Общие сведения
Липи́ды (от греч. λίπος – жир), обширная разнородная группа природных соединений, общим свойством которых является способность к растворению в неполярных органических растворителях (хлороформ, бензол, эфир и др.) и почти полная нерастворимость в водной среде. В ряде случаев липиды рассматривают как соединения, содержащие остатки жирных кислот, реже многоатомных спиртов или альдегидов (плазмалогены) или же как любые природные амфифильные вещества (содержат полярные и гидрофобные группировки, определяющие их свойства). Присутствуют во всех живых клетках (обычно на долю липидов приходится 5–10% сухой массы, в нервной ткани – 20–25%, в жировой – до 90%); играют важную роль в процессах жизнедеятельности организмов. К липидам иногда относят также некоторые жирорастворимые вещества, молекулы которых не содержат жирных кислот (терпены, стерины).
Первый элементный анализ жиров был выполнен А. Л. де Лавуазье, показавшим, что они состоят в основном из углерода и водорода. В конце 18 в. К. Шееле выделил глицерин при разложении растительных масел. В начале 19 в. М.-Э. Шеврёль охарактеризовал большое число разнообразных жирных кислот, разделил все жиры на омыляемые и неомыляемые, доказав, что первые представляют собой сложные эфиры жирных кислот и глицерина. В 1854 г. М. Бертло впервые осуществил синтез жиров. Позднее из природных источников были выделены первые фосфо-, глико- и сфинголипиды. В дальнейшем изучение индивидуальных липидов было затруднено в связи с отсутствием методов их выделения и очистки. Это стало возможным лишь начиная с 1950-х гг., с развитием методов хроматографии. Особое внимание к липидам было обращено в связи с исследованиями биологических мембран. Значительный прогресс в изучении липидов произошёл в 1970–1980-х гг.; он связан с использованием газожидкостной и высокоэффективной жидкостной хроматографии, УФ- и ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии, методов ядерно-магнитного резонанса и других методов анализа.
Классификация липидов
В соответствии с химическим строением среди липидов различают:
жирные кислоты и их окисленные производные;
глицеролипиды: моно-, ди- и триацилглицерины (триглицериды, или жиры), их алкил- и алкениланалоги, а также гликозилглицериды и фосфолипиды, липиды, содержащие вместо глицерина диолы (этилен-, пропилен- и бутиленгликоли), воски;
сфинголипиды, в молекулах которых вместо глицерина присутствуют аминоспирты (аминодиолы) с длинной углеводородной цепью – сфингозины.
Предложены также другие классификации липидов. Например, в соответствии с одной из них выделяют нейтральные липиды, или триглицериды (в том числе воски, триглицериды и диольные липиды), фосфолипиды и гликолипиды, в соответствии с другой – липиды делят на простые (эфиры жирных кислот и спиртов) и сложные (глицерофосфаты, глицерингликолипиды, сфингогликолипиды и сфингофосфолипиды). Среди глицеролипидов различают нейтральные, гидроксигруппы которых замещены остатками жирных кислот, алифатических спиртов или альдегидов, и полярные, у которых две гидроксигруппы замещены остатками жирных кислот, а третья связана с остатком ортофосфорной кислоты – свободной или этерифицированной холином (фосфатидилхолины, или лецитины), этаноламином (фосфатидилэтаноламины, или кефалины), серином (фосфатидилсерины), глицерином (фосфатидилглицерины) или инозитом (фосфатидилинозиты); к фосфолипидам относятся также дифосфатидилглицерины (кардиолипины), сфингомиелины (церамид-1-фосфохолины) и др. Основными сфинголипидами являются: церамиды (N-ацилсфингозины), сфингомиелин, сфингозин-1-фосфат, гликосфинголипиды (цереброзиды, содержащие один или более остатков сахаров, и ганглиозиды, в углеводную цепь которых входят остатки сиаловых кислот).
Жирные кислоты в свободном виде в организмах встречаются редко; они входят в состав различных типов липидов и в ходе обменных процессов используются для синтеза других соединений (в том числе стеринов). В результате превращений арахидоновой кислоты образуются соединения с высокой биологической активностью – простагландины, лейкотриены и тромбоксаны.
Биологическая роль липидов
У позвоночных животных липиды образуются в печени и в тонком кишечнике, после чего транспортируются в другие органы с помощью липопротеинов крови. В организме липиды подвергаются ферментативному гидролизу с участием липаз (для ацилглицеринов), фосфолипаз и церамидазы (для церамидов). Высвобождающиеся при этом жирные кислоты взаимодействуют с ацетил-коферментом A и затем путём последовательных реакций окисляются до CO2.
Нейтральные липиды являются формой депонирования метаболической энергии в организме, выполняют защитные водоотталкивающие и термоизоляционные функции, а также предохраняют органы от механических воздействий. Фосфолипиды, холестерин и гликосфинголипиды – структурные компоненты биологических мембран. Они оказывают влияние на активность мембраносвязанных ферментов, транспорт ионов и метаболитов, межклеточные взаимодействия и рецепцию. Ряд полярных липидов (фосфатидилинозит, лизофосфатидилхолин, фосфатидовая кислота, сфингозин-1-фосфат, церамид, сфингозилфосфохолин) участвуют в передаче сигналов внутри клетки в качестве вторичных мессенджеров, выступают в роли медиаторов. Важными липидными биорегуляторами в организме являются тромбоксаны (факторы активации тромбоцитов) и сфинголипиды, участвующие в пролиферации, дифференцировке и апоптозе клеток, ангиогенезе, метастазировании и инвазивности опухолей. Высокой биологической активностью обладают простагландины, а также свободные ненасыщенные жирные кислоты и их производные. Они влияют на активность фосфолипаз, АТФаз, протеинкиназ, модулируют транскрипцию генов и другие процессы.
В 2005–2007 гг. в области метаболомики выделилось отдельное направление – липидомика, наука о липидоме – совокупности всех липидов, объектом исследования которой является липидный профиль клетки, ткани, целого организма или всей экосистемы. Соответственно, липидомика изучает липиды в живом организме и их взаимодействие между собой, с белками, углеводами и прочими метаболитами. Понимание значимой роли липидов в развитии многих метаболических заболеваний привело к выделению в отдельную область исследований клинической липидомики.