Биоорганическая химия. Учебное пособие

Тема 13. Биологическая роль липидов, их классификация

18 : 1; 9, где первая цифра — число углеродных атомов, вторая — число двойных связей, следующие цифры — номера ближайших к карбоксильной группе атомов углерода, вовлеченных в образо вание двойной связи).

Физиологически важные насыщенные жирные кислоты — капроновая (С6), каприловая (С8), каприновая (С10), лауриновая (С12), миристиновая (С14), пальмитиновая (С16), стеариновая

(С18), арахиновая (С20), бегеновая (С22) и лигноцериновая (С24). Физиологически важные ненасыщенные жирные кислоты —

пальмитиновая (16 : 1; 9), олеиновая (18 : 1; 9), эруковая (22 : 1; 13), линолевая (18 : 2; 9, 12), линоленовая (18 : 3; 9, 12, 15), арахидоно вая (20 : 4; 5, 8, 11, 14) и клупанодоновая (22 : 5; 7, 10, 13, 16, 19).

Наличие двойной связи в цепи жирной кислоты ограничивает вращение углеродных атомов относительно друг друга, что обес печивает существование ненасыщенных жирных кислот в виде геометрических (цис и транс ) изомеров. Природные ненасы щенные жирные кислоты почти всегда имеют цис конфигу рацию.

2. Глицериды и воск. Глицериды (ацилглицериды или ацил глицеролы) — сложные эфиры трехатомного спирта глицерина

ивысших жирных кислот. При этерификации жирными кислота ми всех трех гидроксильных групп молекулы глицерина образуются триглицериды триацилглицеролы, при этерификации двух или одной гидроксильной групп — ди и моноглицериды (диацил

имоноацилглицеролы) соответственно:

141

Тема 13. Биологическая роль липидов, их классификация

O

||

OCH2 — O — C — R1

|||

CH2 — O — C — R3 Триглицерид (триацилглицерол)

Триглицериды составляют основную массу нейтральных жи ров. Нейтральные жиры находятся в организме в двух формах — протоплазматического жира (внутриклеточного жира, имеющего постоянный качественный и количественный состав) и запасно го, резервного жира, количество которого постоянно меняется.

Жирные кислоты в триглицеридах могут быть насыщенными и ненасыщенными. Чаще всего встречаются пальмитиновая, стеа риновая и олеиновая кислоты. Простыми триглицеридами являются те, у которых все кислотные радикалы представлены одной жирной кислотой, смешанные триглицериды имеют разные жирные кисло ты в радикалах. Названия смешанных триглицеридов составляют в зависимости от входящих в их состав жирных кислот, при этом связь остатка жирной кислоты с соответствующей гидроксильной группой глицерина обозначают цифрами 1, 2 и 3.

Физико химические свойства триглицеридов определяются входящими в их состав жирными кислотами. Температура плавле ния триглицеридов повышается по мере увеличения числа и длины остатков насыщенных жирных кислот и снижается по мере укоро чения цепей насыщенных и увеличения содержания ненасыщен ных жирных кислот. Животные жиры содержат большое количест во насыщенных жирных кислот, благодаря чему они твердые при комнатной температуре. Растительные жиры (масла) содержат много ненасыщенных жирных кислот, поэтому при комнатной температуре они жидкие.

Глицериды способны вступать во все химические реакции, свойственные сложным эфирам. В промышленности широко ис

142

Тема 13. Биологическая роль липидов, их классификация

пользуется реакция гидрогенизации жирных кислот с целью по лучения маргарина:

R–CH=CH–(CH2)7–CH3 + H2 → R–CH2–CH2–(CH2)7–CH3 Масло Твердый жир

В клинике используется реакция с йодом для определения степени насыщенности жирных кислот, входящих в состав три глицеридов. Йодное число — масса йода в граммах, присоеди няющегося к 100 г жира. Чем оно больше, тем выше степень не насыщенности жирных кислот. Норма йодного числа — 64 г.

Гидролиз триглицеридов (омыление) может происходить под действием ферментов, кислот или щелочей и приводит к образо ванию глицерина и смеси жирных кислот:

Гидролиз жиров в организме идет под действием ферментов тонкого кишечника, которые активируются желчными кислотами.

Воска — сложные эфиры высших жирных кислот и высших одно или двухатомных спиртов с числом углеродных атомов бо лее 16:

Воска образуют защитную смазку на коже человека и живот ных, предохраняют растения от высыхания, являются нормаль ными метаболитами некоторых микроорганизмов.

143

Тема 14. Фосфолипиды, гликолипиды и стероиды

ФОСФОЛИПИДЫ, ГЛИКОЛИПИДЫ Тема 14. И СТЕРОИДЫ

1. Определение и классификация фосфолипидов. ГлицерофосJ фолипиды и сфингофосфолипиды. Фосфолипиды — сложные эфи ры многоатомных спиртов глицерина или сфингозина и высших жирных кислот и фосфорной кислоты. В их состав входят также азотсодержащие вещества — холин, этаноламин и серин. Фосфо липиды подразделяются на глицерофосфолипиды и сфингофос фолипиды (в зависимости от многоатомного спирта, входящего в их состав). Наиболее широко распространены в животных тка нях глицерофосфолипиды.

Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты, состоят из глицерина, жирных кислот, фосфорной кис лоты и обычно азотсодержащих соединений:

O

|

O H2C—O—C—R1

|||

R2—C—O—CH O

|||

H2C—O—P—O—R3

|

O–

R1 и R2 — радикалы жирных кислот, а R3 — радикал азотисто го соединения.

Глицерофосфолипиды обладают выраженными полярны ми свойствами за счет того, что часть их молекул (радикалы жир ных кислот) гидрофобна, а другая (фосфорная кислота и радикал азотистого соединения) гидрофильна. При помещении в воду глицерофосфолипиды образуют мицеллы.

Глицерофосфолипиды подразделяются в зависимости от ха рактера азотистого основания на фосфатидилфолины (лецити ны), фосфатидилэтаноламины (кефалины) и фосфатидилсерины. Вместо азотистого основания глицерофосфолипиды могут содер

144

Тема 14. Фосфолипиды, гликолипиды и стероиды

жать шестиуглеродный циклический спирт — инозит, такие ли пиды называют фосфатидилинозитолами.

1. Фосфатидилхолины (лецитины) — глицерофосфолипиды, состоящие из глицерина, остатков жирных кислот и фосфорной кислоты и азотистого основания — холина:

O

|

O H2C—O—C—R1

|||

2. Фосфатидилэтаноламины содержат азотистое основание — этаноламин:

O

|

O H2C—O—C—R1

|||

R2—C—O—CH O

|||

H2C—O—P—O—CH2—CH2—N+ H3

|

O–

Фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины встречаются в организме человека и животных в наибольшем количестве, они метаболически связаны друг с другом и являются главными ли пидными компонентами мембран клеток.

145

Тема 14. Фосфолипиды, гликолипиды и стероиды

3. Фосфатидилсерины содержат остаток аминокислоты сери на. Они участвуют в синтезе фосфатидилэтаноламинов:

O

|

O H2C—O—C—R1

|||

R2—C—O—CH O

|||

H2C—O—P—O—CH2—CH—N+ H3

||

O– COO–

4. Фосфатидилинозитолы в качестве радикала R3 содержат шестиуглеродный циклический спирт инозитол:

O

|

OH2C—O—C—R1

Гидролиз фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов при водит к отщеплению жирной кислоты в положении 2 с образова нием лизофосфолипидов (лизофосфатидилхолинов или лизофос фатидилэтаноламинов), оказывающих сильное гемолитическое действие.

Наиболее широко распространенные сфинголипиды (сфингоJ фосфолипиды) — сфингомиелины, находящиеся в мембранах кле ток. Особенно богата ими нервная ткань. Сфингомиелины об

146

Тема 14. Фосфолипиды, гликолипиды и стероиды

разуют жирная кислота, двухатомный ненасыщенный спирт сфингозин, азотистое основание (чаще холин) и фосфорная кис лота:

CH3—(CH2)12—CH=CH—CH—CH—NH—C—R

|| |

Холин

2. Гликолипиды и стероиды. Гликолипиды — сложные липиды, содержащие углеводный фрагмент. В животных тканях гликоли пиды представлены в основном гликосфинголипидами, состоя щими из церамида, построенного из спирта сфингозина и остат ка жирной кислоты, и одного или нескольких остатков сахаров. К гликолипидам относятся галактозилцерамиды глюкозилцера миды.

Галактозилцерамиды встречаются в основном в нервной тка ни, содержат гексозу (чаще всего D галактозу) и жирные кислоты с 24 углеродными атомами (лигноцериновую, нервоновую или це реброновую):

CH3–(CH2)12–CH=CH–CH–CH–NH–C–CH–(CH2)21–CH3

147

Тема 14. Фосфолипиды, гликолипиды и стероиды

Структура галактозилцерамида

Сульфогалактозилцерамиды имеют в своем составе остаток сер ной кислоты, присоединенный к третьему углеродному атому гексо зы. Сульфогалактозилцерамиды содержатся в белом веществе мозга.

Глюкозилцерамиды содержат вместо остатка галактозы остаток глюкозы. Они находятся в тканях, отличных от нервной. Из глюко зилцерамидов образуются ганглиозиды, содержащие дополнитель но одну или несколько молекул сиаловой кислоты. Вместо остатка глюкозы они чаще содержат сложный олигосахарид. Ганглиозиды содержатся в больших количествах в нервной ткани, выполняют рецепторные функции.

H3C–CO–NH

N ацетилнейраминовая кислота

Ганглиозид — гемато

Стероиды — широко распространенные в природе соедине ния, относящиеся к неомыляемым жирам. К стероидам относят ся гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кисло ты, витамины группы D, сердечные гликозиды и др. В основе структуры стероидов лежит циклопентанпергидрофенантрен:

46

148

Тема 14. Фосфолипиды, гликолипиды и стероиды

Стероиды имеют много потенциальных стереоизомеров. Каж дое из колец A, B и C может принимать пространственные конфор мации «лодки» либо «кресла». В природных стероидах все кольца находятся в форме «кресла», являющейся более устойчивой. По от ношению друг к другу кольца могут находиться в цис и трансполо жении.

Среди стероидов выделяется группа соединений, называемых стеринами. Для них характерно наличие гидроксильной группы в положении 3 и боковой цепи в положении 13. Важнейший пред ставитель стеринов — холестерин — является ненасыщенным спир том, все кольца которого находятся в трансположении:

Кольцевая структура холестерина отличается большой жест костью, в то время как боковая цепь относительно подвижна. Гид роксильная группа при C 3 может быть этерифицирована жирной кислотой с образованием эфиров холестерина — холестеридов.

Холестерин содержится во всех клетках млекопитающих, вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницае мость клеточной мембраны, оказывает регулирующее влияние на со стояние мембраны и активность связанных с ней ферментов. Хо лестерин — источник образования желчных кислот и половых гормонов. Продукт его окисления — 7 дегидрохолестерин — под действием солнечных лучей в коже превращается в витамин D3.

149

Тема 14. Фосфолипиды, гликолипиды и стероиды

3.Переваривание и всасывание липидов. Липиды поступают

ворганизм с пищей животного и растительного происхождения (ежесуточно около 90 г), имеют важное энергетическое значение, участвуют в образовании клеточных мембран, являются раствори телями витаминов. С жирами вводятся некоторые полиненасыщен ные кислоты, которые относятся к категории незаменимых (лино левая, линоленовая, арахидоновая).

Триацилглицериды содержатся в пищевых жирах, мясе, бога тый источник жиров — куриное яйцо, особенно желток (до 31%). Фосфатидами и холестерином богаты желток куриного яйца, икра, печень, мозги.

Переваривание липидов происходит в двенадцатиперстной кишке, где сосредоточены липаза (сок поджелудочной железы) и конъюгированные желчные кислоты в составе желчи. Желчные кислоты, являясь амфифильными соединениями, ориентируются на границе раздела жира и воды, погружаясь гидрофобной частью молекулы в каплю жира, а гидрофильной оставаясь в водной сре де, что приводит к снижению поверхностного натяжения и к дроб лению капель жира. На поверхности мельчайших мицелл сорби руется липаза, гидролизующая эфирные связи в молекуле липидов. В результате триацилглицерид теряет остатки жирных кислот, последние усиливают эмульгирование липидов. Всасы ваться могут негидролизованные жиры и продукты их гидролиза. Около 3/4 липидов всасываются в виде моноацилглицеридов.

Желчные кислоты образуют мицеллы с жирными кислотами и моноацилглицеридами, что позволяет проникать в клетки слизи стой оболочки. В толще слизистой оболочки желчные кислоты вы свобождаются, поступают в портальный кровоток, с током крови —

впечень, затем секретируются в желчные капилляры, используясь повторно. Потери желчных кислот с калом компенсируются их синтезом в печени. Нарушение желчеобразования или поступле ния желчи в кишечник приводит к выделению жиров в неперева ренном виде с калом (стеаторея).

В клетках кишечника продукты переваривания жиров всту пают в процесс ресинтеза, образуя липиды, свойственные данно му организму. Ресинтезированный жир и частично продукты пе

150