Стероиды. Холестерин.

Стероиды – спирты со стерановым скелетом, к которым относятся как немембранные липиды (из них наиболее важны гормоны), так и компоненты мембран. В перечень мембранных компонентов стероидного ряда входят холестерин, ситостерин, тетрахименин. В тканях животных распространен холестерин.

В растительных клетках холестерин не обнаружен, его заменяют фитостерины. У бактерий стероиды отсутствуют.

Холестерин и его эфиры – непременные составляющие плазматических мембран клеток животных.

При этом холестерин легче встраивается в мембрану, чем его эфиры (рис. 807231651).

Рис. 807231651. Структурная формула холестерина (А), и его упаковка в бислое (Б). Звездочкой отмечен гидроксил, используемый для образования эфиров холестерина. I – область полярных голов; II – область, упорядочиваемая холестерином; III – область более подвижных цепей.

Молекула холестерина не содержит длинных прямых цепочек, а состоит из четырех колец (рис.  807231651).

Холестерин, как и другие липидные молекулы, имеют полярную голову и вытянутую в длину неполярную часть. Поэтому они хорошо встраиваются в бислойные липидные структуры, образующие клеточные мембраны (рис.  807231651).

Особенно много холестерина содержится в наружных мембранах. Например, в плазматической мембране клеток печени холестерин составляет около 30% всех мембранных липидов.

Роль холестерина в биомембранах

Было показано, что холестерин влияет на подвижность жирнокислотных хвостов мембранных липидов. Если мембрана слишком ригидна и существует опасность «застывания» жирнокислотных цепей, холестерин вызывает ее разжижение, поскольку цепи в его присутствии становятся более подвижными. Если же мембрана слишком «жидкая», то холестерин ее уплотняет.

Для мутантных клеток, которые не могут синтезировать холестерин, необходимо его присутствие в культуральной среде. В его отсутствии мембраны быстро разрушаются.

Таким образом, холестерол играет роль регулятора, обеспечивающего правильную упаковку липидной части мембраны, необходимую для ее нормальной работы.

Жирные кислоты и их пространственная конфигурация

9

И фосфо-, и гликолипиды включают в состав молекул различные жирнокислотные радикалы. Холестерин и его аналоги также способны образовывать эфиры с разнообразными жирными кислотами. Вследствие этого свойства образующихся при этом липидов сильно варьируют.

При всем разнообразии жирных кислот преобладающими для данной ткани являются обычно две или три из них. В организме животных кроме пальмитиновой и олеиновой кислот содержатся большие количества стеариновой кислоты, а также и более высокомолекулярные кислоты с числом атомов углерода 20 и более. Как правило, они имеют четное количество атомов углерода; жирные кислоты с нечетным числом атомов встречаются только в составе цереброзидов и ганглиозидов.

Число двойных связей в молекулах жирных кислот колеблется от 1 до 6 и зависит от среды обитания, состава пищи, сезона и т.д. Двойные связи в жирных кислотах животного происхождения разделены метиленовой группировкой –СН=СН-СН2-СН=СН-.

Углеродные связи в молекулах жирных кислот имеют различную конформацию (рис. 807231854).

Рис. 807231854. Пространственная конфигурация жирных кислот

1 – насыщенная углеводородная цепь в транс‑конформация, 2 – ненасыщенная цепь в цис‑конформации, 3 – насыщенная цепь в гош‑конформации.

По своей структурной конфигурации насыщенные жирные кислоты сильно отличаются от ненасыщенных.

Насыщенные жирные кислоты могут принимать множество конфигураций вследствие высокой свободы вращения вокруг одиночных С-С связей. Энергетически наиболее выгодной является транс-конфигурация.

Ненасыщенные жирные кислоты имеют жесткую структуру, поскольку вращение вокруг двойных связей невозможно. Ненасыщенные жирные кислоты содержат двойные связи почти всегда в цис-конформации (рис. 807231854), транс‑ненасыщенные жирные кислоты в природе почти не встречаются.

Цис-конфигурация двойной связи обусловливает изгиб цепи под углом приблизительно 30º. По этой причине цис-ненасыщенные жирные кислоты с одной двойной связью вызывают локальные возмущения бислоя.

При этом длина такой цепи уменьшается, а занимаемый ею объем возрастает. В области локализации двойных цис-связей образуются изгибы (так называемая гош‑форма).

При повышении температуры тепловая подвижность жирнокислотных цепей приводит к спонтанному возникновению изгибов.

Если изгибы, соответствующие гош-конформации, появляются на близлежащих участках жирнокислотной цепи, эта область может принимать вид петли или полости (кинк). В результате взаимопревращения транс- и гош-конформаций (так называемого транс‑гош-перехода) кинки могут «скользить» вдоль цепи, обеспечивая перемещение их содержимого поперек мембраны.

Таким образом может осуществляться диффузия захваченной воды через гидрофобный бислой.

При повышении плотности упаковки бислоя конфигурационная подвижность С-С-связей ограничивается. В таком бислое подвижность цепей ограничена согласованными колебаниями или вращательной подвижностью около точки прикрепления жирнокислотных радикалов к полярной «головке» фосфолипида. В этой ситуации в бислое наиболее предпочтительны две конформации цепи: когда вся цепь находится в транс-конфигурации или когда имеется «двойной гош», то есть изгибы, возникающие на двух соседних участках цепи вследствие образования гош-конформации, компенсируют друг друга, и вся цепь в целом не имеет изгибов.