ГДЗ: Параграф § 10 / Биология 10 класс

Молекула фосфолипида имеет амфифильное строение: она состоит из полярной, гидрофильной «головки» (остаток фосфорной кислоты) и двух длинных неполярных, гидрофобных «хвостов» (остатки высших жирных кислот).

В водной среде гидрофобные хвосты стремятся избежать контакта с водой и соединяются друг с другом, в то время как гидрофильные головки обращены к водной среде. В результате фосфолипиды самопроизвольно формируют билипидный слой — двойной слой, где хвосты направлены внутрь слоя, а головки — наружу к воде (в клетке это цитоплазма и внешняя среда).

Энергоёмкость жиров выше, чем у углеводов, потому что жиры (триглицериды) содержат в молекулах меньше кислорода и больше восстановленных (богатых энергией) связей углерод-водород (\( \text{C}-\text{H} \)), чем углеводы. Для окисления 1 грамма жира требуется больше кислорода, а при их расщеплении образуется больше восстановленных конечных продуктов.

• При окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж.
• При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж.

Жиры выполняют запасающую функцию, служа основным энергетическим резервом и источником метаболической воды. Животные и человек накапливают жиры, а не углеводы, по двум основным причинам:

• Высокая энергоёмкость: Жиры выделяют более чем вдвое больше энергии на грамм (38,9 кДж/г) по сравнению с углеводами (17,6 кДж/г). Это позволяет хранить больший запас энергии при меньшем весе.
• Гидрофобность: Жиры гидрофобны и хранятся в безводном состоянии, тогда как углеводы (гликоген) связывают большое количество воды. Накопление углеводов в качестве основного резерва привело бы к значительному увеличению массы тела за счёт связанной воды.

Растения накапливают как жиры (в виде масел, например, в семенах для питания зародыша), так и углеводы (в виде крахмала). В семенах, где требуется компактный запас высококалорийного питания для начального развития, часто накапливаются жиры из-за их высокой энергоёмкости. В вегетативных органах (корневища, клубни) запасается крахмал, который также служит источником энергии и структурным материалом (целлюлоза).

Сводка по липидам

• Общие свойства: Липиды — гидрофобные (нерастворимые в воде), но растворимые в органических растворителях вещества. Они обладают высокой энергоёмкостью.
• Основные классы: Триглицериды (жиры, масла), фосфолипиды, воски, стериды (стеролы), липопротеиды, гликолипиды.
• Ключевые функции: Энергетическая (38,9 кДж/г), запасающая (резерв энергии и воды), строительная (основа мембран), защитная и терморегуляторная (теплоизоляция, защита от ударов), регуляторная (гормоны-стероиды, витамины).

• Стероиды (стеролы): Выполняют регуляторную функцию, выступая в роли гормонов (кортикостерон, половые гормоны — тестостерон, эстрадиол). Холестерол является важным компонентом клеточных мембран и предшественником витаминов \( \text{D} \) и \( \text{E} \), а также жёлчных кислот.
• Воски: Выполняют защитную и водоотталкивающую функции. Восковой налёт на листьях растений предохраняет их от избыточного испарения. У животных воски формируют водоотталкивающую плёнку на коже, перьях и шерсти.

Сходства и отличия в строении

• Стеариновая кислота (\( \text{C}_{17}\text{H}_{35}\text{COOH} \)): Имеет длинный неполярный углеводородный хвост (гидрофобный) и полярную карбоксильную группу \( (-\text{COOH}) \) (слабо гидрофильный конец).
• Жир (Триглицерид): Состоит из молекулы глицерина, связанной с тремя остатками высших жирных кислот (например, стеариновой). Полностью неполярная и гидрофобная молекула, так как карбоксильные группы кислот «заблокированы» в эфирных связях.
• Фосфолипид: Состоит из глицерина, двух остатков ВЖК и остатка фосфорной кислоты \( (\text{H}_3\text{PO}_4) \). Имеет амфифильное строение: гидрофильная головка (фосфатная группа) и два гидрофобных хвоста (остатки ВЖК).

Сходство: Все три содержат остатки высших жирных кислот.

Отличие: Триглицерид полностью гидрофобен; фосфолипид амфифилен (имеет гидрофильную и гидрофобную части); стеариновая кислота — это компонент жиров и фосфолипидов.

Причины поведения жиров в воде

Молекулы жиров (триглицеридов) являются полностью неполярными, поскольку они состоят из трёх длинных неполярных углеводородных хвостов жирных кислот, а полярные группы кислот «скрыты» в эфирных связях с глицерином. Вода же является полярным растворителем.

По принципу «подобное растворяется в подобном» (Like dissolves like), неполярные жиры не могут образовывать связи с полярными молекулами воды и поэтому в ней не растворяются (гидрофобны).

На поверхности воды молекулы жира собираются вместе, минимизируя контакт с водой. Они образуют монолипидный слой или, при большем количестве, жировую каплю, поскольку сила притяжения между молекулами жира больше, чем сила отталкивания с молекулами воды.

Роль ненасыщенных жиров в адаптации к холоду

В молекулах ненасыщенных жирных кислот есть двойные связи, которые создают «изгибы» в углеводородных хвостах. Эти изгибы мешают плотной упаковке молекул, что приводит к понижению температуры плавления жира. Например, олеиновая кислота плавится при \( 13.4^{\circ}\text{C} \), а насыщенная стеариновая — при \( 69.6^{\circ}\text{C} \).

Обитатели холодных морей и зон накапливают ненасыщенные жиры для того, чтобы их жировые запасы оставались жидкими и эластичными даже при низких температурах тела, обеспечивая нормальную жизнедеятельность и гибкость клеточных мембран. Жидкий жир лучше выполняет терморегуляторную и амортизирующую функции.

Некоторые ненасыщенные жирные кислоты (полиненасыщенные) являются незаменимыми для организма и должны поступать с пищей, так как не могут быть синтезированы самостоятельно.