14.8. Ліпіди

Ліпіди становлять собою речовини, розчинні в багатьох органічних розчинниках (що не містять груп, здатних утворювати водневі зв'язки), але нерозчинні або дуже мало розчинні у воді. Багато ліпідів — важливі компоненти рослинних і тваринних організмів. Ці речовини — похідні жирних кислот і складних спиртів.

Жири (естери гліцерину та жирних кислот, описані в підрозд. 13.5) —важливі ліпіди, що містяться в тканинах рослин і тварин; це цінні харчові продукти, які слугують джерелом енергії, про що детальніше буде сказано пізніше. 

Деякі поліненасичені жирні кислоти (лінолева, ліноленова й арахідонова, підрозд. 13.5) називають незамінними жирними кислотами. Як було доведено, для росту й нормальної життєдіяльності щурам необхідно одержувати невеликі кількості цих кислот; імовірно, в цих речовинах потребує й людина. Проте приймати їх у великих кількостях небезпечно, особливо якщо в організм не надходить підвищена кількість вітаміну E (підрозд. 14.9).

Жири перетравлюються в кишечнику, причому каталізаторами в цьому процесі слугують ферменти, які називають ліпазами. Для більшості людей жири становлять важливу частину харчового раціону: середньодобова норма для здорового молодого чоловіка може містити 80 г білків, 385 г вуглеводів і 100 г жирів.

Харчові продукти відіграють важливу роль, оскільки слугують джерелом енергії, що дає змогу виконувати роботу, і джерелом теплоти, що підтримує потрібну температуру тіла. Харчові продукти виконують цю роль завдяки тому, що в організмі вони окиснюються киснем, який надходить із повітря в легені й переноситься до тканин гемоглобіном крові. Кінцеві продукти окиснення більшої частини Гідрогену і Карбону, що входять до складу харчових продуктів, — це вода і карбон(IV) оксид.

Калорійність харчових продуктів ретельно вивчали у зв'язку з необхідністю розробити режим правильного харчування. Їжа, яку щодня споживає здорова людина середнього зросту, що працює з помірними фізичними навантаженнями, має в сумі давати калорійність, яка дорівнює приблизно 12 000 кДж. Приблизно 90% цієї кількості перетворюється на роботу й теплоту в процесі травлення та обміну речовин.

Жири й вуглеводи, що містяться в харчових продуктах, слугують основними джерелами енергії. Чисті жири мають калорійність (теплоту згоряння) 37,6 кДж·г^-1, чисті вуглеводи (цукор) мають калорійність близько 17 кДж·г^-1 (крохмаль—17,5, сахароза—16,5 і глюкоза— 15,6). Калорійність харчових продуктів визначають за допомогою калориметричної бомби, як описано в додатку VI. Третьою основною складовою частиною харчових продуктів є білки, потрібні головним чином для забезпечення росту й відновлення тканин. Дорослій людині середнього зросту необхідно одержувати щодня близько 50 г білків. Зазвичай же людина споживає трохи більше— 80 г; калорійність цієї кількості становить приблизно 1400 кДж, оскільки теплота згоряння білка дорівнює близько 18 кДж·г^-1. Таким чином, за рахунок жирів і вуглеводів людина має одержувати близько 10 600 кДж із 12 000 кДж, потрібних їй щодня. Зазвичай же людина за рахунок жирів одержує близько однієї третини загальної кількості потрібної енергії (100 г дає 3760 кДж), а за рахунок вуглеводів близько 60%. Люди, які виконують дуже важку фізичну роботу, наприклад лісоруби чи дослідники Арктики, що потребують посиленого харчування, можуть підвищити добове споживання жирів до 250 г; жири — більш концентроване джерело енергії, ніж вуглеводи.

Окиснення жирів в організмі (їхня дисиміляція) відбувається шляхом відщеплення двох атомів Карбону (у вигляді оцтової кислоти) і утворення молекули з коротшим ланцюгом, наприклад

H₃C(CH₂)₁₆COOH + O₂ → H₃C(CH₂)₁₄COOH + H₃CCOOH

Якщо відношення кількості жирів до кількості вуглеводів надто велике, то вони окиснюються не повністю, і в крові та сечі спостерігається підвищений вміст ацетону, ацетооцтової кислоти та β-оксимасляної кислоти

(CH₃)₂CO   H₃CCOCH₂COOH              H₃CCHOHCH₂COOH

Ацетон      Ацетооцтова кислота    β-Оксимасляна кислота

Такий стан називається кетозом або ацидозом. Ацидоз, зниження pH крові, зумовлюється виведенням із сечею двох зазначених кислот у вигляді їхніх амонієвих або натрієвих солей. Кетоз і ацидоз спостерігаються при діабеті, захворюваннях печінки, голодуванні, алкоголізмі та споживанні кетогенної їжі (в якій жири значно переважають над вуглеводами).

Фосфоліпіди — важливі речовини, що містяться в усіх тканинах тіла, в усіх живих клітинах, особливо в клітинних мембранах і мієліновій оболонці нервів (підрозд. 15.7). При їх гідролізі вивільняються жирні кислоти, спирт, ортофосфатна кислота та нітрогеновмісна сполука.

Лецитини мають таку формулу:

Атом Нітрогену в лецитині міститься в холільному радикалі —O(CH₂)₂N(CH₃)₃⁺ . Радикали R і R' становлять собою залишки різних жирних кислот (пальмітинової, стеаринової, олеїнової та ін.), які в різних співвідношеннях містяться в тканинах рослин і тварин. Лецитин утворюється в організмі з жирів. Він має добрі емульгувальні властивості та, імовірно, сприяє перенесенню жирів до тканин.

Кефаліни мають структуру, подібну до структури лецитинів, з тією лише різницею, що замість холільного радикала вони містять радикал —OCH₂CH₂NH₂, тобто вони є естерами гліцерину, жирних кислот, ортофосфатної кислоти та β-аміноетилового спирту HO(CH₂)₂NH₂; це — етаноламінфосфатиди. Сфінгомієліни—естери ортофосфатної кислоти та двох спиртів: холіну і ненасиченого аміноспирту сфінгозину H₃C(CH₂)₁₂CH=CHCH(OH)CH(NH₂)CH₂OH. Кефаліни та сфінгомієліни виявлено в головному мозку й нервах*.

Стерини (від грецького слова stereos — твердий) становлять собою кристалічні спирти, кожна молекула яких містить три конденсовані шестичленні кільця, як у фенантрені, і одне п'ятичленне кільце

Кільця не бензенові, а насичені, за винятком одного чи двох подвійних зв'язків. Гідроксильна група приєднана до атома Карбону в положенні 3 (C3), метильні групи — до атомів C10 і C13, а ланцюг атомів, зазвичай C₈H₁₇, — до атома C17. Стероїди — речовини, споріднені зі стеринами.

Стерини присутні в усіх тканинах рослин і тварин. Найважливіший стерин тварин — холестерин C₂₇H₄₆O, структурна формула якого має такий вигляд:

(Атоми Гідрогену не показано. Довгий бічний ланцюг атомів становить собою C₈H₁₇.) Холестерин нерозчинний у воді, але розчинний в етері, бензені та інших органічних розчинниках, що характерно для ліпідів.

Холестерин та його ефіри жирних кислот, потрапляючи в клітини кишечнику, сполучаються з білками й утворюють ліпопротеїди, які переносяться кров'ю до всіх тканин організму, зокрема до мозку. Крім того, людський організм щодоби синтезує з ацетат-іона приблизно 1000 мг холестерину. З їжею ж людина одержує щодоби 500—1000 мг (курячі яйця — високохолестериновий продукт, одне яйце містить близько 250 мг цієї речовини). Холестерин руйнується в організмі в тих самих кількостях, у яких і надходить; виводиться він з організму з жовчю у вигляді жовчних кислот. Жовчні кислоти мають карбоксильну групу на кінці бічного ланцюга; так, холева кислота C₂₄H₄₀O₅ відрізняється від холестерину тим, що при атомі C17 має бічний ланцюг —CH(CH₃)CH₂CH₂COOH, а при атомах C7 і C13 або C3, C7 і C12 (на думку редакції сайту) — гідроксильні групи. Жовчні кислоти — стероїди. Іншу важливу групу стероїдів становлять гормони (підрозд. 14.10).

Швидкість перетворення холестерину на жовчні кислоти пропорційна його концентрації в крові, причому стан рівноваги досягається при певній концентрації, що залежить від кількості холестерину, яка надходить в організм, і від генотипу людини (від притаманної їй активності ферментів, що контролюють синтез і розпад холестерину). Для більшості людей ця концентрація лежить у межах 150—250 мг на децилітр (дл) крові. Існує залежність між поширеністю коронарних хвороб серця та концентрацією холестерину в сироватці крові. Результати одного з досліджень показали, що в чоловіків віком 50—60 років коронарні захворювання серця трапляються частіше в 1,5 раза при вмісті холестерину 200-240 мг·дл^-1 порівняно з особами, в яких цей вміст не перевищує 200 мг·дл^-1; число захворювань збільшується в 3 рази при вмісті холестерину 240—260 мг·дл^-1 і в 4,2 раза при вмісті понад 260 мг·дл^-1. Аналогічне співвідношення встановлено й для вмісту тригліцеридів у сироватці крові.

Обмежене споживання жирів, особливо жирів тваринного походження (насичених жирів), дещо знижує рівень вмісту холестерину в крові. Яєчний холестерин, однак, не становить небезпеки. Для більшості людей навіть десять яєць на добу не підвищують вмісту холестерину в крові більш ніж на кілька відсотків. Регулюванню вмісту холестерину в крові можуть сприяти деякі інші поживні речовини, що входять до складу яєць — цього вельми цінного харчового продукту, наприклад лецитини.

Для запобігання серцевим захворюванням шляхом підтримання низького рівня вмісту холестерину в крові, мабуть, найважливіше обмежити споживання сахарози — звичайного цукру. Нині середньодобове споживання вуглеводів у Сполучених Штатах та інших розвинених країнах становить приблизно 175 г крохмалю, 140 г сахарози, 20 г лактози, 10 г фруктози та 5 г інших цукрів. (Півтораста років тому споживання сахарози становило одну шосту цієї кількості.) Експериментально показано, що в людини, яка одержує 100 г сахарози на день, вміст холестерину в сироватці крові на 50 мг·дл^-1 вищий, ніж у людини, яка одержує з їжею лише полісахариди глюкози (крохмаль). Пояснюється цей ефект тим, що фруктозна половина сахарози зазнає перетворень, які призводять до синтезу додаткових кількостей холестерину. Англійський біохімік і фахівець у галузі харчування Джон Юдкін показав, що поширеність коронарних хвороб зростає зі збільшенням споживання цукру (сахарози). У людей, добове споживання цукру яких становить 150 г і більше, подібні захворювання трапляються в шість разів частіше, ніж у людей, які вживають по 75 г цукру на добу. З високим споживанням сахарози пов'язана також вища поширеність і інших хвороб. Надійний спосіб збереження здоров'я ґрунтується на зменшенні споживання сахарози, а цього неважко досягти шляхом відмови від цукру, солодких десертних страв і солодких напоїв. 

* Цереброзиди, також виявлені в цих тканинах, становлять собою сполуки (гліколіпіди) сфонгозину та цукру галактози.