Пищевая химия

                                                      ПИЩЕВАЯ ХИМИЯ

                                                                   Вариант 1

 

1. Характеристика и физиологическое значение липидов в питании человека.
2. Виды брожения. Основные и побочные продукты брожения: спирты, альдегиды, эфиры, органические кислоты.
3. Рассчитать энергетическую и пищевую ценность сока вишневого.

 

1. Характеристика и физиологическое значение липидов в питании человека.

Важнейшие с биологической  точки зрения физико-химические свойства липидов противоположны свойствам  углеводов. Их молекулы:

1. крупные;
2. жирорастворимые, следовательно, гидрофобные;
3. обладают относительно низким содержанием атомов кислорода.

Отсюда вытекают многие биологические  свойства и функции липидов.      

Липиды — медленный энергетический субстрат. Вследствие малой растворимости в воде липиды не могут достигать высокой концентрации в крови, и потому они не могут служить энергетическим субстратом для тканей с быстрым использованием энергии.      

Запасы липидов  велики. Во-первых, из-за низкого содержания атомов кислорода, а следовательно, высокого содержания окисляемых атомов — углерода и водорода — свободная энергия липидов велика: их калорийность равна 9,3 ккал/г. Во-вторых, благодаря гидрофобности липиды могут образовывать крупные капли, заполняющие практически всю клетку. Таким образом, липиды — компактный источник энергии, и именно в виде липидов в организме запасается основная часть энергии. Запасов липидов у среднего человека хватает примерно на 1,5 мес полного голодания.     

Липиды — важный пластический материал. Липиды способны образовывать гидрофобную оболочку, отграничивающую клетку от окружающего водного раствора. Поэтому именно они являются основой биологических мембран.      

Липиды способствуют всасыванию в кишечнике жирорастворимых  веществ, в частности жирорастворимых витаминов.      

Подкожная жировая  клетчатка служит теплоизолятором, играя тем самым важную роль в теплообмене.      

Отложения липидов  играют важную механическую функцию — подкожная жировая клетчатка смягчает механические травмы нижележащих тканей, жировые образования полостей организма фиксируют внутренние органы.       

Липиды входят в состав или служат источником многих важных веществ; так, из холестерина образуются стероидные гормоны и желчные кислоты, из ненасыщенных жирных кислот — простагландины и т. п.

Классификация липидов:  Основные липиды человеческого организма — это:

 

1. триглицериды (и их производные — моно- и диглицериды) и жирные кислоты;
2. фосфолипиды;
3. холестерин.

Триглицериды и жирные кислоты выполняют в основном функцию энергетических субстратов. Фосфолипиды и холестерин используются преимущественно для других целей — образования мембран, биологически активных веществ и т. п.

Обмен липидов Триглицериды

Основные пути использования  и источники триглицеридов в  организме следующие (рис. 11.3).

Использование триглицеридов:

1. Катаболизм (а также, в известной степени, пластический анаболизм — построение мембран).
2. Депонирование в жировой ткани (подкожной жировой клетчатке и иных жировых отложениях). Липиды — главная форма запасания энергии; как уже говорилось, у среднего человека липидов хватает примерно на 1,5 мес полного голодания.
3. Превращение в глюкозу (глюконеогенез). Происходит в печени из глицерина (компонента триглицеридов).

Источники триглицеридов:

1. Поступление с пищей.
2. Мобилизация из жировой ткани (липолиз).
3. Образование из белков и углеводов (липогенез). При избыточном поступлении любых субстратов они превращаются в печени в триглицериды, переносятся кровью к жировой ткани и откладываются в ней.

Кроме того, разные триглицериды и их производные выполняют разные функции в энергетическом обмене.      

 Главная форма депонирования  липидов в жировой ткани — это собственно триглицериды (нейтральные жиры).     

 Основной энергетический  субстрат, поставляемый из жировой  ткани клеткам, — этожирные кислоты. Это связано с тем, что жирные кислоты гораздо лучше, чем триглицериды, проникают через клеточные мембраны. Поэтому липолиз представляет собой в основном мобилизацию жирных кислот.      

 Более быстрый энергетический  субстрат — это кетоновые тела (ацетоуксусная кислота, ацетон и b-оксимасляная кислота). Образование кетоновых тел — кетогенез — происходит в печени: в результате неполного распада жирных кислот образуется ацетоуксусная кислота, которая далее частично распадается на ацетон и b-оксимасляную кислоту. Кетоновые тела могут использоваться тканями с быстрым обменом (например, мышцами и даже головным мозгом). Однако для полного окисления кетоновых тел необходимы продукты окисления углеводов («жиры сгорают в пламени углеводов»). Поэтому при некоторых нарушениях катаболизма углеводов или же переходе на преимущественное использование липидов в качестве энергетического субстрата (когда усиленное образование кетоновых тел сочетается с их замедленным распадом), кетоновые тела накапливаются в крови. Поскольку они являются в основном кислотами, возникающее при этом состояние называется кетоацидозом.

Холестерин

Использование холестерина:

1. образование желчных кислот (до 80% всего холестерина);
2. участие в образовании рогового слоя эпидермиса;
3. синтез стероидных гормонов.

Источники холестерина:

1. поступление с пищей (экзогенный холестерин);
2. синтез, преимущественно в печени (эндогенный холестерин).

Эти два источника холестерина (поступление и синтез) при нормальном питании примерно равны (соотношение  между ними зависит от характера  питания).

Фосфолипиды

Использование фосфолипидов:

1. построение мембран;
2. многочисленные прочие функции (образование миелиновой оболочки нервных волокон, участие в свертывании крови, резерв фосфатных групп и пр.).

Источники фосфолипидов:

1. поступление с пищей (экзогенные фосфолипиды);
2. синтез, на 90% в печени (эндогенные фосфолипиды).

Основной источник — синтез, с пищей фосфолипидов поступает значительно меньше.

Перенос липидов

Перенос липидов определяется двумя основными особенностями.    

 Будучи гидрофобными, липиды не могут находиться  в крови в чистом виде в  высоких концентрациях: это привело  бы к слиянию липидов в капельки  и эмболиям мелких сосудов.  Поэтому липиды переносятся в  форме частиц, в которых гидрофобная  липидная сердцевина окружена  гидрофильной оболочкой из белков  и фосфолипидов. Эти частицы называютсялипопротеидами, а белки оболочки — апопротеинами. Исключение составляют мобилизуемые из жировой ткани жирные кислоты (см. выше).     

 Триглицериды проникают  в клетку гораздо хуже жирных  кислот, и поэтому перед тем,  как пройти через клеточную  мембрану, триглицериды с помощью  различных липазгидролизуются до жирных кислот и глицерина.

Липопротеиды  и апопротеины

На основании различной  плотности липопротеиды разделяют  на 5 категорий (перечислены в порядке возрастания плотности и уменьшения размеров):

1. хиломикроны;
2. липопротеиды очень низкой плотности (ЛПОНП);
3. липопротеиды промежуточной плотности (ЛППП);
4. липопротеиды низкой плотности (ЛПНП);
5. липопротеиды высокой плотности (ЛПВП).

Чем выше содержание липидов  в липопротеидах, тем крупнее  эти частицы и ниже их плотность. Соответственно, хиломикроны — это наиболее крупные частицы с наибольшим содержанием липидов, а ЛПВП — наиболее мелкие, в момент зарождения состоящие почти исключительно из белка .

Апопротеины выполняют в составе липопротеидов различные функции, в том числе:

1. формируют гидрофильную оболочку;
2. регулируют активность липаз и некоторых других ферментов обмена липидов;
3. связываются с рецепторами, способствуя захвату липопротеидов тканями.

Существуют несколько  классов апопротеинов; важнейшие из них, формирующие основу гидрофильной оболочки, а следовательно, и саму структуру липопротеидов, следующие:

1. апопротеин B100, входящий в состав ЛПОНП, ЛППП и ЛПНП;
2. апопротеин B48 (фрагмент апопротеина B100, составляющий 48% от длины последнего), входящий в состав хиломикронов;
3. апопротеин A1, входящий в состав ЛПВП.

Таким образом, все липопротеиды можно разделить на 3 группы:

1. апопротеин B48-содержащие липопротеиды;
2. апопротеин B100-содержащие липопротеиды;
3. апопротеин A1-содержащие липопротеиды.

Как мы увидим дальше, это  разделение имеет важный физиологический  смысл.

Липазы

В транспорте липидов принимают  участие три основные липазы; все  они гидролизуют триглицериды до жирных кислот и глицерина.

·      Липопротеидлипаза. Локализуется в эндотелии сосудов жировой ткани и мышц, обеспечивает захват этими тканями жирных кислот и глицерина из липопротеидов (остальные ткани снабжаются непосредственно свободными жирными кислотами, см. ниже).

·      Триацилглицероллипаза. Локализуется в печени, обеспечивает захват гепатоцитами жирных кислот и глицерина из липопротеидов.

·      Гормон-чувствительная липаза. Локализуется в клетках жировой ткани, обеспечивает мобилизацию из этих клеток жирных кислот (липолиз), служит точкой приложения основных гормонов, регулирующих жировой обмен (см. ниже).

 Гормоны:

Адреналин

Стимулирует липолиз для мобилизации жирных кислот, необходимых в качестве энергетических субстратов в условиях острого стресса.

Глюкокортикоиды

Стимулируют липолиз и глюконеогенез из липидов для выработки глюкозы, необходимой в условиях хронического стресса (в частности, длительного голодания).

СТГ

Стимулирует липолиз, переводя организм на преимущественное использование липидов в качестве энергетического субстрата.

Тиреоидные гормоны

Стимулируют липолиз — видимо, непрямым путем, в результате общего повышения интенсивности обменных процессов.

Инсулин

Этот гормон способствует депонированию энергии в виде липидов; с этой целью он:

1. тормозит липолиз;
2. тормозит глюконеогенез из липидов;
3. усиливает липогенез из углеводов.

Отсюда видно, что важнейшая  точка приложения гормонов, регулирующих липидный обмен, — липолиз. На него влияют все перечисленные гормоны, причем только инсулин его тормозит, остальные — усиливают.

Поддержание массы жировой  ткани

Масса жировой ткани, как  главного энергетического депо организма, не должна быть меньше некоего предельного  уровня. Особенно это важно для  женщин, так как у них должны быть достаточные запасы энергии  для вынашивания и вскармливания. За поддержание массы жировой  ткани отвечает гормон лептин. Этот гормон:

1. вырабатывается липоцитами, нагруженными жиром; таким образом, чем больше масса жира, тем больше вырабатывается лептина;
2. действует на гипоталамус, подавляя чувство голода.

При снижении массы жировой  ткани уменьшается выработка  лептина, чувство голода обостряется  и в результате повышенного потребления  пищи масса жировой ткани восстанавливается.

Таким образом, существуют две  системы регуляции пищевого поведения.

·      Кратковременная, при которой основным регуляторным фактором служит концентрация в крови глюкозы. Эта система определяет количество потребляемой за один прием пищи и интервалы между приемами, являясь, таким образом, системой регуляции голода и насыщения.

·      Долговременная, при которой основным регуляторным фактором служит масса жировой ткани. Эта система регулирует количество запасов энергии в организме, являясь, таким образом, системой регуляции аппетита.

2. Виды брожения. Основные и побочные продукты брожения: спирты, альдегиды, эфиры, органические кислоты.