9.Нуклеозидполифосфаты. Строение атф. Биороль атф.

Во всех тканях организма содержатся моно-, ди- и трифосфаты нуклеозидов. Особенно широко известны аденинсодержащие нук леотиды - аденозин-5'-фосфат (АМР), аденозин-5'-дифосфат (ADP) и аденозин-5'-трифосфат (ATP) (по другому АМФ, АДФ, АТФ).

Нуклеотиды, фосфорилированные в разной степени, способны к взаимопревращениям путем наращивания или отщепления фос фатных групп. Дифосфатная группа содержит одну, а трифосфатная - две ангидридные связи, называемые макроэргическими, поскольку они обладают большим запасом энергии. Необходимые для образования такой связи энергетические затраты восполняются за счет энергии, выделяемой в процессе метаболизма углеводов. При расщеплении макроэргической связи Р~О (обозначаемой волнистой линией) выделяется ~32 кДж/моль. С этим связана важнейшая роль АТФ как «поставщика» энергии во всех живых клетках.

АТФ: состоит из остатка аденина, рибозы, три остатка фосфорной кислоты(две макроэргические связи) . При расщеплении одной высвобождается 40кДж.

.

1.Липиды. Определение и классификация. Структурные компоненты липидов

Под названием липиды объединяют большую и относительно разнородную группу веществ, содержащихся в животных и растительных

тканях, нерастворимых в воде и растворимых в малополярных органических растворителях (эфире, бензоле, петролейном эфире и др.).

Липиды выполняют в живых организмах ряд важных функций. Они являются основными структурными компонентами клеточных мембран, играют защитную, энергетическую, теплорегуляторную роль, являются предшественниками в синтезе биологически важных веществ(из холестерина синтезируются витамин Д, желчные кислоты, стероидные гормоны).

Отмечается связь между нарушением метабо-лизма липидов и сердечнососудистымизаболеваниями. Общее в строении липидов – присутствие в их молекулах одновременно полярных(гидрофильных) и неполярных(гидрофобных) группировок. Это придает им сродство как к воде, так и к неводной фазе. Таким образом, липиды относятся к бифильным веществам, что позволяет им осуществлять свои функции на границе раздела фаз. Липиды делят на омыляемые и неомыляемые в зависимости от способности к гидролизу с образованием в щелочной среде солей высших карбоновых кислот, т.е. мыл. Омыляемые липиды могут быть двухкомпонентными (простые липиды) или состоять из трех и более компонентов (сложные липиды), т.е. образовывать при гидролизе органические соединения соответственно двух, трех и более клас-сов(смотри графлогической структуры). Неомыляемые липиды однокомпонентны в том смысле, что представляют собой производные одного негидролизующегося класса соединений.

Вделяют такие классы липидов:

Простые: сюда входят сложные эфиры жирных кислот и спирты. 1.Глицериды – это сложные эфиры 3-атомного спирта глицерина и высших жирных кислот. 2.Воски – сложные эфиры 1- или 2-атомных спиртов и высших жирных кислот.

Сложные:сложные эфиры жирных кислот со спиртами, в которые включены и иные группы. 1.Фосфолипиды. В этих жирах кроме жирных кислот и спирта включены и следы фосфорной кислоты, азотистые компоненты, а также сфинголипиды и глицерофосфолипиды. 2.Гликолипиды 3.Стероиды 4.Иные сложные жиры: аминолипиды, сульфолипиды, а также липопротеины. Производные липидов: глицерол, жирные кислоты, стеролы, альдегиды жирных кислот, жирорастворимые гормоны и витамины, углеводороды.

2. Природные высшие жирные кислоты (насыщенные и ненасыщенные): название, формулы, строение. Конформация жирных кислот.

Высшие карбоновые кислоты были выделены из жиров, поэтому получили название жирных. Они могут существовать в свободном состоянии и тогда их называют неэтерифицированные жирные кислоты (НЭЖК), или входят в состав многих липидов, ацилируя соответствую-

щие гидроксильные или аминогруппы, и определяют свойства нейтральных жиров.

Биологически важные жирные кислоты классифицируются на:

1)насыщенные: С15Н31СООН(С16 : 0) – пальмитиновая (t пл. 64оС);

С17Н35СООН (С18 : 0) – стеариновая(tпл. 70оС);

2) ненасыщенные: моноеновые С17Н33СООН (С18 : 1) – олеиновая(t пл. 14оС);

полиеновые: С17Н31СООН (С18 : 2) – линолевая (t пл. -5оС);

С17Н29СООН(С18 : 3) – линоленовая(t пл. -11оС); С19Н31СООН (С20 : 4)–

арахидоновая (t пл. -49,5оС).

Как правило, все они монокарбоновые, с четным числом углеродных атомов, с неразветвленным углеводородным ра-дикалом, зигзагообразной конформацией.У ненасыщенных карбоновых кислот одна или несколько двойных связей имеют всегда цис

конфигурацию, что приводит к сильному изгибу алифатической цепи.Ненасыщенные жирные кислоты встречаются у животных в два раза чаще, чем насыщенные. Среди жирных кислот особую роль играет арахидоновая кислота, как предшественница биологически важных веществ простагландинов, которые расширяют кровеносные сосуды, ингибируют свертывание крови, выделение желудочного сока, активируют синтез гликогена в печени, стимулируют родовую деятельность.В живых организмах высшие жирные кислоты находятся в активных формах в виде ацилкоферментов

А ( ).

Насыщенные жирные кислоты могут синтезироваться в организме из ацетилкофермента А и малонилкофермента А с участием фермен-тов и последовательного удлинения углеродной цепи. Возможен и об-ратный процесс– окисление жирных кислот, состоящий из повторяющихся четырех этапов: α,β – дегидрирование, гидратация, β-дегидрирование, тиолиз, в результате чего отщепляется ацетилкофермент А, вступающий затем в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) с образованием энергии. Так при окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты образуется 130 молекул АТ(для сравнения: при окислении одной молекулы глюкозы образуется36-38 молекул АТФ).

Для примера можно представить заключительный этап β-окисления на стадии масляной кислоты(бутирата):

3.Нейтральные липиды - простые и сложные. Естественные жиры, как смесь триацилглицеринов. Химическая структура на примере триолеина и 1-пальмито-2-олео-3-стеарина.

Триацилглицерины– сложные эфиры трехатомного спирта глице-рина и высших жирных кислот; они являются наиболее простыми и ши-роко распространенными липидами. Другие, часто употребляемые, названия этих липидов– жиры, нейтральные жиры. Триацилглицерины – основной компонент жировых депо животных и растительных клеток. В мембранах они обычно не содержатся. Важно отметить, что триацилгли-церины – то неполярные, гидрофобные вещества, поскольку они не содержат заряженных или сильно полярных функциональных групп. Простые триацилглицерины содержат остатки одинаковых кислот, смешанные – различных. Природные жиры и масла представляют собой смеси смешанных триацилглицеринов.

Строение и номенклатура триацилглицеринов:

а) Олеопальмитостеарат глицерина;

б) Олеопальмитостеарин;

в) 1-Олеоил-2-пальмитоил-3-стеароилглицерин (систематическая номенклатура).

3 Количественной характеристикой триацилглицеринов служит процентное содержание отдельных кислот, йодное число, число омыления

сложные

Омыляемые сложные липиды делят на три большие группы – фосфолипиды, сфинголипиды и гликолипиды. Фосфолипиды – липиды, при гидролизе которых в качестве одного из компонентов образуется фосфорная кислота.К ним относятся глицерофосфолипиды и некоторые сфинголипиды. Фосфолипиды характеризуются значительным содержанием ненасыщенных ЖК.

Глицерофосфолипиды –производные глицерол-3-фосфата, являются основным компонентом клеточных мебран. Природные глицерофосфолипиды имеют одинаковую конфигурацию и являются производными L-глицерол-3-фосфата, образующегося из дигидроксиацетонфосфата под действием фермента глицерофосфатдегидрогеназы.

Как правило, в природных фосфатидах в положении С1 находится остаток насыщенной ЖК, а в положении С2 – ненасыщенной. Оставшаяся свободной одна из ОН-групп фосфорной кислоты при физиологических рН (≈7,4) ионизирована. Примерами соединений этого класса являются фосфатидилинозитол, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин.

Несколько менее распространены липиды с простой эфирной связью – плазмалогены:

Сфинголипиды представляют собой структурные аналоги глицерофосфолипидов, где вместо глицерина используется сфингозин – ненасыщенный длинноцепочечный двухатомный аминоспирт. Примерами сфинголипидов служат церамиды – N-ацильные производные сфингозина, аминогруппа которых ацилирована ЖК:

Важную группу сфинголипидов составляют сфингомиелины, впервые обнаруженные в нервной ткани. В сфингомиелинах гидроксил С1 церамида ацилирован фосфорилхолиновой группой, поэтому их также можно отнести и к фосфолипидам:

Гликолипиды включают углеводные остатки, чаще всего D-галактозу, и не содержат остатков фосфорной кислоты и связанных с ней азотистых оснований. Типичные представители гликолипидов – цереброзиды и ганглиозиды. Оба этих соединения являются сфингозинсодержащими липидами, вследствие чего их можно отнести и к сфингозинам. В цереброзидах, содержащихся в миелиновых оболочнах нервных волокон остаток церамида связан с D-галактозой или D-глюкозой β-гликозидной связью:

Ганглиозиды – богатые углеводами сложные липиды, впервые выделенные из серого вещества головного мозга. В структурном отношении они сходны с цереброзидами, отличаясь тем, что вместо моносахарида они содержат олигосахаридный остаток сложной структуры.

Характерной особенностью сложных липидов является их бифильность, обусловленная присутствием в составе их молекул неполярных гидрофобных и высокополярных ионизированных гидрофильных группировок:

Находясь на поверхности раздела полярной и неполярной фаз такие липиды проявляютсвойства эмульгаторов. В составе биомембран они также обусловливают высокое электрическое сопротивление и селективную проницаемость бислоя. Поэтому большая часть анестетиков хорошо растворимы в липидной фазе, что облегчает их проникновение через мембраны нервных клеток.

4,Природные жиры и масла. Общее и различие в строении и составе. Йодное число жира, кислотное число , число омыления.

Жиры и масла (нейтральные жиры, глицеролипиды, триацилглицерины) – глицериновые эфиры высших жирных кислот (ЖК). В организме человека триацилглицерины играют роль структурных компонентов клеток и запасного вещества. Их энергетическая ценность примерно в 2 раза превышает таковую белков и углеводов. Однако, повышенное содержание триацилглицеринов в крови наряду с холестерином является фактором атерогенности. Твердые триацилглицерины называют жирами, жидкие – маслами. Простые триацилглицерины содержат остатки одинаковых ЖК, а сложные – различных. В триацилглицеринах животного происхождения, как правило, преобладают остатки насыщенных ЖК (такие триацилглицерины, как правило, твердые), в то время как в растительных организмах как правило приобладают триацилглицерины, содержащие ненасыщенные ЖК (такие триацилглицерины, как правило, жидкие). Природные жиры и масла представляют собой смеси смешанных триацилглицеринов.

Йодное число– соответствует количеству граммов йода, которое может присоединиться к 100 г жира. Состав природных жиров и масел и их йодные числа варьируют в достаточно широких пределах. Например, в сливочном масле и молоке содержится заметное количество насыщенных жирных кислот с короткой цепью, в льняном масле преобладает линолевая кислота 171(62%), а в оливковом– олеиновая кислота (84%). По значению теоретического йодного числа (выше70)

дилинолеоилстеароилглицерин можно отнести к маслам. Если йодное число меньше70, то их относят к жирам (сливочное

масло– 36; свиное сало– 59). Свежесть жира характеризуется кислотным числом– это количество граммов гидроксида калия, идущее на нейтрализацию одного грамма негидролизованного жира. Теоретически кислотное число свежего жира равно нулю. Число омыления равно числу миллиграммов гидроксида калия, идущего на взаимодействие с 1 г гидролизованного жира.Высокое число омыления указывает на присутствие в жире кислот с не-большими молекулами (масляной, капроновой и др). Малые числа омыления указывают на присутствие более высокомолекулярных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др). Так число омыления триолеина равно192. Основная функция триацилглицеринов – это запасание липидов, которые находятся в цитозоле в виде мелкодисперсных эмульгированных маслянистых капелек. В большом числе жировые клетки обнаруживаются под кожей, в брюшной полости и в молочных железах. В живых организмах различают жиры двух видов: протоплазматический, который выполняет структурную функцию, он не расходуется, количество его постоянно. Резервный жир содержится в жировых депо (подкожной клетчатке, сальнике, брыжейке), постоянно расходуется, обновляется. Температура плавления жира человека17,5оС, на 80% он состоит из олеиновой кислоты.

5.Процесс гидрирования ненасыщенных растительных масел. Напишите уравнение реакции гидрирования триолеина, назовите продукт гидрирования.

Липиды с остатками непредельных кислот присоединяют по двойным связям водород, галогены, галогеноводороды, воду в кислой среде. Важный промышленный процесс – каталитическое гидрирование (гидрогенизация) относительно дешевых ненасыщенных растительных масел с целью получения искусственного масла (маргарина):

Триолеин Тристеарин

(жидкий жир) (твердый жир)

6.Реакция гидролиза – гидролиз представляет собой первую стадию процесса утилизации жиров в организме,можно устанавливать структуру липидов, получать мыла. Реакцию гидролиза осуществляют либо под воздействием перегретого пара (промышленный метод), либо при нагревании в присутствии водных растворов минеральных кислот и щелочей (омыление).В организме гидролиз осуществляется под действием ферментов – липаз.

CH2OH-CHOH-CH2OH + 2C17H35COOH + C15H31COOH = CH2OCOC17H35-CHOCOC17H35-CH2OCOC15H31 + 3H2O-щелочной гидролиз. Продуктами его щелочного гидролиза будут глицерин, стеарат и пальмитат натрия. 

7. . Фосфолипиды. Фосфолипиды являются главными компонентами биологических мембран. По своему строению они представляют собой эфиры фосфорной кислоты и двух многоатомных спиртов – глицерина и сфингозина В целом фосфолипиды характеризуются достаточно высоким содержанием ненасыщенных кислот

Фосфолипиды делятся на-фосфоцлицериды(глицерофосфолипиды)и сфингомиелины.фосфоглицериды делятся на фосфатиды(на фосфатидил-серины,фосфатидилэтанол-амины,фосфатидил-холины) и плазмалогены

фосфатидовая кислота

8. Фосфатидилсерины. В молекуле фосфатидилсерина азотистым соединением служит остаток аминокислоты серина Фосфатидилсерины распространены гораздо менее широко, чем фос-фатидилхолины и фосфоэтаноламины, и их значение определяется в основном тем, что они участвуют в синтезе фосфатидилэтаноламинов.

Фосфатидилхолины (лецитины). в молекуле фосфатидилхолина одна из трех гидроксильных групп глицерина связана не с жирной, а с фосфорной кислотой. Таким образом, в молекуле фосфатидил-холина соединены глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорная кислота и холин:

Фосфатидилэтаноламины. Основное различие между фосфатидилхоли-нами и фосфатидилэтаноламинами – наличие в составе последних азотистого основания этаноламина 

9.

Биол.роль: фосфатидилсерин (ФС), который является функциональным компонентом мембран мозга. ФС в основном находится в клетках мозга и связан с многочисленными проявлениями активности нейронов. В последние годы большое внимание при изучении фосфолипидов уделяется именно важности ФС в работе мозга - памяти и способностям к обучению. фосфатидилсерин обладает мощной способностью нейтрализовать действие токсинов и выводить продукты распада из клетки.

Фосфатидилэтаноламин-важную роль в структуре и функции клеточных мембран, активации мембранных и лизосомальных ферментов.

10.

Фосфолипиды и сфинголипиды входят в состав клеточных мембран и определяют их проницаемость для ионов, неэлектролитов и воды. Цереброзиды и ганглиозиды участвуют в процессах распознавания химических сигналов и доведения их до внутриклеточных эффекторов, т.е. выполняют рецепторно-посредниковую роль. Липидам присуща также регуляторно-сигнальная функция.

Жидкостно-мозаичная модель мембраны В 1972 г. Сингер и Николсон (Singer, Nicolson) предложили жидкостно-мозаичную модель мембраны, согласно которой белковые молекулы плавают в жидком фосфолипидном бислое. Они образуют в нем как бы своеобразную мозаику, но поскольку бислой этот жидкий, то и сам мозаичный узор не жестко фиксирован; белки могут менять в нем свое положение. Покрывающая клетку тонкая мембрана напоминает пленку мыльного пузыря — она тоже все время «переливается».

1.Толщина мембран составляет около 7 нм.

2. Основная структура мембраны — фосфолипидный бислой.

3. Гидрофильные головы фосфолипидных молекул обращены наружу — в сторону водного содержимого клетки и в сторону наружной водной среды.

4. Гидрофобные хвосты обращены внутрь — они образуют гидрофобную внутреннюю часть бислоя.

5. Фосфолипиды находятся в жидком состоянии и быстро диффундируют внутри бислоя — перемещаются в латеральном направлении.

6. Жирные кислоты, образующие хвосты фосфолипидных молекул, бывают насыщенными и ненасыщенными.

. 7. Большая часть белков плавает в жидком фосфолипидном бислое, образуя в нем своеобразную мозаику, постоянно меняющую свой узор. 8. Белки сохраняют связь с мембраной, поскольку в них есть участки, состоящие из гидрофобных аминокислот, взаимодействующих с гидрофобными хвостами фосфо-липидов; вода из этих мест выталкивается.

9. Некоторые мембранные белки лишь частично погружены в фосфолипидный бислой, тогда как другие пронизывают его насквозь.

10. К некоторым белкам и липидам присоединены разветвленные олигосахаридные цепочки, играющие роль антенн. Такие соединения называются соответственно гликопротеинами и гликолипидами. 11. В мембранах содержится также холестерол.

12. Две стороны мембраны, наружная и внутренняя, различаются и по составу, и по функциям.

11.Стероиды – сложные органические соединения, производные замещенного циклопентанпергидрофенантрена.  Стероиды достаточно широко представлены в живой природе.  Особенностью стероидов является наличие гидроксильной или кетогрупп в третьем положении цикла. В зависимости от строения А- и В-циклов, размещения и характера заместителей в молекуле и характера боковой цепи, а также свойств и биологического действия стероиды разделяют на стерины, витамины группы Д, желчные кислоты, спирты, стероидные сапонины, алкалоиды, гормоны, биологически активные соединения растений, антибиотики (цефалоспорин). Большинство стероидов в организме выполняет важную регляторную функцию. Синтез стероидов осуществляется в организме растений и высших животных и человека. Предшественником животных и растительных стероидов является сквален, который превращается в стероиды при участии тритерпеноидных спиртов или циклоартенола (у растений).

стеран.

Лежит в основе строения молекул многих биологически и физиологически активных веществ:  Холестерин  Желчные кислоты  Стероидные гормоны  Витамин D  Кардиотонические гликозиды

12.Стерины – предшественники желчных кислот и стероидных гормонов в организме. Холестерин и его биологическая роль. Химическое строение холестерина.

Стерины– это производные стероидов, у которых в положения С3 обязательно находится гидроксильная группа, а у С 17 алифатический радикал, включающий 8 атомов углерода. Наиболее распространенным представителем стеринов является холестерин(холестерол – вторичный циклический спирт).

Очищенный холестерин–-белое кристаллическое вещество, оптически активное. В организме находится как в свободном состоянии, так в виде сложного эфира. Нарушение обмена холестерина приводит к отложению его на стенках артерий и, как следствие, уменьшению эластичности сосудов (атеросклерозу). Кроме того, он может накапливаться в виде желчных камней. При облучении УФ-светом некоторых стеринов, например, встречающегося в бактериях эргостерина (эргостерола), происходит размыкание кольца В и образование антирахитического витамина группы Д. Он содержится в яичном желтке, молоке, сливочном масле, рыбьем жире.

Биологическая роль холестерина

1Компонент клеточных мембран.

2. Необходим для синтеза:

а)витамина D;

б) желчных кислот;

в) гормонов половых желёз и коры надпочечников.

Строение холестирина:

13.Желчные кислоты. Химическое строение и биологическая роль

Желчные кислоты– производные холестерина, синтезируются в печени. Алифатическая боковая цепь у С17 состоит из 5 атомов углерода и включает концевую карбоксильную группу. Из желчи человека выделены четыре кислоты, которые по-лучили название холевых кислот. Наиболее распространенная среди них–холевая кислота. Функции желчных килот:

1. Эмульгируют жиры пищи, улучшая их усвоение.

2. Активируют фермент липазу, катализирующую гидролиз жиров в кишечнике.

3. Осуществляют перенос через слизистую стенку кишечника высших жирных кислот и холестерина.

4. Усиливают перистальтику кишечника, что способствует пищеварению. Другие желчные кислоты отличаются от холевой отсутствием одной или двух гидроксильных групп у С-7 и С-12 (дезоксихолевая и литохолевая соответственно).

Желчные кислоты находятся в организме обычно в виде парных соединений с α-аминокислотой глицином Н2N-СН2-СООН или таурином- Н2N-СН2-СН2-SО3H.

Химическое строение: