Сфингомиелин
Первая часть слова "сфинго" свидетельствует о том, что в состав молекулы входит вместо глицерина двухатомный ненасыщенный спирт - сфингозин. Наиболее широко распространенным в организме представителем этой группы соединений является сфингомиелин Сфингомиелин обнаружен в мембранах растительных и животных клеток; особенно богата сфингофосфолипидами нервная ткань, и в частности, мозг.Характерной особенностью фосфолипидов является их дифильность, то есть способность растворяться как в водной среде, так и в нейтральных липидах. Это обусловлено наличием у фосфолипидов выраженных полярных свойств. При рН 7,0 их фосфатная группа всегда несет отрицательный заряд. Азотсодержащие группировки в составе фосфатидилхолина (холин) и фосфатидилэтаноламина (этаноламин) при рН 7,0 несут положительный заряд. Таким образом, при рН 7,0 эти глицерофосфолипиды представляют собой биполярные цвиттерионы и их суммарный заряд равен нулю. Остаток серина в молекуле фосфатидилсерина содержит -аминогруппу и карбоксильную группу. Следовательно, при рН 7,0 молекула фосфатидилсерина имеет две отрицательно и одну положительно заряженных группы и несет суммарный отрицательный заряд.
В то же время, радикалы жирных кислот в составе фосфолипидов не имеют электрического заряда в водной среде и таким образом обусловливают гидрофобность части молекулы фосфолипида. Наличие полярности за счет заряда полярных групп обусловливают гидрофильность. Поэтому на поверхности раздела масло-вода фосфолипиды располагаются таким образом, чтобы полярные группы находились в водной фазе, а неполярные группы - в масляной. За счет этого в водной среде они образуют бимолекулярный слой, а при достижении некоторой критической концентрации - мицеллы.]
На этом основано участие фосфолипидов в построении биологических мембран.
Обработка находящегося в водной среде дифильного липида ультразвуком приводит к образованию липосом. Липосома представляет собой замкнутый липидный бислой, внутри которого оказывается часть водной среды. Липосомы находят применение в клинике, косметологии в качестве своеобразных контейнеров и переносчиков лекарств, питательных веществ к определенным органам и для комбинированного действия на кожу.
Функциональная роль фосфолипидов не ограничивается их участием в построении биомембран. Так, они являются регуляторами активности ферментов. К примеру, фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, сфингомиелин активируют или ингибируют активность ферментов, катализирующих процессы свертывания крови. Регуляторная функция липидов заключается в том, что ряд гормонов (половые, гормоны коры надпочечников) являются производными липидов. Кроме того фосфолипиды
Выполняют детергентную функцию в кишечнике и желчном пузыре. Они являются важным структурным компонентом желчи, наряду со свободным холестеролом и с желчными кислотами. Изменение соотношения любого из этих компонентов приводит к осаждению и формированию желчных камней. Фосфолипиды - это также важный компонент смешанных мицелл, которые образуются в ходе переваривания липидов.
Является источником арахидоновой кислоты - предшественника эйкозаноидов
Являются источниками вторичных мессенджеров - диацилглицерола и инозитолтрифосфата, о чем уже упоминалось выше
Обеспечивают прикрепление белков к мембране. Некоторые внеклеточные белки прикрепляются к внешней стороне плазматической мембраны за счет образования ковалентных связей с фосфатидилинозитолом. Примером таких белков могут служить ферменты: щелочная фосфатаза, липопротеин липаза, холинэстераза.
Принимают участие в формировании транспортных форм других липидов
Могут выполнять энергетическую функцию
Явяляются компонентом сурфактанта легких (см. ниже)
Церамиды –самый простой тип сфинголипидов, состоящих из сфингозина (или некоторых его производных) и жирной кислоты(являются важным липидным компонентом клеточной мембраны)
Формула сфингомиелина:
Сфингомиелин
- это тип сфинголипида, который находится в клеточной мембране животных. Особенно этим фосфолипидом богата миелиновая оболочка аксонов нервных клеток.
Сфингомиелин представляет собой единственный фосфолипид человека, основа которого не включает глицериновый остаток. Сфингомиелин состоит из сфингозина, соединённого сложноэфирной связью с полярной группой. Полярная группа может быть фосфохолин или фосфоэтаноламин. Ко второму углероду сфингозина за счёт амидной связи присоединена жирная кислота.
2.Реакция образования ацетона.
Ацето́н
- органическое вещество, имеющее формулу CH 3 -C(O)-CH 3 , простейший представитель насыщенных кетонов.
Ацетон, который образуется при неферментативном декарбоксилировании ацетоацетата, в организме не используется. Он выводится с выдыхаемым воздухом, секретом потовых желёз и мочой. В норме концентрация ацетона в крови мала и обычными реакциями не определяется.
Кетоновые тела синтезируются в печени, легко проходят через митохондриальные и клеточные мембраны и поступают в кровь. Кровью они транспортируются во все другие ткани. Используются только ацетоацетат и бета-гидроксибутират.
3. Дать общую характеристику строения ацилсинтетазы и ее активных центров.
Реакции синтеза жирных кислот с участием этого фермента.
В биосинтезе насыщенных жирных кислот участвуют два ферментных комплекса: ацетил-КоА карбоксилаза и ацилсинтетаза.
Синтетаза ЖК содержит 7 активных центров.
Ацилсинтетазный мультиферментный комплекс содержит ацилпереносящий белок (АПБ) в качестве своеобразного ядра,активный центр представлен фосфопантотеином . Другими ферментами комплекса являются β-кетоацилсинтетаза (КС) – самый крупный домен ацилсинтетеазы (N-концевой), его ферментная активность обеспечивает единственную необратимую реакцию всего процесса, ацилтрансфераза (АТ) – переносит кислотный остаток с Ацил-КоА на HS-группупантотеиновой части АПБ-домена, β-кетоацилредуктаза (КР) , В-гидроксиацилдегидратаза (ГД) , еноилредуктаза (ЕР) и ацилтрансацетилаза (АТ).
После этого ацил-АПБ вступает в новый цикл синтеза. К свободной SH-группе ацилпереносящего белка присоединяется новая молекула малонил-КоА. Затем происходит отщепление ацильного остатка, и он переносится на малонильный остаток с одновременным декарбоксилированием, и цикл реакций повторяется.
Таким образом, углеводородная цепочка будущей жирной кислоты постепенно растет (за каждый цикл – на два углеродных атома). Это происходит до момента, пока она не удлинится до 16 углеродных атомов (в случае синтеза пальмитиновой кислоты) или более (синтез других жирных кислот). Вслед за этим происходит тиолиз, и образуется в готовом виде активная форма жирной кислоты – ацил-КоА.
глицерофосфолипиды. Структурная основа глицерофосфолипидов - глицерол. Глицерофосфолипиды молекулы, в которых две жирные кислоты связаны сложноэфирной связью с глицеролом в первой и второй позициях; в третьей позиции находится остаток фосфорной кислоты, к которому, в свою очередь, могут быть присоединены различные заместители, чаще всего аминоспирты. Если в третьем положении имеется только фосфорная кислота, то глицерофосфолипид называется фосфатидной кислотой. Её остаток называют "фосфатидил" ; он входит в название остальных глицерофосфолипидов, после которого указывают название заместителя атома водорода в фосфорной кислоте, например фосфатидилэтаноламин, фосфатидилхолин и т.д. Фосфатидная кислота в свободном состоянии в организме содержится в небольшом количестве), но является промежуточным продуктом на пути синтеза как три-ацилглицеролов, так и глицерофосфолипидов. У глицерофосфолипидов, как и у триацилгли-церолов, во второй позиции находятся преимущественно полиеновые кислоты; в молекуле фосфатидилхолина, входящего в структуру мембран, это чаще всего арахидоновая кислота. Жирные кислоты фосфолипидов мембран отличаются от других липидов человека преобладанием полиеновых кислот (до 80-85%), что обеспечивает жидкое состояние гидрофобного слоя, необходимое для функционирования белков, входящих в структуру мембран.
Общая формула глицерофосфолипидоввыглядит так:
В отличие от триглицеридов в молекулефосфатидилхолинаодна из трехгидроксильных группглицеринасвязана не с жирной, а сфосфорной кислотой. Кроме того,фосфорная кислотав свою очередь соединена эфирной связью сазотистым основанием–холином[НО-СН 2 -СН 2 -N + (CH 3) 3 ]. Таким образом, вмолекулефосфатидил-холина соединеныглицерин,высшие жирные кислоты,фосфорная кислотаихолин:
Фосфатидилэтаноламины . Основное различие между фосфатидилхоли-нами ифосфатидилэтаноламинами– наличие в составе последнихазотистого основанияэтаноламина(HO-CH 2 -CH 2 -N + H 3):
Из глицерофосфолипидовворганизмеживотных и высших растений в наибольшем количестве встречаютсяфосфатидилхолиныи фосфатидил-этаноламины. Эти 2 группыглицерофосфолипидовметаболически связаны друг с другом и являются главными липидными компонентамимембранклеток.
Фосфатидилсерины . Вмолекулефосфатидилсеринаазотистым соединением служит остатокаминокислотысерина
Фосфатидилсериныраспространены гораздо менее широко, чем фос-фатидилхолины и фосфоэтаноламины, и их значение определяется в основном тем, что они участвуют в синтезефосфатидилэтаноламинов.
Фосфатидилинозитолы. Этилипидыотносятся к группе производных фосфатиднойкислоты, но не содержатазота. Радикалом (R 3) в этом подклассеглицерофосфолипидовявляется шестиуглеродный циклическийспиртинозитол:
Фосфатидилинозитолы довольно широко распространены в природе. Они обнаружены у животных, растений и микроорганизмов. В животноморганизменайдены в мозге,печении легких.
Вопрос 36.Сфинголипиды. Строение и роль.
Сфинголипиды
Аминоспирт сфингозин, состоящий из 18 атомов углерода, содержит гидроксильные группы и аминогруппу. Сфингозин образует большую группу липидов, в которых жирная кислота связана с ним через аминогруппу. Продукт взаимодействия сфингозина и жирной кислоты называют "церамид" ). В церамидах жирные кислоты связаны необычной (амидной) связью, а гидроксильные группы способны взаимодействовать с другими радикалами. Церамиды отличаются радикалами жирных кислот, входящих в их состав. Обычно это жирные кислоты с большой длиной цепи - от 18 до 26 атомов углерода. Существует 3 основных типа сфинголипидов:
Церамиды - это наиболее простые сфинголипиды. Они содержат только сфингозин, соединённый с жирнокислотным ацильным остатком.
Сфингомиелины содержат заряженную полярную группу, такую как фосфохолин или фосфоэтаноламин.
Гликосфинголипиды содержат церамид, эстерифицированный по 1-гидрокси-группе остатком сахара. В зависимости от сахара гликосфинголипиды подразделяются нацереброзиды и ганглиозиды.
Цереброзиды содержат в качестве остатка сахара глюкозу или галактозу.
Ганглиозиды содержат трисахарид, причём один из них всегда сиаловая кислота.
Биол. роль сфинголипидов разнообразна. Известно, что они участвуют в формировании мембранных структур аксонов, синапсов и др. клеток нервной ткани, опосредуют в организме механизмы узнавания, рецепторные взаимодействия, межклеточные контакты и др. жизненно важные процессы.
Это наиболее распространенные сфинголипиды. В основном они находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань. Сфингомиелины обнаружены также в ткани почек, печени и других органов. При гидролизе сфингомиелиныобразуют одну молекулу жирной кислоты, одну молекулу двухатомного ненасыщенного спирта сфингозина, одну молекулу азотистого основания(чаще это холин) и одну молекулу фосфорной кислоты. Общую формулу сфингомиелинов можно представить так:
Вопрос 37. Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в мозге. Главной формой гликолипидов в животных тканяхявляются гликосфинголипиды. Последние содержат церамид, состоящий из спирта сфингозина и остатка жирной кислоты, и один или несколько остатков сахаров. Простейшими гликосфинголипидами являются галактозилцерамиды и глюкозилцерамиды.
Галактозилцерамиды – главные сфинголипиды мозга и других нервных тканей, но в небольших количествах встречаются и во многих других тканях. В состав галактозилцерамидов входит гексоза (обычно это D-галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспиртасфингозина. Кроме того, в составе галактозилцерамида имеется жирная кислота. Чаще всего это лигноцериновая, нервоновая или це-реброноваякислота, т.е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома.
Существуют сульфогалактозилцерамиды, которые отличаются от га-лактозилцерамидов наличием остатка серной кислоты, присоединенного к третьему углеродному атому гексозы. В мозге млекопитающих сульфо-галактозилцерамиды в основном находятся в белом веществе, при этом содержание их в мозге намного ниже, чем галактозилцерамидов.
Глюкозилцерамиды – простые гликосфинголипиды, представлены в тканях, отличных от нервной, причем главным образом глюкозил-церамидами. В небольших количествах они имеются в ткани мозга. В отличие от галактозилцерамидов у них вместо остатка галактозы имеется остаток глюкозы. Более сложными гликосфинголипидами являются ганглиозиды, образующиеся из гликозилцерамидов. Ганглиозиды дополнительно содержат одну или несколько молекул сиаловой кислоты. В тканях человека доминирующей сиаловой кислотой является нейраминовая. Кроме того, вместо остаткаглюкозы они чаще содержат сложный олигосахарид. Ганглиозиды в больших количествах находятся в нервной ткани. Они, по-видимому, выполняют рецепторные и другие функции. Одним из простейших ганглиозидов является гематозид, выделенный из стромы эритроцитов. Он содержит церамид(ацилсфингозин), одну молекулу глюкозы, одну молекулу N-ацетилнейраминовой кислоты.
Вопрос 38. ХОЛЕСТЕРОЛ - важный компонент мембран и регулятор свойств гидрофобного слоя. Производные холестерола (жёлчные кислоты) необходимы для переваривания жиров. Стероидные гормоны, синтезируемые из холестерола, участвуют в регуляции энергетического, водно-солевого обменов, половых функций.В организме человека это основной стероид, остальные стероиды - его производные. Растения, грибы и дрожжи не синтезируют холестерол, но образуют разнообразные фитостеролы и микостеролы, не усваиваемые организмом человека. Бактерии не способны синтезировать стероиды. Холестерол входит в состав мембран и влияет на структуру бислоя, увеличивая её жёсткость. Из холестерола синтезируются жёлчные кислоты, стероидные гормоны и витамин D3. Нарушение обмена холестерола приводит к развитию атеросклероза. Холестерол представляет собой молекулу, содержащую 4 конденсированных кольца, обозначаемые латинскими буквами А, В, С, D, разветвлённую боковую цепь из 8 углеродных атомов в положении 17, 2 "ангулярные" метильные группы (18 и 19) и гидроксильную группу в положении 3. Присоединение жирных кислот сложноэфирной связью к гидроксильной группе приводит к образованию эфиров холестерола. В неэтерифицированной форме холестерол входит в состав мембран различных клеток. Гидроксильная группа холестерола обращена к водному слою, а жёсткая гидрофобная часть молекулы погружена во внутренний гидрофобный слой мембраны. В крови 2/3 холестерола находится в этерифицированной форме и 1/3 - в виде свободногохолестерола. Эфиры холестерола служат формой его депонирования в некоторых клетках (например, печени, коры надпочечников, половых желёз). Из этих депо холестерол используется для синтеза жёлчных кислот и стероидных гормонов.
Химия липидов
Липиды представляют собой обширную группу соединений, существенно различающихся по своей химической структуре и функциям. Поэтому трудно дать единое определение, которое подошло бы для всех соединений, относящихся к этому классу.
Можно сказать, что липиды представляют собой группу веществ, которые характеризуются следующими признаками: нерастворимостью в воде; растворимостью в неполярных растворителях, таких, как эфир, хлороформ или бензол; содержанием высших алкильных радикалов; распространенностью в живых организмах.
Под это определение попадает большое количество веществ, в том числе такие, которые обычно причисляют к другим классам соединений: например, жирорастворимые витамины и их производные, каротиноиды, высшие углеводороды и спирты. Включение всех этих веществ в число липидов в известной степени оправдано, потому что в живых организмах они находятся вместе с липидами и вместе с ними экстрагируются неполярными растворителями. С другой стороны, имеются представители липидов, которые довольно хорошо растворяются в воде (например, лизолецитины). Термин «липиды» является более общим, чем термин «липоиды», который объединяет группу жироподобных веществ, таких, как фосфолипиды, стерины, сфинголипиды и др.
Биологическая роль и классификация липидов
Липиды играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на их проницаемость, участвуют в передаче нервного импульса, создании межклеточных контактов. Жир служит в организме весьма эффективным источником энергии либо при непосредственном использовании, либо потенциально – в форме запасов жировой ткани. В натуральных пищевых жирах содержатся жирорастворимые витамины и «незаменимые» жирные кислоты. Важная функция липидов – создание термоизоляционных покровов у животных и растений, защита органов и тканей от механических воздействий
Существует несколько классификаций липидов. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на структурных особенностях липидов. По этой классификации различают следующие основные классы липидов.
A. Простые липиды: сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами.
1. Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы – по международной номенклатуре) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот.
2. Воска: сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных или двухатомных спиртов.
Б. Сложные липиды: сложные эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно содержащие и другие группы.
1. Фосфолипиды: липиды, содержащие, помимо жирных кислот и спирта, остаток фосфорной кислоты. В их состав часто входят азотистые основания и другие компоненты:
а) глицерофосфолипиды (в роли спирта выступает глицерол);
б) сфинголипиды (в роли спирта – сфингозин).
2. Гликолипиды (гликосфинголипиды).
3. Стероиды.
4. Другие сложные липиды: сульфолипиды, аминолипиды. К этому классу можно отнести и липопротеины.
5. Предшественники и производные липидов: жирные кислоты, глицерол, стеролы и прочие спирты (помимо глицерола и стеролов), альдегиды жирных кислот, углеводороды, жирорастворимые витамины и гормоны.
Жирные кислоты
Жирные кислоты – алифатические карбоновые кислоты – в организме могут находиться в свободном состоянии (следовые количества в клетках и тканях) либо выполнять роль строительных блоков для большинства классов липидов.
В природе обнаружено свыше 200 жирных кислот, однако, в тканях человека и животных в составе простых и сложных липидов найдено около 70 жирных кислот, причем более половины из них в следовых количествах. Практически значительное распространение имеют немногим более 20 жирных кислот. Все они содержат четное число углеродных атомов, главным образом от 12 до 24. Среди них преобладают кислоты, имеющие С 16 и С 18 (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и линолевая). Нумерацию углеродных атомов в жирно-кислотной цепи начинают с атома углерода карбоксильной группы. Примерно 3 / 4 всех жирных кислот являются непредельными (ненасыщенными), т.е. содержат двойные связи. Ненасыщенные жирные кислоты человека и животных, участвующие в построении липидов, обычно содержат двойную связь между (9-м и 10-м атомами углеводородов); дополнительные двойные связи чаще бывают на участке между 11-м атомом углерода и метильным концом цепи. Своеобразие двойных связей природных ненасыщенных жирных кислот заключается в том, что они всегда отделены двумя простыми связями, т.е. между ними всегда имеется хотя бы одна метиленовая группа (-СН=СН-СН 2 -СН=СН-). Подобные двойные связи обозначают как «изолированные».
Таблица 1 - Некоторые физиологически важные насыщенные жирные кислоты
| Число атомов С | Тривиальное название | Систематическое название | |
| 6 | Капроновая | Гексановая | СН 3 −(СН 2) 4 −СООН |
| 8 | Каприловая | Октановая | СН 3 −(СН 2) 6 −СООН |
| 10 | Каприновая | Декановая | СН 3 −(СН 2) 8 −СООН |
| 12 | Лауриновая | Додекановая | СН 3 −(СН 2) 10 СООН |
| 14 | Миристиновая | Тетрадекановая | СН 3 −(СН 2) 12 −СООН |
| 16 | Пальмитиновая | Гексадеконовая | СН 3 −(СН 2) 14 −СООН |
| 18 | Стеариновая | Октадекановая | СН 3 −(СН 2) 16 −СООН |
| 20 | Арахиновая | Эйкозановая | СН 3 −(СН 2) 18 −СООН |
| 22 | Бегеновая | Докозановая | СН 3 −(СН 2) 20 −СООН |
| 24 | Лигноцириновапя | Тетракозановая | СН 3 −(СН 2) 22 −СООН |
В растворах жирно-кислотная цепь может образовывать бесчисленное количество конформаций вплоть до клубка, в котором имеются и линейные участки различной длины в зависимости от числа двойных связей. Клубки могут слипаться между собой, образуя так называемые мицеллы. В последних отрицательно заряженные карбоксильные группы жирных кислот обращены к водной фазе, а неполярные углеводородные цепи спрятаны внутри мицеллярной структуры. Такие мицеллы имеют суммарный отрицательный заряд и в растворе остаются суспендированными благодаря взаимному отталкиванию.
Известно также, что при наличии двойной связи в жирнокислотной цепи вращение углеродных атомов относительно друг друга ограничено. Это обеспечивает существование ненасыщенных жирных кислот в виде геометрических изомеров, причем природные ненасыщенные жирные кислоты имеют цис-
конфигурацию и крайне редко транс
-конфигурации.
Таблица 11 - Некоторые физиологически важные ненасыщенные жирные кислоты
| Число атомов С | Тривиальное название | Систематическое название | Химическая формула соединения |
| Моноеновые кислоты | |||
| 16 | Пальмитиновая | 9-гексадеценовая | СН 3 −(СН 2) 5 −СН=СН−(СН 2) 5 СООН |
| 18 | Олеиновая | 9-октаддеценовая | СН 3 −(СН 2) 7 −СН=СН−(СН 2) 7 СООН |
| Диеновые кислоты | |||
| 18 | Линолевая | 9,12-октадеценовая | СН 3 −(СН 2) 4 −СН=СН−СН 2 − −СН=СН− (СН 2) 7 СООН |
| Триеновая кислоты | |||
| 18 | Линоленовая | 9,12,15-октадекатриеновая | СН 3 −СН 2 −СН=СН−СН 2 − −СН=СН− СН 2 − СН=СН (СН 2) 7 −СООН |
| Тетраеновые кислоты | |||
| 20 | Арахидоновая | 5,8,11,14-эйкозатетраеновая | СН 3 −СН 2 −СН=СН−СН 2 − СН=СН−СН 2 − СН=СН−СН 2 − СН=СН−СН 2 − СН= − (СН 2) 5 −СООН |
Считают, что жирной кислоте с несколькими двойными связями цис- конфигурация придает углеводородной цепи изогнутый и укороченный вид. По этой причине молекулы этих кислот занимают больший объем, а при образовании кристаллов упаковываются не так плотно, как транс- изомеры. Вследствие этого цис- изомеры имеют более низкую температуру плавления (олеиновая кислота, например, при комнатной температуре находится в жидком состоянии, тогда как элаидиновая – в кристаллическом). Цис- конфигурация делает ненасыщенную кислоту менее стабильной и более подверженной катаболизму.
Рисунок 23 - Конфигурация 18-углеродных насыщенных (а) и мононенасыщенных (б) жирных кислот
Биологические функции ПНЖК:
1. структурная. ПНЖК входят в состав нервных волокон, клеточных мембран, соединительной ткани.
2. защитная (повышает устойчивость организма к инфекциям, радиации).
3. повышают эластичность кровеносных сосудов, способствуют выведению избытка холестерина.
4. арахидоновая кислота является предшественником гормонов простагландинов.
Глицериды (ацилглицеролы)
Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Если жирными кислотами этерифицированы все три гидроксильные группы глицерина (ацильные радикалы R 1 , R 2 и R 3 могут быть одинаковы или различны), то такое соединение называют триглицеридом (триацилглице-рол), если две – диглицеридом (диацилглицерол) и, наконец, если этери-фицирована одна группа – моноглицеридом (моноацилглицерол):
Наиболее распространенными являются триглицериды, часто называемые нейтральными жирами или просто жирами. Нейтральные жиры находятся в организме либо в форме протоплазматического жира, являющегося структурным компонентом клеток, либо в форме запасного, резервного, жира. Роль этих двух форм жира в организме неодинакова. Протоплазматический жир имеет постоянный химический состав и содержится в тканях в определенном количестве, не изменяющемся даже при патологическом ожирении, в то время как количество резервного жира подвергается большим колебаниям.
Как отмечалось, основную массу природных нейтральных жиров составляют триглицериды. Жирные кислоты в триглицеридах могут быть насыщенными и ненасыщенными. Из жирных кислот чаще встречаются пальмитиновая, стеариновая и олеиновые кислоты. Если все три кислотных радикала принадлежат одной и той же жирной кислоте, то такие триглицериды называют простыми (например, трипальмитин, тристеарин, триолеин и т.д.), если разным жирным кислотам, то смешанными. Названия смешанных триглицеридов образуются в зависимости от входящих в их состав жирных кислот, при этом цифры 1, 2 и 3 указывают на связь остатка жирной кислоты с соответствующей спиртовой группой в молекуле глицерина (например, 1-олео-2-пальмитостеарин). Необходимо отметить, что положение крайних атомов в молекуле глицерина на первый взгляд равнозначно, тем не менее, их обозначают сверху вниз – 1 и 3. Это объясняется, прежде всего, тем, что в структуре триглицерида при пространственном ее рассмотрении крайние «глицериновые» атомы углерода становятся уже не равнозначными, если гидроксилы 1 и 3 ацилированы разными жирными кислотами.
Жирные кислоты, входящие в состав триглицеридов, практически определяют их физико-химические свойства. Так, температура плавления триглицеридов повышается с увеличением числа и длины остатков насыщенных жирных кислот. Напротив, чем выше содержание ненасыщенных жирных кислот, или кислот с короткой цепью, тем ниже точка плавления.
Животные жиры (сало) обычно содержат значительное количество насыщенных жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.), благодаря чему, при комнатной температуре они твердые. Жиры, в состав которых входит много ненасыщенных кислот, при обычной температуре жидкие и называются маслами. Так, в конопляном масле 95% всех жирных кислот приходится на долю олеиновой, линолевой и линоленовой кислот и только 5% – на долю стеариновой и пальмитиновой кислот. В жире человека, плавящемся при температуре 15°С (при температуре тела он жидкий), содержится 70% олеиновой кислоты.
Глицериды способны вступать во все химические реакции, свойственные сложным эфирам. Наибольшее значение имеет реакция омыления, в результате которой из триглицеридов образуются глицерол и жирные кислоты. Омыление жира может происходить как при ферментативном гидролизе, так и при действии кислот или щелочей.
Фосфолипиды
Фосфолипиды представляют собой сложные эфиры многоатомных спиртов глицерина или сфингозина с высшими жирными кислотами и фосфорной кислотой. В состав фосфолипидов входят также азотсодержащие соединения: холин, этаноламин или серин. В зависимости от того, какой многоатомный спирт участвует в образовании фосфолипида (глицерин или сфингозин), последние делят на 2 группы: глицерофосфолипиды и сфинго-фосфолипиды. Необходимо отметить, что в глицерофосфолипидах либо холин, либо этаноламин или серин соединены эфирной связью с остатком фосфорной кислоты; в составе сфинголипидов обнаружен только холин. Наиболее распространенными в тканях животных являются глицерофосфолипиды.
Глицерофосфолипиды. Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. В их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодержащие соединения. Общая формула глицерофосфолипидов выглядит так:
В этих формулах R 1 и R 2 – радикалы высших жирных кислот, a R 3 – чаще радикал азотистого соединения. Для всех глицерофосфолипидов характерно, что одна часть их молекул (радикалы R 1 и R 2) обнаруживает резко выраженную гидрофобность, тогда как другая часть гидрофильна благодаря отрицательному заряду фосфорной кислоты и положительному заряду радикала R 3 .
Из всех липидов глицерофосфолипиды обладают наиболее выраженными полярными свойствами. При помещении глицерофосфолипидов в воду в истинный раствор переходит лишь небольшая их часть, основная же масса липидов находится в виде мицелл. Существует несколько групп (подклассов) глицерофосфолипидов. В зависимости от характера азотистого основания, присоединенного к фосфорной кислоте, Глицерофосфо-липиды подразделяют на фосфатидилхолины (лецитины), фосфатидилэта-ноламины (кефалины) и фосфатидилсерины. В состав некоторых глицеро-фосфолипидов вместо азотсодержащих соединений входит не содержащий азота шестиуглеродный циклический спирт инозит, называемый также инозитолом. Эти липиды называются фосфатидилинозитолами.
Фосфатидилхолины (лецитины). В отличие от триглицеридов в молекуле фосфатидилхолина одна из трех гидроксильных групп глицерина связана не с жирной, а с фосфорной кислотой. Кроме того, фосфорная кислота в свою очередь соединена эфирной связью с азотистым основанием – холином [НО-СН 2 -СН 2 -N + (CH 3) 3 ]. Таким образом, в молекуле фосфатидилхолина соединены глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорная кислота и холин:
Фосфатидилэтаноламины.
Основное различие между фосфатидилхолинами и фосфатидилэтаноламинами – наличие в составе последних азотистого основания этаноламина (HO-CH 2 -CH 2 -N + H 3):
Из глицерофосфолипидов в организме животных и высших растений в наибольшем количестве встречаются фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины. Эти 2 группы глицерофосфолипидов метаболически связаны друг с другом и являются главными липидными компонентами мембран клеток.
Фосфатидилсерины. В молекуле фосфатидилсерина азотистым соединением служит остаток аминокислоты серина
Фосфатидилсерины распространены гораздо менее широко, чем фосфатидилхолины и фосфоэтаноламины, и их значение определяется в основном тем, что они участвуют в синтезе фосфатидилэтаноламинов.
Фосфатидилинозитолы. Эти липиды относятся к группе производных фосфатидной кислоты, но не содержат азота. Радикалом (R 3) в этом подклассе глицерофосфолипидов является шестиуглеродный циклический спирт инозитол:
Фосфатидилинозитолы довольно широко распространены в природе. Они обнаружены у животных, растений и микроорганизмов. В животном организме найдены в мозге, печени и легких.
Плазмалогены.
От рассмотренных глицеролипидов плазмалогены отличаются тем, что вместо одного остатка высшей жирной кислоты содержат остаток α,β-ненасыщенного спирта, который образует простую связь (в отличие от сложноэфирной связи, образуемой остатком жирной кислоты) с гидроксильной группой глицерина в положении С-1:
Фосфатидальхолин (плазмалоген)
Основными подклассами плазмалогенов являются фосфатидальхолины, фосфатидальэтаноламины и фосфатидальсерины. При кислотном гидролизе плазмалогенов образуются «жирные» альдегиды, называемые плазмалями, что и легло в основу термина «плазмалоген».
Кардиолипин.
Своеобразным представителем глицерофосфолипидов является кардиолипин, впервые выделенный из сердечной мышцы. По своей химической структуре кардиолипин можно рассматривать как соединение, в котором 2 молекулы фосфатидной кислоты связаны с помощью одной молекулы глицерина. В отличие от остальных глицерофосфолипидов кар-диолипин является как бы «двойным» глицерофосфолипидом. Кардиолипин локализован во внутренней мембране митохондрий. Функция его пока неясна, хотя известно, что в отличие от других фосфолипидов кардиолипин обладает иммунными свойствами.
Кардиолипин
В этой формуле R 1 , R 2 , R 3 , R 4 – радикалы высших жирных кислот.
Необходимо отметить, что в природе встречается свободная фосфатид-ная кислота, но в относительно небольших количествах по сравнению с глицерофосфолипидами. Среди жирных кислот, входящих в состав гли-церофосфолипидов, обнаружены как насыщенные, так и ненасыщенные (чаще стеариновая, пальмитиновая, олеиновая и линолевая).
Установлено также, что большинство фосфатидилхолинов и фосфати-дилэтаноламинов содержат одну насыщенную высшую жирную кислоту в положении С-1 и одну ненасыщенную высшую жирную кислоту в положении С-2. Гидролиз фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов при участии особых ферментов (эти ферменты относятся к фосфолипазам А 2), содержащихся, например, в яде кобры, приводит к отщеплению ненасыщенной жирной кислоты и образованию лизофосфолипидов – лизофосфатидилхолинов, или лизофосфатидилэтаноламинов, оказывающих сильное гемолитическое действие:
Сфинголипиды (сфингофосфолипиды)
Сфингомиелины. Это наиболее распространенные сфинголипиды. В основном они находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань. Сфингомиелины обнаружены также в ткани почек, печени и других органов. При гидролизе сфингомиелины образуют одну молекулу жирной кислоты, одну молекулу двухатомного ненасыщенного спирта сфингозина, одну молекулу азотистого основания (чаще это холин) и одну молекулу фосфорной кислоты. Общую формулу сфингомиелинов можно представить так:
Общий план построения молекулы сфингомиелина в определенном отношении напоминает строение глицерофосфолипидов. Молекула сфин-гомиелина содержит как бы полярную «головку», которая несет одновременно и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток фосфорной кислоты) заряды, и два неполярных «хвоста» (длинная алифатическая цепь сфингозина и ацильный радикал жирной кислоты). В некоторых сфингомиелинах, например выделенных из мозга и селезенки, вместо сфингозина найден спирт дигидросфингозин (восстановленный сфингозин):
Стероиды
Все рассмотренные липиды принято называть омыляемыми, поскольку при их щелочном гидролизе образуются мыла. Однако имеются липиды, которые не гидролизуются с освобождением жирных кислот. К таким липидам относятся стероиды. Стероиды – широко распространенные в природе соединения. Они часто обнаруживаются в ассоциации с жирами. Их можно отделить от жира путем омыления (они попадают в неомыляемую фракцию). Все стероиды в своей структуре имеют ядро, образованное гидрированным фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (кольцо D) (рис. 1):
Рисунок 1 - Обобщенное стероидное ядро
К стероидам относятся, например, гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и другие соединения. В организме человека важное место среди стероидов занимают стерины (стеролы), т.е. стероидные спирты. Главным представителем стеринов является холестерин (холестерол).
Ввиду сложного строения и асимметрии молекулы стероиды имеют много потенциальных стереоизомеров. Каждое из шестиуглеродных колец (кольца А, В и С) стероидного ядра может принимать две различные пространственные конформации – конформацию «кресла» либо «лодки».
В природных стероидах, в том числе и в холестерине, все кольца в форме «кресла», что является более устойчивой конформацией.
Холестерин . Как отмечалось, среди стероидов выделяется группа соединений, получивших название стеринов (стеролов). Для стеринов характерно наличие гидроксильной группы в положении 3, а также боковой цепи в положении 17. У важнейшего представителя стеринов – холестерина – все кольца находятся в транс- положении; кроме того, он имеет двойную связь между 5-м и 6-м углеродными атомами. Следовательно, холестерин является ненасыщенным спиртом:
Кольцевая структура холестерина отличается значительной жесткостью, тогда как боковая цепь – относительной подвижностью. Итак, холестерин содержит спиртовую гидроксильную группу при С-3 и разветвленную алифатическую цепь из 8 атомов углерода при С-17. Химическое название холестерина 3-гидрокси-5,6-холестен. Гидроксильная группа при С-3 может быть этерифицирована высшей жирной кислотой, при этом образуются эфиры холестерина (холестериды).
Каждая клетка в организме млекопитающих содержит холестерин. Находясь в составе мембран клеток, неэтерифицированный холестерин вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны и оказывает регулирующее влияние на состояние мембраны и на активность связанных с ней ферментов. В цитоплазме холестерин находится преимущественно в виде эфиров с жирными кислотами, образующих мелкие капли – так называемые вакуоли. В плазме крови как неэтерифицированный, так и этерифицированный холестерин транспортируется в составе липопротеинов.
Холестерин – источник образования в организме млекопитающих желчных кислот, а также стероидных гормонов (половых и кортикоидных). Холестерин, а точнее продукт его окисления – 7-дегидрохолестерин, под действием УФ-лучей в коже превращается в витамин D 3 . Таким образом, физиологическая функция холестерина многообразна.
Холестерин находится в животных, но не в растительных жирах. В растениях и дрожжах содержатся близкие по структуре к холестерину соединения, в том числе эргостерин.
Эргостерин – предшественник витамина D. После воздействия на эргостерин УФ-лучами он приобретает свойство оказывать противорахитное действие (при раскрытии кольца В).
Восстановление двойной связи в молекуле холестерина приводит к образованию копростерина (копростанола). Копростерин находится в составе фекалий и образуется в результате восстановления бактериями кишечной микрофлоры двойной связи в холестерине между атомами С 5 и С 6 .
Указанные стерины в отличие от холестерина очень плохо всасываются в кишечнике и потому обнаруживаются в тканях человека в следовых количествах.
Воски
Воски – это сложные эфиры жирных кислот и высших одноатомных спиртов (С 12 – С 46). Воски входят в состав защитного покрытия листьев растений и кожи человека и животных. Они придают поверхности характерный блеск и водоотталкивающие свойства, что важно для сохранения воды внутри организма и создания барьера между организмом и окружающей средой.
По внешнему виду, физическим свойствам и источникам происхождения жиры и воска имеют много общего, однако воски очень устойчивы к воздействию химических реагентов и не изменяются при длительном хранении.
Существует простой способ, помогающий их различить. При сильном нагревании жир издает резкий неприятный запах акролеина, а воск при этом имеет приятный запах.
Воски бывают растительные, животные, ископаемые и синтетические.
Растительные воски
Карнаубский воск покрывает листья бразильской пальмы Copernicia cerifera. Представляет собой сложный эфир триаконтанола СН 3 (СН 2) 29 ОН и тетракозановой кислоты СН 3 (СН 2) 22 СООН. Для получения карнаубского воска листья пальмы высушивают, из них выколачивают порошок, который вываривают в воде и выливают в формы. 2000 листьев дают около 16 кг воска. Используют карнаубский воск для изготовления мастик, кремов для обуви.
Пальмовый воск находится в углублениях кольчатого ствола восковой пальмы, откуда его соскабливают. Одно дерево дает 12 кг воска.
Японский воск добывают из лакового дерева, произрастающего в Японии и Китае.
Растительными восками покрыты фрукты, овощи и ягоды (например, черника).
Животные воски
Пчелиный воск – наиболее известный из этого вида восков – представляет собой пальмитиномирициловый эфир.
Шерстяной (шерстный) воск – ланолин – обильно покрывает шерсть животных.
Спермацет содержится в костных черепных углублениях некоторых видов китов, особенно кашалотов. На 90 % состоит из пальмитиноцетилового эфира:
Китайский воск вырабатывается червецом, который обитает на китайском ясене и образует на нем восковой покров. Содержит сложный эфир гексакозановой кислоты СН 3 (СН 2) 24 СООН и гексадеканового спирта СН 3 (СН 2) 15 ОН.
К воскам относятся кожное сало и ушная сера.
Воск бактерий покрывает поверхность кислотоупорных бактерий, например, туберкулезных, обеспечивая их устойчивость к внешним воздействиям. Содержит сложные эфиры миколевой кислоты С 88 Н 172 О 2 и октадеканола С 20 Н 42 О.
Ископаемые воски
Торфяной воск получают экстракцией бензином при 80°С верхового битуминозного торфа.
Буроугольный воск (монтан-воск) извлекают бензином из бурого битуминозного угля.
Горный воск – озокерит – минерал из группы нефтяных битумов.
Синтетические воски получают на основе нефтяных и смоляных парафинов и их производных.
Воски применяют более чем в 200 отраслях народного хозяйства. Они входят в состав политур, защитных композиций для металлов, тканей, бумаги, кож, дерева; как изолирующий материал; компоненты мазей в косметике и медицине.
Похожая информация.
Основными подклассами плазмалогенов являются фосфатидальхолины, фосфатидальэтаноламины и фосфатидальсерины. В разбавленных кислотах они гидролизуются с образованием альдегида соответствующего α,β-ненасыщенного спирта, то есть при кислотном гидролизе плазмалогенов образуются «жирные» альдегиды, называемые плазмалями, что и легло в основу термина «плазмалоген». Плазмалогены также входят в состав мембран мышц, нервных клеток, эритроцитов.
Некоторые, открытые сравнительно недавно фосфатиды, не содержат азотистого основания, место которого в молекуле в этом случае занимают глицерин и его производные:
Фосфатидилглицерин является обязательной составной частью хлоропластов и в небольших количествах присутствует в бактериальных клетках и тканях животных.
Кардиолипин - одно из необходимых соединений в составе митохондриальных мембран, особенно в митохондриях сердечной мышцы.
Сфинголипиды
Другой группой фосфолипидов являются сфинголипиды. В их состав вместо глицерина входит высший двухатомный ненасыщенный аминоспирт сфингозин (число углеродных атомов 18, двойная связь имеет транс-конфигурацию). Гидроксильные группы расположены у первого и третьего углеродного атомов, аминогруппа находится при втором атоме углерода цепи, двойная связь - при четвертом атоме углерода:
Сфингозин
Отличие сфинголипидов от глицерофосфолипидов и в том, что жирные кислоты соединяются в них не с гидроксильными группами, а с аминогруппами аминоспирта, образуя амидные связи (-СО-NH-).Эта связь образуется между карбоксильной группой жирной кислоты и аминогруппой спирта. В сфинголипидах в значительных количествах обнаружены лигноцериновая и нервоновая кислоты.
При гидроксильной группе в положении 1 в сфинголипидах имеется остаток фосфорной кислоты, который в свою очередь этерифицирован с молекулой азотистого соединения - чаще всего с холином. Общая структура сфингомиелинов выглядит так:
Cфингомиелин
Общий план построения молекулы сфингомиелина в определенном отношении напоминает строение глицерофосфолипидов. Молекула сфин-гомиелина содержит как бы полярную «головку», которая несет одновременно и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток фосфорной кислоты) заряды, и два неполярных «хвоста» (длинная алифатическая цепь сфингозина и ацильный радикал жирной кислоты).
Сфингомиелины являются самыми распространенными сфинголипидами. Они находятся, в основном, в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань. Собственно название сфингомиелины отражает их функцию в живых тканях, где они образуют миелиновую оболочку вокруг нервных волокон в тканях печени, почек и других органов.
В некоторых сфингомиелинах, например выделенных из мозга и селезенки, вместо сфингозина найден спирт дигидросфингозин (восстановленный сфингозин):
СН 3 -(СН 2) 14 -СН-СН-СН 2 -СН 2 ОН
Дегидросфингозин
Из фосфолипидов растительного происхождения (из кукурузного зерна) выделен аминоспирт, весьма похожий на сфингозин:
Фитосфингозин
Этот же спирт найден в дрожжах и грибах, а недавно в мозге и почках человека, что указывает на возможность существования аналогичных фосфолипидов в растительных и животных объектах.
Сфингофосфолипиды не растворимы в серном эфире, что используют при их отделении от фосфатидов. Они характеризуются также трудной растворимостью в ацетоне и большей устойчивостью к действию окислителей, чем фосфатиды.
Сфинголипидам свойственны весьма сложные пространственные конфигурации, связанные с возможностью оптической изомерии (два асимметричных углеродных атома в молекуле) и цис-транс-изомерии по месту двойной связи. Этим объясняется их органная и видовая специфичность. Кроме того, установлено, что органная специфичность сфинголипидов зависит от качественного состава высших жирных кислот: так, для сфинголипидов мозга характерно присутствие нервоновой кислоты.
Гликолипиды
Вторую группу сложных липидов образуют гликолипиды (от греч. glykys-сладкий и липиды). Они характеризуются тем, что полярная моно- или олигосахаридная составляющая (глюкоза, галактоза, глюкозамин, галактозамин, их N-ацетильные производные и др.) через остаток многоатомного спирта (глицерин, сфингозин) соединяется с неполярными радикалами высших жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, лигноцериновой, нервоновой, цереброновой и др.) гликозидной исложноэфирной связями.
В зависимости от природы липидной части гликолипиды можно разделить на четыре группы:
1) гликозилдиглицериды, липидная часть которых представляет собой остаток глицерина, ацилированный в положения 1 и 2 высшими жирными кислотами;
2) гликосфинголипиды, в которых липидным фрагментом является церамид - остаток высшего аминоспирта (сфингозинового основания), N-ацилированного высшей жирной кислотой;
3) полипренилфосфатсахара, у которых липидная часть молекулы представляет собой остаток полипренола Н(СН 2 С(СН 3)=СНСН 2) n ОН;
4) гликолипиды микроорганизмов, в состав которых входят остатки высших жирных кислот, ацилирующих остатки сахаров или неуглеводных компонентов молекулы.
Подавляющее большинство гликолипидов относятся к первым двум группам и являются важными компонентами мембран.
Церамиды - основа гликолипидов. Водород в гидроксильной группе церамида может быть замещён на разные углеводные фрагменты, что определяет принадлежность гликолипида к определённому классу.
