Не так уж много органических веществ люди получали в чистом виде (или в виде однородных смесей) уже в древности. Жиры и масла, бесспорно, входят в их число. Поэтому и названия у них на всех языках простые отечественные, хотя химики называют их также липидами (от греческого „липос“ — жир). Обнаружить их было несложно, поскольку они встречаются во всех живых организмах, и часто в большом количестве. Природа позаботилась о животных и растениях, снабдив их запасами топлива на холодные и голодные дни. Звери поместили это топливо, главным образом, вокруг внутренних органов и под кожей, чтобы отложения жира заодно служили амортизирующей удары подушкой и теплоизолятором. Другие животные тоже не забыли ни себя, ни своё потомство. Те из них, которые откладывают яйца или икру, для питания зародышей и личинок обязательно включают разнообразные липиды в состав желтка. Растения, производящие семена, тоже снабжают зародыши маслами. Липиды служат не только топливом, но и сырьём для производства активных молекул, и строительным материалом для клеток тела, и хранилищем витаминов — в общем, обойтись без них трудно.

Не смогли отказаться от употребления липидов в пищу и древние люди — это помогло им пережить ледниковый период, голодные времена и путешествия через континенты. Памятниками не только плодородию, но и жиру можно назвать фигурки пышнотелых венер неолита, высеченные древними ваятелями.

Однако почитание временами сменялось настороженностью и неприятием. Ветхий Завет категорически запрещал есть нутряной жир животных — его полагалось приносить в жертву. Сейчас жировым отложениям объявлена война — достаточно заглянуть в популярные женские и медицинские журналы. Они не запрещают, но рекомендуют не есть много жира домашних животных и пропагандируют полезные липиды рыб и морских беспозвоночных креветок, трепангов и прочих. Народы, которые вдоволь едят морские продукты, реже страдают от сердечно-сосудистых и других заболеваний, чем те, чья пища содержит много мясных и молочных блюд. Диетологи полагают, что всё дело в составе жиров. Было бы замечательно, если бы полиненасыщенные жирные кислоты морепродуктов довозили до континентальных городов неокисленными, но, к сожалению, на воздухе они легко и быстро окисляются. Людям, живущим вдали от моря, приходится разнообразить и улучшать жировое меню свиным салом, орехами и семечками, яйцами птиц, икрой рыб или виноградных улиток и, конечно, растительным маслом.

Современные химики, знающие что такое элементы и количественный анализ, занялись жирами и маслами в конце XVIII века. Антуан Лоран Лавуазье выяснил, что эти вещества состоят в основном из углерода и водорода. После этого стало ясно, почему жиры содержат больше энергии на единицу массы, чем углеводы, — первые менее окислены. Карл Шееле открыл, что в жирах содержится глицерин. Основатель липидологии Мишель Эжен Шеврель начиная с 1811 года выделил несколько жирных кислот — от масляной до стеариновой. В 1812 году он открыл в желчных камнях холестерин и разделил жиры на неомыляемые и омыляемые которые представляют собой сложные эфиры жирных кислот и глицерина. В 1823 году вышло его сочинение „Химические исследования жиров животного происхождения“.

В 1884 году английский врач Дж. Тудикум выпустил книгу „Руководство по химическому составу мозга“, в которой написал, что фосфолипиды (фосфатиды) „составляют химическую душу любой биоплазмы, животной или растительной. Они способны выполнять разнообразнейшие функции в результате того, что объединяют в себе сильно контрастирующие свойства“. Тудикум объяснял универсальность фосфолипидов их способностью образовывать коллоиды, а коллоидная химия тогда только складывалась, и от неё ждали разгадки тайн жизни.

В XIX и первой половине XX века жиры или их производные разделяли, учитывая разную растворимость в органических растворителях. Методики эти не были точными, и немецкие учёные называли липидологию „грязной химией“. Только в 50-х годах XX века химики научились разделять липиды с помощью хроматографических методов, что дало возможность систематически их описывать и надёжно идентифицировать.

Две функции жиров, топливная и строительная, долгое время заслоняли остальные. Сначала учёные поняли, что жиры служат горючим. Непосредственно в превращения, дающие энергию, вовлекаются жирные кислоты — углеводородные хвосты, похожие на молекулы бензина и керосина, только длиннее и с кислотными головками(рис 1). А для транспорта и хранения в жировой ткани жирные кислоты прицеплены к гидрофильной молекуле глицерина. Такие жиры называют нейтральными, или триглицеридами. Вместе с белками и другими липидами они образуют транспортные формы — липопротеины, в которых по периферии расположены полярные группы, а в центре — жирные хвосты.

Жиры, в отличие от углеводов, — долгоиграющее топливо. При длительном стрессе, утомительной физической работе человек начинает использовать меньше углеводов и больше липидов. Когда же работа или марафонский пробег окончены, в кладовые начинают поступать жиры, добытые из пищи и вновь синтезированные. Накопленные запасы не всегда радуют их обладателей, и борьба с излишками — занятие изнурительное, но популярное.

Одно из самых важных событий в физиологии за последние годы — открытие пептидного гормона лептина, который отвечает за отложение жира и аппетит. Он регулирует не быстрые реакции на насыщение, а медленные — на общий объём жировой ткани. Когда кладовые организма полны жиром, клетки жировой ткани (адипоциты)раздуты и вырабатывают много лептина. Он связывается с рецепторами в гипоталамусе (если они в порядке), тот вырабатывает ещё какие-то вещества, и есть не хочется. При этом жир не откладывается, а жирные кислоты окисляются быстро. Уровень лептина увеличивается в течение нескольких часов после приёма пищи у грызунов и после нескольких дней обильного питания у людей, а снижается за нескольких часов голодания у тех и других.

Ген лептина ob открыли в 1994 году. Мыши, гомозиготные по мутантному гену, страдали от ожирения и обжорства, тратили мало энергии, с трудом переносили холод, часто были бесплодны.

Инъекции лептина приводят только к снижению объёма жировой ткани, мышцы и внутренние органы при этом не атрофируются. У страдающих ожирением регуляция нарушается. Уровень лептина у них в крови повышен, но функцию тормоза он не выполняет, и есть хочется всё равно. Наверное, аппетитом управляют и другие регуляторы. Тем не менее в 1998 году сообщалось об успешном лечении лептином ожиревших мышей.

Горючее — это, конечно, важно, но липиды нужны организму и для других задач. Одна из них — образование наружных и внутренних клеточных мембран. Хвосты липидных молекул, не взаимодействующие с водой, собираются вместе, сплачивают ряды, повернувшись головами в сторону воды, и образуют плёнки (рис. 2). Делают это не только триглицериды, но и полярные фосфолипиды, несущие отрицательно заряженную фосфатную группу (рис. 3), и холестерин, и другие вещества. Холестерин хоть и не относится к липидам в строгом смысле слова, но обычно рассматривается вместе с ними. Он придаёт мембранам необходимую жёсткость.

В спорах о том, с чего началась жизнь, липиды занимают особое место. До тех пор пока молекулы свободно плавали в открытой воде, говорить о жизни и организмах не приходится. Когда же появились мембраны, они отделили содержимое клеток от наружного пространства, внутри начали накапливаться нужные ионы и малые молекулы, завертелись циклы реакций, и жизнь возникла. Ещё несколько важных шагов в её эволюции было связано с мембранами, которые разделили клетки на отсеки. Наследственный материал обособился и образовал ядро, возникли органеллы — митохондрии, хлоропласты, лизосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум. Снабжённые всем этим хозяйством клетки называют эукариотическими — имеющими настоящее ядро.

Мембраны, сделанные из липидов и белков, выполняют несколько функций. Они регулируют проникновение веществ в клетку и обратно, передают сигналы, отвечают за проведение нервных импульсов, выработку энергии в митохондриях и хлоропластах. Для работы мембранных белков очень важно липидное окружение, поэтому оно тщательно регулируется. Когда растёт или падает температура, свойства мембраны тоже меняются: происходит фазовый переход. Поэтому для жизни в холодной воде липидный состав приходится регулировать, чтобы мембраны не стали слишком жёсткими. С этим и связано большое количество полиненасыщенных жирных кислот в организме морских животных.

В 70-е годы специалисты научились делать из липидов микроскопические пузырьки и наполнять их начинкой, например лекарством. Такие капсулы назвали липосомами — жировыми тельцами. Их можно снабдить молекулами, нацеленными на определённые клетки, и они будут доставлять начинку только туда. А можно сделать из липосом косметический крем, чтобы вводить в кожу полезные для неё вещества.

Липиды и похожие на них вещества есть и в ядре. Некоторые из них (особеннокардиолипин (рис. 4) и холестерин) связываются с ДНК и участвуют в регуляции работы генов. Состав этих липидов изменяется в зависимости от активности генома, фазы клеточного цикла, перехода ДНК от сверхскрученной в релаксированную форму, а также при патологии — когда клетка превращается в злокачественную.

Это только один из примеров участия липидов в информационных процессах. Другой, гораздо более известный — проведение нервного импульса по отросткам нейронов. Обеспечением этого процесса в нервной ткани и особенно в мозгу занимается множество сложных и интересных липидов: сфингомиелин, цереброзиды, ганглиозиды, гликолипиды и прочие. Однако мембраны проводят и другие сигналы. Так, потоки кальция в мышечной клетке запускают её сокращение, через мембранные белки в клетку передаются гормональные сообщения. Работа всех этих и множества других механизмов зависит от состава липидов.

Кроме того, сами липидные молекулы тоже служат сигналами. Самые известные из них — простагландины из группы эйкозаноидов (рис 5). Они образуются при частичном ферментативном окислении ненасыщенных жирных кислот (рис. 6). Простагландины — эндогормоны. Они активны в тех же клетках, в которых синтезируются. Эти веещства принимают участие в работе кровеносной и репродуктивной систем, в развитии воспалительных процессов и иммунного ответа. Многие лекарства, в том числе аспирин, регулируют обмен простагландинов и других эйкозаноидов.

Жир то и дело подвергается остракизму просвещённой публики, но без разнообразных и многочисленных жиров мы не смогли бы жить. Учёные открывают новые и новые функции липидов и этому, похоже, нет конца.





Загрузить еще