Филиппович Ю.Б. - Основы Биохимии

Среди стеролов широко распространены копформационвыe изомеры. На­

пример, известен изомер холестанола - копростанол, у которого иное взаимо­ расположение в пространстве составляющих его циклов:

Но.........-........

н

н

HO-..IE--

н

При рассмотрении приведеШIЫХ выше формул холестанола и копро­

станола легко заметить, что у первого циклы А и В расположены по отношению друг к другу в транс-, а у второго-в цисположении. Хо­

лестанол в небольших количе~твах присутствует в тканях животных (наряду с большим количеством холестерола). Копростанол найден в экскрементах

животных, так как в виде копростанола восстановленный холестерол вы­

водится из организма.

Характерной особенностью конформационных природных изомеров

стеролов является то, что у них ОН-группа при 3-м углеродном атоме

расположена по ту же сторону цикла, что и СИз-группа при lO-м

углеродном атоме. Такая конформация обозначается как (3, а проти­

воположная ей-как а.

Стеролы-кристаллические вещества, хорошо растворимые в хлорофор­

ме, серном эфире и горячем спирте, практически не растворимые в воде;

устойчивы к действию гидролизующих агентов. В организме животных стеро­

лы окисляются и дают начало целой плеяде производных, носящих общее

название стероиды. Сюда относятся многие соединения, из которых упомянем

лишь несколько характерных представитеJIей:

Н

- Холевые КIIслоты-важнейшие ингредиенты желчи, обеспечивающие нор­

мальный ход всасывания жирных кислот в кишечнике человека и животных.

Эстрадиол и тестостерон-соответственно женский и мужской половые гормо­ ны, оказывающие огромное влияние на процессы жизнедеятельности (см.

Сложные эфиры зоо- и фитостеролов с высшими жирными кислотами образуют группу омыляемых веществ-стеридов:

380

Из выспrnх жирных кислот В составе стеридов обнаружены в основном

пальмитиновая, стеариновая и олеиновая кислоты. Однако в стеридах, пред­

ставляющих, например, главную составную часть ланолина (фракция, жира

овечьей шерсти), найдены миристиновая, арахидоновая и церотиновая кисло­

ты, а также специфические высшие жирные кислоты с разветвленной углерод­

ной цепью-ланопальмитиновая, ланостеариновая и др.

Все стериды, так же как и стеролы,-твердые, бесцветные вещества (от греч. cmepeoc-твердыЙ). В природе, особенно в составе животных организ­

мор, они встречаются в виде комплексов с белками, функциональное значение

которых сводится к транспорту стеролов, стероидов и стеридов, а также

к участию в образовании биологических мембран. При увеличении содержа­

ния стеролов и стеридов в составе липидной части мембран уменьшается

проницаемость последних, возрастает их вязкость, ограничивается их подвиж­

щ)сть, ингибируется активность ряда ферментов, встроенныIx в мембрану. Стериды и стеролы регулируют Ii другие процессы в организме. Некоторые из

производных стеролов являются канцерогенными веществами, тогда как дру­

гие (например, тестостеронпропионат) используют для лечения некоторых видов рака. Стериды и стеролы в больших количествах входят в состав нервной ткани человека и животных; значение и функции их здесь активно

исследуют.

СЛОЖНЫЕ ЛИПИДЫ

Фосфолипиды. фосфолипиды-сложныIe эфиры многоатомныIx спиртов

свысшими жирными кислотами, содержащие остатки фосфорной кислоты

исвязанные с нею добавочныIe группировки (азотистые основания, аминокис­

лоты, глицерин, инозит И др.).

Из многоатомных спиртов в составе различных фосфолипидов найдено

три: глицерин, миоинозит и сфингозин:

пунктиром обозначена

ось симметрии)

В соответствии с этим фосфолипиды делят на три группы: глицерофосфоли­ пиды, инозитфосфолипиды и сфингофосфолипиды. Глицерофосфолипиды час­

то называют фосфатидами, так как их можно рассматривать как производные

фосфатидной кислоты (см. ниже), а инозитфосфолипиды-фосфоииозитидами.

381

В качестве высших жирных кислот в молекулах фосфолипяДов содержатся

пальмитиновая, стеариновая, линолевая, линоленовая и арахиДоновая кисло­

ты, а также лигноцериновая, нервоновая и др. (см. табл. 25).

В зависимости от типа фосфолипидав построении его молекулы принима­

ют участие один или два остатка высшей жирной кислоты. Фосфорная же

кислота входит, как правило, в состав фосфолипидов в количестве одной

молекулы.

Лишь некоторые виды инозитфосфолипидов содержат дВа и более остатка

фосфорной кислоты.

Азотсодержащие составляющие фосфолипидов разнообразны. Наиболее

часто встречаются этаноламин, холин и серин (см. ниже). Из химического

строения фосфолипидов ясно, что В их молекулах есть участки, способные

диаметрально противоположно взаимодействовать с молекулами раство­

рителя.

Углеводородный радикал остатка (или остатков) высших жирных кислот

формирует лиофобную часть, а остатки фосфорной кислоты и азотистого

основания, способные ионизироватъся,-лиофильную. Благодаря этой осо­

бенности фосфолипиды, видимо, участвуют в обеспечении односторонней

прояицаемости мембран субклеточных структур.

Фосфолипиды-твердые вещества жироподобного вида; они бесцветны, но быстро темнеют на воздухе вследствие окисления по дВойным связям входя­ щих в их состав непредельных кислот. Хорошо растворяются в бензоле, петролейном эфире, хлороформе и т. п. Растворимость в спирте, ацетоне и серном эфире у разных групп фосфОЛИПИдОВ различна. В воде они не

растворимы, но могут образовывать стойкие эмульсии, а в некоторых случа·

ях-коллоидные растворы.

Фосфолипиды найдены в животных и растительных оргаНИЗl\:lах, но осо­

бенно много содержит их нервная ткань человека и позвоночных животных.

У беспозвоночных содержание фосфолипидов в нервной системе в 2-3 раза

ниже. Много фосфолипидов в семенах растений, сердце и печени животных,

яйцах птиц и т. п. Специфическими фосфолипидами обладаютмикроорга­

низмы.

Фосфолипиды легко образуют комплексы с белками и в виде фосфоли­

попротеинов присутствуют во всех клетках живых существ, участву~ глав­

ным образом в формировании клеточной оболочки и внутриклеточных

мембран.

Dпщерофосфолипиды' или; фосфатиды-сложныыe эфиры глицерина, выс­ ШИХ жирных кислот, фосфорной кислоты и азотистого основания. Их рассмат­

ривают как производные фосфатидной кислоты, откуда и происходит само название этой группы фосфолипидов:

CHz-О-СО-R

~H-O-CO-R

~H.-O-P=O

н6'он

Фос:фаТiWlaJI кнсnота

в зависимости от характера азотистого основания среди фосфатидов раз­ личают фосфатидилхолин (лецитины), фосфатидилколамин (кефалины), фос"­

фатидилсерин и фосфатиДИЛтреонин:

382

СН~--О-СО-(СН2)18-СНЗ

J

CH-O-C0-(CH,),-CH=CH-(CH1),-CH.

ФоСфаТИu,llllсерин

Clit-О-СО-(СНа)II.-СН;~

I

CH-0-C0-(CH2),-CH-=CJ-I-(CHJ),-CH"

~H2-O-P-O-CH--CH-COOH

#, I I

оо- СНз N+H.

ФосфаtиднJlТpеонин

Из них лецитины наиболее распространены в природе. Наличие в лецити­

пах холина в качестве азотистого основания впервые было установлено

К. С. Дьяконовым (1867).

Три первых вида азотсодержащих фосфатид(')в, видимо, могут переходить

друг в друга, так как они отличаются лишь строением азотистых оснований,

между которыми возможна, например, такая генетическая связь:

Серки

____.... [HO-CН.-CH.-N+~::]ОН-

СН.

"опии

Некоторые фосфатиды, открытые сравнительно недавно, не содержат азо­

тистого основания, место которого в молекуле в этом случае занимают глицерин и его производные:

О он

Фосфатидилглицерин является обязательной составной частью хлоро­

пластов и в небольших количествах присутствует в бактериальных клетках

итканях животных. Кардиолипин-одно из существенно необходимых

383

соединений в составе митохондриальных мембран, особенно в МИТОХQlЩРИЯХ сердечной мышцы; он найден не только у животных, но и в растениях и у бактерий. И тот и другой способны аминоацилироваться по остатку

глицерина с образованием амивоацилфосфатидил- и аминоацилдифосфатидил­ глицеринов (их другое название-липоаминокислоты), создающих в хлоро­ пластах, где они найдены (М. И. Молчанов, 1964), резерв аминокислот для биосинтеза белков.

Обладая асимметрическим строением (2-й углеродный атом остатка гли­

церина всегда асимметричен), фосфатиды оптически активны и образуют

соответствующие стереоизомеры. Вместе с тем им свойственна изомерия за

счет перестановки остатков высших жирных кислот из а- в р-положение или

наоборот.

инозитфосфолlolиды (фосфоинозитиды) представляют группу фосфолипи­

дов, строение которой выяснено в последние 10-15 лет благодаря интенсив­

ным работам по их химичесКому синтезу, осуществленным сотрудниками,

принадлежащими к школам Н. А. Преображенского и л. Д. Бергельсона.

Простейший монофосфоинозитид построен так:

o=rУ"-o-cff,

"о {Н-o--CQ-R'

~--I. C~-o-co-R

н

Как можно видеть, он похож на фосфатид, у которого азотистое основание

заменено остатком инозита.

При наличии дВух или трех остатков фосфорной кислоты в молекуле

инозитфосфолипида все они связаны с остатком инозита. Инозитфосфолипи­

ды такого типа выделены из мозга и получены синтетически. Особенно высоко

их содержание в миелиновых оболочках нервных волокон спинного мозга. Скорость обмена фосфатных групп в фосфоинозитиддифосфатах намного пре­ выпl~тT таковую в других фосфолипидах. Благодаря наличию диссоциирован­ ных фосфатных трупп фосфоинозитпддифосфаты обеспечивают перенос ионов

через биологические мембраны. Они же являются ИСТОЧllJll(ОМ вторичиыx по­

средников, отщепляющихся в ответ на гормональный и иные сигналы (см с. 456 и 474). Многие фосфоинозитиды содержат углеводы, амины, аминокис­

лоты и сфингозин.

СфИIIГОфоСфоЛИПИl1Ы в отличие от рассмотренных выше фосфатидов и ино­

зитфосфОЛИПидОВ содержат остаток высшей жирной кислоты, соединенный

с дВухатомным аминоспиртом· (сфингозином) пептидной связью:

. 384

Оttалъные компоненты сфингофосфолипиДов-фосфорная кислота и хо­ miн-присоединены так же, как у фосфатидов. Именно в сфинголипидах в значительных количествах обнаружены ЛИПIоцериноваи и нервоиоваи кисло­ ТЫ, менее характерные для остальных групп фосфолипиДов.

Представители Этой группы фосфолипиДов, видимо, более характерны для

животного, чем для растительного мира. Однако из фосфолипидов раститель­

ного происхождения (из кукурузного зерна) выделен аминоспирт, весьма

похожий на сфингозин:

снз-(СН2)lЗ -сн-сн-сн-сн2он

I I I

он он NH2

ФитосфИВГОЗRВ

Этот же спирт найден в дрожжах и грибах, а недавно-в мозге и почках человека, что указывает на возможность существования аналогичных фосфо­ липидов в растительных и животных объектах.

СфингофосфОЛИПИды не растворимы в серном эфире, что используют при их отделении от фосфатИДов. Они характеризуются также трудной раство­

римостью в ацетоне и большей устойчивостью к действию окислителей, чем

фосфатиды.

Сфинголипидам свойственны весьма сложные пространствеiIные конфшу­

рации, 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, установ­ лено, что органная специфичность,сфинголипидов зависит от качественного

состава высших жирных кислот: так, для сфинголипидов мозга характерно присутствие нервоновой кислоты.

lЛвколипиды. Вторую группу сложных липидов образуют гликолипиды. Они характеризуются тем, что полярная моноили олигосахаридная состав­

ляющая (глюкоза, галактоза, глюкозамин, галактозамин, их N-ацетильные производные и др.) через остаток многоатомного спирта (глицерин, сфинго­

зин) соединяется с неполярными радикалами выспrnх жирных кислот (паль­

митиновой, стеариновой, олеиновой, лигноцериновой, нервоновой, цереброно­

вой и др.) гликозидной И сложноэфирной связями.

Примерами являются моногалактозилглицерин и цереброн соответст­

венно:

CН2-O-CO-R

I

CН-O~CO-R'

I

о-щ

н

н

Цереброн (ОТ лат. cerehrum-

NОЗгJ (ГЛИКОСФИНГОЛИШIД)

Глицерогликолипиды и гликосфинголипиды широко распространены II.ПРИ­

роде. Особое внимание сейчас привлекают гликосфинголипиды, содержащие ОЛИГQсахаридную компоненту, например глобозиды:

K-CO-NН-CН

I

СН2ОН 012

I

О

ЩОН

о

н ОН

Уже изучено 110 глобо-, лакто- и ганглиосфинголипидов. Они регулируют рост клеток, являются маркерами трансформации нормальных клеток в рако­ вые, обеспечивают компактизацию бластомеров во время дробления яйца,

взаимодействуют с белковыми токсинами и ВЬЩОJПIяют ряд других важней­

ших функций.

В последнее время показано, что они участвуют в процессах рецеп­

ции гормонов, факторов роста, лейкинов, в регуляции роста и диффе­

ренцировки клеток, являются иммуномодуляторами и вторичными по­

средниками.

Диольиые липиды. В природных липидах сложноэфирные связи с остатками

высших жирных кислот и фосфорной кислотой, равно как и простые эфирные

связи с остатками высших спиртов и углеводов, могут образовывать двух­

атомные спирты-этандиол. а также пропандиолы, бутандиолы и пентан­

диолы.

Такие липиды называют диольными липидами. Они широко распростра­

нены среди растений, животных и микроорганизмов в качестве минорных

компонентов липидной фракции, хотя у морских беспозвоночных и рыб неред­

ко составляют главную часть запасных липидов. ОНИ же являются структур­

ными элементами мембран эндоплазматической сети, но не митохондрий.

Замечено, что они обмениваются энергичнее, чем липиды, где функцию спирта

выполняет глицерин. Известно 9 групп диольных липидов, выделелных из различных объектов.

Орнитинолипнды. Первые указания о существовании этого нового вида

липидов относятся к 1963 г. В течение двух последующих десятилетий струк­

тура многих из них была расшифрована и высказаны предложения об их функциональной роли.

386

ОрНИТИНОJlИПИДЫ характерны для микроорrапизмов. Их непременными

составными частями являются высшие жириые Р-оксикислоты и аминокис~

лота ориитин (или лизии); В зависимости от типа строения могут присут­

ствовать также остатки этиленгликоля или 1~3-пропапдиола. Наиболее

распространенные в природе орнитинолипиды построены следующим об­

разом:

R-CO

I

О

I

R-CH-CH 2-CO-NH-CH-COOH, где R-алкил (Сll-Си)

II-ОКСИКИСЛОТЫ (со

CIIободной или ицилиро·

ваI!В"Й ОН-'l'уппоl!)

Установлено, что орнитинолипиды в микробной клетке способны заменять

фосфатидилэтаноламин в качестве структурного элемента цитоплазматиче­

ских мембран. Это особенно ярко проявляется в условиях фосфатного го­

лодаЩl;Я.

ОБМЕН JШПИДОВ

Обмеи жиров (триглицеридов). Гидролиз жиров. Первой фазой обмена жиров (триглицеридов) является гидролиз, в результате которого освобождаются

глицерин и высшие жирные кислоты. Реакция гидролиза триглицеридов уско­ ряется гидролазой эфиров глицерина-л и паз ой.

Гидролиз триглицеридов идет ступенчато: сначала распадаются две внеш­

ние сложноэфирные связи (сх-связи). Уравнение этой реакции приведено выше (см. с. 129). Так осуществляется, например, гидролиз триглицеридов в кишеч­

нике человека и животных при каталитическом воздействии липазы подже­

лудочной железы (М=48 000, мономер). Р-Моноглицериды всасываются

стенкой кишечника и либо идут на ресинтез триглицеридов уже в кишечной

стенке, либо распадаются далее под действием иеспецифических эстераз,

способных ускорять реакции гидролиза сложных эфиров вторичных спиртов.

Примером может служить гидролиз Р-моноглицерида в присутствии али­

эстеразы печени:

387

В растительном царстве липазыI широко распространены в семенах и вегетативных органах растениЙ._ Специфичность их к а- иР-глицеридам

не установлена, а из дрожжевых грибков выделена липаза, атакующая в равной мере и а- и (3-связи (М = 55 000, мономер, содержит 7% углево­

Дов). Среди липаз из микроскопических грибов зафиксированы множе­

ственные формм. Различают простые липазы, которые каtалитически уско­ ряют освобождение высших жирных кислот и-з свободных триглицеридов,

и липопротеинлипазы, способствующие гидролизу свЯ.занных с белками

липидов.

Третичная структура дрожжевой липазы выяснена. Ее полипептидная цепь

(430 аминокислотных остатков) сложена в глобулу (7 х 7 х 5 нм), В центре

которой находится активный центр, включающий остаток гистидина. Выска­

заны предположения и о структуре активного центра панкреатической липазы:

ведущую роль в нем играют радикалы гистидина, серина, дикарбоновых аминокислот и изолеЙцина. Как и в случае других гидролаз, радикал гистиди­

на служит для переноса протонов, а радикал серина-для акцептирования

ацильной группы, высвобождающейся в момент распада сложноэфирной свя­

зи В молекуле триглицерида. Радикал изолейцина взаимодействует с углеводо­

родным радикалом остатка высшей жирной кислоты и способствует закрепле­

нию молекулы триглицерида в активном центре фермента (рис. 122). Выясне­

но, что активность липаз регулируется путем их фосфорилирования­

дефосфорилирования:

(неактивная) • (активная)

АТФ

t Неактивная липаза

цАМФ (дефОСфорилирована)

Аденилат-

циклаза рр

(активируется rормонально)

АТФ

Распад глицерина и высших жирных кислот. В обмене жиров

характерно широкое использование продуктов их распада для ресинтеза.

Поэтому значительная часть I3-моноглицеридов, глицерив:а и овободных выс­

ших жирных кислот, освобождающихся при гидролизе триглицеридов, ис­

пользуется для ресинтеза триглицеРИДQВ же, но несколько иного состава

и строения, характерного для того или иного организма (если для этого используются пищевые жиры) или органа (если идет перестройка жиров в пределах организма).

Так как новообразованные жиры неизбежно отличаются от распавшихся

триглицеридов по строению и соотношению остатков высших жирных кислот

(в соответствии с их видовой или тканевой специфичностью), то часть выс­

ших жирных кислот и некоторая доля глицерина подвергаются дальнейшей

деструкции.

388

CНZ-O-CO-R~

I

Глицерин независимо от того, поступил ли он на ресинтез жиров или будет

претерпевать дальнейший распад, прежде всего фосфорилируется. Донором

остатка фосфорной кислоты в этой реакции служит АТФ. Процесс ускоряется

.соответствующей фосфотрансферазой:

Глицерофосфат в основном идет на синтез иовых молекул триглицеридов,

но часть его окисляется с образованием диоксиацетон~фосфата:

389