n1

них кислот з глюкози і ацетил-КоА та біосинтезу білків; різке зни- ження активності глюкокінази; посилення процесів глюконеогенезу. Описана картина недостатності інсуліну є особливо виразною у разі переродження острівців Лангерганса підшлункової залози, у -кліти-

нах яких виробляється інсулін. Це захворювання одержало назву цу- крового діабету, або цукрового сечовиснаження.

Тонкий механізм дії інсуліну в м'язах пов'язаний, перш за все, з підвищенням проникності клітинних мембран для глюкози. Упові- льнене надходження глюкози в м'язову клітину за недостатності ін- суліну лімітує її метаболізм.

Гормони кори надниркових залоз – глюкокортикоїди (кортизол, кортизон, кортикостерон) також діють у печінці і м'язах, виявляючи антагоністичну дію відносно інсуліну. Уповільнюючи обмін глюкози в периферичних органах і стимулюючи глюконеогенез, глюкокорти- коїди здатні підвищувати рівень глюкози крові. З цим пов'язане ви- никнення так званого «стероїдного діабету» внаслідок тривалого за- стосування препаратів глюкокортикоїдів.

Другим гормоном підшлункової залози, який впливає на вугле- водний обмін, є глюкагон, що синтезується -клітинами острівців

Лангерганса і є повним антагоністом інсуліну, діючи головним чи- ном на печінку. Синергістом глюкагону є гормон мозкової речовини надниркових залоз – адреналін.

Секреція адреналіну особливо зростає при гострому стресі, що супроводжується швидкою мобілізацією глікогену в печінці і м'язах. У печінці це призводить до виходу вільної глюкози в кров, одночас- но гальмується поглинання глюкози м'язами. Замість глюкози під впливом катехоламінів (адреналіну) як джерело енергії використо- вуються жирні кислоти, що вивільняються з жирової тканини.

Адреналін і глюкагон прискорюють перетворення неактивної фосфорилази b у її активну форму – фосфорилазу а. Одночасно га- льмується активність глікогенсинтази. Встановлено також, що адре- налін стимулює виділення глюкагону і пригнічує виділення інсуліну.

Передня доля гіпофіза виробляє два гормони, які мають відно- шення до регуляції вуглеводного обміну: адренокортикотропний (АКТГ) і соматотропний (СТГ). Обидва ці гормони, по суті, діють на обмін вуглеводів опосредковано. АКТГ стимулює синтез і секрецію глюкокортикоїдів у пучковій зоні кори надниркових залоз. Про їхню дію сказано вище. СТГ діє як антагоніст інсуліну. Він гальмує метабо- лізм глюкози та стимулює глюконеогенез у тканинах, сприяючи, та- ким чином, підвищенню рівня глюкози в крові. Підсумовуючи вище- сказане, можна дійти висновку, що контрінсулярні гормони – адрена- лін, норадреналін, глюкагон, а також тироксин і трийодтиронін (ос- танні два – гормони щитовидної залози) стимулюють розпад глікоге- ну, а глюкокортикоїди та соматотропін стимулюють глюконеогенез.

281

ГЛАВА 8. СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ І МЕТАБОЛІЗМ ЛІПІДІВ

Ліпіди (lipos – жир, грецьк.) – це велика група різноманітних за хімічною будовою органічних речовин нерозчинних у воді і розчин- них у неполярних органічних розчинниках – ефірі, хлороформі, аце- тоні, бензолі і т.ін.

Загальна біологічна характеристика ліпідів

Біологічні функції ліпідів визначаються їхньою будовою і фізико- хімічними властивостями. Специфічною властивістю ліпідів є їхня зда- тність утворювати у водному середовищі емульсії різного ступеня дис- персності та стійкості. Ця властивість має суттєве біологічне значення. Так, від емульгування ліпідів у шлунково-кишковому тракті залежить їх розщеплення та всмоктування. У вигляді емульсії жир знаходиться вкрові, лімфі і транспортується до різних органів і тканин, включаю- чись в обмінні процеси.

Ліпіди відіграють подвійну біологічну роль – енергетичну та структурну. При їхньому розщепленні звільнюється велика кількість енергії. Так, окислення 1 г жиру в організмі людини супроводжується утворенням 35–39 кДж енергії.

Ліпіди як пластичний матеріал, утворюючи комплекси з білками (ліпопротеїни), вуглеводами (гліколіпіди), складають основу струк- тури клітин і тканин.

Особливо важливою є роль ліпідів у структурі мембран клітин та клітинних органел – мітохондрій, рибосом, ядра тощо.

Мембрани, як відомо, відіграють надзвичайно важливу роль

уструктурі, обміні та функціях клітини.

Укожному типі мембран внутрішня частина являє собою бімоле-

кулярний шар ліпідів, на якому з внутрішньої і зовнішньої сторін роз- ташовані білки, немовби вбудовані з двох боків у ліпідний прошарок. Тому мембрани і вважають багатошаровими або ламелярними стру- ктурами (lamellar – шаровий, англ.). Окрім того, відкладаючись у зна- чних кількостях у підшкірній жировій клітковині, жир відіграє роль термоізолятора, запобігаючи втраті організмом тепла, а також вико- нує механічну функцію, уберігаючи організм від травмування.

Високий вміст ліпідів у клітинах нервової тканини й особливо головного мозку свідчить про їхню важливу роль у формуванні стру- ктури і функцій нервової системи.

Як складні ефіри спиртів та вищих жирних кислот, ліпіди є най- важливішим джерелом ендогенної води, яка утворюється під час їх- нього окислення, тому що з усіх органічних сполук ліпіди містять найбільшу кількість атомів водню.

Ліпіди і продукти їхнього обміну утворюють велику групу біоло- гічно активних сполук, які впливають на метаболізм і структуру клі- тин і організму в цілому. Це чоловічі й жіночі статеві гормони, гор- мони кори надниркових залоз (кортикостероїди), простагландини, жовчні кислоти й жиророзчинні вітаміни – А, Д, К і Е.

282

Основні біологічні функції ліпідів у вільному стані відображає табл. 10.

283

Класифікація ліпідів

Існують три основні класифікації ліпідів: біологічна, або фізіоло-

гічна, фізико-хімічна і структурна.

Біологічна класифікація. Відповідно до цієї класифікації ліпіди по- діляють на резервні і структурні. Резервні ліпіди у великих кількостях депонуються в підшкірній жировій тканині, сальниках внутрішніх ор- ганів і в інших жирових депо. Загальна кількість резервних ліпідів у більшості людей становить 10–15% маси тіла. Однак кількість резе- рвних ліпідів може значно змінюватися залежно від режиму харчуван- ня, інтенсивності фізичного навантаження, стану організму та інших причин. При ожирінні кількість жиру може досягати 25–35%, а іноді навіть 50% маси тіла.

Резервні ліпіди за своєю хімічною структурою належать, голо- вним чином, до ацилгліцеринів і в значних кількостях використову- ються для енергетичних потреб організму.

Структурні ліпіди не мають такої енергетичної цінності, як ре- зервні ліпіди. Це переважно складні ліпіди, і у вигляді ліпопротеїнів вони складають основу клітинних структур і субклітинних утворень.

Фізико-хімічна класифікація враховує ступінь полярності ліпі- дів. За цією ознакою ліпіди поділяються на нейтральні, або неполя- рні, і полярні. До першого типу належать ліпіди, які не мають заря- ду, а до другого – ліпіди, які несуть заряд і мають виразні полярні

властивості, наприклад фосфоліпіди, жирні кислоти.

Деякі ліпіди мають певні структурні особливості, які зумовлюють їх важливі біологічні властивості. У більшості випадків вони представ- ленііоннимиабо полярними похідними вуглеводнів іналежать до класу речовин, які називаютьсяамфіфілами.

Амфіфіли (amphi – обидва (грецьк.); phyle – спорідненість (грецьк.)) містять полярні або іонні гідрофільні групи, а також гідрофо- бні неполярні вуглеводневі групи. Властивості амфіфілів значною мі- рою визначаються природою цих груп. Так, наприклад, нейтральні жи- ри відзначаються низькою полярністю і, як наслідок, мають дуже малу спорідненість з водою. Інші ліпіди, такі як фосфогліцериди і сфінголіпі- ди, більш полярні; внаслідок виразних амфіфільних властивостей вони входять до складу основних структурних компонентів різних біологічних

284

мембран. Ці фізико-хімічні особливості різних ліпідів зумовлюють їх рі- зноманітні біологічні функції.

Структурна класифікація– це найскладніша класифікація, яка ґру- нтується на хімічній будові ліпідів. Відповідно до цієї класифікації ліпіди поділяються натри великігрупи: прості, складнітапохідні ліпідів.

Класифікація ліпідів

Прості ліпіди– у хімічному відношенні є складними ефірами різних спиртів та жирних кислот. Залежно від спиртового компонента вони ді- лятьсянатакі підгрупи:

1.Нейтральні жири або гліцериди (ацилгліцерини) – складні ефіри трьохатомного спирту гліцерину та вищих жирних кислот.

2.Стерини і стериди. Стерини – одноатомні циклічні спирти. Стериди – складні ефіри одноатомних циклічних спиртів стеринів і вищих жирних кислот.

3.Воски – складні ефіри вищих одноатомних спиртів і вищих жирних кислот.

Складні ліпіди – це також ефіри вищих жирних кислот і спиртів, але на відміну від простих ліпідів, вони мають у своїй структурі ряд

285

інших компонентів (азотисті сполуки, залишки фосфорної або сір- чаної кислот, вуглеводи тощо). До складних ліпідів відносяться:

1.Фосфоліпіди (фосфатиди) – складні ефіри спиртів (гліцерину або сфінгозину) і жирних кислот. Окрім того, до їх складу входять залишки фосфорної кислоти і азотисті сполуки (холін, коламін або серин).

2.Гліколіпіди – складні ефіри аміноспирту сфінгозину та жирних

кислот, зв'язані з вуглеводами (глюкоза, галактоза). Деякі з гліколі- підів містять нейрамінову кислоту і галактозамін.

Сульфоліпіди – подібні до гліколіпідів, але мають у своєму скла- ді залишок сірчаної кислоти.

Похідні ліпідів. Ця група речовин включає різноманітні спо- луки, котрі близькі до ліпідів за будовою і фізико-хімічними вла- стивостями.

До них належать такі речовини, як насичені і ненасичені жирні ки- слоти, моно- і диацилгліцерини, вищі спирти, а також каротини, жи- ророзчинні вітаміни (А, Д, Е, К) та ін.

Прості ліпіди

Нейтральні жири – тригліцериди (триацилгліцерини). Вони складають основу резервних ліпідів і служать джерелом енергії. Оскільки жири є складними ефірами гліцерину і жирних кислот, то їх різноманітність залежить переважно від природи і властивостей жи- рних кислот, які входять до складу їх молекули.

Вищі жирні кислоти є основними гідрофобними компонентами простих і складних ліпідів. Із різних ліпідів виділено понад 200 жир- них кислот. Вони відрізняються між собою довжиною ланцюга, чис- лом і положенням подвійних зв'язків, а також замісниками (окси-, кето-, циклічні структури). Більшість жирних кислот, які входять до складу жирів, мають нерозгалужений вуглеводневий ланцюг і парну кількість атомів вуглецю.

У природі жирні кислоти у вільному стані зустрічаються рідко. Проте, утворюючи ефірні чи амідні зв'язки, вони входять до складу різних класів ліпідів, зазначених вище, а також багатьох проміжних продуктів метаболізму ліпідів.

Серед них можуть бути насичені кислоти (масляна, капронова, пальмітинова, стеаринова) і ненасичені, які мають різну кількість подвійних зв'язків: один (олеїнова), два (лінолева), три (лінолено- ва), чотири (арахідонова) (табл.11).

Суміш жирних кислот, яку одержують під час гідролізу ліпідів із різних природних джерел, звичайно, містить як насичені, так і нена- сичені жирні кислоти. У ліпідах тваринного походження переважаю- чою насиченою жирною кислотою є пальмітинова (С16), друге місце займає стеаринова кислота (С18). Більш короткі жирні кислоти (С14 і С12), як і довголанцюгові (до С28), зустрічаються лише в невеликих кількостях. Жирні кислоти, які містять 10 або менше вуглецевих атомів, у тваринних ліпідах зустрічаються рідко, причому у вільному стані ці жирні кислоти в організмі містяться в невеликій кількості, переважно як продукти обміну.

286

У деяких рідинах організму, таких як молоко і молозиво, присутні жири, які містять разом із вищими жирними кислотами (пальмітино- вою, олеїновою) і коротколанцюгові жирні кислоти (масляна, капро- нова). У жіночому молоці виявлено близько 40 різних жирних кислот.

287

У жирових депо відкладаються, головним чином, ліпіди, які міс- тять вищіжирнікислоти з довжиною ланцюга16–18 вуглецевихатомів.

Що стосується ненасичених жирних кислот, які зустрічаються в природі, то всі вони при кімнатній температурі – рідини .

Одинарний подвійний зв'язок у жирних кислотах тваринного по- ходження звичайно знаходиться в 9,10-положенні жирної кислоти. Двома найбільш розповсюдженими мононенасиченими жирними кислотами тваринного походження є олеїнова і пальмітоолеїнова

СН3–(СН2)5–СН=СН–(СН2)7–СООН Пальмітоолеїнова кислота

Проте олеїнова кислота в природі превалює в кількісному від- ношенні.

Наявність подвійного зв'язку створює можливість утворення цис- та транс-ізомерів. Як правило, природні жирні кислоти з одним подвійним зв'язком є цис-ізомерами.

Жирні кислоти, які мають більше одного подвійного зв'язку, відносяться до поліненасичених кислот.

Встановлено, що чим активніший обмін і функція клітин, тим бі- льше подвійних зв'язків у жирних кислотах, які беруть участь в утво- ренні їх мембран. Так, із мембран паличкоподібних зорових клітин сітківки ока виділено поліненасичену жирну кислоту, яка має 22 ато- ми вуглецю в ланцюзі і 6 подвійних зв'язків.

Поліненасичені жирні кислоти входять до складу харчових жи- рів, особливо рослинних олій, таких як кукурудзяна, соняшникова, горіхова, оливкова, бавовняна та інших, а також деяких лікарських препаратів (риб'ячий жир, лінетол, есенціале, олія обліпихова, олія шипшини, арахіден та ін.).

Найважливішими для організму людини і вищих тварин є такі поліненасичені кислоти, як лінолева, ліноленова й арахідонова. Ці кислоти в організмі або зовсім не синтезуються (лінолева і ліноле- нова), або утворюються в недостатніх кількостях (арахідонова), тому їх називають незамінними, або есенціальними кислотами (essential –

виключний, франц.) і відносять до вітамінів (вітамін F, fat – жир, англ.). Ці кислоти відзначаються високою біологічною активністю. Експериментально доведено, що у разі недостатності лінолевої і лі- ноленової кислот у тварин, наприклад у щурів, починається випадін- ня шерсті, посилюється злущування епітелію, а в молодих тварин припиняється ріст.

Характерними біохімічними ознаками дефіциту ненасичених жирних кислот є порушення обміну холіну, холестерину і фосфору. Встановлено, що поліненасичені жирні кислоти знижують вміст хо- лестерину в крові, стимулюють його обмін у печінці і виведення із жовчю. Ефіри холестерину з поліненасиченими жирними кислота- ми – це важлива транспортна форма стероїдів і необхідна ланка їх метаболізму. Похідними поліненасичених жирних кислот є гормони простагландини.

288

Гліцерин

Спиртовим компонентом більшості нейтральних жирів виступає гліцерин. Це триатомний спирт

У структурі гліцерину відсутній асиметричний атом вуглецю. Він розчинний у воді та етанолі і нерозчинний або слабо розчинний в ор- ганічних розчинниках. Гліцерин утворює ефіри з жирними кислота- ми – типу гліцеридів (ацилгліцеринів), які називають також нейтра- льними ліпідами. Ацилгліцерини поділяються на моно-, ди- та три- ацилгліцерини, які містять відповідно один, два і три ефірозв'язані ацили (RCO–):

Слід зазначити, що моноефіри можуть утворюватися як за первинною спиртовою групою (α-ізомери), так і за вторинною (β-ізомери).

α-Ізомер β-Ізомер

Номенклатура жирів. Якщо до складу молекули жирів входять гліцерин та три залишки будь-якої однієї кислоти, то такі жири нази-

вають моноацидними, або простими триацилгліцеринами. У цьому випадку назва молекули жиру утворюється з назви жирної кислоти із зазначенням кількості її залишків у молекулі. Наприклад, моноацид- ний жир, утворений із трьох молекул стеаринової кислоти, називаєть- ся тристеарином, утворений із пальмітинової кислоти – трипальміти- ном, а із олеїнової – триолеїном.

289

Якщо до складу молекули жиру входять різні жирні кислоти, то такий жир називається гетероацидним. Гетероацидний жир може містити або три різні, або дві однакові жирні кислоти. Від- повідно до цього утворюється і назва. Наприклад, стеаропальмі- тоолеїн або дистеаропальмітин. Фізико-хімічні властивості ацил- гліцеринів значною мірою залежать від переважання в їхньому складі тієї чи іншої жирної кислоти. Так, стеаринова кислота пла- виться при температурі 70°С, тому при звичайній температурі жир, у якому вона переважає, буде твердим, наприклад, жир вівці. Моно- і диацилгліцерини, які мають вільні полярні гідроксили, розчинні у воді. Вони утворюють у воді міцели. Триацилгліцерини не мають здатності до утворення міцел і не розчинні у воді. При лужному гідролізі або омиленні ацилгліцеринів утворюється глі- церин і вільні жирні кислоти. В організмі гідроліз ацилгліцеринів здійснюють ферменти ліпази.

До складу жирів підшкірної клітковини входить 50–60% олеїно- вої кислоти, тому вони плавляться при 17–23°С, перебуваючи в ор- ганізмі фактично в рідкому стані. Це сприяє обміну жиру між жиро- вою тканиною і кров'ю, а також прискорює його внутрішньоклітинне використання.

Прості моноацидні жири отримують переважно штучним шляхом. В організмі людини і вищих тварин більшість жирів ге- тероацидні.

Вміст жиру в деяких органах, тканинах і рідинах людини (у %) у перерахуванні на сиру масу такий:

Стерини та стериди

Сполуки цієї групи можна розглядати як похідні відновленої конденсованої циклічної системи – циклопентанпергідрофенантре- ну, який складається з трьох конденсованих циклогексанових кілець

290