Неомыляемые липиды не гидролизуются в кислой и щелочной среде. Обычно их подразделяют на 2 больших подкласса:
1.Терпены (мирцен,каротиноиды,каротин и др.).
2.Стероиды (холестерин и др.).
Терпены присутствуют в основном в тканях растений, тогда как стероиды присутствуют, главным образом в животных тканях. Стероиды и терпены построены из одинаковых изопреновых фрагментов и относятся к категории изопреноидов.
Терпены
К терпенам относят группу соединений, включающую себя как полиизопреновые углеводороды, так и их кислородсодержащие производные – спирты, альдегиды и кетоны. Сами углеводороды называют терпеновыми.
Общая формула терпеновых углеводородов соответствует выражению – (С 5 Н 8) n
. Они могут иметь как циклическое, так и ациклическое строение. Терпены состоящие из 2-х изопреновых единиц называют монотерпенами, 3-х - сесквитерпенами, 4-х – дитерпенами. Примером ациклических терпенов могут служить мирцен, а также родственные ему спирт и альдегид – гераниол и цитраль, выполняющие функции феромонов у рабочих пчел. 
Среди терпенов, однако, наиболее распространены моно- и бициклические представители. Многие из них либо непосредственно находят применение в медицине, либо служат сырьем для синтеза многих лекарственных средств. По своему строению такие терпены сходны с некоторыми циклическими предельными углеводородами:
Типичными представителями моноциклических терпенов являются (±)-лимонен (дипентен), содержащийся в лимонном масле, скипидаре и масле тмина и имеющий скелет ментана, а также ментол, содержащийся в эфирном масле перечной мяты и обладающий антисептическим, болеутоляющим и успокаивающим действием.
Лимонен получают из изопрена в результате реакции диенового синтеза при его нагревании:
При полной гидратации дипентена в кислой среде согласно правилу Марковникова образуется двухатомный спирт терпин,препарат которого в виде гидрата используется в качестве отхаркивающего средства при хроническом бронхите.
Замещенные дипентены, например каннабидиол представляют собой психоактивные вещества и являются действующим началом гашиша (марихуаны):
Примерами бициклических терпенов являются α-пинен и камфора.
Камфора издавна применяется в медицине как стимулятор сердечной деятельности. Она способна вступать во взаимодействие с бромом по α-положению относительно карбонильного атома углерода. При этом образуется бромкамфора, которая улучшает деятельность сердца и оказывает успокаивающее действие на ЦНС. Особую группу терпенов составляют каротиноиды – растительные пигменты. Некоторые из них способны выполнять функции витаминов. Каротиноиды также участвуют в процессе фотосинтеза. Большинство каротиноидов относится к тетратерпенам. Их молекулы содержат значительное количество двойных связей, что придает каротиноидам специфическую окраску. Типичными их представителями являются α-, β- и γ-каротины, предшественники витаминов группыА.
Стероиды, стерины.
Стероиды широко распространены в природе и выполняют в организме человека самые разнообразные функции. Стероидная природа характерна для желчных кислот, мужских и женских половых гормонов, гормонов коры надпочечников. Холестерин входит в состав клеточных мембран и определяет такое их важное свойство как микровязкость. В настоящее время известно более 20 000 стероидов. Стероиды имеют циклическое строение. В основе их структуры лежит структура циклопентанопергидрофенантрена (стерана), состоящего из трех конденсированных циклогексановых колец (А,В,С) и циклопентанового кольца D.
Типичными представителями стероидов являются холестерол (стерины), холевая кислота (желчные кислоты), эстрадиол и тестостерон (половые гормоны), кортикостерон (гормон коры надпочечников глюкокортикоидного ряда). Холестерол – наиболее распространенный представитель стеринов. Особенностью его структуры является наличие двойной связи между С5 и С6 атомами углерода.
Очищенный холестерин – белое кристаллическое оптически активное вещество. В организме встречается как в свободном состоянии, так и в виде сложного эфира. Из общего количества холестерина только 20% его поступает с пищей. Основная его часть синтезируется в организме.
Ниже приводятся формулы некоторых наиболее важных желчных кислот и стероидных гормонов. 
Табл.8 Классификация стероидов по величине углеводородного радикала R у С-17
Несколько менее распространены липиды с простой эфирной связью – плазмалогены:
Химические свойства .
Гидролиз протекает как в кислой, так и щелочной средах (омыление) и представляет собой обычную реакцию гидролиза сложного эфира. Гидролиз протекает ступенчато и продуктами полного гидролиза, являются глицерин и смесь высших жирных кислот.
Например:
Реакции окисления липидов и высших карбоновых кислот протекают с участием двойных связей и образуются низшие карбоновые кислоты, в частности масляная кислота (прогоркание жира). Окисление также происходит в клеточных мембранах с участием АФК.
Обмен липидов
Превращения липидов в процессе пищеварения и всасывание. Липиды - важная составная часть пищи. Взрослому человеку требуется от 70 до 145г жира в сутки в зависимости от трудовой деятельности, пола, климатических условий. Причем необходимы как животные, так и растительные жиры. Липиды являются высокими энергетическими веществами, поэтому за их счет удовлетворяется до 25-30% потребности человеческого организма в энергетическом материале. Кроме того, в составе животных жиров в организм поступают жирорастворимые витамины А, В, К и Е, растительные жиры богаты непредельными жирными кислотами, являющимися предшественниками простагландинов, исходным материалом для синтеза организмом фосфолипидов и других веществ.
Переваривание жира начинается в желудке, где находится малоактивный фермент желудочная липаза, однако ее роль в гидролизе пищевых триглицеридов у взрослых людей невелика. Во-первых, в желудочном соке взрослого человека и других млекопитающих содержание липазы крайне низкое. Во-вторых, рН желудочного сока далек от оптимума действия этого фермента (оптимальное значение рН для желудочной липазы 5,5-7,5). В-третьих, в желудке отсутствуют условия для эмульгирования триглицеридов, а липаза может активно действовать только на триглицериды, находящиеся в форме эмульсии. Поэтому у взрослых людей не эмульгированные триглицериды составляющие основную массу пищевого жира, проходят через желудок без особых изменений. Вместе с тем расщепление триглицеридов в желудке играет важную роль в пищеварении у детей, особенно грудного возраста. Слизистая оболочка корня языка и примыкающей к нему области глотки ребенка грудного возраста секретирует собственную липазу в ответ на сосательные и глотательные движения. Эта липаза получила название лингвальной. Активность лингвальной липазы не успевает проявиться в ротовой полости,основным местом ее действия является желудок. Оптимум рН лингвальной липазы в пределах 4,0-4,5; он близок к величине рН желудочного сока у грудных детей.
Расщепление триглицеридов в желудке взрослого человека невелико, но оно в определенной степени облегчает последующее переваривание в кишечнике. Даже незначительное по объему расщепление триглицеридов в желудке приводит к появлению свободных жирных кислот, которые подвергаясь всасыванию в желудке, поступают в кишечник и способствуют там эмульгированию жиров, облегчая таким образом воздействие на нихлипазы панкреатического сока.
После того как химус попадает в двенадцатиперстную кишку, прежде всего происходит нейтрализация попавшей в кишечник с пищей соляной кислоты желудочного сока бикарбонатами, содержащимися в панкреатическом и кишечном соках. Выделяющиеся при разложении бикарбонатов пузырьки углекислого газа способствуют хорошему перемешиванию пищевой кашицы с пищеварительными соками. Одновременно начинается эмульгирование жира. Наиболее мощное эмульгирующее действие на жирыоказывают соли желчных кислот, попадающие в двенадцатиперстнуюкишку с желчью в виде натриевых солей. Большая часть желчных кислот конъюгирована с глицином или таурином. По химической природе желчные кислоты являются производными холановой кислоты:
В желчи в основном содержится холевая, дезоксихолевая и хенодезоксихолевая кислоты:
Желчные кислоты присутствуют в желчи в конъюгированной форме, т.е. в виде гликохолевой, гликодезоксихолевой, гликохенодезоксихолевой (около 2/3-4/5 всех желчных кислот) или таурохолевой, тауродезоксихолевой и таурохенодексихолевой(около 1/5-1/3 всех желчных кислот). Эти соединения иногда еще называют парными желчными кислотами, т.к. они состоят из двух компонентов – желчной кислоты и глицина или таурина:
таурохолевая
гликохолевая
Считают, что только комбинация соль желчной кислоты + ненасыщенная жирная кислота + моноглицерид придает необходимую степень эмульгирования жира. Соли желчных кислот резко уменьшают поверхностное натяжение на поверхности раздела жир/вода, благодаря чему они не только облегчают эмульгирование, но и стабилизируют уже образовавшуюся эмульсию.
Основное расщепление липидов происходит в кишечнике, в первую очередь в двенадцатиперстной кишке. В этот отдел кишечника поступает сок поджелудочной железы, содержащий очень активную липазу. Сюда же поступает из желчного пузыря желчь, составные компоненты которой (желчные кислоты) необходимы для переваривания липидов. Это связано с тем, что желчные кислоты-холевая (преобладает в желчи человека), дезоксихолевая, литохолевая, хенодезоксихолевая, таурохолевая и гликохолевая -представляют собой поверхностно-активные вещества, способствующие эмульгированию жиров, что является важнейшим условием их последующего ферментативного расщепления.
Пройдя через барьер слизистой оболочки кишечника, желчные кислоты в связанном состоянии с липидами отделяются от последних и по венам кишечника через портальный кровоток возвращаются в печень, а затем с желчью в двенадцатиперстную кишку.
Образование эмульсии жиров в кишечнике может происходить и под влиянием мелких пузырьков СО 2 , выделяющегося при нейтрализации соляной кислоты пищевой кашицы бикарбонатами поджелудочного и кишечного сока. Способствуют эмульгированию и соли жирных кислот (мыла), возникающие при гидролизе липидов. Но основная роль в эмульгировании жиров принадлежит желчным кислотам.
В результате описанных процессов образуется очень тонкая жировая эмульсия, диаметр частиц которой не превышает 0,5 мкм. Такие эмульгированные жиры способны самостоятельно проходить через стенку кишечника и попадать в лимфатическую систему. Однако большая часть эмульгированного жира всасывается после гидролитического расщепления его панкреатическими липазами. Последние образуются в поджелудочной железе в виде неактивных проферментов, которые переходят в активную форму при участии мыльных кислот.
Основная масса липидов пищи представлена триацилглицеринами, меньше фосфолипидами и стероидами. Гидролиз триацилглицеринов идет постепенно. Сначала расщепляются эфирные связи в I м и 3-м положениях, т.е. внешние сложноэфирные связи:
Эти реакции осуществляют липазы , специфичные в отношении 1,3-эфирных связей триацилглицерина. Связи во 2-м положении гидролизуют другие липазы:
Связи 1 и 3 гидролизуются быстро, а потом идет медленный гидролиз 2-моноглицерида. 2-Моноглицерид может всасываться стенкой кишечника и использоваться на ресинтез триацилглицеринов, специфичных для данного вида организмов, уже в самой слизистой тонкого кишечника.
Кроме липаз в соке поджелудочной железы присутствуют эстеразы, гидролизующие преимущественно эфиры жирных кислот с короткой цепью и эфиры холестерина. Эти эстеразы тоже активны только в присутствии желчных кислот.
Пищеварительные липазы кроме человека и млекопитающих животных обнаружены и исследованы у рыб, некоторых беспозвоночных. Однако, как правило, у большинства видов беспозвоночных и костистых рыб липолитическая активность в пищеварительных соках примерно в 1000 раз ниже, чем в панкреатическом соке млекопитающих. Не следует забывать, что жиры могут усваиваться также путем фагоцитоза и сохраняться без предварительного гидролиза до тех пор, пока не прогидролизуются внутриклеточными липазами и, таким образом, примут участие в синтезе липидов в процессах образования энергии.
Расщепление фосфолипидов происходит при участии ряда ферментов: фосфолипаз А 1 , А 2 , С, D и лизофосфолипазы.
Фосфолипаза А 1 гидролизует связь в 1-м положении. Фосфолипаза А 2 ,образующаяся в поджелудочной железе, поступает в полость тонкого кишечника в неактивной форме и только под действием трипсина активируется. Под действием фосфорилапазы А 2 отщепляется жирная кислота во 2-м положении. В результате ее действия образуются лизофосфолипиды, которые вызывают разрушение триглицеридов крови. Кроме панкреатического сока фосфолипаза А 2 содержится в яде рептилий, беспозвоночных (особенно членистоногих - пчел, скорпионов, муравьев), а также у кишечнополостных. Известны так|же внутриклеточные фосфолипазы А 2 (в лизосомах, микросомах, митохондриях).
В организме ее действие компенсируется фосфорилазой А 1 , которая отщепляет второй кислотный остаток. Затем отщепляется азотистое основание под действием фосфорилазы D и фосфорная кислота – фосфорилазой С.
Конечными продуктами распада фосфолипидов являются жирные кислоты, глицерин, азотистое основание и фосфорная кислота.
Стериды, подвергаясь действию гидролитических ферментов типа холестераз,расщепляются в кишечнике с образованием спирта холестерола или эргостерола и соответствующей жирной кислоты. Холестеразы продуцируются поджелудочной железой и активны только в присутствии солей желчных кислот.
Таким образом, образующаяся в результате гидролиза липидов смесь содержит анионы жирных кислот, моно-, ди- и триацилглицерины, хорошо эмульгированные солями жирных кислот и мылами, глицерин, холин, этаноламин и другие полярные компоненты липидов. Исследования с мечеными триацилглицеринами показали, что около 40% жиров пищи гидролизуется полностью до глицерина и жирных кислот, 3-10% всасываются без гидролиза в форме триацилглицеринов, а остальные гидролизуются частично, главным образом до 2-моноацилглицеринов. Глицерин водорастворим и вместе с жирными кислотами, имеющими короткие углеродные цепи (С<10), всасывается свободно через стенку кишечника и через портальную систему кровообращения поступает в печень.
Для всасывания жирных кислот с длинной цепью (С >10), моноглицеридов и холестерина необходимы желчные кислоты.Соединяясь с вышеперечисленными соединениями, желчные кислоты образуют растворимые комплексы или мицеллы- холеиновые комплексы,которые легко всасываются в эпителий кишечника. Так как рН в тонком кишечнике слабощелочная, желчные кислоты функционируют здесь в форме своих солей. Особую роль при этом играют такие желчные кислоты, как таурохолевая и гликохолевая. Лучше перевариваются и всасываются липиды, находящиеся в жидком состоянии, при температуре тела. Липиды, у которых точка плавления существенно выше температуры тела, плохо перевариваются и всасываются.
Фосфорная кислота, образующаяся при гидролизе фосфолипидов, всасывается в виде натриевых и калиевых солей, а азотистые основания - холин, этаноламин и серин - всасываются при участии нуклеотидов (ЦДФ-производных). Некоторая избирательность проявляется слизистой оболочкой кишечника в отношении стероидов, особенно растительного происхождения. Среди основных стероидов пищи только холестерин легко проникает через стенки кишечника. С такой же легкостью всасываются витамин D и некоторые стероидные гормоны, введенные перорально.
Преобладающими липидами лимфы являются триацилглицериды, даже тогда, когда жирные кислоты находятся в составе сложных эфиров других спиртов.
Желчные кислоты выполняют в организме 3 основные функции:
Эмульгируют жиры;
Активируют липазу;
Обеспечивают всасывание высших жирных кислот, моноглицеридов и холестерина.
Неомыляемые липиды. Терпены.
Неомыляемые липиды - это второй большой класс липидов.
Вещества этого класса липидов объединяет то, что они не гидролизуются в щелочной или кислой среде.
Ранее мы рассмотрели класс омыляемых липидов . Вещества, относящиеся к этому классу, в отличие от неомыляемых липидов, подвержены гидролизу . В результате гидролиза из омыляемых липидов образуются соли высших карбоновых кислот, т.е. мыла . Отсюда происходит название.
Неомыляемая липидная фракция содержит вещества двух основных типов:
- Терпены и
- Стероиды.
Первые преобладают в липидах растений , вторые липидах животного происхождения . Между ними имеется много общего – терпены и стероиды построены из одинаковых изопреновых пятиугольных фрагментов , а их биосинтез включает одни и те же исходные и промежуточные вещества.
Соединения, построенные из фрагментов изопрена , имеют общее название изопреноиды .
Один из наиболее распространённых изопреноидов – натуральный каучук – представляет собой полимер изопрена .
Терпены
Под этим названием объединяют ряд углеводородов и их кислородосодержащих производных – спиртов, альдегидов, кетонов , углеродный скелет которых построен из двух, трёх и более звеньев изопрена .
В правой части рисунка изопрен изображён в виде, где атомы углерода не показаны, а показаны только связи между ними.
Сами углеводороды называют терпеновыми углеводородами , а их кислородосодержащие производные (спирты, альдегиды, кетоны) – терпеноидами .
Название «Терпены» происходит от лат. Oleum Terebinthinae - скипидар .
Терпеноидами богаты эфирные масла растений (герани, розы, лаванды, лимона, перечной мяты и др.), смола хвойных деревьев и каучуконосов .
К терпенам относятся и различные растительные пигменты и жирорастворимые витамины .
Группировка терпенового типа (изопреноидная цепь ) включена в структуру многих биологически активных соединений.
В большинстве терпенов изопреновые фрагменты соединены друг с другом по принципу «голова к хвосту», как показано на примере мирцена .
Терпеновые углеводороды и терпеноиды.
Общая формула большинства терпеновых углеводородов – (С 5 Н 8) n .
Они могут иметь ациклическое и циклическое (би-, три-, полициклическое) строение.
С учетом числа изопреновых группировок в молекуле различают:
- монотерпены (две изопреновые группировки);
- сесквитерпены (три изопреновые группировки);
- дитерпены (четыре изопреновые группировки);
- тритерпены (шесть изопреновых группировок);
- тетратерпены (восемь изопреновых группировок).
Примеры терпенов
Примером ациклических терпенов служит уже упоминавшийся ранее мирицен – монотерпен, содержащийся в эфирных маслах хмеля и благородного лавра.
Другой пример – родственный мирицену спирт
гераниол, входящий в состав эфирных масел герани и розы.
При мягком окислении гераниол образует альдегид цитраль а .
Тритерпен сквален С 30 Н 50 – промежуточный продукт в биосинтезе холестерина.
В последние годы установлено, что цитраль и гераниол выделяются в небольших количествах рабочими пчёлами при отыскивании пищи. Запах этих веществ привлекает других пчёл. Соединения подобного рода называют феромонами . Они выделяются животными и определённым образом влияют на поведение других особей того же или близкого вида.
Среди терпенов наиболее распространены моно- и бициклические терпены . Многие из них применяются в медицине или служат исходными продуктами для синтеза лекарственных средств.
Соответствующие моно- и бициклическим терпенам предельные циклические углеводороды носят названия ментан, каран, пиан и борнан.
Примеры циклических терпенов
Лимонен - представитель моноциклических терпенов . Он содержится в лимонном масле и скипидаре . Лимонен входит в состав масла тмина .
Рацемическая форма лимонена (дипентен) может быть получена в результате реакции диенового синтеза из изопрена при нагревании.
Диены - ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекуле 2 двойные связи (С=С ), например бутадиен .
– реакция, в результате которой из двух реагирующих молекул (диенов и диенофилов) образуется новый шестичленный цикл.
Рацемическая форма лимонена (дипентен) – это стереоизомер лимонена, представляющий собой его зеркальную противоположность.
При восстановлении оптически активного лимонена или дипентена получается ментан , а при полной их гидратации в кислой среде образуется двухатомный спирт терпин . Терпин в виде гидрата применяется как отхаркивающее средство при хроническом бронхите.
3амещенные дипентены (например, каннабидиол ) - психоактивное начало гашиша (марихуаны).
Как и лимонен, имеет скелет ментана . Он содержится в эфирном масле перечной мяты. Оказывает антисептическое, успокаивающее и болеутоляющее (отвлекающее) действие, входит в состав валидола, а также мазей, применяемых при насморке.
Альфа-пинен - бициклический монотерпен ряда пинана . Его левовращающий энантиомер - важная составная часть скипидара , получаемого из хвойных деревьев.
Камфора - бициклический кетон - редкий пример соединения, в котором шестичленный цикл имеет конформацию ванны.
Камфора издавна применяется в медицине как стимулятор сердечной деятельности. Ее правовращающий стереоизомер выделяют из эфирного масла камфорного дерева.
Каротиноиды.
Особую группу терпенов составляют каротиноиды - растительные пигменты .
Некоторые из них играют роль витаминов или предшественников витаминов, а также участвуют в фотосинтезе. Большинство каротиноидов относится к тетратерпенам. Их молекулы содержат значительное число сопряженных двойных связей, поэтому имеют желто-красную окраску . Для природных каротиноидов характерна транс-конфигурация двойных связей.
Каротин - растительный пигмент жёлто-красного цвета, в большом количестве содержавшийся в моркови, а также томатах и сливочном масле. Известны три его изомера, называемые альфа-, бета- и гамма-каротинами , различающиеся числом циклов и положением двойных связей. Все они являются предшественниками витаминов группы А.
Молекула симметрична и состоит из двух одинаковых частей:
Рассмотрим особенности химического строения и биохимических функций наиболее важных представителей неомыляемых липидов - стероидов и терпенов.
Стероиды .
К стероидам относится обширный класс природных веществ, в основе молекул которых лежит конденсированный остов, называемый стераном. Наиболее распространенным среди многочисленных биологических соединений стероидной природы является холестерин.
Холестерин - одноатомный спирт (холестерол); он проявляет свойства вторичного спирта и алкена. Около 30% холестерина в организме содержится в свободном виде, остальное количество - в составе ацилхолестеринов, т.е. сложных эфиров с высшими карбоновыми кислотами, как насыщенными (пальмитиновой и стеариновой), так и ненасыщенными (линолевой, арахидоновой и др.), т.е. в виде ацилхолестеринов. Общее содержание холестерина в организме человека составляет 210-250 г. В больших количествах он содержится в головном и спинном мозге, является компонентом биомембран.
Важнейшая биохимическая функция холестерина обусловлена тем, что он играет роль промежуточного продукта в синтезе многих соединений стероидной природы: в плаценте, семенниках, желтом теле и надпочечниках происходит превращение холестерина в гормон прогестерон, который является начальным субстратом сложной цепи биосинтеза стероидных половых гормонов и кортикостероидов.
Другие пути использования холестерина в организме связаны с образованием витамина D и необходимых для пищеварения желчных кислот - холевой и 7-дезоксихолевой.
В организме холевая кислота, образуя амиды по карбонильной группе с глицином и таурином, превращается в глицинхолевую и таурохолевую кислоты.
Анионы этих кислот являются эффективными поверхностно-активными веществами. В кишечнике они участвуют в процессах эмульгирования жиров и тем самым способствуют их всасыванию и перевариванию.
Желчные кислоты используют в качестве лекарственных препаратов, предотвращающих образование и растворение уже имеющихся желчных камней, которые состоят из холестерина и билирубина.
Транспорт нерастворимых в жидкостях организма липидов, в том числе и холестерина, осуществляется в составе особых частиц - липопротеинов, представляющих собой сложные по составу комплексы с белками.
В крови обнаружено несколько форм липопротеинов, которые отличают по плотности: хиломикроны, липопротеины очень низкой плотности (ЛОНП), липопротеины низкой плотности (ЛНП) и липопротеины высокой плотности (ЛВП). Липопротеины можно разделить с помощью ультрацентрифугирования.
Липопротеины представляют собой сферические частицы, гидрофильная поверхность которых представляет собой слой ориентированных фосфолипидов и белков, а ядро образовано гидрофобными молекулами триацилглицеринов и эфиров холестерина.
Триацилглицерины и холестерин под действием специфических ферментов (липопротеинлипаза) высвобождаются из хиломикронов и затем потребляются жировой тканью, печенью, сердцем и другими органами.
При некоторых нарушениях обмена веществ или высокой концентрации холестерина в крови повышается концентрация ЛОНП и ЛНП, что ведет к их отложению на стенках сосудов (атеросклероз), в том числе в артериях сердечной мышцы (ишемическая болезнь сердца и инфаркт миокарда).
Терпены .
Терпены - это ряд биологически активных углеводородов и их кислородсодержащих производных, углеродный скелет которых состоит из нескольких звеньев изопрена С 5 Н 8 . Поэтому общая формула для большинства терпенов - (С 5 Н 8) n . Терпены могут иметь ациклическое или циклическое (би-, три- и полициклическое) строение. Структуры терпенов с общей формулой С 10 Н 16 - мирцен и лимонен:
В состав эфирных масел входят производные терпенов, содержащие гидроксильные, альдегидные или кетогруппы, - терпеноиды. Среди них большое применение находят ментол (содержится в масле мяты, от которой и получил свое название, от лат. menta - мята), линалоол (жидкость с запахом ландыша), цитраль, камфара.
К терпенам относятся смоляные кислоты, которые имеют общую формулу С 20 Н 30 О 2 и составляют 4/5 смолы хвойных растений (живица). При переработке живицы получают твердый остаток смоляных кислот - канифоль, которая служит сырьем для многих отраслей промышленности. Кроме того, терпеновые группировки (изопреноидные цепи) входят в структуру многих сложных биологически активных соединений, таких как каратиноиды, фитол и др.
Фитол в свободном виде в природе не встречается, но входит в состав молекул хлорофилла, витаминов А и Е и других биосоединений.
Каучук и гутта являются политерпенами, в молекулах которых остатки изопрена связаны "голова к хвосту".
Массовая доля неомыляемых липидов в растительных маслах значительно колеблется в зависимости от сорта и условий выращивания растений, а также от способа извлечения масла из семян и составляет 0,4-3 %. При извлечении масла холодным прессованием без тепловой обработки в масло переходит минимальное количество неомыляемых липидов; при экстракции растворителями их количество в масле значительно увеличивается.
Известны два основных типа неомыляемых липидов - стероиды и терпены. Эти химические соединения относятся к двум разным классам, но все они построены из одних и тех же пятиуглеродных строительных блоков.
Терпены. Их молекулы построены из нескольких молекул изопрена. Монотерпены содержат две изопреновые группировки; сесквитерпены - 3; дитерпены -4; тритерпены - 6, тетратерпены - 8. Молекулы терпенов могут иметь линейное или циклическое строение. В растениях обнаружено очень большое число моно- и сесквитерпенов, которые придают растениям свойственный им аромат и служат главными компонентами эфирных масел. Так, монотерпены гераниол, лимонен, ментол, камфора и карвон - главные компоненты соответственно гераниевого, лимонного, мятного, камфорного и тминного масел. К дитерпенам относятся фитол, являющийся компонентом фотосинтетического пигмента хлорофилла, а также витамин А. К группе тетратерпенов принадлежат каротиноиды.
Хлорофиллы высших растений представляют собой смесь хлорофилла а и Ь в соотношении 3:1. Недозревшие масличные семена содержат значительное количество хлорофиллов. По мере созревания семян они исчезают - от них отщепляется магний, и они превращаются в феофитины. Хлорофиллы обнаружены в конопляном, льняном, хлопковом, соевом маслах. Хлорофилл инициирует окислительные процессы, и масло, содержащее много хлорофилла, неустойчиво при хранении.
Стерины содержатся в биомембранах митохондрий, ЭПС и в составе плазмалеммы. Наиболее распространенные из фитостеринов (т.е. стеринов растений) - стигмастерин, ситостерин, брассикастерин, которые входят в состав неомыляемых липидов хлопчатника, подсолнечника, сои, арахиса, рапса, пшеницы.
Госсипол. В хлопковых семенах содержится группа пигментов, растворимых в жирах и органических растворителях, главным из которых является госсипол (производное нафталина). Он содержится в ядре хлопковых семян в количестве до 6,5% и придает нерафинированному хлопковому маслу бурую окраску. Госсипол и его производные являются клеточным, сосудистым и нервным ядом. Содержание госси- пола в шротах в количестве 0,2% губительно для животных.
Жирорастворимые витамины семян. К ним принадлежат витамины А, Е, К и И. Витамин В - группа ненасыщенных ЖК (олеиновой, линолевой, линоле- новой и арахидоновой). Молекулы витаминов А, Е и К построены из изопреновых единиц.
Витамин Е представлен целой группой витамеров - токоферолов и токот- риенолов. Наиболее распространен а-токоферол:
Токоферолы содержатся главным образом в проросших зернах пшеницы и риса, маслах, а также в зеленых частях растений (салат, шпинат). Массовая доля токоферолов в масле: подсолнечном 0,05 %; соевом 0,06 %; кукурузном и хлопковом 0,08 %; арахисовом 0,2 %. Токоферолы препятствуют свободнорадикальному окислению остатков ненасыщенных ЖК в липидах мембран («ловушка радикалов»). Наиболее сильные антиокислительные свойства у у- и 5- токоферолов. Наиболее биохимически активны а-токоферолы.
Витамины группы К представляют собой производные нафтохинона. В растениях обнаружен витамин К) - филлохинон, который регулирует систему свертывания крови (витамин коагуляции).
При рафинации содержание всех групп неомыляемых липидов снижается, особенно сильно при дезодорации. В нерафиринованном масле они содержатся в количестве 1,16 % от суммы всех липидов; нейтрализованном и вымороженном масле (7-10 и С) - 0,86 %; нейтрализованном и дезодорированном (210 °С, 266 Па) - 0,69 %; в нейтрализованном, вымороженном и дезодорированном - 0,55 %.
Неомыляемые липиды – группа негидролизующихся природных веществ, растворимых в неполярных органических растворителях (бензол, хлороформ) и не растворимых в воде. К ним относятся терпеноиды и стероиды . Терпеноиды имеют в основном растительное происхождение, а стероиды – животное. И терпеноиды, и стероиды построены из фрагментов изопрена, поэтому их общее название – изопреноиды .
ТЕРПЕНОИДЫ
Терпеноиды – обширный класс природных кислородсодержащих соединений, производных терпенов. Терпены – это углеводороды общей формулы (C 5 H 8) n , где n≥ 2. Углеводородный скелет всех терпеноидов построен из остатков изопрена
(2-метилбутадиена-1,3).
Терпеноиды широко растпространены в природе. Они выделены из цветковых растений семейств Amarantaceae, Lamiaceae, Apiaceae, Asteraceae и др., а также некоторых мхов и грибов. Терпеноиды в больших количествах содержатся в эфирных маслах мяты перечной, эвкалипта, герани, розы, лимона, ромашки аптечной, смоле хвойных деревьев.
К терпеноидам относятся растительные пигменты, смолы, фитогормоны, сапонины, жирорастворимые витамины.
В большинстве терпеноидов изопреновые фрагменты соединены по принципу «голова к хвосту» (т.н. «изопреновое правило», впервые сформулированное О. Валлахом и подтвержденное Л. Ружичкой). Например:
(В химии терпеноидов принято пользоваться краткими формулами, без обозначения символов углерода). Наряду с таким построением, но гораздо реже, наблюдается порядок соединения «голова к голове». Известны также природные вещества терпенового типа, структура которых не отвечает изопреновому правилу, но эти исключения немногочисленны.
Терпеновые углеводороды общей формулы (C 5 H 8) n классифицируют по количеству изопреновых звеньев в молекуле на монотерпены (n=2), сесквитерпены (n=3), дитерпены (n=4), тритерпены (n=6), тетратерпены (n=8). Другой вид классификации – по количеству циклов в молекуле. Терпены и терпеноиды могут быть ациклическими (цикл отсутствует), моноциклическими, бициклическими и полициклическими.
Примером ациклических терпеноидов является спирт геранил и продукт его окисления – альдегид гераниаль (цитраль). Они содержатся в эфирных маслах герани, лимона и розы.
Цитраль используется в глазной практике как противовоспалительное средство.
Примером моноциклических терпенов является лимонен – компонент эфирного масла лимона и скипидара. При гидрировании лимонена образуется ментан, производным которого является ментол.
Ментол присутствует в эфирном масле перечной мяты. Ментол обладает антисептическим, болеутоляющим и успокаивающим действием. Он входит в состав валидола, мазей, применяемых при лечении ревматизма и при насморке.
В промышленности ментол получают из м-крезола. Вначале проводят реакцию алкилирования по Фриделю-Крафтсу с получением тимола, который затем гидрируют:
Как непредельное соединение лимонен способен к реакции гидратации. При полной гидратации в кислой среде, которая протекает по правилу Марковникова, образуется двухатомный спирт терпин:
Терпин применяется в медицине в виде гидрата как отхаркивающее средство.
Представителями бициклических терпенов являются пинан и камфан:
Ненасыщенным производным пинана является α-пинен – составная часть скипидара. Как непредельный углеводород α-пинен вступает в реакции присоединения (например, с бромной водой) и окисления:
Производным камфана является кетон камфора, которую применяют в медицине как стимулятор сердечной деятельности.
При бромировании камфоры образуется α-бромкамфора, которая используется как успокаивающее средство:
Особую группу терпенов составляют растительные пигменты каротиноиды. Они широко распространены в природе, играют роль витаминов или предшественников витаминов, участвуют в процессах фотосинтеза. Большинство каротиноидов являются тетратерпенами. В их молекулах присутствуют длинные сопряженные системы, поэтому они окрашены. Каротиноиды окрашивают морковь в оранжево-красный цвет (carrot – морковь), придают различную окраску плодам и ягодам, присутствуют во всех зеленых частях растений. Для каротиноидов характерна транс-конфигурация двойных связей.
β-Каротин – растительный пигмент оранжевого цвета, содержащийся в моркови, томатах:
Многие каротиноиды являются провитамином А, то есть соединениями, которые в организме человека и животных способны превращаться в витамин А.
Витамин А относится к жирорастворимым витаминам.
И каротиноиды, и витамин А неустойчивы и легко разрушаются при нагревании, под действием кислорода воздуха и света.
Витмин А (ретинол) – важнейший витамин, влияющий на рост человека, животных и птиц. Главными признаками авитаминоза А являются заболевание глаз (куриная слепота), исхудание, понижение сопротивляемости организма инфекциям. Перерождение и ороговение эпителия в различных органах вследствие недостатка витамина А приводит к заболеванию дыхательных путей, к желудочно-кишечным и инфекционным заболеваниям, к нарушению деятельности ЦНС, образованию камней в почках и мочевом пузыре и другим патологиям. К жирорастворимым относятся также витамины группы Е и К.
Витамины группы Е – токоферолы – присутствуют в растительных маслах. Витамины группы Е можно рассматривать и как производные гетероциклической системы хромана, и как производные двухатомного фенола гидрохинона. Они выполняют роль антиоксидантов по отношению к ненасыщенным липидам, предохраняя их от пероксидного окисления, участвуют в синтезе белков, тканевом дыхании, в регуляции развития зародыша и функций эпителия половых желез.
Витамины группы К являются антигеморрагическим фактором, они нормализуют процесс свертываемости крови. Витамины группы К – производные 2-метил-1,4-нафтохинона. В природе данная группа витаминов представлена несколькими соединениями. Витамин К 1 встречается в высших растениях, витамин
К 2 – в организмах животных и бактерий.
В медицине применяется синтетический водорастворимый аналог витаминов группы К – викасол, который повышает свертываемость крови:
СТЕРОИДЫ
Стероиды – большая группа природных соединений как животного, так и растительного происхождения, объединенная общностью углеродного скелета и путями биогенеза.
Соединения стероидной структуры широко распространены в природе. Они найдены практически во всех организмах – от одноклеточных до млекопитающих. Стероидами выполняются самые разнообразные функции (регуляция углеводного обмена – глюкокортикоиды, обмена минеральных солей – минералокортикоиды, процессов размножения – половые гормоны и т.д.). Стероиды появились в организмах на самых ранних стадиях их эволюции.
Почему же природа выбрала именно эти соединения в качестве химических регуляторов биологических процессов? Возможно, из-за высокой устойчивости их молекул и из-за высокой информационной емкости, которая обусловлена многообразием производных и стереоизомеров.
В настоящее время известно около 20 тыс. различных стероидов и свыше 100 из них применяются в медицине.
Все стероиды являются производными циклопентанпергидрофенантрена, или стерана, или гонана. Кольца принято обозначать как A, B, C и D.
Стереоизомерия стерана. Все циклогексановые кольца в структуре стерана находятся в конформации кресла. Сочленены они могут быть по-разному. Рассмотрим типы сочленения колец на более простом примере – декалине:
Более энергетически выгодным является транссочленение колец.
В структуре стероидов кольца B и C и C и D всегда транс-сочленены (за исключением сердечных гликозидов и ядов жаб – в них C и D цис-сочленены). Кольца A и B могут иметь как цис-, так и транссочленение:
Классификация стероидов. Выделяют следующие группы стероидов:
Стерины
Желчные кислоты
Гормоны коры надпочечников (кортикостероиды)
Половые гормоны (мужские и женские)
Агликоны сердечных гликозидов.
Для родоначальных структур каждой группы стероидов приняты тривиальные названия, т.к. использование международной номенклатуры привело бы к очень сложным названиям.
Стерины
В основе структуры всех стеринов лежит углеводород холестан.
В молекуле холестана присутствуют две так называемые ангулярные (угловые) метильные группы в положениях 10 и 13 и углеводородный радикал из восьми атомов углерода в положении 17.
Наиболее широко распространенным стерином является холестерин. Он присутствует в нервной ткани и надпочечниках, в крови, желчи. В организме присутствует и в свободном виде, и в виде сложных эфиров с высшими карбоновыми кислотами (по спиртовому гидроксилу), например, холестерина пальмитат.
Только 20% от общего количества холестерина поступает в организм с пищей, основное количество холестерина синтезируется в печени и кишечнике из уксусной кислоты (синтез включает более 20 стадий). Нарушение уровня холестерина (нормальная концентрация в крови ~2г/л) ведет к различным нарушениям. Повышение концентрации холестерина ведет к отложению его на стенках сосудов, к снижению их эластичности и развитию атеросклероза (как следствие – ишемическая болезнь сердца, нарушение мозгового кровообращения). При пересыщении желчи холестерином развивается желчнокаменная болезнь. Значительное падение концентрации холестерина в плазме крови тоже может вести к заболеваниям: гипертиреозу, аддисоновой болезни (поражению коры надпочечников), истощению.
На уровень холестерина влияет состав пищевых жиров. Употребление животных жиров ведет к повышению концентрации холестерина. На 1 г насыщенных жиров должно приходиться 2 г ненасыщенных.
Эргостерин – 24-метил-холестатриен-5,7,22-ол-3 (содержится в дрожжах) является провитамином D 2 , т.к. при его облучении образуется этот витамин.
Витамины группы D регулируют обмен кальция и фосфора. Их недостаток ведет к рахиту.
Желчные кислоты
В основе структуры желчных кислот лежит углеводород холан.
Желчные кислоты вырабатываются печенью при окислении холестерина и выделяются с желчью в кишечник. Особенностью структуры желчных кислот является цис-сочленение колец A и B. Наиболее распространены холевая кислота и ее производные.
Холевая кислота является 3,7,12-тригидроксихолановой кислотой.
В желчи содержится не свободная холевая кислота, а ее производные – амиды с глицином или таурином:
гидрофильная часть
липофильная часть
В кишечнике и желчи гликохолевая и таурохолевая кислоты присутствуют в виде солей. Они являются дифильными соединениями, т.к. имеют в структуре гидрофильную и гидрофобную части. Желчные кислоты обладают поверхностно-активными свойствами, действуют как эмульгаторы.
Сами желчные кислоты плохо растворимы в воде, могут откладываться в виде камней в желчном пузыре.
Кортикостероиды
Кортикостероиды являются производными углеводорода прегнана.
Кортикостероиды синтезируются в коре надпочечников из холестерина. В чрезвычайно малых концентрациях влияют на процессы жизнедеятельности. Удаление коры надпочечников ведет к смерти.
Гормоны коры надпочечников регулируют водно-солевой обмен (минералокортикоиды) и углеводный обмен (глюкокортикоиды).
Кортикостерон – 11,21-дигид-
рок-сипрегнен-4-дион-3,20. Является глюкокортикоидом, антагонистом инсулина (повышает уровень сахара).
Дезоксикортикостерон – 21-гидро-
ксипрегнен-4-дион-3,20 является минералокортикоидом.
Глюкокортикоид гидрокортизон (11,17,21-тригидроксипрегнен-4-дион-3,20) и синтетический аналог глюкокортикоидов преднизолон (11,17,21-тригидроксипрегнадиен-1,4-дион-3,20) используются как противовоспалительные и антиаллергические средства при лечении ревматоидного артрита, бронхиальной астмы и т.д. Используются в медицине в виде ацетатов по первичному спиртовому гидроксилу в положении 21.
Андрогенные гормоны
Мужские половые гормоны являются производными андростана.
Главными андрогенными гормонами являются андростерон и тестостерон. Они влияют на развитие вторичных половых признаков, выработку спермы, оказывают активизирующее действие на синтез ДНК и биосинтез белка, потенцируют сгорание углеводов и жирных кислот с образованием энергии.
В медицинской практике тестостерон применяется в виде пропионата (сложные эфиры обладают более длительным действием в организме):
Реакция ацилирования протекает по спиртовому гидроксилу. В качестве ацилирующего агента можно использовать хлорангидрид или ангидрид пропионовой кислоты.
Женские половые гормоны
Основой структуры эстрогенных гормонов является эстран (обратите внимание на отсутствие ангулярной метильной группы в положении 10).
Эстрогены контролируют менструальный цикл у женщин. Представителями эстрогенных гормонов являются эстрадиол и эстрон:
Эстрадиол применяется в медицинской практике в виде дипропионата.
Для ацилирования можно использовать также пропионовый ангидрид.
К женским половым гормонам относятся также гестагены (гормоны желтого тела яичников, гормоны беременности). Гестагены являются производными прегнана. Наиболее активным гестагеном является прогестерон:
Сердечные гликозиды
Сердечные гликозиды – это соединения, в которых стероидная часть молекулы является агликоном (несахарной частью) гликозидов, образованных моно- или олигосахаридами. В небольших дозах сердечные гликозиды используются в кардиологии. Они увеличивают силу и уменьшают частоту сердечных сокращений, улучшают тканевой обмен сердечной мышцы. В больших дозах сердечные гликозиды являются ядами. В мировой медицинской практике широко используют препараты, получаемые из наперстянки (дигиталиса), строфанта, ландыша, горицвета.
Например, агликоном ланатозида А, выделяемого из наперстянки шерстистой, является дигитоксигенин:
Характерной особенностью агликонов сердечных гликозидов является цис-сочленение колец A и B и C и D, а также наличие ненасыщенного пяти- или шестичленного лактонного кольца в положении 17. Углеводная часть молекулы содержит от одного до пяти моносахаридных остатков. О-гликозидная связь с углеводным остатком осуществляется за счет спиртового гидроксила в положении 3.