Чому всі жири — це ліпіди, але не всі ліпіди — це жири, чим масло схоже на віск й навіщо почали вбивати китів?
Тваринні жири, рослинні олії, віск, компоненти клітинних мембран, стероїдні гормони — все це ліпіди. Тобто до них належать дуже багато хімічних сполук. Що їх об’єднує? Насамперед усі вони органічні, тобто ліпіди містять у своєму складі атоми вуглецю, зв’язані з атомами інших елементів (найчастіше воднем, киснем і азотом)1. А ще ліпіди є в усіх живих організмах на Землі, і це складні вищих жирних кислот2. У вас можуть виникнути запитання, що таке ефір, яка це вища кислота і чому її називають жирною — і це ми обговоримо трохи далі. Та найхарактерніша риса ліпідів — обмежена розчинність у воді та інших полярних розчинниках і хороша розчинність у .
Оскільки ліпідів багато, то й способів їх класифікувати вигадали чимало. Один із найлегших — поділити їх на прості, складні та попередники/похідні ліпідів5.
Рис. 1. Одна з класифікацій ліпідів
І кисле, і жирне
Попередники — це молекули, з яких утворюються ліпіди: спирти та жирні кислоти. Вони можуть надходити з їжею або синтезуватись в організмі. Зі спиртами все більш-менш зрозуміло: це молекули, в яких атом вуглецю зв’язаний з гідроксильною (-OH) групою6.
Жирні кислоти натомість мають карбоксильну групу (-COOH), яка й робить молекулу кислотою, та довгий ланцюг, який складається з атомів водню та вуглецю й називається алкільним. Він повинен містити щонайменше шість атомів вуглецю, щоб жирна кислота вважалась вищою. (Рис. 2)3.
Рис. 2. Карбоксильна група та алкільний ланцюг жирної кислоти. Алкільний ланцюг для скорочення може позначатись зигзагом або буквою R.
Жирні кислоти можуть бути насиченими або ненасиченими, і ці назви говорять самі за себе. До атомів вуглецю насичених жирних кислот приєднана максимальна кількість атомів водню, тому в таких ланцюжках немає подвійних зв’язків (Рис. 2). Ліпіди, до складу яких входять насичені жирні кислоти, мають вищу температуру плавлення, тому за кімнатної температури зазвичай перебувають у твердому стані (це, зокрема, тваринні жири).
Ненасичені жирні кислоти мають менше атомів водню, тому в них є як мінімум один подвійний зв’язок між атомами вуглецю в молекулі (Рис. 3). Ліпіди, до складу яких входять ненасичені жирні кислоти, мають нижчу температуру плавлення, тому за кімнатної температури перебувають у рідкому стані (згадайте олії). Деякі важливі жирні кислоти організм не може синтезувати сам, як-от омега-3 та омега-6. Тому вони повинні потрапляти до нашого організму з їжею. Так, лінолева та альфа-ліноленова кислоти є попередниками сигнальних речовин, які регулюють запальні процеси в організмі7. До речі, назви «омега-3», та «омега-6» — це не про маркетинг. Так позначають місце подвійного зв'язку, якщо рахувати від метильного кінця (який також називають «ω», або «омега»). У нашому випадку в омега-3 перший подвійний зв’язок — на третьому атомі вуглецю від омега-кінця, а в омега-6 — на шостому.
Рис. 3. Насичена та ненасичена жирна кислота.
Жир і віск ближчі, ніж може здаватись
Далі — цікавіше. Коли жирні кислоти з’єднуються зі спиртом, вони утворюють складні ефіри 3 з відщепленням молекул води. Це той страшний розділ, яким я не хотіла лякати на початку. При такому з’єднанні й утворюються прості ліпіди. Прості ліпіди містять лише жирні кислоти та спирти у своєму складі. До них належать жири та воски.
Жири — це жирні кислоти, з’єднані з триатомним спиртом гліцеролом (його ще називають гліцерином), який приєднує до кожного свого атома карбону по одній жирній кислоті, й у місці цього приєднання відщеплюється одна молекула води. (Рис. 4). (Рис. 5)4.
Рис. 4. Гідроксильні групи (OH) гліцерину та трьох жирних кислот реагують між собою, вивільняючи три молекули води (H2O). Це призводить до утворення трьох складних ефірних зв'язків між гліцерином та жирними кислотами.
Рис. 5. Проста схема тригліцеридів.
Температура плавлення жиру буде залежати від того, які три жирні кислоти приєднались до гліцерину. Що більше приєднано ненасичених жирних кислот, то нижчою буде температура плавлення, і навпаки. Людська жирова тканина містить близько 70% ненасичених жирних кислот. А різні тканини мають різний склад жирів, тому жири печінки мають інші властивості ніж, наприклад жири підшкірної жирової тканини9.
Основна функція жирів в організмі — депо палива для отримання енергії. Енергетична цінність жирів приблизно вдвічі більша, ніж вуглеводів та білків. Чому? Через те, що окиснення водню дозволяє вивільнити багато енергії, а атомів водню, як ви вже бачили, у жирів чимало10. У кров’яному руслі нерозчинні ліпіди транспортуються у спеціальних капсулах білка11, а зберігаються вони в спеціальних клітинах — адипоцитах12.
Воски — це близькі родичі жирів, які відрізняються «спиртовою» частиною. Якщо у жирів це гліцерол, то у восках — довголанцюгові спирти. Воски мають одну жирну кислоту, бо в них лише одна гідроксильна група в складі довголанцюгового спирту. Тому вони простішої будови, ніж тригліцериди, але завдяки довгим ланцюгам дуже гідрофобні й стійкі до розкладу, що й робить їх чудовими бар'єрами проти води. Найвідоміший для нас, звісно, бджолиний віск, але вони трапляються не лише у вуликах. Рослини використовують віск як захисне покриття листя проти випаровування вологи. Віск вовни овець допомагає відштовхувати вологу. Роль спермацету (воску всередині голови кашалотів) ще до кінця не вивчена, та попри це колись він знайшов широке застосування в косметології та фармакології як компонент кремів та мазей, через що цих ссавців почали масово винищувати5,13,14. Китобійне ремесло нині заборонене в багатьох країнах, особливо в комерційних цілях. А сучасна косметична промисловість використовує синтетичні або рослинні замінники спермацету, оскільки використання натурального стало етичним і екологічним питанням.
Складні ліпіди
Складні ліпіди містять не лише спирти та жирні кислоти, а й інші компоненти. До них належать фосфоліпіди, гліколіпіди та ліпопротеїни. Неважко здогадатись, що, крім спирту та жирних кислот, фосфоліпіди містять фосфор, гліколіпіди — вуглеводи, а ліпопротеїни — білки9,10.
Залежно від спирту, який входить до складу сполуки, фосфоліпіди поділяються на гліцерофосфоліпіди (знайомий нам вже гліцерол) та сфінгофосфоліпіди (спирт сфінгозин). Молекула гліцерофосфоліпідів має дуже особливу властивість — вона має одночасно гідрофобні та гідрофільні властивості. Вона схожа на пуголовок з хвостиком, де голівка гідрофільна, тобто «любить» воду і завжди намагається з нею контактувати. Хвіст такої молекули гідрофобний, він буквально «боїться» води й намагається триматись від неї якомога далі. Якщо таких молекул багато, у водному середовищі вони самі можуть упорядковуватись так, щоб гідрофобні хвостики були повністю заховані від води, при цьому гідрофільні голівки розташовуються зовні, утворюючи сферу9. Така властивість фосфоліпідів знайшла застосування в організмі. Вона дозволяє організовувати порядок — розділяти клітини. Молекули фосфоліпідів утворюють подвійний шар, який відокремлює клітину від навколишнього середовища (в якому багато води), наче стіною. Тепер, якщо в такому подвійному шарі поставити пункти пропуску для тих речовин, які нам потрібні, ми зможемо переносити в клітину глюкозу або інші важливі речовини. А все, що зовні, не змішуватиметься з середовищем у клітині, тобто зберігатиметься гомеостаз9.
Гліколіпіди за властивостями схожі до фосфоліпідів, вони також є частиною мембрани клітин, можуть діяти як пункти пропуску, про які говорили вище, і деякі з них утворюють захисне покриття нервових клітин в мозку та периферійній нервовій тканині15. А ліпопротеїни транспортують холестерол (холестерин) через кров та лімфу9.
Похідні ліпідів
Одні з найцікавіших похідних ліпідів — це стероїди. Про них ми часто чуємо в контексті стероїдних гормонів — біологічно активних речовин, які утворюються в спеціальних залозах і переносяться до різних тканин, щоб запускати чи зупиняти процеси. До стероїдних речовин належать статеві гормони, гормони кори надниркових залоз, жовчні кислоти, холестерол (правильна назва холестерину).
Статеві гормони (естроген, прогестерон, тестостерон та інші андрогени) забезпечують репродуктивну функцію, стимулюють розвиток молочних залоз, сперматогенез, сприяють росту волосся на обличчі та тілі, поглибленню голосу. Гормони надниркових залоз (альдостерон, кортизол) сприяють відкладанню глікогену в печінці, допомагають адаптуватись до стресових умов, впливають на метаболізм. А оточений численними міфами холестерол — проміжний метаболіт, який виступає попередником для синтезу жовчних кислот, стероїдних гормонів та вітаміну D16.
Як бачимо, ліпіди — це не просто запасні речовини організму, вони важливі й для структурної організації клітин й для гормональної регуляції, і для метаболізму. Тож варто знати про них більше!
