ЛИПИДЫ

Липидами (от греч. - жирный) называют природные неполярные соединения, полностью или почти полностью не растворимые в воде, но растворимые в неполярных растворителях, например, хлороформе, сероуглероде, эфире и горячем этаноле. Главным отличительным свойством этой группы достаточно разнородных веществ является их неполярность, которая в некоторых случаях объясняется наличием в этих соединениях одной или большего числа жирных кислот, содержащие длинные алифатические углеводородные цепи. Содержание липидов в организме составляет 10 - 20% от массы тела.

Липиды выполняют следующие биологические функции:

1.Являются компонентами мембран, во многом определяющих их проницаемость.

2.Служат одной из основных форм запасания углерода и энергии (1г жира при окислении дает 9,3 ккал).

3.Могут быть предшественниками других важных соединений.

4.Выполняют роль защитных барьеров, предохраняющих от термического, электрического и физического воздействий.

5.Входят в состав защитных оболочек, предохраняющих от инфекции и излишней потери или накопления воды. Жиры являются источниками эндогенной воды.

6.В некоторых случаях это витамины и гормоны.

7.Участвуют в приведении нервных импульсов, так как входят в состав миелиновых оболочек.

Есть классификация, основанная на содержании в составе жира того или иного спирта. Соответственно выделяют глицеринсодержащие, сфингозинсодержащие липиды и холестерин и его производные.

Есть классификация липидов по их структуре:

1. Простые липиды. 2.Сложные липиды. 3. Производные липидов.

К простым жирам относятся только эфиры жирных кислот и спиртов. В состав сложных липидов помимо жирных кислот и спиртов входят и другие компоненты. Среди сложных липидов выделяют фосфоацилглицерины, сфингомиелины, цереброзиды и ганглиозиды. К производным липидов относятся все соединения, которые нельзя четко отнести к простым или сложным липидам, например, стероиды, каротиноиды и витамины липидной природы. Многие из них образуются из углеводородных цепей, входивших в состав жирных кислот.В состав простых и сложных липидов обязательно входят жирные кислоты.По сути, это - карбоновые кислоты с длинной алифатической цепью. Природные жирные кислоты весьма разнообразны.

Для удобства выделяют следующие группы: 1.Большинство ЖК представляют собой монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводородные цепи с четным числом атомов (обычно С₁₂ - С₂₀). Реже встречается ЖК с более короткими цепями или с нечетным числом атомов углерода. 2.Часто встречаются кислоты, содержащие этиленовые (ненасыщенные, двойные) связи (обычно это С₁₈ - С₂₀ кислоты). Если присутствуют две или большее число двойных связей, почти всегда они разделены одной метиленовой группой: - СН = СН - СН₂ - СН = СН -.

3.В ненасыщенных кислотах с двойными связями почти всегда имеет место цис-конфигурации.

Большое число неполярных связей С - С и С - Н в углеродной цепи придает существенно неполярный характер всей молекуле в целом, хотя в ней имеется и полярная группа - СООН. Совершенно ясно, что соединение, в состав которого входит один или несколько остатков ЖК, будет носить неполярный характер, что является причиной нерастворимости липидов в воде, а также обуславливает сборку липидов в биомембраны.

Основные природные ЖК, входящие в состав тканей:

Насыщенные ЖК:

1. Лауриновая (С₁₂). 2. Миристиновая (С₁₄). 3. Пальмитиновая (С₁₆).

4.Стеариновая(С₁₈). 5. Арахиновая (С₂₀).

II. неНасыщенные ЖК:

1.Пальмитолеиновая (С_16:1) ∆9 . 2.Олеиновая (С_18:1) ∆9. 3.Линолевая (С_18:2) ∆9, 12

4.Линоленовая (С_18:3) ∆9, 12, 15. 5.Арахидоновая (С_20:4) ∆5, 8, 11, 14

Где (С_х:у ) ^∆Z - х - число углеродных атомов. у - число двойных связей.

Z - положение двойных связей (счет идет от - СООН).

ЖК могут окисляться ферментативным и неферментативным путем.

Н еферментативное окисление ЖК. (ПОЛ) - по двойным связям они окисляются до гидропероксикислот при действии сильных окислителей, например, Н₂О₂; О₂ ; ОН . Получившиеся соединения пероксидной природы являются токсичными формами кислородных соединений. Очень легко образуют пероксиды сложные липиды, присутствующие в биологических мембранах, так как они содержат много ненасыщенных ЖК. Это, в свою очередь может привести к окислению мембранных белков, что может оказать сильное влияние на структуру и функции мембраны. Такое разрушительное действие вызвано на первом этапе превращением пероксидов липидов в пероксид - радикалы - высокореакционноспособные агенты.Эта реакция может протекать с участием иона металла, например, железа. Прогоркание и порча пищевых продуктов обусловлены отчасти этими реакциями. Живые клетки способны защищаться от действия этих окислителей. Обезвреживание происходит при участии глютатиона, витаминов Е и С, которые выступают в роли антиоксидантов. Ферментативное окисление ЖК - так идет окисление ЖК с длинной цепью, в частности арахидоновая кислота - предшественник синтеза простагландинов. Вообще, соединения, образующиеся из С₂₀ - полиненасыщенных кислот называются эйкозаноиды. Арахидоновая кислота образуется из фосфолипидов мембран, которые под действием фосфолипазы А₂ распадаются на лизофосфолипиды и арахидоновую кислоту. Предшественником арахидоновой кислоты может быть и линолевая кислота. Простоглаидины (PG) получили свое название из-за того, что впервые были выделены из семенной плазмы, образующейся в предстательной железе. В настоящее время известно, что они присутствуют в большинстве тканей млекопитающих, однако, в крайне малых количествах (≤10^-9г).

Простогландины регулируют следующие процессы в клетках:

1. Сокращение гладких мышц.

2. Кровообращение (кровяное давление).

3. Передача нервных импульсов.

4. Участвуют в воспалительном процессе.

5. Водный и электролитный баланс.

6. Свертывание крови.

Механизм действия простогландинов связывают с наличием у клеток - мишений, контролируемых простогландинами, специфических мембранных белков - рецепторов, связывающихся с определенными простогландинами. Конечный эффект опосредован действием циклических нуклеотидов - простогландины повышают или понижают (в зависимости от природы ткани) содержание внутриклеточного цАМФ или цГМФ. Выделяют 6 основных видов PG. Общая структурная формула простогландинов показывает, что это С₂₀ - монокарбоновая кислота с циклопентановым кольцом внутри цепи. Различные простогландины имеют одну или две двойные связи в определенных положениях, а также соединяются в определенных положениях с атомами кислорода.

Биосинтез простогландинов начинается с превращения арахидоновой кислоты в два эндопероксидных интермедиата - PGG₂ (образуется первым) PGH₂. Обе реакции катализируются одним и тем же ферментом - простогландин-эндопероксид-синтазой, состоящим из двух компонентов - циклооксигеназы (присоединение О₂ и образование циклопентанового кольца) и пероксидазы (отвечает за образование гидропероксидных групп). В некоторых клетках PGG₂ и PGH₂ превращаются в другие продукты - тромбоксаны и простоциклин. Образование тромбоксанов происходит в тромбоцитах и способствует свертыванию крови, вызывая агрегацию тромбоцитов и сужение артерий. Напротив, образование простоциклина происходит в клетках, выстилающих артерии и вены и препятствует свертыванию крови, ингибируя те же процессы. Дисбаланс этих соединений в сторону, благоприятствующую агрегации тромбоцитов, может быть первопричиной образования адсорбирующих бляшек. Биохимия простогландинов объясняет терапевтическое действие аспирина, служащего эффективным средством для снятия слабой боли, воспалений, в качестве жаропонижающего средства, т.е. тех состояний, возникновение которых в определенной мере зависит от повышенного синтеза простогландинов. Аспирин снижает скорость их синтеза, выступая в роли ингибитора циклооксигеназного компонента эндопероксид-синтезы, при этом происходит ковалентная модификация важной боковой аминогруппы фермента. Другое противовоспалительное средство - индометозин также ингибирует синтезу, но не путем ковалентной модификации. Лекарства стероидной природы действуют иным образом, например, ингибируя образование арахидоновой кислоты из мембранных липидов. Недавно был открыт новый класс соединений, названный лейкотриенами. Они синтезируются лейкоцитами и содержат три сопряженные двойные связи. Это мощные активаторы сокращения гладких мышц. Особенно чувствительны к ним мелкие бронхиолы, что, вероятно, связано с затруднением дыхания у больных бронхиальной астмой. Ревматоидные артриты также обусловлены воспалительным эффектом лейкотриенов. Синтез лейкотриенов также начинается с арахидоновой кислоты, но в этом случае на нее действует фермент липоксигеназа, который превращает арахидоновую кислоту в гидропероксид. Ни аспирин, ни индометоцин на этот фермент не действуют. Наиболее сильнодействующими лейкотриенами являются соединения с тиоэфирной связью: - С - S - С -,образующиеся в результате конденсации с глютатионом.

Рассмотрим различные виды липидов:

I. Простые липиды.

Простые липиды делят на две группы:

1. Нейтральные ацилглицерины.

2. Воски.

1.Нейтральные ацилглицерины.

В зависимости от числа остатков ЖК, соединенных с трехатомным спиртом глицерином, различают моно -, ди -, триацил - глицерины. В природе наиболее часто встречаются триацильные производные. Во всех случаях простой ацилглицерин не содержит функциональных ионных групп и относится к нейтральным липидам. Ацильные боковые цепи обычно различны.

Общая формула:

О

||

СН₂О - С - R

О

||

СНО - С - R^/

О

||

СН₂О - С - R^//

В животных тканях ТАГ выполняют три основные функции:

1.В жировой ткани откладываются в запас (являясь формой запасания энергии и углерода). Это основные липиды резервных жиров, их там до 99%.

2. в виде липопротеиновых частиц (например, хиломикронов) переносятся по лимфатической системе и кровеносному руслу, распределяясь по всем тканям (при этом транспортируются те ТАГ, которые синтезировались из усвоенных ЖК).

3.ТАГ выполняют роль физической защиты и терморегулятора различных органов тела. Наиболее часто (50%) в их состав входит олеиновая кислота, 23% - пальмитиновая, 10% - линолевая, 6% - стеариновая, 5% - пальмитоолеиновая и 6% - остальное ЖК.

Для ТАГ характерны ЖК с четным числом атомов углерода, но есть и ЖК с нечетным числом углеродных атомов - их 2 - 5%, а у жиров кожи их 15 - 20%. Насыщенность определяет точку плавления жира. Жир подкожной клетчатки более насыщен, чем жир печени. Жирно-кислотный состав липидов может меняться от Т⁰ среды.

2.Воски.

Это сложные эфиры, однако, входящие в их состав и спирт (до С18) и кислота имеют длинные углеводородные цепи. Все воски совершенно не растворимы в воде. Природные воски обычно являются конечными продуктами тех метаболических путей, основная роль которых сводится к образованию защитных покрытий. Перья птиц и шкура животных имеют восковое покрытие, которое придает им водоотталкивающие свойства. Восковое покрытие листьев и плодов растений уменьшает потерю влаги и снижает возможность возникновения инфекции.

II.Сложные липиды.

Существует три основных класса сложных липидов:

1. Фосфоацилглицерины. 2. Сфингомиелины. 3. Гликолипиды.

Первые два класса называют фосфатидами или фосфолипидами из-за присутствия фосфатных групп. Все эти соединения находятся только в мембранах, являясь их основными компонентами.

1.Фосфоацилглицерины.(фаг)

Это наиболее распространенные сложные липиды. Число различных ФАГ и их относительная концентрация сильно варьирует в зависимости от типа клеток и их физиологического состояния. Несмотря на такое разнообразие, все же различают основные и минорные компоненты. Основные: фосфатилхолин (лецитин), фосфатидилэтаноламин (кефалин), фосфатидилглицерин. Минорные: фосфатидилсерин, дифосфатидилглицерин (кардиолипид), фосфатидилинозит и фосфатидная кислота. Из фосфатидной кислоты образуются все остальные ФАГ.

О

||

СН₂О - С - R

О

||

СНО - С - R₁

О

|

СН₂О - Р - R₁

|

ОН

Фосфатидная кислота.

Различные ФАГ отличаются друг от друга дополнительными группировками, присоединенными фосфоэфирной связью к фосфатидной кислоте. Состав ЖК различных ФАГ различается даже в пределах одного организма. Некоторые лецитины, например, дипальмитоиллецитин - являются основным элементом сурфактанта (ПАВ) легких - его отсутствие у недоношенных детей вызывает нарушение дыхания.

Структура некоторых ФАГ:

О О

|| ||

СН₂О - С - R СН₂О - С - R

О О

|| ||

СНО - С - R1 СНО - С - R₁

О О

|| ||

СН₂О - Р - ОН СН₂О - Р - ОН

|

О - СН₂ - СН₂ - N⁺Н₃ О - СН₂ - СН₂ - N⁺- (СН₃)₃

Фосфатидилэтаноламин Фосфатидилхолин

(кефалин) (лецитин)

О О

|| ||

СН₂О - С - R СН₂О - С - R

О О

|| ||

СНО - С - R₁ СНО - С - R₁

О О

|| ||

СН₂О - Р - ОН N⁺Н₃ СН₂О - Р - ОН ОН

| | | |

О - СН₂ - СН - СООН О - СН₂ - СН - СН₂ОН

Фосфатидилсерин Фосфатидилглицерин

О О

|| ||

СН₂О - С - R O СН₂О - С – R

| О || О

| || R_/// - C - OH₂C ||

СНО - С - R₁ O | СНО - С - R₁

| О || | О

| || R^// - С – ОНС ||

СН₂О - Р – ОН О | СН₂О - Р - ОН

| || | |

О - СН₂ - СН - СН₂О - Р - ОН₂С О

ОН

| ОН |

ОН

ОН

OH

OH

Дифосфатидилглицерин Фосфатидилинозит

(кардиолипид)

Составляет до 15% всех липидов миокарда Иногда в фосфоацилглицеринах одна из ЖК замещается альдегидом, в таком случае образуются плазмалогены.

СН₂ - О - СН = СН - R^/

О

||

СН - О - С - R²

О

||

СН₂ - О - Р - ОН

|

ОН

В этих структурах отчетливо проявляется, что соединения имеют два разных района: неполярный гидрофобный “хвост” и полярную гидрофильную “голову”. Такую двойственную природу называют алифатической ( от греч. - двухсторонний и чувство).