Хімічна будова та класифікація жирних кислот у рослинах

Жирнокислотний склад рослинних олій та його особливості

Природні жири мають рослинне або тваринне походження, однак їх хімічний склад принципово різниться. Якщо тваринні жири складаються переважно з насичених і мононенасичених кислот, то рослинні олії багаті на ненасичені жирні кислоти. У практичній агрономії склад цієї фракції визначає якість отримуваної олії, а рівень вільних жирних кислот слугує індикатором збереження врожаю.

• Ненасичені жирні кислоти в рослинних оліях — 80–90%
• Насичені жирні кислоти в рослинних оліях — 10–20%
• Насичені кислоти в тваринних жирах — 40–60%
• Мононенасичені кислоти в тваринних жирах — 30–50%
• Олеїнова кислота в оливковій олії — 79%
• Лінолева кислота в соняшниковій олії — 75%

Основна частина жирних кислот у рослині зв'язана у складі складних ліпідів — тригліцеридів і фосфоліпідів. Вільні жирні кислоти становлять лише невелику частку від їхнього загального обсягу. Їхнє надмірне накопичення в рослинних тканинах свідчить про деструктивні процеси.

Довжина вуглеводневого ланцюга жирних кислот у рослинах зазвичай становить від С14 до С22. У вищих рослин число атомів вуглецю в насичених жирних кислотах завжди парне, тоді як непарне число зустрічається тільки в деяких морських водоростей. Найчастіше в рослинах накопичуються насичені кислоти С16 (пальмітинова) і С18 (стеаринова). Серед мононенасичених кислот найпоширеніші С16 (пальмітоолеїнова) і С18 (ліноленова).

Ненасичені жирні кислоти містять одну (моноєнові) або кілька (полієнові) подвійних зв'язків. У рослинному організмі вони підпорядковуються суворим правилам просторової організації. При аналізі структури цих кислот виділяють такі закономірності:

• подвійні зв'язки практично завжди знаходяться в цис-конформації;
• якщо зв'язок тільки один, він зазвичай розташований між 9-м і 10-м атомами вуглецю, де за положення 1 приймається кінцевий атом вуглецю карбоксильної групи;
• додаткові зв'язки розміщуються між 10-м вуглецем і метильним кінцем ланцюга, причому між кожною парою подвійних зв'язків обов'язково знаходиться як мінімум одна група –СН₂.

Нерозгалужені жирні кислоти з непарним числом атомів вуглецю зустрічаються в рослинному світі вкрай рідко. Також з рослин виділено специфічні кислоти, що містять циклічні структури: стеркулова (з циклопропеновим кільцем) і хаульмугрова (з циклопентеновим кільцем). Для порівняння, лактобацилова кислота, що містить циклопропанове кільце, виявлена всього у трьох організмів.

Хімічна будова та класифікація рослинних ліпідів

За хімічною будовою рослинні ліпіди є похідними одноосновних вищих карбонових кислот, спиртів і альдегідів. Вони об'єднуються в єдину структуру за допомогою простих ефірних, складних ефірних, фосфоефірних або глікозидних зв'язків. Молекули утворюються в результаті естерифікації жирних кислот сполуками, що містять гідроксильні групи. Зазвичай цією основою слугує триатомний спирт гліцерол або аміноспирт сфінгозин.

Властивості готового ліпіду безпосередньо залежать від його хімічного складу. Завдяки комбінації різних елементів клітина здатна синтезувати сполуки під конкретні фізіологічні завдання. Крім жирних кислот, до спиртового компонента можуть приєднуватися:

• аміногрупи;
• залишки інших кислот;
• вуглеводи.

Характерною особливістю молекули ліпіду є її двочастинна будова. Вона складається з полярної «головки», яка несе електричний заряд і займає не більше чверті всієї довжини молекули, і довгих незаряджених вуглеводневих «хвостів». Зв'язуючою ланкою між ними найчастіше виступає залишок гліцерину.

Полярні головки всіх природних ліпідів мають важливу особливість: вони або заряджені негативно, або нейтральні (за рахунок одночасної присутності позитивних і негативних зарядів). Виключно позитивно заряджені головки в рослинному світі не зустрічаються. Через величезне різноманіття цих сполук єдина класифікація ліпідів досі не створена. У лабораторній та польовій практиці їх поділяють на групи, оцінюючи ступінь гідрофобності або розчинність у різних середовищах.

Згідно з найбільш поширеною класифікацією Р.П. Євстигнєєва та ін. (1976), усі ліпіди поділяються на три групи.

Нейтральні ліпіди. До них належать похідні вищих жирних кислот, спиртів і альдегідів загальної формули

Такі сполуки мають гідрофобні властивості. Це тригліцериди (R–ацил), нейтральні плазмалогени (R–ОСН=СНR), алкілдіацилгліцериди (R′–алкіл), глікозилдигліцериди (R″– глікозильний залишок). До нейтральних ліпідів належать також діольні ліпіди, прості та складні ефіри холестерину, гліколіпіди різноманітної природи.

Фосфоліпіди (гліцерофосфоліпіди). Молекули цих сполук є похідними гліцерину і містять гідрофобні залишки R і R′, а також гідрофільний компонент Х.

Гідрофільним компонентом фосфоліпідів є фосфорна або фосфонова кислоти та пов'язані з ними спирти (холін, етаноламін), амінокислоти, багатоатомні спирти.

Сфінголіпіди. Відрізняються вмістом у молекулі залишку аміноспирту, який називають сфінгозиновою основою. Загальна формула сфінголіпідів у молекулах сфінголіпідів як замінник Х може бути:

• фосфорилетаноламін;
• залишок моно– або олігосахариду.

Згідно з класифікацією І.В. Савицького (1973), ліпіди ділять на чотири групи:

• Прості ліпіди. Це ефіри жирних кислот з різноманітними спиртами. До них належать жири – ефіри жирних кислот з гліцерином (гліцериди) і воски – ефіри жирних кислот з одноатомними аліфатичними спиртами. До восків відносять справжні воски (ефіри цетилового або іншого вищого спирту з нерозгалуженим ланцюгом і пальмітинової, стеаринової, олеїнової або іншої вищої жирної кислоти), а також ефіри холестерину, вітаміну А, вітаміну D і вищих жирних кислот.
• Складні ліпіди. Це ефіри жирних кислот зі спиртами, які містять інші замінники за гідроксильною групою. До них належать:
  • а) фосфоліпіди. Молекули цих сполук, як правило, містять жирні кислоти, гліцерин, фосфорну кислоту й азотисті основи;
  • б) гліколіпіди (цереброзиди). До складу їх молекул не входить гліцерин і фосфат, проте вони містять одночасно жирні кислоти та вуглеводний компонент;
  • в) сульфоліпіди. Для них характерна наявність сірки в молекулі;
  • г) ліпопротеїди – складні сполуки ліпідів з білками;
  • д) ліпополісахариди – складні комплекси ліпідів з полісахаридами.
  • а) жирні кислоти (насичені та ненасичені);
  • б) моно– і дигліцериди;
  • в) гліцерин, стерини, деякі стероїди (вітаміни групи D), спирти, що містять β-іононове кільце (вітаміни групи А);
  • г) жирні альдегіди;
  • д) ліпідна частина ліпопротеїдів.

  Наводимо ще одну класифікацію ліпідів, запропоновану А. Вайтом, Ф. Хендлером, Е. Смітом та ін. (1981):

  • Гліцеринвмісні ліпіди. Це нейтральні жири (моно-, ди- і триацилгліцерини, прості ефіри холестерину, глікозилгліцериди) і фосфогліцериди (фосфатиди, дифосфатидилгліцериди і фосфоінозитиди).
  • Ліпіди, що не містять гліцерин: сфінголіпіди (цераміди, сфінгомієліни, глікосфінголіпіди), аліфатичні спирти і воски, терпени і стероїди.
  • Ліпіди, пов'язані з речовинами інших класів: ліпопротеїди, протеоліпіди, фосфатидопептиди, ліпоамінокислоти і ліпополісахариди.

  Ліпіди можуть бути розділені на дві групи: 1) жири і 2) жироподібні речовини, так звані ліпоїди.

  Прості ліпіди включають речовини, молекули яких складаються із залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів. До них належать жири (тригліцериди та інші нейтральні гліцериди), воски (ефіри жирних кислот і жирних спиртів) і діольні ліпіди (ефіри жирних кислот і етиленгліколю або інших двоатомних спиртів).

  Складні ліпіди включають похідні ортофосфорної кислоти (фосфоліпіди) і ліпіди, що містять залишки цукрів (гліколіпіди). До ліпідів відносять також деякі речовини, що не є похідними жирних кислот – стерини, убіхінони, терпени.

  За будовою та здатністю до гідролізу ліпіди розділяють на омилювані та неомилювані. Омилювані ліпіди при гідролізі утворюють кілька структурних компонентів, а при взаємодії з лугами – солі жирних кислот (мило).

  До групи неомилюваних ліпідів належать стероїди, терпеноїди – основний компонент ефірних олій, що отримуються з рослин:

  • лимонної;
  • м'ятної;
  • геранієвої;
  • скипидарної та ін.

  Для ліпідів рослин найбільш прийнятна наступна класифікація: