Химическая природа и строение
Триацилглицерины относятся к классу липидов — низкомолекулярных биоорганических соединений, распространенных во всех живых организмах. Их молекулы состоят из глицеринового остова и присоединенных к нему остатков жирных кислот. Входящие в состав молекулы кислотные остатки всегда содержат четыре и более атомов углерода, однако наиболее распространены цепи из 16 и 18 атомов.
Для изображения молекул в химии применяют два подхода:
- Вертикальная проекция: оптимальна и удобна для написания химических уравнений.
- Пространственная конфигурация: менее удобна при записи реакций, но значительно правильнее отражает реальную геометрию и структуру молекулы.
Виды изомерии
Для молекул триацилглицеринов характерно сразу несколько вариантов изомерии:
- Изомерия положения: связана с изменением позиций ацильных радикалов на глицериновом остове (актуально при наличии двух или трех разных кислотных остатков).
- Энантиомерия (оптическая изомерия): возникает в случаях, когда центральный атом углерода в молекуле глицерина связан с разными заместителями.
- Структурная изомерия радикалов: обусловлена разным строением углеродного скелета самих жирных кислот при одинаковом суммарном числе атомов углерода и водорода.
Состав природных жиров
Любой нативный жир, выделенный из биоматериала (выдавливанием или вытапливанием), является сложной смесью молекул. Найти триацилглицерин с тремя совершенно одинаковыми кислотными остатками практически невозможно. Состав строго зависит от биологического источника:
- Животные жиры (говяжий, бараний, свиной). Откладываются в жировой ткани (до 25–30% состава) и обеспечивают теплоизоляцию организма. В них преобладают насыщенные кислоты: пальмитиновая (26–28%) и стеариновая (16–25%). Из ненасыщенных доминирует олеиновая кислота (38–41%). При обычных условиях это твердые вещества, которые плавятся при нагревании.
- Растительные жиры (масла). Накапливаются в семенах растений и остаются жидкими. Содержание стеариновой кислоты в них крайне мало (2–2,4%). Зато они богаты ненасыщенными кислотами: в оливковом масле доминирует олеиновая кислота (67%), а в подсолнечном — линолевая (59%).
- Молочный жир. Отличается значительным присутствием миристиновой кислоты (12,5%) и наличием низкомолекулярной масляной кислоты (3,5%).
Физико-химические свойства
Жиры не растворяются в воде (проявляют гидрофобность), но отлично растворяются во многих органических растворителях. Лучшим растворителем для них является диэтиловый эфир.
Интересная особенность жиров — отсутствие четкой температуры плавления или замерзания. Фазовый переход всегда происходит в определенном интервале температур. Именно поэтому твердый животный жир представляет собой пластичную массу, так как внутри нее всегда присутствует примесь жидкой фазы.
В структуре ненасыщенных кислот (олеиновой, линолевой, линоленовой) двойные связи имеют исключительно цис-конфигурацию (атомы водорода находятся по одну сторону от двойной связи $C=C$). Остатки с транс-конфигурацией (например, элаидиновая кислота) в натуральных липидах практически не встречаются.
Энергетическая ценность и фосфолипиды
Жиры — невероятно энергоемкие вещества. Это обусловлено наличием длинных углеводородных цепей и малым содержанием кислорода по сравнению с углеводами. При полном окислении 1 грамма жира выделяется около 38 кДж энергии, что более чем в два раза превышает энергетический выход глюкозы (~15,5 кДж).
Важной родственной группой являются фосфолипиды — особая разновидность сложных эфиров глицерина. В отличие от жиров, их главная функция не энергетическая, а структурная: вместе с белками они образуют клеточные мембраны, стенки и внутренние перегородки клеток.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Каковы основные биологические функции триацилглицеринов в организме человека?
Основные биологические функции триацилглицеринов заключаются в обеспечении организма энергией, теплоизоляции и образовании эндогенной воды.
- Энергетическая функция — жиры являются энергоемкими веществами, при их окислении выделяется около 38 кДж энергии на 1 г вещества.
- Теплоизоляционная функция — животные жиры откладываются в подкожной жировой ткани, которая защищает организм от потери тепла.
- Метаболическая функция — при окислении жиров в тканях образуется наибольшее количество эндогенной воды (1,09 мл на 1 г вещества).
Какие химические реакции характерны для триацилглицеринов?
Для триацилглицеринов характерны реакции гидролиза по сложноэфирным связям и реакции присоединения по двойным связям.
- Гидролиз чистой водой — протекает медленно из-за гидрофобности жиров.
- Щелочной гидролиз (омыление) — протекает быстро при нагревании со щелочами или раствором соды, продуктами реакции являются глицерин и соли жирных кислот (мыла).
- Реакции присоединения — молекула йода способна присоединяться по месту каждой кратной (двойной) связи в остатках ненасыщенных жирных кислот.
Как происходит ферментативный гидролиз триацилглицеринов в желудочно-кишечном тракте?
Ферментативный гидролиз триацилглицеринов происходит в полости тонкой кишки при участии ферментов поджелудочной железы и желчных кислот.
- Эмульгирование — соли желчных кислот дробят крупные капли жира на мелкие, увеличивая площадь контакта с ферментом.
- Оптимизация среды — бикарбонаты нейтрализуют кислый химус, создавая необходимый оптимум pH (около 8.0).
- Гидролиз — панкреатическая липаза при участии белка-кофактора колипазы расщепляет эмульгированный жир.
Основными продуктами гидролиза являются $\beta$-моноацилглицерол (80%), свободные жирные кислоты и диацилглицерол.
Что показывают йодное число и число омыления жиров?
Йодное число показывает количество кратных (двойных) связей в молекуле жира.
- Йодное число — определяется на основе принципа присоединения молекулы йода ($I_2$) по месту каждой двойной связи в остатках ненасыщенных жирных кислот. Этот показатель используется для установления структуры жира и расчета числа двойных связей.
Информация о том, что показывает число омыления жиров, в источниках отсутствует (упоминается только сам процесс щелочного гидролиза — омыления).
Вопросы с занятий и экзамена
Почему жиры дают больше энергии, чем углеводы?
Это связано с их химическим строением. Триацилглицерины содержат длинные углеводородные цепи и очень мало атомов кислорода по сравнению с углеводами, что делает их более энергоемкими субстратами для окисления.
Почему твердый жир пластичный и мягкий?
У жиров нет точной точки плавления, этот процесс растянут в интервале температур. Из-за этого даже в твердом жире всегда сохраняется примесь жидкой фазы, которая и придает массе пластичность.
Встречаются ли транс-жиры в природе?
В натуральных природных жирах они практически отсутствуют. Радикалы всех ненасыщенных жирных кислот имеют в природе цис-конфигурацию двойных связей.
Что ещё разобрать по теме
- Пространственная конфигурация и вертикальная проекция молекул триацилглицеринов
- Стереохимия ненасыщенных жирных кислот и расположение атомов водорода
- Механизмы оптической изомерии центрального атома углерода глицерина
- Химический состав и функции клеточных мембран (фосфолипиды и белки)
Разберите тему целиком в курсе «Химия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Триацилглицерины» и ещё 3 009 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 95 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Глава 18. Важнейшие классы биоорганических соединений»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.