Источником жира является жир пищи, который всасывается в кишечнике. Кроме того, большие количества жиров и липоидов образуются в организме из углеводов при избытке питания углеводами и могут также синтезироваться в небольших количествах из белков. Общее количество жира в организме составляет 10-20%, а при ожирении еще больше. Жир и липоиды после всасывания доставляются ко всем органам и тканям.
Существуют различия в составе жира разных видов животных и в разных органах одного организма.
Состав жира зависит от питания. После длительного питания жиром одного вида накопленный жир человека по своим свойствам начинает приближаться к свойствам данного пищевого жира. Жиры и липоиды, использованные как пластический материал, стойко сохраняются.
При обильном питании жирами или углеводами часть жиров и липоидов откладывается как жировой запас в подкожной клетчатке, сальнике и рыхлой соединительной ткани, окружающей внутренние органы. Этот жир — запасной пищевой материал, отложенный в жировых депо, который мобилизуется организмом при охлаждении и при голодании и используется как источник энергии, как энергетический материал.
До 80% энергии, затрачиваемой при длительной тяжелой физической работе, может освобождаться в результате окисления жиров или продуктов их расщепления.
Запасной жир из жировых депо расщепляется в тканях при участии липазы на глицерин и жирные кислоты и далее окисляется до углекислоты и воды, освобождая при этом большое количество энергии. Наконец, часть жира из жировых депо может поступать в кровь, расщепляться ферментами до глицерина и жирных кислот и доставляться кровью в печень, где они превращаются в гликоген. Превращение глицерина в гликоген установлено. Следовательно, между жировым и углеводным обменом есть тесная связь.
Растительное и коровье масло, рыбий жир усваиваются на 97-98%, говяжий и бараний жир на 90%. В растительных жирах содержатся ненасыщенные жирные кислоты, из которых в печени образуются липиды. При физической работе в суточном количестве жиров должно быть 70-75% животных жиров и 25-30% растительных. Количество жиров в сутки должно быть по весу около 17%, а по энергии около 30% от общего количества пищи, т. е. для взрослого человека примерно 100 г, а при физической работе — 115-165 г. Чрезмерное количество жиров тормозит пищеварение, а также снижает физическую работоспособность в 2-3 раза. Количество жира в крови при большом содержании его в пище может доходить до 1% и больше (липемия). Избыток жиров в пище особенно вреден в пожилом возрасте, он укорачивает жизнь.
В составе пищи в организм поступают две основные группы липоидов: фосфатиды и стерины.
Фосфатиды — высокомолекулярные спирты и жирные кислоты, содержат фосфорную кислоту и азотистое основание. К ним относится холин фосфатид — лецитин, находящийся в нейронах, из которого образуется холин, способствующий накоплению белков. В соединении с уксусной кислотой холин образует ацетилхолин — основной медиатор нервной системы, обеспечивающий проведение в ней возбуждения. Фосфатиды, нейтральные жиры, холестерин и другие липиды имеются в мембранах и органоидах клеток и обусловливают их избирательную проницаемость. В организме особенно много глицерофосфатидов, которые участвуют во всасывании и синтезе жиров. Фосфатиды синтезируются в печени и в стенке кишечника. Их недостаток вызывает ожирение печени и артериосклероз. Содержатся в нерафинированных растительных маслах (подсолнечном), сливочном масле, яйцах. Суточная доза фосфатидов 10 г.
Стерины — спирты, которые в соединении с жирными кислотами образуют сложные эфиры. К ним относится холестерин, содержащийся в наибольшем количестве в головном мозге и надпочечниках. Всего в организме человека холестерина около 0,2% от веса тела. В организме он образуется из продуктов окисления жиров и углеводов. Основной синтез холестерина происходит в печени (до 80%). Холестерин имеется в пище животного происхождения, в растительной пище его нет. В организме из холестерина образуются желчные кислоты, половые гормоны и гормоны коркового вещества надпочечников. В суточной норме смешанной пищи содержится до 1,5 г холестерина, К стеринам относится витамин В.
Незаменимые жирные кислоты
Кроме заменимых насыщенных жирных кислот — стеариновой, пальмитиновой и масляной в жирах находятся и незаменимые ненасыщенные кислоты — олеиновая, линолевая, линолеповая, арахидоновая. В растительных маслах (особенно подсолнечном и конопляном) содержатся линолевая и линолеповая, а арахидоновой очень мало; она имеется в курином и гусином жире и лярде. Ненасыщенные жирные кислоты превращаются в печени в липоиды. Наиболее физиологически ценная арахидоновая кислота образуется в организме из линолевой и линоленовой кислот. Ненасыщенные жирные кислоты активируют действие каротинов — предшественников витамина А и витаминов В1 и С. Когда количество ненасыщенных жирных кислот в пище падает ниже 1% суточной калорийности, снижается эластичность кровеносных сосудов, увеличивается их проницаемость, повышается содержание холестерина в крови, развивается артериосклероз, появляются тромбы в сердце и инфаркты миокарда, поражается кожа, нарушается половая функция и отсутствует беременность у самок.
При поступлении с пищей линолевой и линоленовой кислот вместе с витамином В5 образование в организме ненасыщенных жирных кислот увеличивается.
Ожирение печени
В печени жир откладывается в результате значительного увеличения содержания его в пище и усиления его синтеза в печени, при уменьшении его окисления и нарушении эвакуации жира из печени. Ожирение печени развивается также при увеличении содержания в пище углеводов и витамина В1 недостатке в пище белка, особенно аминокислоты метионина, нарушениях функций желез внутренней секреции, некоторых отравлениях и заболеваниях как всего организма, так и исключительно печени.
Вещества, предупреждающие ожирение печени, называются липотропными. К ним относятся некоторые витамины, метионин и др. Активным липотропным действием обладает холин, при участии которого происходит синтез фосфатидов, обеспечивающих перемещение жирных кислот из печени в жировые депо. Фосфатиды активируют также окисление жирных кислот в печени. При отсутствии холина в пище нарушается синтез лецитина и других фосфатидов в печени, и в результате в ней возрастает и отчество жирных кислот и нейтральных жиров.
Жиры в печени окисляются при участии ферментов. В процессе окисления жиров образуются кетоновые тела, количество которых зависит от его интенсивности. К кетоновым, или ацетоновым, телам относятся оксимасляная, ацетоуксусная кислоты и ацетон. При нарушениях углеводного обмена, например при диабете, количество ацетона в моче резко возрастает, так как недостаток гликогена в печени приводит к неполному окислению в ней жирных кислот и аминокислот. Значительное увеличение количества ацетона в моче называется ацетонурией. В норме в моче человека содержится 0,01-0,03 г ацетона в сутки, а при ацетонурии — до 60 г.
Краткая характеристика состава, строения и экологической роли жиров и липидов
Жиры — органические соединения, являющиеся сложными эфирами, образованными остатками высших жирных кислот и некоторых спиртов, например глицерина.
Липиды — жироподобные вещества; в эту группу входят и различные жиры. Среди жиров большое практическое и экологическое значение имеют глицериды. Глицериды — сложные эфиры, являющиеся продуктом взаимодействия трехатомного спирта — глицерина и высших жирных кислот.
В молекулах жиров могут содержаться одинаковые или разные остатки жирных кислот. Некоторые глицериды в своем составе содержат остатки фосфорной кислоты. Такие глицериды называют фосфоглицеридами.
По характеру углеводородного радикала жирные кислоты бывают предельными и непредельными. В образовании природных жи-ров-глицеридов1 принимают участие масляная, пальмитиновая, стеариновая и некоторые др. кислоты — все они являются предельными. Наиболее важными непредельными кислотами, образующими жиры, являются олеиновая, линолевая, линоленовая. Ниже приводятся общие формулы глицерина и некоторых важнейших жирных кислот: СН3(СН2)2СООН — масляная; СН3(СН2)14СООН — пальмитиновая (или С15Н31СООН); СН3(СН2)16СООН — стеариновая (или С17Н35СООН); С17Н33СООН — олеиновая кислоты; НОСН2СН(ОН)СН2ОН — глицерин.
Название жира строится на основе названия кислоты с указанием числа кислотных остатков, входящих в молекулу жира. Пример: С17Н33СООН2ССН(ООСС17Н33)СН2ООСС17Н33 — триолеин.
По агрегатному состоянию различают твердые и жидкие жиры. Примером твердого жира является тристеарин, жидкого — триолеин. Жидкие и твердые жиры отличаются по составу: в состав жидких жиров входят остатки непредельных жирных кислот, а в состав твердых — предельных жирных кислот. Следовательно, по составу различают предельные и непредельные жиры, а также смешанные, когда в молекуле жира имеется остаток и предельной, и непредельной кислоты.
Жиры легче воды и не растворяются в ней. Жидкие жиры способны образовывать с водой эмульсии, что имеет большое значение в процессах переваривания жиров как вне клетки (в пищеварительной системе), так и внутри нее. Важно помнить, что организм может усваивать или жидкие жиры (любые организмы), или легкоплавкие жиры (теплокровные организмы), при этом температура плавления жира должна быть ниже температуры тела данного организма.
Важнейшим для организмов химическим свойством жиров является их способность реагировать с кислородом, при этом происходит выделение большого количества энергии. Это свойство используется различными организмами при процессах ассимиляции, и жиры окисляются молекулярным кислородом в митохондриях, а освобождающаяся энергия используется для синтеза АТФ.
Биологическая роль жиров:
1) жиры выполняют строительную функцию, т. е. наряду с другими веществами (белками, углеводами и т. д.) образуют различные клеточные структуры, например белково-липидные мембраны, составляющие основу клеточной оболочки, оболочки ядра и т. д.;
2) запасная функция жиров состоит в том, что в организмах образуются жировые отложения, используемые организмом в трудные для него периоды жизни; эта функция связана с тем, что жиры — самые энергоемкие соединения в природе и при их окислении выделяется самое большое количество энергии (на единицу массы) по сравнению со всеми другими органическими веществами, содержащимися в организме;
3) накопление жира является одной из форм запасания воды, что связано со способностью жира выделять большое количество воды при окислении (на единицу массы оно больше по сравнению с другими веществами). Это наблюдается у животных пустыни, например, у верблюдов, курдючных овец и др.;
4) терморегуляционная функция жиров связана с тем, что они являются плохим проводником тепла (теплоизоляторы). Так, киты, моржи и другие водные животные холодных водоемов имеют большие жировые отложения, способствующие выживанию этих организмов в условиях относительно низких температур;
5) характерна для жиров и энергетическая функция, так как при окислении жиров выделяется большое количество энергии, но эта функция слабо выражена из-за относительной трудности процессов окисления жиров;
6) важную роль играет и трофическая функция, состоящая в том, что жиры являются продуктом питания животных и других организмов;
7) защитная функция жиров состоит в том, что они образуют структуры клеток и тканей организмов, защищающих последние от механических повреждений и попадания в них микробов и т. д.
Экологическая роль жиров определяется их биологической ролью, а также способностью усваиваться организмами, образующими биосферу — природные жиры полностью разлагаются и утилизируются биосферой. Для человека жиры являются продуктом питания (входят в состав различных продуктов питания), из них получаются различные технические продукты — мыла, олифы, масляные краски и т.д. Жиры не ядовиты для человека, но при использовании их в пищу необходимо помнить, что избыток жиров вреден, так как вызывает ожирение и способствует появлению сопутствующих ожирению заболеваний. При кулинарной обработке жиров могут образовываться вредные для организма человека вещества, что требует проводить этот процесс в определенных оптимальных условиях.
Краткая характеристика превращений жиров в организмах. Рассмотрим особенности превращения жиров в организме на примере человека. Жиры вместе с пищей попадают в ротовую полость, потом в желудок и двенадцатиперстную кишку — первый отдел тонкого кишечника. Превращениям они подвергаются только в тонком кишечнике. Для того чтобы жиры подверглись перевариванию, состоящем в их гидролизе, они должны быть жидкими и находиться в виде эмульсии. В двенадцатиперстную кишку открывается проток желчного пузыря, из которого в нее попадает желчь — секрет печени. Под воздействием желчи образуется водная эмульсия жиров. Эмульгированные жиры под воздействием ферментов — липаз в щелочной среде превращаются в глицерин и натриевые соли (мыла). Полученные продукты в следующем отделе тонкого кишечника всасываются клетками ворсинок кишечника в лимфу и разносятся ею по всему организму. Часть глицерина вступает в реакции синтеза необходимых организму химических соединений, а другая часть идет на получение жира, характерного для данного организма, который может откладываться как запасное вещество в жировой соединительной ткани. Поэтому употребление избытка жирной пищи вредно для организма из-за возможного ожирения. Часть продуктов гидролиза жира используется в процессах диссимиляции и, окисляясь до углекислого газа и воды, способствует синтезу АТФ. Для некоторых организмов (верблюды, курдючные овцы) эта реакция является источником воды в период ее отсутствия в среде обитания.