Роль липидов в виноделии – Метаболизм липидов и их роль

Метаболизм липидов и их роль

Содержание материала

Глава 15
МЕТАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ И ИХ РОЛЬ В ВИНОДЕЛИИ
Липиды — группа органических соединений, в которой объединены различные по своей химической природе вещества.
.Липиды относятся к органическим веществам, которые нерастворимы в воде, но растворимы в жирорастворителях (эфире, хлороформе, бензоле, спиртах, ацетоне и т. д.). Следует указать, что некоторые липиды неодинаково растворяются в разных органических растворителях и на этом основано их разделение для изучения химического состава.
Для отделения нейтральных липидов от фосфолипидов вначале растворяют все липиды в эфире, а затем добавляют ацетон, при этом фосфолипиды выпадают в осадок. Для более глубоких исследований химической природы липидов пользуются методом экстракции по Фолча и др., разделением липидных экстрактов на отдельные фракции тонкослойной хроматографией, а также газожидкостной хроматографией и масс-спектроскопией.
Одни авторы делят липиды на простые и сложные, омыляемые и неомыляемые группы. Другие считают целесообразным деление липидов на три класса: простые, сложные и их производные. К простым липидам относятся нейтральные жиры и воска, к сложным — фосфолипиды, сульфолипиды, к производным — жирные кислоты, высшие спирты, углеводороды и жирорастворимые витамины D, Е и К. Существует и четвертый класс липидов, представляющий собой комплекс липидов с белками, углеводами и другими органическими соединениями. Этот класс соединений имеет биохимическое и физиологическое значение в функциональной деятельности ферментных систем.

Особый интерес в виноделии представляют производные липидов. Это жирные кислоты и их эфиры. На химические и физические свойства липидов влияет состав жирных кислот, который можно разделить на группы: насыщенные и ненасыщенные; последние делятся на соединения с одной двойной связью (моноосновные), насыщенные с двойными связями (диеновые), ненасыщенные с тремя и более двойными связями (полиеновые).

Липиды дрожжей

В липиды дрожжей из насыщенных жирных кислот в основном входят пальмитиновая и стеариновая. Помимо этих кислот, дрожжи содержат соединения с углеродной цепью от С4 до C18. При культивировании дрожжей в определенных условиях могут образоваться жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов. Жирные кислоты с разветвленной цепью у дрожжей не обнаружены.
Ненасыщенные жирные кислоты делят на несколько подгрупп: олефиновые кислоты в свою очередь делятся на жирные кислоты олеинового и полиолефинового ряда. Олефиновые кислоты обладают двумя пространственными конфигурациями молекул: цис- и транс-изомерии. При наличии нескольких двойных связей в одной кислоте могут быть пространственные изомеры смешанного типа. Так, например, одни двойные связи соответствуют цис-, а другие транс-форме.
Липиды дрожжей, в которые входят полиолефиновые кислоты, обычно имеют ^яс-конфигурацию. К этим кислотам относятся линолевая и линоленовая кислоты. В них содержатся изолированные этиленовые двойные связи, как, например, —СН = СН— —СН2—СН = СН—. Линолевая кислота по структуре является цис-12,13-октадекадиеновой кислотой, имеет две изолированные связи в цис-конфигурации; линоленовая — 9,12,15-октадекатрие- новой кислотой, имеет изолированные связи в цис-конфигурации.
Особый интерес представляет β-каротин, который входит в группу углеводородов, так называемых каротиноидов. В дрожжах были обнаружены α-каротин, β-каротин, фитофлуин, фитоин и др.
Биологическая роль каротиноидов зависит от β-ионового кольца при определенной длине углеродной цепи, имеющей не менее пяти конъюгированных двойных связей. При распаде β-каротина образуется β-ионон, который участвует в образовании аромата вина.

Метаболизм липидов (жиров)

Роль липидов в жизнедеятельности.

Животные жиры и растительные масла наряду с белками и углеводами – одна из главных составляющих нормального питания человека. Они являются основным источником энергии. Один грамм нейтральных жиров при полном окислении с участием кислорода дает около 38 кДж энергии. Это вдвое больше, чем можно получить из гликогена или крахмала, при окислении 1 г которых выделяется 17 кДж свободной энергии. Кроме того, жировые запасы в организме практически не содержат воду, тогда как молекулы белков и углеводов всегда окружены молекулами воды. В результате 1 г жира дает почти в 6 раз больше энергии, чем 1 г животного крахмала – гликогена. Таким образом, жиры являются высокоэнергетичным «топливом».

У человека жиры в основном расходуются на поддержание нормальной температуры тела, а также на работу различных мышц. Даже когда человек ничего не делает (например, спит), ему каждый час требуется на покрытие энергетических расходов около 350 кДж энергии. Это – затраты на так называемый основной обмен. Примерно такую мощность имеет электрическая 100-ваттная лампочка.

Для обеспечения организма энергией в неблагоприятных условиях в нем создаются жировые запасы, которые откладываются в подкожной клетчатке, в жировой складке брюшины – так называемом сальнике, ягодицах. Подкожный жир предохраняет организм от переохлаждения. Эта функция жиров особенно важна для морских животных.

Примерно половина энергии, потребляемой клетками печени, почек, сердечных и скелетных мышц в состоянии покоя, получается за счет окисления жирных кислот, которые освобождаются при гидролизе триглицеридов.

У перелетных птиц и у животных в состоянии спячки жир – практически единственный источник энергии. Следует отметить, что жирные кислоты не используются клетками мозга в качестве источника энергии и углеродного материала. В мозге доминирующую роль играют процессы, связанные с превращениями глюкозы.

Накопление жировых запасов в виде нейтральных липидов характерно не только для клеток позвоночных, но также и для клеток растений и микроорганизмов. Это запас на случай возможных периодов голодания.

Для покрытия минимальной суточной потребности человека в энергии достаточно всего 50 г жира. Однако даже при умеренной физической нагрузке взрослый человек должен получать с продуктами питания гораздо больше жиров, но не более 100 г. Это количество составляет треть энергетических расходов при диете, обеспечивающей около 1200 кДж.

Следует отметить, что половина из этих 100 г содержится в продуктах питания в виде так называемого скрытого жира. Жиры содержатся почти во всех нишевых продуктах: в небольшом количестве они есть даже в картофеле (там их 0,4%), в хлебе (1-2%). в овсяной крупе (6%). В молоке обычно содержится 2-3% жира. Но есть и специальные сорта обезжиренного молока. Довольно много скрытого жира в постном мясе – от 2 до 33%. Скрытый жир присутствует в продуктах в виде отдельных мельчайших частиц. Сало и растительное масло – это жиры почти в чистом виде. В сливочном масле около 80% жира, в топленом – 98%.

Физиологи установили, что при жировой диете человек выдерживает физическую нагрузку, в 10 раз превышающую обычную, не более 1,5 ч. При углеводной диете он может выдерживать ту же нагрузку в течение 4 ч. Объясняется этот на первый взгляд парадоксальный результат особенностями биохимических процессов.

Несмотря на высокую «энергоемкость» жиров, получение из них энергии в организме – процесс медленный. Это связано с малой скоростью метаболизма жиров, особенно углеводородных цепей молекул.

Углеводы, хотя и дают меньше энергии, чем жиры, выделяют ее намного быстрее. Поэтому перед физической нагрузкой, например перед спортивными состязаниями, предпочтительнее съесть сладкую, а не жирную пищу.

Значительную долю потребляемого жира должны составлять растительные масла. Они содержат важные для организма соединения – полиненасыщенные жирные кислоты с двойными связями. Эти кислоты относятся к незаменимым нутриентам. Как и витамины, они должны поступать в организм в готовом виде, поскольку не синтезируются в организме. Из полиненасыщенные жирных кислот наибольшей активностью обладает арахидоновая кислота

Есть в природных маслах и другие полезные компоненты. Например, растительные масла, и прежде всего подсолнечное, исключительно богаты витамином Е (токоферолом). Они содержат также p-ситостерин – антагонист холестерина. Сливочное масло, особенно из «летнего» молока, – существенный источник витамина А, витамина D и Р-каротина. Поэтому чистые триглицериды бесцветны, а натуральное сливочное масло имеет желтый цвет.

В нерафинированных (неочищенных) растительных маслах выпадает осадок, который состоит в основном из фосфолипидов. Фосфолипиды способствуют лучшему усвоению жиров, препятствуют ожирению печени, играют важную роль в профилактике атеросклероза. Поэтому рафинированные растительные масла менее полезны, чем нерафинированные.

Помимо энергетической функции жиры играют важную структурную роль в организме. Они входят в состав клеточных структур, в том числе мембран. Служат основой синтеза очень важных для организма соединений – простагландинов, которые принимают участие чуть ли ни во всех биологических процессах. При отсутствии в пище жира нарушается деятельность центральной нервной системы, ослабляется иммунитет. Жиры делают кожу гладкой и эластичной, а волосы здоровыми и блестящими. У детей жиры – главный строительный материал для развивающейся центральной нервной системы.

Запасенные в организме жиры могут служить также источником воды в случае ее нехватки. Известно, что верблюды могут подолгу не пить. При этом вода в их организм поступает из жировых отложений в горбе. Запас жира у верблюда может достигать 120 кг. Почти весь верблюжий жир состоит из тристеарина С57Н110О6 – эфира глицерина – и самой распространенной жирной кислоты – стеариновой. В результате полного окисления этого количества жира в соответствии с уравнением реакции

выделится 133 кг воды. Помимо воды, окисление жира дает верблюду много энергии. Поэтому верблюды могут долго обходиться без воды в жаркой пустыне и очень выносливы.

Превращения липидов в пищеварительном тракте являются начальным этапом их обмена. На этом этапе происходит преобразование более сложных молекул липидов в менее сложные и последующее их всасывание слизистой оболочкой кишечника (рис. 9.14).

Рис. 9.14. Переваривание и всасывание жиров. ДАТ, МЛГ-диацил- и моноацилглицерилы.

ЖКТ – желудочно-кишечный тракт, ЖК – жирные кислоты

Начальная стадия переваривания жиров – гидролиз. В полости рта триглицериды не подвергаются изменениям, так как слюна не содержит расщепляющих их ферментов.

Гидролиз жира начинается только в желудке под действием липазы (от греч. «lipos» – жир) – фермента, расщепляющего липиды.

Липаза получила название желудочного фермента, однако роль ее в гидролизе пищевых триглицеридов у взрослых людей невелика. Во-первых, в желудочном соке взрослого человека и других млекопитающих содержание липазы крайне низкое. Во-вторых, pH желудочного сока отличается от оптимального для действия этого фермента значения (оптимальное значение pH для желудочной липазы находится в пределах 5,5-7,5). В-третьих, в желудке отсутствуют условия для эмульгирования триглицеридов, а липаза может активно действовать только на триглицериды, находящиеся в форме эмульсии. Поэтому у взрослых людей не- эмульгированные триглицериды, составляющие основную массу пищевого жира, проходят через желудок без особых изменений. В кишечнике в действие вступает панкреатическая липаза, вырабатываемая поджелудочной железой.

Из желудка жир периодически выбрасывается в тонкий кишечник. Этот процесс регулируется продуктами гидролиза – моноглицеридами и жирными кислотами, которые из кишечника «сигнализируют» желудку, что пора пропустить очередную порцию жира или, наоборот, замедлить этот процесс, чтобы облегчить переваривание жира в кишечнике.

Жиры нерастворимы в воде, а липазы являются водорастворимыми белками. Следовательно, реакция гидролиза может идти только на поверхности частиц жира. Поэтому процесс гидролитического расщепления начинается с адсорбции липаз на поверхности жировых капель – липосом.

Увеличение площади поверхности раздела достигается за счет эмульгирования пищевых липидов – разделения крупных липидных капель пищевого комка на мелкие.

В качестве поверхностно-активных веществ, способствующих эмульгированию в тонком кишечнике, выступают соли жирных кислот, продукты неполного гидролиза триацилглицеридов и фосфолипидов. Однако основную роль в этом процессе играют жёлчные кислоты, вырабатываемые печенью. Они поступают в двенадцатиперстную кишку с жёлчью в виде конъюгатов с глицином или таурином (гликохолевая, таурохолевая, гликохенодезоксихолевая, таурохенодезоксихо- левая кислоты). У человека отношение глициновых конъюгатов к тауриновым составляет примерно 3:1.

В присутствии поверхностно-активных веществ жир дробится на мельчайшие капельки – хиломикроны (размер капель 0,5 мкм и меньше), с которыми липаза легко взаимодействует. Ферментативный процесс осуществляется на границе раздела фаз липид-вода. Затем пути превращения глицерина и жирных кислот расходятся.

В двенадцатиперстную кишку вместе с пищевой массой заносится некоторое количество желудочного сока, содержащего соляную кислоту. В двенадцатиперстной кишке соляная кислота нейтрализуется в основном бикарбонатами панкреатического сока и жёлчи. Образующиеся при разложении бикарбонатов пузырьки углекислого газа разрыхляют пищевую кашицу и способствуют более полному перемешиванию ее с пищеварительными соками.

Панкреатическая липаза, как и другие пищеварительные ферменты (пепсин, трипсин и химотрипсин), поступает в верхний отдел тонкой кишки в виде неактивной пролипазы. Превращение пролипазы в активную липазу происходит при участии жёлчных кислот и колипазы – белка панкреатического сока.

Колипаза секретируется в виде неактивной формы – проколипазы. Ее превращение в активную колипазу происходит в результате гидролиза пептидных связей белка под действием трипсина поджелудочного сока. Активная колипаза образует с липазой комплекс в молярном отношении 1:1 за счет формирования ионных связей Lys-Glu и Asp-Arg. Образование такого комплекса приводит к тому, что липаза становится устойчивой к действию трипсина.

На скорость катализируемого липазой гидролиза триглицеридов не оказывают существенного влияния степень ненасыщенности жирной кислоты и длина ее цепи (C|2 -C|g).

При гидролизе проколипазы освобождается пентапептид Val- Pro – Asp – Pro – Arg, названный энтеростатином, формула строения которого имеет вид

Функция энтеростатина до конца не выяснена, но установлено, что, всасываясь в кровь, он угнетает аппетит. Другими словами, энтеростатин можно рассматривать как своеобразный «кишечный гормон», вызывающий чувство сытости при приеме и переваривании жирной пищи.

Жиры в пищеварительном тракте гидролизуются не до конца. Гидролизу подвергаются только две эфирные связи в молекуле триацилглицерида. Центральная эфирная связь остается неизменной. В результате образуются две молекулы жирных кислот и одна молекула моноацил глицерида:

Далее продукты гидролиза – моноглицериды и жирные кислоты – должны пройти через стенки клеток кишечника чтобы потом попасть в кровь. Мембраны клеток кишечника пропускают только водные растворы веществ. Поэтому жирные кислоты, моноглицериды и жёлчные кислоты собираются в мицеллы размером менее МО 5 мм. В этой форме продукты гидролиза проникают в клетки кишечника. Здесь они взаимодействуют и образуют новые молекулы триглицеридов. Далее эти молекулы собираются в мелкие жировые капельки, покрытые снаружи белком, и в такой форме переносятся потоком крови в различные части организма. В организме животных из глицерина и жирных кислот вновь могут синтезироваться жиры различного строения.

Всасывание продуктов расщепления липидов и небольшой части нерасщеп- ленных жиров в эпителии кишечника начинается через 10-30 мин после приема пищи. Максимум накопления липидов в крови достигается через 4-6 ч, нормализация уровня липидов в крови – через 9 ч после приема пищи.

Липиды, подобно углеводам, являются основным топливом клетки.

Жирные кислоты поступают в цитоплазму из внеклеточной жидкости или из липидных запасов самой клетки в липосомах (см. рис. 6.2).

Глицерин, синтезирующийся при гидролизе, фосфорилируется через АТР с образованием глицерофосфата (фермент фосфотрансфераза):

Глицерофосфат включается в гликолиз (см. разд. 9.1). Затем он расходуется в основном на синтез новых молекул триглицеридов, но часть его окисляется с образованием диоксиацетонфосфата.

Жирные кислоты через ацетил-КоА подключаются к циклу Кребса (рис. 9.15). Рис. 9.15. Подключение жирных кислот к циклу Кребса

Биологическая роль липидов;

ЛИПИДЫ

ЛЕКЦИЯ 10

10.1. Классификация и биологическая роль липидов.

10.2. Омыляемые липиды. Воска, нейтральные жиры, масла.

10.3. Свойства омыляемых липидов.

10.4. Сложные липиды. Фосфолипиды как структурные компоненты биологических мембран.

10.1. К липидам относят большую группу веществ растительного и животного происхождения. Эти вещества весьма разнообразны по составу и строению. Общей характеристикой липидов является их от­ношение к растворителям: они нерастворимы в воде, а растворяются в неполярных и слабополярных органических растворителях (бензол, петролейный эфир, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и т.п.). С по­мощью этих растворителей их экстрагируют из растительного и жи­вотного материала.

1.Липиды (фосфолипиды) принимают участие в образовании кле­точных мембран. Белково-липоидные мембраны окружают клетку с внешней стороны и играют важную роль в обмене веществ между клет­кой и окружающей средой (функция мембраны – пропускать в клетку одни вещества и выводить другие не по законам осмоса).

2.Энергетическая функция. Липиды играют важную роль в пита­нии, освобождая при окислении большое количество энергии (1 г жи­ра при полном окислении выделяет 38 кдж энергии), что приблизи­тельно в 2 раза больше чем при окислении белков и углеводов.

3.Структурная, формообразующая функция. Формы тела непос­редственно связаны с данной функцией. Можно сказать, что потреб­ление ежедневно только 3 г жира, считая на сухой вес “лишней” по энергозатратам пищи за 10 лет может накопиться 10 кг избыточной массы.

4.Защитная функция. Липиды в организме выполняют роль термо­изоляционного материала, т.к. неполярная природа липидов является причиной их низкой электро- и теплопроводности. Они предохраняют организм как от охлаждения, так и от перегрева.Поэтому наибольшие жировые отложения у животных, обитающих в воде, особенно у китов (китовое молоко самое жирное имеет 30 % жирности, в сравнении с коровьим 4-6 % ). Невысокая плотность жиров (0,91 – 0,97 гсм 3 ) обеспечивает лучшую плавучесть. (Человек,имеющий значительную жи­ровую прослойку лучше держится на воде).

5.Липиды служат растворителем для жирорастворимых витаминов и некоторых других биологически-активных соединений (всем извест­но, что морковь лучше употреблять в пищу со сметаной или расти­тельным маслом).

6.Липиды выполняют в организме чисто механическую функцию, защищая кровеносные сосуды и нервы от сдавливания, предохраняют некоторые внутренние органы (почки) , предохраняют плод в орга­низме матери (жировая подушка).

7.Жиры – источники воды для организма. При окислении 100г жира образуется 107 г воды (окисление такого же количества белков и углеводов приводит к образованию только 40 – 50 г воды). Верб­люды полностью удовлетворяют свои потребности во влаге за счет эндогенной воды.

8.Регуляторная функция. Липиды являются составной частью стероидных, половых гормонов, которые выполняют регуляторные функции.

9.Жиры, выделяемые кожными железами служат смазкой для кожи (придают ей эластичность), обеспечивают несмачиваемость перьев у птиц.

По отношению к гидролизу липиды делят на две групп – омыляе­мые и неомыляемые липиды.

10.2. Омыляемые липиды гидролизуются в кислой и щелочной среде. При гидролизе в щелочной среде образуются соли высших кар-

боновых кислот (мыла), глицерин и другие компоненты.

Неомыляемые липиды гидролизу не подвергаются.

Основу строения омыляемых липидов составляют – высшие одноа­томные спирты, трехатомный спирт глицерин, двухатомный непредель­ный аминоспирт – сфингозин. Спирты ацилированы высшими карбоновы­ми кислотами. В случае глицерина и сфингозина один из спиртовых гидроксилов может быть этерифицирован замещенной фосфорной кисло­той.

Источники:

http://vinograd.info/knigi/osnovy-biohimii-vinodeliya/metabolizm-lipidov-i-ih-rol.html
http://m.studme.org/240865/geografiya/metabolizm_lipidov_zhirov
http://studopedia.su/7_33909_biologicheskaya-rol-lipidov.html