Сложные липиды Фосфолипиды

Фосфолипиды являются структурными компонентами клеточных мембран и в небольшом количестве обнаружены в составе запасных отложений. Они легко образуют комплексы с белками и в виде фосфолипопротеинов присутствуют во всех клетках живых существ.

Фосфолипиды найдены в животных и растительных организмах. Особенно много их содержится в нервной ткани, сердце, печени животных. Много фосфолипидов в семенах растений, особенно в семенах масличных и бобовых культур.

ФУНКЦИИ ФОСФОЛИПИДОВ

Благодаря такому строению фосфолипиды обладают следующими свойствами:

– в растворах образуют слоистые структуры, которые играют очень важную роль в построении клеточных мембран.

– образуя комплексы с белками клеточных мембран, регулируют процессы транспорта ионов и других органических веществ через мембрану, обеспечивая нормальный ход обменных процессов в клетке;

– являются природными антиоксидантами и предохраняют масла от окисления, легко окисляясь сами;

– хорошие поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные оказывать влияние на структурно-механические свойства клейковины, улучшая хлебопекарные достоинства пшеничной муки;

– прекрасные эмульгаторы (особенно лецитин) и широко используются в пищевой промышленности при изготовлении шоколада, маргарина, майонеза.

Физические свойства фосфолипидов

Фосфолипиды – твердые вещества жироподобного вида; они бесцветны, но быстро темнеют на воздухе, вследствие окисления ненасыщенных жирных кислот. Они хорошо растворимы в большинстве неполярных органических растворителей (бензол, хлороформ, петролейный эфир) и масле. В воде они не растворимы, но могут образовывать эмульсии или коллоидные растворы.

Фосфолипиды – сложные эфиры многоатомных спиртов с высшими жирными кислотами, содержащие в качестве добавочных групп остатки фосфорной кислоты и азотистых оснований.

Из многоатомных спиртов в составе различных фосфолипидов найдены глицерин, миоинозит и сфингозин.

В соответствии с этим, фосфолипиды делят на три группы: глицерофосфолипиды, ионозитфосфолипиды и сфингофосфолипиды. Из высших жирных кислот в молекулах фосфолипидов чаще содержатся пальмитиновая, стеариновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты.

Наиболее распространенными в природе являются глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды.

Глицерофосфолипиды

Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. В их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодержащее соединение. Общая формула глицерофосфолипидов выглядит так:

В этих формулах R₁ и R₂ – радикалы высших жирных кислот (как правило, R₂–это ненасыщенная жирная кислота), а В – радикал азотистого основания.

В зависимости от характера азотистого основания среди фосфатидов различают фосфатидилхолины (лецитины), если фосфорная кислота соединена эфирной связью с азотистым основанием – холином [НО–СН₂–СН₂–N⁺(CН₃)₃]; фосфатидилэтаноламины (кефалины), если азотистым основанием служит этаноламин (HO–CH₂–CH₂–H₃N⁺); фосфатидилсерины, если азотистым основанием является аминокислота серин (HO–CH₂–CH–H₃N⁺):

|

СОО^-

Три первых вида азотосодержащих фосфатидов могут переходить друг в друга, т. к. они отличаются лишь строением азотистых оснований, между которыми возможна, например, такая генетическая связь:

Химические свойства глицерофосфолипидов

Мыла и детергенты

Мылами называют соли щелочных металлов жирных кислот, содержащих 10-18 углеродных атомов. Они имеют длинную, препятствующую растворению в воде углеводородную цепь, связанную со способствующим растворению карбоксилатным ионом, и поэтому действуют как смачивающие, эмульгирующие агенты и детергенты (моющие средства). Натриевые и калиевые мыла растворимы в воде и хорошо «мылятся». Калиевые соли высших жирных кислот дают жидкое мыло, натриевые  твердое. Соли магния, кальция, бария и некоторых других металлов очень плохо растворяются в воде; поэтому обычные мыла в жесткой воде, переходят в нерастворимое состояние, не «мылятся», не пенятся, становятся липкими.

СН₂—ОСОС₁₇Н₃₅ СН₂ОН

 

СН—ОСОС₁₇Н₃₅ + 3NaOH  СНОН + 3C₁₇H₃₅COONa

  стеарат натрия (мыло)

СН₂—ОСОС₁₇Н₃₅, СН₂ОН

В промышленности в качестве исходных веществ для их получения применяются животные жиры (сало низких сор­тов), хлопковое, пальмовое, кокосовое масла, гидрогенизиро- ванные жиры. При нагревании их с гидроксидом натрия образуется густой раствор («мыльный клей»), содержащий глице­рин и соли жирных кислот. Затем к еще горячей жидкости прибавляют поваренную соль — «высаливают» натриевое мыло.

Натриевые мыла после застывания представляют собой твердую массу и называются ядровыми мылами. Мягкие, или жидкие, мыла являются обычно калиевыми мылами. Их полу­чают из менее ценных жиров (льняного, конопляного масла, ворвани) путем омыления гидроксидом калия, но при этом не производят технически слишком дорогого выделения калие­вых солей жирных кислот, в результате чего калиевые мыла содержат еще воду и глицерин.

Все мыла, являясь щелочными солями слабых кислот, в воде частично гидролизуются с образованием свободной жир­ной кислоты и гидроксида щелочного металла, поэтому их рас­творы имеют щелочную реакцию:

C₁₇H₃₅COONa + Н₂0 С₁₇Н₃₅С00Н + NaOH

При добавлении натриевого мыла к жесткой воде ионы кальция и магния замещают ионы натрия, образуя нераство­римые и поэтому не обладающие моющим действием кальцие­вые и магниевые мыла. Поэтому моющая способность мыла в жесткой воде значительно снижается.

Одним из способов смягчения «жесткой» (содержащей ионы Са^2ч~, Mg²⁺и Fe³⁺) воды является обработка ее хелатирующими агентами. Чаще всего используют ЭДТА — этилендиаминтетрауксусную кислоту, которая связывает, например, Са²⁺ в устойчивый растворимый в воде хелат

Детергенты

В продаже под различными названиями имеются моющие средства (детергенты), заменители мыл, представляющие со­бой, например, смесь натриевых солей эфиров серной кислоты и высших спиртов (главным образом лаурилового и цетилового): R—S0₃Na, где R — от С₁₀ до С₁₆. Эти соединения (а также часто применяемые для этих целей алкансульфонаты R—S0₃Na, где R — от С₁₀ до С_1б) можно использовать и в жест­кой воде, так как они не образуют нерастворимых соединений с кальцием и магнием; они не обладают сильными щелочными свойствами и поэтому не повреждают тканей. Значительные количества детергентов употребляются при флотации руд и в других отраслях промышленности, все детергенты и мыла относятся к классу поверхностно-активных соединений.

Мыла и детергенты представляют собой эмульгирующие вещества, превращающие смесь масла и воды в устойчивую эмульсию. Моющая способность мыл и детергентов зависит от их эмульгирующих свойств, а также от способности понижать поверхностное натяжение. Благодаря эмульгированию нахо­дящиеся на коже или на одежде жиры и масла, впитывающие в себя грязь, можно удалить водой. Дестабилизация или стаби­лизация масляно-водных эмульсий мылами и детергентами называется детергенцией.

Углеводородная часть молекулы мыла, или «хвост», имеет тенденцию растворяться в капле масла, в то время как карбо­ксильная группа, или «голова», притягивается к водной фазе. Вследствие этого поверхность каждой капли масла приобрета­ет отрицательный заряд и стремится оттолкнуться от других таких же капель масла, что приводит к образованию устойчи­вой эмульсии (рис. 74).

Молекула любого детергента должна иметь гидрофильную группу, подобную карбоксильной группе, и длинную углеводородную цепь. В зависимости от природы и заряда гидрофиль­ной группы различают анионные и катионные детергенты. Свойства мыла или детергента заметно изменяются и в зависи­мости от природы противоположно заряженного иона, свобод­но перемещающегося в водной среде.

Производство детергентов непрерывно растет, а доля мыл в производстве моющих и чистящих средств постоянно сокра­щается. Это позволит высвободить значительное количество низкокачественных жиров для питания сельскохозяйствен­ных животных.

Рис. 74. Схема стабилизации водно-масляной эмульсии детергентом

18