Сергей Ястребов - От атомов к древу. Введение в современную науку о жизни

Но вернемся к липидам. Есть липиды, которые являются с точки зрения химии сложными эфирами, то есть продуктами соединения карбоновой кислоты и спирта с общей формулой R 1−CO−O−R 2(см. главу 1). Сложный эфир — это уже и не кислота, и не спирт, их свойства в нем взаимно уничтожаются. Сложный эфир, образованный спиртом и кислотой с длинными углеводородными цепями, называется воском . В молекулах восков так много атомов углерода и водорода и так мало атомов кислорода, что в итоге они очень похожи по свойствам на обычные углеводороды. К этой группе веществ относится, например, пчелиный воск, из которого пчелы делают соты.

Кроме того, воск (иной по составу, чем пчелиный) образует основу спермацета — жидкого вещества, находящегося в особом мешке в голове кашалота. Именно из-за спермацетового мешка голова кашалота выглядит прямоугольной, а не вытянутой, как у дельфина, хотя форма черепа у них очень похожая. По современным данным, спермацетовый мешок служит линзой для звуковых волн, с помощью которых кашалот ориентируется в пространстве; особенно это важно на большой глубине, где от зрения толку немного. Каждый, кто читал великий роман «Моби Дик», знает, что раньше на кашалотов активно охотились ради спермацета, из которого делали ламповое масло, кремы, свечи и некоторые лекарства (например, противоожоговые мази). Сейчас добыча кашалотов, к счастью, запрещена.

Кроме стероидов, жирных кислот и восков есть еще по меньшей мере два типа липидов, без которых в биологии никак не обойтись. Это — жиры и фосфолипиды. С ними мы познакомимся чуть позже.

Жирные кислоты, а вернее их соли, с древних времен используются человеком в качестве моющих средств. Посмотрим, почему это так удобно.

Вот, например, стеариновая кислота: вещество с формулой CH 3−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−COOH, или попросту C 17H 35COOH. (Последний вариант, конечно, компактнее, но трудно отказать себе в удовольствии хоть раз написать эту формулу в развернутом виде.) Если заменить в этой кислоте атом водорода на атом натрия, получится соль — стеарат натрия C 17H 35COONa (см. рис. 5.1). В растворе такая соль легко диссоциирует, распадаясь на катион Na +и анион C 17H 35COO −, который называется стеарат-ионом.

Как ведет себя стеарат-ион в воде? Его заряженная «головка» (−COO −) взаимодействует с водой отлично, а вот образующий большую часть молекулы углеводородный «хвост» — совсем никак. Этот «хвост» — воплощение гидрофобности, и он слишком длинный, чтобы заряженная «головка» могла затянуть его за собой в раствор целиком. Поэтому, если поблизости есть поверхность жидкости, то стеарат-ионы выстроятся по ней так, чтобы «головки» были направлены в воду, а «хвосты» — наружу, в сторону поверхностной пленки. Такое поведение молекул называется поверхностной активностью .

Иное дело, если на пути стеарат-ионов окажется капля какого-нибудь гидрофобного вещества — например, масла или жира. В этом случае стеарат-ионы выстроятся точно по поверхности, разделяющей воду и жир. Их «головки» будут обращены в воду, а «хвосты» погружены в жир. В результате капля жира будет разбита этими «хвостами» на мелкие капельки, которые по отдельности легко смоются водой. Вот почему стеарат-ионы и близкие к ним молекулы хороши в качестве моющих средств. Собственно говоря, именно так они и используются людьми последние несколько тысяч лет. Стеарат натрия — это не что иное, как обычное мыло.

Поверхностно-активные вещества, такие как мыло, часто называют детергентами (от латинского глагола detergere, одно из значений которого — «стирать»). Детергент — это вещество, в молекуле которого один конец растворим в воде, а другой — в липидах или углеводородах. Детергенты бывают анионными (с отрицательно заряженной «головкой»), катионными (с положительно заряженной «головкой») или неионными (у которых «головка» полярна, но не заряжена). Но в любом случае молекула детергента обязательно включает гидрофильную «головку» и гидрофобный «хвост». Мыло — это, как уже понятно из описания, типичный анионный детергент.

Великий химик Клод Луи Бертолле говорил, что «грязь — это вещество не на своем месте». Тут можно уточнить: грязь — это, как правило, гидрофобное вещество не на своем месте. Оно и понятно: гидрофильные вещества вроде сахара без проблем смываются водой, так что никакие дополнительные вещества для их удаления не нужны. А вот для удаления гидрофобных веществ людям, собственно, и пришлось придумать моющие средства.