16.46M

Category:

chemistry

Липиды. Неомыляемые липиды

1.

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ХИМИИ
ЛИПИДЫ
1. Неомыляемые липиды.
2. Простые омыляемые липиды.
3. Сложные омыляемые липиды.
Лектор: Ирина Петровна Степанова, доктор
биологических наук, профессор, зав. кафедрой химии

2.

Медико-биологическое значение темы
Липиды входят в состав
клеточных мембран,
участвуют в многочисленных
процессах in vivo.
С нарушениями метаболизма
липидов связаны некоторые
наследственные заболевания
(болезнь Ниманна-Пика, болезнь
Гоше).

3.

Медико-биологическое значение темы
Некоторые
липиды являются
лекарственными
средствами.

4.

Липиды
Липиды (от греч. lipo – жир) –
сложные гидрофобные органические
вещества, разнородные по составу и
выполняющие в организме
разнообразные функции.

5.

липиды
O
O
Oil
droplet
O
O

6.

липиды
Oil
droplet

7.

Классификация липидов по нахождению в
организме
липиды
РЕЗЕРВНЫЕ
СТРУКТУРНЫЕ

8.

Классификация липидов по способности к
гидролизу
липиды
неомыляемые
терпены
стероиды
омыляемые
простые
сложные

9.

Неомыляемые липиды
• Низкомолекулярные регуляторы
(тромбоксаны, лейкотриены,
простагландины, простациклин),
• витамины (все жирорастворимые
витамины D, E, F, K, A),
• гормоны (стероидные половые гормоны,
глюкокортикоиды и
минералокортикоиды),
• пигменты (каротин, ликопин),
• феромоны (цитраль, грандизол).
9

10.

Терпены и терпеноиды
Терпены (от лат. Oleum Terebinthinae –
скипидар) и терпеноиды – природные соединения,
углеродный скелет которых построен из остатков
углеводорода – изопрена (С5).
(С5Н8)n

11.

терпены и терпеноиды
В молекуле терпенов и терпеноидов первый
атом углерода («голова») одного изопренового
звена соединяется с последним атомом углерода
(«хвостом») другого звена (правило Ружички).
β-оцимен

12.

терпены и терпеноиды
Правило Ружички
C
CH2
C
C
CH2 CH2
C
CH3 H
CH3 H
CH3 H
CH3 H
H
C
CH2 CH2
C
C
CH2 CH2
C
CH3
C
CH2 CH2
C
CH2
По принципу «голова к хвосту» связаны изопреновые
звенья в натуральном каучуке.
n

13.

терпены и терпеноиды
Особенно богаты терпенами и
терпеноидами эфирные масла и
смолы. Перегонка живицы
(терпентина) даёт скипидар и
канифоль.
Скипидар – наружное местнораздражающее средство;
применяется как растворитель,
сырьё в производстве камфоры,
терпингидрата, флотоагентов,
ядохимикатов.
Получение живицы
подсочкой сосны

14.

терпены и терпеноиды
CH3
C
HC
CH
H3C
C
H2C
a-пинен
CH3
CH2
C
H
В состав живичного скипидара входит до 80%
a-пинена.

15.

Классификация терпенов
Тип терпена
Число
изопреновых
звеньев
Число
атомов
углерода
монотерпены
2
10
сесквитерпены
3
15
дитерпены
4
20
тритерпены
6
30
тетратерпены
8
40

16.

Монотерпены
CH2OH
CHO
O
OH
лимонен
(лимон)
гераниол
(роза)
гераниаль
(листья лимона)
камфора
(камфорное дерево)
ментол
(мята)

17.

монотерпены
Цитраль (E гераниаль и Z нераль) бесцветная или светло-жёлтая
вязкая жидкость с сильным запахом
лимона. Цитраль используют как
антисептик и
противовоспалительное средство,
как сырье при получении витамина A.
Входит в состав препаратов для глаз,
понижает кровяное давление.
Melissa officinalis
Lavandula

18.

монотерпены
Камфора (бесцветные
легколетучие кристаллы с
характерным запахом) –
лекарственное вещество из
группы стимуляторов
нервной деятельности,
компонент камфорного
спирта и других местных
раздражающих и
антисептических
препаратов.
Cinnamomum camphora

19.

монотерпены
Ментол (прозрачное
кристаллическое вещество) –
основной компонент мятного
масла, входит в состав
лекарственных средств,
например, валидола,
бороментола, карниланда.
Ментола раствор в
метил изовалерате

20.

Сесквитерпены
CH2OH
фарнезол
Фарнезол является промежуточным продуктом в
синтезе более сложных терпенов и терпеноидов.
Является основным пахучим компонентом майского
ландыша.

21.

Дитерпены
CH2OH
фитол
Фитол используют для синтеза витаминов Е и К1,
которые также являются дитерпенами.

22.

Тритерпены
сквален
Сквален - предшественник стероидов. Особенно его много
в масле из печени акулы (10%), а также в дрожжах и
оливковом масле.

23.

Тетратерпены
b-каротин
b -Каротин является мощным антиоксидантом,
обладает иммуностимулирующим и адаптогенным
действием.

24.

тетратерпены
b -Каротин служит предшественником витамина А1
(ретинол), который принимает непосредственное
участие в процессах зрения.
CH2OH
ретинол

25.

тетратерпены
R CH
Витамин А в форме цисретиналя образует
фоточувствительный
зрительный пигмент
родопсин.
NH
OC
HN
HC
CO
N
CH
OC
Родопсин
HC R
HN
HC
CO
NH
R

26.

тетратерпены
11-цис-ретиналь
CHO
CHO
транс-ретиналь
При воздействии света происходит реакция
фотоизомеризации ретиналя и 11-цис-ретиналь переходит
в транс-ретиналь.

27.

Стероиды
Стероиды – производные углеводорода стерана
(циклопентанпергидрофенантрен, гонан).
Холестерол (холестерин)
Желчные кислоты
Стероидные гормоны
Сердечные гликозиды
Витамины (D2, D3)

28.

Холестерол
Cholesterol
in membrane
HO
Холестерол - важная составная часть клеточных
мембран. Печень, кишечник, почки, надпочечники, половые
железы человека вырабатывают 80% холестерола,
остальные 20% поступают с пищей.

29.

холестерол
Липопротеины

30.

холестерол
Атеросклероз
атеросклеротическая бляшка в
сосудистой стенке

31.

холестерол
Нарушение равновесия
между содержанием
холестерола и желчных
кислот может привести к
развитию желчнокаменной
болезни.

32.

Стероидные гормоны
Стероидные
гормоны
синтезируются
из холестерола.
Кортизол: атомы углерода – серые,
водорода –белые,
кислорода – красные.

33.

стероидные гормоны
Глюкокортикостероиды
CH2OH
C O
HO
O
OH
кортизол

34.

стероидные гормоны
Минералокортикостероиды
O
HO
O
CH2OH
O
C
CH
альдостерон

35.

стероидные гормоны
Эстрогены
OH
17-b-Эстрадиол
HO

36.

стероидные гормоны
Андрогены
OH
тестостерон
O

37.

стероидные гормоны
Гестагены
CH3
C O
O
Прогестерон

38.

стероидные гормоны
Многие синтетические гормоны
стероидной природы используются в
силовых видах спорта, в том числе и
бодибилдинге.

39.

Омыляемы липиды
Омыляемые липиды
Простые
Сложные
Воски
Фосфолипиды
Жиры, масла
Сфинголипиды
Церамиды
Гликолипиды

40.

Простые липиды. Воски
ВОСКИ – сложные эфиры высших одноатомных
спиртов и высших жирных кислот.
Воски выполняют защитные функции.
O
O
H31C15 C
O
CH 2(CH 2)29CH 3
H31C15
C
O
C31H63
Мирицилпальмитат (содержится в пчелином воске)

41.

воски
O
CH3(CH2)14 C O CH2(CH2)14CH3
Цетилпальмитат (входит в состав спермацета)
Спермацет (содержится в голове кашалота)
используют для приготовления мазей.

42.

воски
Ланолин (от лат. lana — шерсть и лат.
oleum — масло) — шерстяной воск,
животный воск, получаемый при
вываривании шерсти овец.
Ланолин в основном
представляет собой смесь
сложных эфиров одноатомных
и двухатомных спиртов и ВЖК и
около 10% стеринов.

43.

воски
Карнаубский воск применяется
как покрытие лекарственных
препаратов в форме таблеток.
Copernicia cerifera
43

44.

Простые липиды. Жиры и масла
ЖИРЫ и МАСЛА (ТРИАЦИЛГЛИЦЕРИНЫ) – это
сложные эфиры глицерола (глицерина) и ВЖК, в
которых все три гидроксила ацилированы.
FATTY ACID
FATTY ACID
FATTY ACID

45.

жиры и масла
H
O
H-C----O C-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
O
H-C----O C-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
O
жирные кислоты
H-C----O C-CH -CH -CH -CH
2
2
2
H
глицерин

46.

жиры и масла
Простые
Смешанные
H2C
O
CO C17H33
H2C
O
CO C15H31
HC
O
CO C17H33
HC
O
CO C17H33
H2C
O
CO C17H33
H2C
O
CO C17H35
триолеоилглицерин
триолеин
1-пальмитоил-2-олеоил-3-стеароилглицерин
1-пальмито-2-олео-3-стеарин

47.

Физические свойства триацилглицеринов
Твердые жиры содержат в основном остатки
предельных, растительные масла - непредельных
ВЖК. Жир человека содержит 80% олеиновой и 20%
пальмитиновой кислот.

48.

Масла
9
CH3
COOH
C17H33COOH
12
9
CH3
C17H31COOH
COOH

49.

физические свойства жиров и масел
Мера ненасыщенности липидов - иодное число.
Оно показывает, какая масса I2 в (г) присоединяется к
100 г масла (или жира) по месту разрыва двойной связи.
Если и. ч. < 70, то это жир (для сливочного масла и. ч. = 36);
если и. ч. >70, то это масло (растительные масла имеют
и. ч. от 80 до 180; конопляное примерно 150, жир человека
примерно 64).
Жировая ткань человека

50.

Высшие жирные кислоты
Пальмитиновая кислота
CH3(CH2)14-COOнеполярная
часть
полярная
часть
Организм человека синтезирует высшие предельные и
олеиновую кислоты (заменимые ВЖК), остальные
поступают с пищей, особенно с растительными маслами
(незаменимые ВЖК).

51.

жиры и масла
Радикал ВЖК имеет
зигзагообразную
конфигурацию.
молекула ВЖК

52.

жиры и масла
COOH
C15H31COOH
Пальмитиновая кислота (гексадекановая кислота)
COOH
C17H35COOH
Стеариновая кислота (октадекановая кислота)

53.

жиры и масла
9
CH3
COOH
C17H33COOH Олеиновая кислота (цис-октадецен-9-овая кислота)
12
9
COOH
CH3
Линолевая кислота
(цис,цис-октадекадиен-9,12-овая кислота)
C17H31COOH
CH3
15
12
9
C17H29COOH α-Линоленовая кислота
(цис,цис,цис-октадекатриен-9,12,15-овая кислота)
COOH

54.

ω-Номенклатура
18:3ω3
(оmega-3 ВЖК)
Линоленовая кислота
18:2ω6
(оmega-6 ВЖК)
Линолевая кислота
18:1ω9
(оmega-9 ВЖК)
Олеиновая кислота
Отсчет положения
двойных связей
производится от
ω–метильной
группы.

55.

Химические свойства триацилглицеринов
1. Кислотный гидролиз (образуются глицерол и ВЖК):
H2C
O
CO C17H35
HC
O
CO C17H35 + 3HOH
H2C
O CO C17H35
тристеарин
H2C
OH
HC
OH + 3C 17H35COOH
H2C OH
глицерин
+
H

56.

химические свойства триацилглицеринов
2. Ферментативный гидролиз (ферменты
желчи – липазы). В химизме аналогичен
кислотному гидролизу.
3. Щелочной гидролиз (образуются глицерол и
соли ВЖК – мыла).
H2C
O
CO C15H31
HC
O
CO C17H33 + 3NaOH
H2C
O
CO C17H35
H2C
OH
HC
OH
H2C OH
глицерин
t
C17H35COONa стеарат натрия
+ C17H33COONa олеат натрия
C15H31COONa пальмитат натрия

57.

химические свойства триацилглицеринов
4.Гидрогенизация
CH2 O
CH
O
CH2 O
O
C C17H33
O
C C17H33
O
C C17H33
Триолеоилглицерин
2-15 атм
Ni, 160-200oC
+ 3 H2
CH2 O
CH
O
CH2 O
O
C C17H35
O
C C17H35
O
C C17H35
Тристеароилглицерин
При гидрогенизации масел частично образуются трансжиры. Есть данные о связи даже следовых количеств
транс-жиров с онкологическими заболеваниями, диабетом,
болезнями печени и др.

58.

химические свойства триацилглицеринов
5. Присоединение иода
O
CH2 O C (CH2)7-CH=CH-(CH2)7-CH3
O
CH O C (CH2)7-CH=CH-(CH2)7-CH3
O
CH2 O C (CH2)7-CH=CH-(CH2)7-CH3
+ 3 I2
O
CH2 O C (CH2)7-CHI-CHI-(CH2)7-CH3
O
CH O C (CH2)7-CHI-CHI-(CH2)7-CH3
O
CH2 O C (CH2)7-CHI-CHI-(CH2)7-CH3
Реакция лежит в основе определения иодного числа масел.

59.

химические свойства триацилглицеринов
R CH HC CH
H
R'
HO .
6. Окисление - пероксидное
окисление липидов (ПОЛ).
HOH
R CH
. HC CH
R'
R CH CH CH
.
O2
O2
R CH HC CH
R'
R CH CH CH
O O.
HOH
HOH
HO .
HO .
R'
R CH CH CH
O OH
RCOOH
R'
HO O
O
R C
H
R'
.O O
R CH HC CH
O
R'
H
C CH2 R'
R'CH2COOH
O
O
H
H
R CH2 C
C R'
RCH2COOH
R'COOH
Основным субстратом ПОЛ
являются полиненасыщенные цепи
жирных кислот клеточных
мембран и липопротеинов.
Процесс играет важную
физиологическую роль. Однако
интенсификация ПОЛ приводит к
накоплению клеточных дефектов.

60.

Сложные липиды. Глицерофосфолипиды
ФОСФОЛИПИДЫ – содержат остаток Н3РО4.
Наиболее распространены ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДЫ –
производные L- фосфатидовых кислот.
FATTY ACID
FATTY ACID
FATTY ACID
FATTY ACID
P
phosphatide acid
P
HEAD
GROUP
glycerophospholipids

61.

глицерофосфолипиды
L-Фосфатидовая кислота
O
O
R2 - остаток R
12
непредельной
ВЖК
C
H2C
O
O
CH
H2C
C
R21 R1-остаток
предельной
ВЖК
O
O
phosphatidate
P
O
O
L-фосфатидовая
кислота (ионизированная форма)

62.

L-фосфатидовая кислота
-
Двойная
связь
L-Фосфатидовая кислота является поверхностноактивным веществом.

63.

Строение глицерофосфолипидов
O
O
R1
2
C
H2C
O
O
CH
H2C
C
R21
O
O
P
O
glycerophospholipid
O
X

64.

глицерофосфолипиды
Глицерофосфолипид
включает:
полярную часть
(остаток глицерола,
карбонильные и фосфатная
группы, полярная
группировка – X);
неполярную часть (остатки
ВЖК).
polar
"kink" due to
double bond
non-polar

65.

глицерофосфолипиды
«Глицерофосфолипиды похожи на «девушек, у которых
ноги растут прямо от ушей; ноги — это две длинные
углеводородные цепи (их часто называют хвостами), а
над ними — маленькая голова». Голова легко
растворяется в воде в отличии от ног, которые
предпочитают масла и органические растворители».

66.

Классификация глицерофосфолипидов
1. ФОСФАТИДИЛХОЛИНЫ (ЛЕЦИТИНЫ) –
производные L-фосфатидовых кислот и холина.
H2C
CH2
OH
N(CH 3)3
холин
+

67.

фосфатидилхолины
H2C
O
CO
R2 CO O CH
H2C
O
O
O
лецитины
R1
P
-
O
+
CH2
CH2
(H 3C) 3 N
При кислотности крови рН =7,34 ионные группировки в
фосфатидах ионизированы.

68.

фосфатидилхолины
O
C
O
C
O
CH2
O
CH
CH2
гидрофобные “хвосты”
O
O P O
CH2
OCH2
+
N
H3C
CH3
CH3
гидрофильная “голова”
Лецитины являются поверхностно- активными
веществами.

69.

глицерофосфолипиды
2.ФОСФАТИДИЛЭТАНОЛАМИНЫ (КОЛАМИНКЕФАЛИНЫ) производные L-фосфатидовых кислот и этаноламина.
H2C
CH2
NH2
OH
этаноламин

70.

фосфатидилэтаноламины
H2C
H33C17 CO O
O
CH
H2C
C15H31
O
O
O
H
H
H
CO
P
-
O
+
CH2
CH2
N
коламинкефалин

71.

глицерофосфолипиды
3.ФОСФАТИДИЛСЕРИНЫ (СЕРИНКЕФАЛИНЫ) производные L-фосфатидовых кислот и
аминокислоты серин.
H2C
CH COOH
OH NH2
серин

72.

фосфатидилсерины
H2C
H33C17 CO O
O
CO
CH
H2C
O
O
O
Фосфатидилсерины
участвуют в организме в
синтезе
коламинкефалинов путем
декарбоксилирования.
C15H31
P
-
O
H
+
CH2
N
H
CH
H
COOH

73.

глицерофосфолипиды
4.ФОСФАТИДИЛИНОЗИТЫ
(ФОСФАТИДИЛИНОЗИТОЛЫ) – производные
L-фосфатидовых кислот и спирта инозита (инозитола).
Инозит – многоатомный спирт циклического строения.
OH
HO
OH
HO
OH
OH
инозит

74.

фосфатидилинозиты
O
O
R12
C
H2 C
O
O
CH
H2 C
C
R2
1
O
O
P
O
O
H
OH
OH
H
OH
phosphatidylinositol
OH
H
H
H
H
OH
Фосфатидилинозитолы
содержатся в ткани мозга,
обусловливают процессы,
связанные
с
общим
обменом липидов, белков и
углеводов, относятся к
кислым
глицерофосфолипидам.

75.

Химические свойства глицерофосфолипидов
1) Кислотный гидролиз:
H2C
O
CO
C15 H31
OH
H33 C17 CO O
CH
OH
HO
OH
+ 4H 2O
O
H2C
O
P
O
OH
OH
HO
фосфатидилинозитол
OH
H2C
OH
HC
OH
H2C
OH
HO
OH
+
C17 H33 COOH
+
OH
HO
OH
H3PO4
C15 H31 COOH
+
H

76.

химические свойства глицерофосфалипидов
2. Ферментативный гидролиз (фермент желчи –
липаза) в химизме аналогичен кислотному.
Фосфолипазы A2 гидролизуют фосфолипиды
плазматической мембраны. При этом высвобождается
арахидоновая кислота, из которой синтезируются
эйкозаноиды: простагландины, простациклины,
тромбоксаны и лейкотриены.

77.

химические свойства глицерофосфалипидов
3) Щелочной гидролиз:
фосфотидилэтаноламин
H2C
CH CH2
OH OH OH
+
H2C
OH
5NaOH
+
CH2
NH2
-HOH
C17H33COONa
+ C15H31COONa
Na 3PO 4

78.

химические свойства глицерофосфалипидов
4) фосфолипиды в ходе метаболизма могут
переходить друг в друга:
Фосфатидилсерин
-CO2
Фосфатидилдекарбоксилирование этаноламин
3SAM (-CH3)
метилирование
фосфатидилхолин

79.

Сфинголипиды
Сфинголипиды – производные ациклического
ненасыщенного двухатомного спирта – сфингозина.
H2C OH
H
H
C
C
NH2
OH
OH
H2 C
OH
H
C
CH
H3N+
CH
HC
HC
(CH2 )12
CH
(CH2)12
CH3
сфингозин
sphingosine
CH3
При кислотности крови
рН 7,34 амино-группа в
сфингозине ионизирована.

80.

Церамиды
В состав сфинголипидов входят ЦЕРАМИДЫ –
N-ацилированные производные сфингозина и ВЖК,
например лигноцириновой:
OH
церамид
H2 C
O
ceramide
OH
H
C
CH
NH
CH
C
HC
R
(CH2 )12
CH3

81.

Сложные липиды. Сфингомиелины
СФИНГОМИЕЛИНЫ – это производные церамида.
Группа -ОН у С-1 церамида ацилирована фосфорилхолиновой
или фосфорилэтаноламиновой группировкой (относят также к
фосфолипидам).
OSINE
FATTY ACID
P
HEAD
GROUP

82.

сфингомиелины
O
OH
P
O
H
H
H
+
N
O
O
CH2
CH2 CH
HN
CH
C
CH
CH (CH2)12 CH3
C23 H47
O
CH2
фрагмент
фрагментфосфатидил-холина
фосфорилэтаноламина
фрагмент церамида

83.

сфингомиелины
CH CH CH CH CH2 O
OH NH O
O C
P
O-
O
CH2
+ CH2
N
H3C
CH3
CH3
Гидрофобные “хвосты”
Гидрофильная “голова”
Сфингомиелины являются поверхностно- активными
веществами.

84.

сфингомиелины
Сфингомиелины обнаружены в клетках нервной ткани.

85.

Сложные липиды. Гликолипиды
ГЛИКОЛИПИДЫ - это гликозиды углеводов и
церамида.
OSINE
FATTY ACID
CARBOHYDRATE
Они НЕ СОДЕРЖАТ фосфорную кислоту и связанные с ней
азотистые основания.

86.

Гликолипиды
1. Цереброзиды. Включают остаток церамида и
моносахарида (D-глюкоза, D-галактоза),
соединенных b-гликозидной связью.
H2C OH
O
HO
OH
O
OH
CH2 CH
HN
OH
H
H
C23H47
OH
O
H
H
CH (CH2)12 CH3
галактоцереброзид
O
H
OH
C
CH
O
CH 2OH
OH
CH
H2 C
OH
O
cerebroside with
b-galactose head group
H
C
CH
NH
CH
C
HC
R
(CH 2 ) 12
CH 3
Галактоцереброзиды входят
в состав оболочек нервных
клеток.

87.

Гликолипиды
2. Ганглиозиды. Они включают остаток церамида и
олигосахарида (например, лактозы или мальтозы),
соединённых b-гликозидной связью.
OH
Остаток мальтозы
O
CH2 CH
HN
CH
C
CH
CH (CH 2)12 CH3
C23H47
O
Ганглиозиды содержатся в сером веществе мозга.

88.

Гликолипиды

89.

Клеточные мембраны
Гидрофильная часть
Гидрофобная часть
Воздух
Вода
Многие
представители
липидов являются
ПАВ. На границе
раздела полярные
группы молекул ПАВ
ориентируются в
сторону более
полярной фазы, а
углеводородный
радикал – в сторону
менее полярной фазы
(правило Ребиндера).