ,защищает от механических и температурных воздействий.

-структурная- является строительным компонентом клеточных мембран

-регуляторная-некоторые гормоны имитируют липидную природу(половые)

2. Математические методы определения влияния факторов среды на количественные показатели биологических процессов.

Для определения влияния факторов среды на количественные показатели биологических процессов требуется решить следующие задачи:

1. Вычисление средней арифметической и ее ошибки, коэффициента вариации и других показателей, характеризующих один ряд однородных чисел, полученных в эксперименте или иных путем.

2. Установление по двум и более сопряженным рядам чисел наличия связи (корреляции) между 2 и более признаками.

3. Определение по двум сопряженным рядам чисел формы зависимости (регрессии) одного признака от другого.

Основные методы:

1. Дисперсионный анализ. 2. Корреляционный анализ

-Анализ зависимости между признаками. Для оценки степени взаимозависимости двух количественных признаков чаще всего используют коэффициент ковариации или его нормированное значение — коэффициент корреляции: