Липиды функционируют как структурные компоненты клеточных мембран, а также действуют как резервуары энергии и сигнальные молекулы. Таким образом, они имеют решающее значение для всех живых организмов. Три биологически важных класса липидов – это триглицериды, фосфолипиды и стероиды.

Неполярные и гидрофобные характеристики липидов

Липиды представляют собой структурно и функционально разнообразную группу углеводородов — соединений, состоящих из атомов углерода и водорода. Углерод-углеродные и углерод-водородные связи неполярны, что означает, что электроны между атомами делятся поровну. Эти неполярные связи придают липидам общую неполярную характеристику. Кроме того, липиды являются гидрофобными или «ненавидящими воду» по своей природе. Это означает, что они не образуют водородных связей с молекулами воды, что делает их практически нерастворимыми в воде, но растворимыми в органических растворителях, таких как хлороформ или бензол.

Триглицериды — триэфир жирных кислот и глицерина

Углеводородная основа триглицеридов имеет молекулу глицерина с тремя гидроксильными (-ОН) группами, каждая из которых связана с цепью жирных кислот. Жирная кислота представляет собой длинную углеводородную цепь с карбоксильной группой (–COOH) на одном конце. Карбоксильная группа жирной кислоты и гидроксильная группа глицерина образуют устойчивую связь с выделением молекулы воды. Полученная молекула называется сложным эфиром (–COOR). Таким образом, триглицерид представляет собой триэфир глицерина и трех жирных кислот. Три составляющие жирные кислоты могут быть идентичными или разными и обычно имеют длину 12-18 атомов углерода. Они бывают насыщенными или ненасыщенными в зависимости от наличия или отсутствия двойных связей в цепях углеводородов.

Фосфолипиды являются неотъемлемой частью клеточных мембран

Фосфолипиды имеют решающее значение для клетки, поскольку они образуют основные составляющие клеточных мембран. Они структурно похожи на триглицериды, но содержат только две жирные кислоты — насыщенные или ненасыщенные — связанные с глицериновым моэтитом. Третья гидроксильная группа глицерина связана с отрицательно заряженной фосфатной группой.

Добавление другой функциональной группы, такой как более мелкие полярные молекулы, такие как холин или сериновый остаток, к фосфатной группе приводит к различным химическим свойствам фосфолипидов.

Фосфолипиды являются амфипатическими молекулами, что означает, что их части являются гидрофобными, а другие являются гидрофильными или «водолюбивыми». Когда фосфолипиды добавляются в воду, они спонтанно образуют бислой, тонкую пленку толщиной в две молекулы фосфолипидов. Эта самоорганизация происходит потому, что полярные головки притягиваются к воде, в то время как гидрофобные жирные кислоты находятся в центре слоя, чтобы избежать контакта с водой. Этот фосфолипидный бислой образует клеточную мембрану во всех живых организмах. Он разделяет жидкости внутри и снаружи клетки. В бислой встроены белки и стероиды, еще один класс липидов. Дополнительные фосфолипидные бислои могут еще больше разделять внутреннюю часть эукариотической клетки, например, лизосому и эндоплазматический ретикулум.

Стероиды состоят из четырех кольцевых структур

Стероиды являются еще одним биологически важным классом липидов, состоящих из четырех углеродных колец. Они различаются друг между другом в зависимости от химических групп, прикрепленных к углеродным кольцам. Хотя стероиды структурно отличаются от триглицеридов и фосфолипидов, они также гидрофобны и нерастворимы в воде. Они изменяют текучесть клеточной мембраны, а также функционируют как сигнальные молекулы внутри клетки. Холестерин является наиболее распространенным стероидом и синтезируется в печени. Он присутствует в клеточной мембране и служит предшественником половых гормонов у животных.