Предшественники и производные липидов

Сюда относятся жирные кислоты, глицерол, стероиды, прочие спирты (кроме глицерола, сфингозина и стеролов), альдегиды жирных кислот и кетоновые тела, углеводороды, жирорастворимые витамины и гормоны.

Жирные кислоты

Уже приводилось определение, согласно которому липиды – это природные биологически активные соединения, производные высших жирных кислот, спиртов и альдегидов. Поскольку в структурном отношении липиды, представляющие собой гетерогенную группу органических соединений, так или иначе связаны с длинноцепочечными карбоновыми кислотами, в настоящем разделе целесообразно привести более подробную характеристику жирных кислот как непременных компонентов липидов.

Высшие жирные кислоты – это алифатические карбоновые кислоты, получаемые в основном из природных жиров и масел и состоящие из не менее чем 10 атомов углерода. Практически все встречающиеся в естественных условиях жирные кислоты содержат четное число атомов углерода.  Длинная углеводородная цепь, составляющая «хвост» молекулы жирной кислоты, может быть полностью насыщена, т.е. содержать только одинарные связи, или ненасыщена, т.е. содержать одну или несколько двойных связей. Как правило, ненасыщенные жирные кислоты встречаются в животных и растительных тканях в два раза чаще, чем насыщенные. В большинстве случаев у ненасыщенных жирных кислот двойная связь расположена между 9-м и 10-м атомами углерода и обозначается Δ9. Дополнительные двойные связи обычно расположены между Δ9‑двойной связью и метильным концом цепи. Двойные связи практически во всех природных жирных кислотах находятся в цис-конфигурации, что приводит к сильному изгибу алифатической цепи.

Жирные кислоты с несколькими двойными связями (например, арахидоновая кислота, содержащая четыре двойные связи) имеют несколько изгибов цепи, и их молекулы обладают большей жесткостью, чем молекулы насыщенных жирных кислот; последние благодаря свободному вращению вокруг одинарных связей характеризуются большей гибкостью и большей длиной. При температуре тела насыщенные жирные кислоты в ряду С12–С24 находятся в твердом воскообразном состоянии, в то время как ненасыщенные жирные кислоты представляют собой жидкости. В таблице показано, как длина углеводородной цепи и степень ненасыщенности жирных кислот влияют на их температуру плавления.

Ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав жиров, подразделяют в соответствии со степенью их ненасыщенности следующим образом:

1) мононенасыщенные (моноеновые), имеющие одну двойную связь;

2) полиненасыщенные (полиеновые), имеющие две, три и четыре двойные связи;

Таблица

Физические свойства некоторых природных жирных кислот

3) эйкозаноиды (приставка эйкоза- означает присутствие 20 атомов углерода в жирной кислоте). Эти соединения образуются из эйкозаполиеновых жирных кислот и подразделяются на простаноиды и лейкотриены. Простаноиды включают простагландины, простациклины и тромбоксаны. Простаноиды образуются путем циклизации определенного участка в центре углеводородной цепи у эйкозаполиеновых жирных кислот (например, арахидоновой) с образованием циклопентанового кольца. К кольцу могут быть присоединены различные группы (кетогруппы, гидроксигруппы и другие). Тромбоксаны также содержат атомы кислорода в своем циклопентановом кольце. При образовании лейкотриенов циклизации не происходит, а соответствующие ферменты осуществляют встраивание кислорода по двойным связям жирных кислот.

4) другие ненасыщенные жирные кислоты представлены различными соединениями, содержащими, в частности, гидроксильные или циклические группы.

Свободные жирные кислоты нерастворимы в воде, однако, поскольку эти соединения являются, по существу, карбоновыми кислотами, имеющими карбоксильную группу, они способны образовывать соли с моно- и дивалентными катионами металлов – такими, как K+, Na+, Ca2+, Mg2+.

Натриевые и калиевые соли жирных кислот получили название мыл. Мыла представляют собой амфипатические вещества: их ионизованная карбоксильная группа формирует полярную «головку», а алифатическая углеводородная цепь – неполярный, т.е. гидрофобный «хвост».

Амфипатические соединения являются поверхностно-активными веществами (ПАВ), проявляющими свойства детергентов (или эмульгаторов). Данные соединения способны эмульгировать нерастворимые в воде масла и жиры, встраивая свои алифатические «хвосты» в капли жира, при этом полярные «головки» мыла взаимодействуют с водой. Этим самым мыла переводят гидрофобные частицы в растворимое в воде состояние, что позволяет легко удалить их с загрязненной поверхности. Наиболее широкое распространение получили твердые (натриевые соли жирных кислот) и жидкие (калиевые соли жирных кислот) мыла благодаря тому, что именно натриевые и калиевые соли жирных кислот хорошо растворимы в воде. Описывая физико-химические свойства мыл, следует отметить, что при попытке их растворения в жесткой (например, водопроводной) воде они теряют свою растворимость и выпадают в виде белых хлопьев. При этом их моющая способность резко снижается. Утрата детергентных свойств мыл в жесткой воде объясняется присутствием в ней ионов Ca2+ и Mg2+ в значительной концентрации, что приводит к образованию нерастворимых в воде кальциевых и магниевых солей жирных кислот.

Свободные жирные кислоты легко образуются при взаимодействии мыла с сильными неорганическими кислотами (например, соляной). Уравнение данной реакции выглядит следующим образом:

R-COONa + HCl ® R-COOH + NaCl.