§ 5. ТРИАЦИЛГЛИЦЕРИНЫ И ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ

Триацилглицерины – самые распространенные липиды в природе. Их принято делить на жиры и масла. Жиры при комнатной температуре находятся в твердом состоянии. При нагревании они плавятся и переходят в жидкое состояние. Масла же при комнатной температуре имеют жидкую консистенцию. Жиры и масла не растворяются в воде. При интенсивном перемешивании с водой они образуют эмульсии.

В современных развитых странах на долю жиров в рационе питания людей приходится до 45 % суммарного потребления энергии. Столь большая доля жиров при ограниченном движении нежелательна. Причиной многих все шире распространяющихся болезней, в первую очередь болезней сердечно-сосудистой системы, является избыточное  содержание жиров в пище. В то же время во многих развивающихся странах, наоборот, жиров в пище недостаточно, в суммарном потреблении энергии на их долю  приходится не более 10 %.

Триацилглицерины играют важную роль в организме животного или растения. Так, например, на долю триацилглицеринов в человеческом организме приходится около 10 % массы тела (рис 4).

Рис. 4. Химический состав человеческого тела.

Жиры являются наиболее эффективным средством запасания энергии, так как обладают особыми преимуществами перед другими соединениями. Они не растворяются в воде, поэтому не меняют существенно физико-химические свойства цитоплазмы; кроме того, они химически инертны. И самое главное, их энергоемкость значительно выше энергоемкости других веществ, например, углеводов и белков.  Ограниченное количество энергии может запасаться и в виде углеводов (гликоген), но основная избыточная энергия, поступающая в организм, запасается главным образом  в виде жиров. Практически все пищевые продукты содержат жиры, хотя их содержание колеблется в широких пределах (табл. 1).

Таблица 1

Среднее содержание жиров в некоторых пищевых продукта. 

Пищевой продукт	Масса жира в 100 гпищевого продукта, г	Пищевой продукт	Масса жира в 100 гпищевого продукта, г
Молоко                                       Сыр                                         Яйца                                          Цыплята                                     Сливочное масло	3,8 25 – 45 10,9 17,7 82,0	Подсолнечное масло                        Картофель                                        Жареный арахис                             Белый хлеб	99,9 0 49,0 1,7

Триацилглицерины

Триацилглицерины (жиры и жирные масла природного происхождения) представляют собой сложные эфиры, образованные глицерином и жирными кислотами. Жирные кислоты – это общее название одноосновных алифитических карбоновых кислот RCOOH. При гидролизе триацилглицеринов образуются глицерин и жирные кислоты:

В состав триацилглицерина могут входить остатки как одной и той же кислоты – такие жиры называются простыми, – так  и разных (смешанные жиры). Жирные кислоты в зависимости от строения радикала можно подразделить на насыщенные, ненасыщенные, а также разветвленные и циклические.

Насыщенные жирные кислоты имеют общую формулу CH₃(CH₂)_nCOOH, в которой n может изменяться от 2 до 20 и несколько выше. В качестве примера короткоцепочечной кислоты можно привести масляную кислоту CH₃(CH₂)₂COOH, которая содержится в молочном жире и сливочном масле. Примерами длинноцепочечных кислот являются пальмитиновая CH₃(CH₂)₁₄COOH и стеариновая CH₃(CH₂)₁₆COOH. Они входят в состав триацилглицеринов почти  всех жиров и масел животного и растительного происхождения.

Ненасыщенные жирные кислоты содержат одну или несколько двойных связей в алифитической цепи, которая тоже может быть короткой либо длинной. Одной из наиболее распространенных кислот в живой природе является олеиновая кислота. Она содержится в оливковом масле, от которого и произошло ее название, а также в свином жире CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH. Двойная связь в олеиновой кислоте имеет цис-конфигурацию. В природе встречаются  жирные кислоты и с большим числом двойных связей, например, линолевая (две двойные связи), линоленовая (три двойные связи), арахидоновая (четыре двойные связи).

Триацилглицерины, в состав которых входят жирные кислоты с короткими цепями либо с высокой степенью ненасыщенности, как правило, имеют более низкие температуры плавления. Поэтому при комнатной температуре они находятся в виде масел. Это свойственно триацилглицеринам растительного происхождения, которые содержат большую долю ненасыщенных кислот. В отличие от этого животные жиры характеризуются высоким содержанием насыщенных жирных кислот и являются, как правило, твердыми. В этом можно убедиться, сравнивая состав оливкового масла (растительное масло) и сливочного масла (животный жир) (табл.2).

Таблица 2.

Распределение жирных кислот в оливковом и сливочном маслах

Тип жирной кислоты	Число атомов углерода	Содержание жирной кислоты, %
		в оливковом масле	в сливочном масле
Насыщенные	4 6 – 10 12 14 16 18	- - - следы 10 2	4 5 5 12 27 10
Итого                                        12                                        61
Ненасыщенные	16 18	- 84	5 28
Итого                                         84                                        33

Интересно знать! В клетках теплокровных животных содержание ненасыщенных жирных кислот ниже, чем в клетках хладнокровных животных.

Маргарин представляет собой заменитель сливочного масла. Получают его гидрированием растительных масел над никелевым катализатором. Двойные связи, находящиеся в остатках ненасыщенных кислот, присоединяют водород. В результате ненасыщенные жирные кислоты превращаются в насыщенные. Меняя степень гидрирования, можно получать твердые и мягкие маргарины. Дополнительно в маргарин добавляют жирорастворимые витамины, а также специальные вещества, придающие маргарину цвет, запах, устойчивость.

Разветвленные и циклические жирные кислоты встречаются в природе редко. Примером циклических жирных кислот является хаульмугровая кислота, а разветвленных – туберкулостеариновая кислота:

Мыла

Мыла представляют собой натриевые или калиевые соли длинноцепочечных жирных кислот. Они образуются при кипячении животного сала или растительного масла с гидроксидом натрия или калия. 

Этот процесс получил название омыления. Калиевое мыло является более мягким, часто жидким, по сравнению с натриевым.

Очищающее действие мыла обусловлено тем, что анионы мыла обладают сродством, как к жирным загрязнителям, так и воде. Анионная карбоксильная группа обладает сродством к воде, с молекулами которой она образует водородные связи, т.е. она гидрофильна. Углеводородная цепь за счет гидрофобных взаимодействий обладает сродством к жирным загрязнителям. Гидрофобный хвост молекулы мыла растворяется в капле грязи, оставляя на поверхности гидрофильную головку. Поверхность капли грязи начинает активно взаимодействовать с водой и в конечном итоге отрывается от волокна и переходит в водную фазу (рис 5).

Рис.5.  Моющее действие мыла: 1 – углеводородные цепи анионов мыла растворяются в жирной грязи, 2 – микрокапелька грязи (мицелла), взвешенная в воде

Взаимодействуя с ионами кальция, которые содержатся в жесткой воде, мыла образуют нерастворимые в воде кальциевые соли: 

В результате мыло выпадает в виде хлопьев и расходуется бесполезно.

В последние десятилетия широкое распространение получили синтетические моющие средства. В их молекулах часто вместо   карбоксильной    группы    находится    сульфогруппа R-SO₃Na. Кальциевые соли сульфокислот растворимы в воде.

Интересно знать! Природные жирные кислоты имеют, как правило, неразветвленную цепь с четным числом атомов углерода. Синтетические моющие средства содержат  разветвленные цепи, которые с большим трудом расщепляются бактериями. Это приводит к значительным загрязнениям природных водоемов, куда в конечном итоге попадают бытовые стоки. Другой проблемой стиральных порошков являлось до недавнего времени большое содержание в них (до 30 %) неорганических фосфатов. Фосфаты являются хорошей питательной средой для определенных водорослей. Поэтому попадание большого количества фосфатов в водоемы вызывает бурный рост этих водорослей, интенсивно поглощающих кислород, растворенный в воде. При недостатке кислорода происходит массовая гибель водных растений и животных с последующим их разложением. В итоге водоем заболачивается.

 

Прогоркание жиров

    Жиры при хранении под действием света и кислорода приобретают неприятный запах и вкус. Этот процесс называется прогорканием. В результате его происходит окисление жиров. Легче всего окисляются  непредельные жирные кислоты:

Образующиеся продукты обладают неприятным запахом и вкусом. Для предотвращения прогоркания жиры следует хранить в темноте без доступа кислорода и при низкой температуре.

 

Распад и синтез жиров в организме

Переваривание жиров начинается в желудке и продолжается в кишечнике. Для этого процесса необходимы желчные кислоты, при их участии происходит эмульгирование жиров. Эмульгированные жиры расщепляются липазами. Гидролиз жиров протекает в несколько стадий:

1 стадия

 

2 стадия

 

3 стадия

Гидролиз триацилглицеринов в первой и второй стадиях протекает быстро, а гидролиз моноацилглицеринов идет медленнее. В результате гидролиза образуется смесь, содержащая жирные кислоты, моно-, ди-, триацилглицерины, которые и всасываются эпителиальными клетками кишечника. В этих клетках происходит ресинтез липидов, которые затем поступают в другие ткани, где они откладываются в запас или подвергаются окислению. В результате окисления жиров образуется вода и оксид углерода (IV), а освободившаяся энергия накапливается в виде АТФ. При окислении1 гжира выделяется 39 кДж энергии.