Химическое строение и классификация жирных кислот в растениях

Жирнокислотный состав растительных масел и его особенности

Природные жиры имеют растительное или животное происхождение, однако их химический состав принципиально различается. Если животные жиры состоят преимущественно из насыщенных и мононенасыщенных кислот, то растительные масла богаты ненасыщенными жирными кислотами. В практической агрономии состав этой фракции определяет качество получаемого масла, а уровень свободных жирных кислот служит индикатором сохранности урожая.

• Ненасыщенные жирные кислоты в растительных маслах — 80–90%
• Насыщенные жирные кислоты в растительных маслах — 10–20%
• Насыщенные кислоты в животных жирах — 40–60%
• Мононенасыщенные кислоты в животных жирах — 30–50%
• Олеиновая кислота в оливковом масле — 79%
• Линолевая кислота в подсолнечном масле — 75%

Основная часть жирных кислот в растении связана в составе сложных липидов — триглицеридов и фосфолипидов. Свободные жирные кислоты составляют лишь небольшую долю от их общего объема. Их избыточное накопление в растительных тканях свидетельствует о деструктивных процессах.

Длина углеводородной цепи жирных кислот в растениях обычно составляет от С14 до С22. У высших растений число атомов углерода в насыщенных жирных кислотах всегда четно, тогда как нечетное число встречается только у некоторых морских водорослей. Чаще всего в растениях накабливаются насыщенные кислоты С16 (пальмитиновая) и С18 (стеариновая). Среди мононенасыщенных кислот наиболее распространены С16 (пальмитоолеиновая) и С18 (линоленовая).

Ненасыщенные жирные кислоты содержат одну (моноеновые) или несколько (полиеновые) двойных связей. В растительном организме они подчиняются строгим правилам пространственной организации. При анализе структуры этих кислот выделяют следующие закономерности:

• двойные связи практически всегда находятся в цис-конформации;
• если связь только одна, она обычно расположена между 9-м и 10-м атомами углерода, где за положение 1 принимается концевой атом углерода карбоксильной группы;
• дополнительные связи размещаются между 10-м углеродом и метильным концом цепи, причем между каждой парой двойных связей обязательно находится как минимум одна группа –СН₂.

Неразветвленные жирные кислоты с нечетным числом атомов углерода встречаются в растительном мире крайне редко. Также из растений выделены специфические кислоты, содержащие циклические структуры: стеркуловая (с циклопропеновым кольцом) и хаульмугровая (с циклопентеновым кольцом). Для сравнения, лактобацилловая кислота, содержащая циклопропановое кольцо, обнаружена всего у трех организмов.

Химическое строение и классификация растительных липидов

По химическому строению растительные липиды являются производными одноосновных высших карбоновых кислот, спиртов и альдегидов. Они объединяются в единую структуру с помощью простых эфирных, сложных эфирных, фосфоэфирных или гликозидных связей. Молекулы образуются в результате этерификации жирных кислот соединениями, содержащими гидроксильные группы. Обычно этой основой служит трехатомный спирт глицерол или аминоспирт сфингозин.

Свойства готового липида напрямую зависят от его химического состава. Благодаря комбинации различных элементов клетка способна синтезировать соединения под конкретные физиологические задачи. Помимо жирных кислот, к спиртовому компоненту могут присоединяться:

• аминогруппы;
• остатки других кислот;
• углеводы.

Характерной особенностью молекулы липида является ее двухчастное строение. Она состоит из полярной «головки», которая несет электрический заряд и занимает не более четверти всей длины молекулы, и длинных незаряженных углеводородных «хвостов». Связующим звеном между ними чаще всего выступает остаток глицерина.

Полярные головки всех природных липидов имеют важную особенность: они либо заряжены отрицательно, либо нейтральны (за счет одновременного присутствия положительных и отрицательных зарядов). Исключительно положительно заряженные головки в растительном мире не встречаются. Из-за огромного разнообразия этих соединений единая классификация липидов до сих пор не создана. В лабораторной и полевой практике их разделяют на группы, оценивая степень гидрофобности или растворимость в различных средах.

Согласно наиболее распространенной классификации Р.П. Евстигнеева и др. (1976), все липиды делятся на три группы.

Нейтральные липиды. К ним относятся производные высших жирных кислот, спиртов и альдегидов общей формулы

Такие соединения имеют гидрофобные свойства. Это триглицериды (R–ацил), нейтральные плазмалогены (R–ОСН=СНR), алкилдиацилглицериды (R′–алкил), гликозилдиглицериды (R″– гликозильный остаток). К нейтральным липидам относятся также диольные липиды, простые и сложные эфиры холестерина, гликолипиды разнообразной природы.

Фосфолипиды (глицерофосфолипиды). Молекулы этих соединений являются производными глицерина и содержат гидрофобные остатки R и R′, а также гидрофильный компонент Х.

Гидрофильным компонентом фосфолипидов являются фосфорная или фосфоновая кислоты и связанные с ними спирты (холин, этаноламин), аминокислоты, многоатомные спирты.

Сфинголипиды. Отличаются содержанием в молекуле остатка аминоспирта, который называют сфингозиновым основанием. Общая формула сфинголипидов в молекулах сфинголипидов в качестве заместителя Х может быть:

• фосфорилэтаноламин;
• остаток моно– или олигосахарида.

Согласно классификации И.В. Савицкого (1973), липиды делят на четыре группы:

• Простые липиды. Это эфиры жирных кислот с разнообразными спиртами. К ним относятся жиры – эфиры жирных кислот с глицерином (глицериды) и воски – эфиры жирных кислот с одноатомными алифатическими спиртами. К воскам относят истинные воски (эфиры цетилового или другого высшего спирта с неразветвленной цепью и пальмитиновой, стеариновой, олеиновой или другой высшей жирной кислотой), а также эфиры холестерина, витамина А, витамина D и высших жирных кислот.
• Сложные липиды. Это эфиры жирных кислот со спиртами, которые содержат другие заместители по гидроксильной группе. К ним относятся:
  • а) фосфолипиды. Молекулы этих соединений, как правило, содержат жирные кислоты, глицерин, фосфорную кислоту и азотистые основания;
  • б) гликолипиды (цереброзиды). В состав их молекул не входит глицерин и фосфат, однако они содержат одновременно жирные кислоты и углеводный компонент;
  • в) сульфолипиды. Для них характерно наличие серы в молекуле;
  • г) липопротеиды – сложные соединения липидов с белками;
  • д) липополисахариды – сложные комплексы липидов с полисахаридами.
  • а) жирные кислоты (насыщенные и ненасыщенные);
  • б) моно– и диглицериды;
  • в) глицерин, стерины, некоторые стероиды (витамины группы D), спирты, содержащие β-иононовое кольцо (витамины группы А);
  • г) жирные альдегиды;
  • д) липидная часть липопротеидов.

  Приводим еще одну классификацию липидов, предложенную А. Уайтом, Ф. Хендлером, Э. Смитом и др. (1981):

  • Глицеринсодержащие липиды. Это нейтральные жиры (моно-, ди- и триацилглицерины, простые эфиры холестерина, гликозилглицериды) и фосфоглицериды (фосфатиды, дифосфатидилглицериды и фосфоинозитиды).
  • Липиды, не содержащие глицерин: сфинголипиды (церамиды, сфингомиелины, гликосфинголипиды), алифатические спирты и воски, терпены и стероиды.
  • Липиды, связанные с веществами других классов: липопротеиды, протеолипиды, фосфатидопептиды, липоаминокислоты и липополисахариды.

  Липиды могут быть разделены на две группы: 1) жиры и 2) жироподобные вещества, так называемые липоиды.

  Простые липиды включают вещества молекулы, которых состоят из остатков жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. К ним относятся жиры (триглицериды и другие нейтральные глицериды), воски (эфиры жирных кислот и жирных спиртов) и диольные липиды (эфиры жирных кислот и этиленгликоля или других двухатомных спиртов).

  Сложные липиды включают производные ортофосфорной кислоты (фосфолипиды) и липиды, содержащие остатки сахаров (гликолипиды). К липидам относят также некоторые вещества, не являющиеся производными жирных кислот, – стерины, убихиноны, терпены.

  По строению и способности к гидролизу липиды разделяют на омыляемые и неомыляемые. Омыляемые липиды при гидролизе образуют несколько структурных компонентов, а при взаимодействии со щелочами – соли жирных кислот (мыло).

  К группе неомыляемых липидов относятся стероиды, терпеноиды – основной компонент эфирных масел, получаемых из растений:

  • лимонного;
  • мятного;
  • гераниевого;
  • скипидарного и др.

  Для липидов растений наиболее приемлема следующая классификация: