biohimiyaverstka

Триацилглицерины – наиболее простые и широко распространенные липиды. Они представляют собой эфиры глицерина и жирных кислот.

Эфиры глицерина и высших карбоновых кислот: моноацилглицериды, в которых только один гидроксильный атом водорода глицерина замещен остатком кислоты, диацилглицериды – два атома водорода, триацилглицериды – три атома водорода. Три кислотных остатка в молекуле триацилглицерина могут быть как одинаковыми (тристеарилглицерин, трипальмитоилглицерин и т. д. – простые жиры), так и разными (смешанные жиры – олеодистеаринглицерин, олеопальмитостеаринглицерин).

Триацилглицерины – это неполярные, гидрофобные вещества, практически нерастворимые в воде. Они бесцветны, не имеют запаха и вкуса (окраска и запах обусловлены примесями), легче воды. При окислении 1 г жира выделяется 39 кДж энергии, что более чем в 2 раза превосходит тепловой эффект окисления углеводов и белков.

При хранении под воздействием света, кислорода воздуха, температуры, влаги, микроорганизмов жиры подвергаются окислению и другим химическим превращениям. Образующиеся при этом перекиси, альдегиды, кетоны придают жирам неприятный горький вкус и могут быть токсичны для организма. Жиры обычно не содержатся в мембранах.

1.5.2. Жироподобные вещества (липоиды)

Воски. Природные воски – это сложные смеси эфиров высших спиртов и высших жирных монокарбоновых кис-

61

лот. Жирные кислоты содержат от 14 до 36 углеродных атомов, а высшие спирты – 16–22 углеродных атома.

O

Воски устойчивы к действию света, окислителей, нагреванию и другим физическим воздействиям, а также хуже гидролизуются, чем жиры. Именно поэтому воски в организме выполняют защитные свойства.

Фосфолипиды – сложные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот, содержащие остатки фосфорной кислоты, и связанные с нею добавочные соединения (аминоспирты, аминокислоты и др.). Фосфолипиды в зависимости от спирта, входящего в их состав, подразделяют на фосфатиды, сфингофосфолипиды и гликосфинголипиды.

В состав фосфатидов входит глицерин. Их рассматривают как производные фосфатидной кислоты, откуда и происходит название этой группы фосфолипидов:

H2C O COR1

HC O COR2 OH

OH

Фосфатиды различаются высшими жирными кислотами и добавочными соединениями, входящими в их состав. В зависимости от добавочного соединения среди фосфатидов различают фосфатидилхолин (лецитин), фосфатидилколамин (кефалин), фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилинозит.

62

Лецитин (холинфосфатиды)

H2C O COR1

HC O COR2 O

OH

Кефалин (коламинфосфатиды)

H2C O COR1

Фосфатидилинозитол

Наиболее распространены в природе лецитины.

63

Фосфолипиды составляют основу липидного бислоя биологических мембран. Липиды, которые входят в состав мембран, отличаются от триацилглицеринов и восков тем, что наряду с жирными, гидрофобными «хвостами» содержат одну или несколько полярных, гидрофильных «голов». Гидрофильные фрагменты, расположенные на внешней поверхности мембраны, образуют гидрофильный слой, а углеродные радикалы («хвосты») – внутренний липофильный (гидрофобный) слой мембраны.

ВОДНАЯ СРЕДА

ВОДНАЯ СРЕДА

Рис. 25. Расположение фосфолипидов в бислое биологической мембраны

При физиологических pH (~7) остаток фосфорной кислоты во всех фосфолипидах заряжен отрицательно, а аминогруппы (в тех соединениях, в которых они присутствуют) – положительно. Таким образом, фосфоглицериды состоят из полярной, гидрофильной «головы» и жирного, гидрофобного «хвоста» (рис. 25).

Сфинголипиды. Второй важный класс мембранных липидов, сфинголипиды, также имеют полярную «голову»

инеполярный «хвост», но не содержат глицерина. Сфинголипиды – структурные аналоги фосфолипидов, содержащие вместо глицерина жирный аминоспирт – сфингозин. Различают два подкласса сфинголипидов: церамиды

исфингомиелины.

64

Сфингозин

Церамиды – это производные сфингозина, в которых аминогруппа ацилирована высшими жирными кислотами (18–26 атомов углерода в цепи):

R CO

Карбоновая кислота

(R – углеводородный радикал)

Сфингомиелины – это производные церамидов, содержащие фосфорилхолиновую группировку, присоединенную по гидроксилу первого атома углерода:

Сфинголипиды характеризуются большей устойчивостью к действию окислителей, чем фосфолипиды. Они нерастворимы в эфире, что используется для отделения их от фосфолипидов.

Сфинголипиды в большом количестве присутствуют в мембранах клеток нервной ткани.

Гликолипиды. В состав гликолипидов входят сфингозин и углеводный компонент. В качестве углеводного компонента могут выступать глюкоза, галактоза, глюко-

65

замин, галактозамин и их ацетильные производные либо олигосахаридные цепи, которые присоединены по гидроксилу при первом атоме углерода церамида. Высшие жирные кислоты, входящие в состав гликолипидов, весьма разнообразны:

а) цереброзиды, которые в качестве третьего компонента в своем составе содержат высшую жирную кислоту (18–26 атомов углерода в цепи) и гексозу – глюкозу или галактозу):

H H R CO

Карбоновая H OH кислота Галактоза

Галактоцереброзиды

б) сульфатиды – производные цереброзидов, в которых к гексозе (глюкозе или галактозе) в положении 3 атома углерода присоединена серная кислота. Много этих гликолипидов в белом веществе мозга:

H H R C O

Карбоновая SO3 OH кислота

Галактозо-3-сульфат

Сульфатид

в) ганглиозиды – производные цереброзидов, содержащие сиаловую кислоту. Находятся ганглиозиды в ганглиозных клетках, являются структурными компонентами рецепторов.

66

Сиаловая кислота (N-ацетилнейраминовая кислота)

Стероиды – это обширная группа природных веществ, являющихся сложными эфирами специфически построенных полициклических спиртов (стеролов) и высших жирных кислот.

В отличие от всех рассмотренных выше липидов стероиды подвергаются щелочному гидролизу (омылению) с образованием соответствующих жирных кислот и спиртов. В организме человека лишь 10 % стеролов представлены стероидами, а 90 % находятся в свободном состоянии и образуют неомыляемую (негидролизующуюся) фракцию. Стеролы имеют довольно сложное строение. Ограничимся рассмотрением структуры наиболее важного в функциональном отношении для организма человека стерола – холестерола:

CH3

CH3

Холестерол

67

Ворганизме животных и человека стеролы окисляются

собразованием производных, имеющих общее название стероиды. Из высших жирных кислот в составе стероидов обнаружены, в основном, пальмитиновая, стеариновая и олеиновая кислоты.

К стероидам относятся холевые кислоты (ингредиенты желчи, способствующие всасыванию жирных кислот в кишечнике), стероидные гормоны, кортикостероиды. Тестостерон выполняет тканеобразующую функцию, нортестостерон способствует наращиванию мышечной массы, так как интенсифицирует синтез белков, однако подавляет продуцирование спермы. Кортикостероиды регулируют углеводный и солевой обмен.

Ниже приведены формулы эстрадиола и тестостеро-

на – женского и мужского половых гормонов.

Функции липидов:

•структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стероиды;

•энергетическая. При окислении жиров высвобождается большое количество энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла, расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. В организме до 33 % всей энергии АТФ обра-

68

зуется за счет окисления липидов;

•антиоксидантная. Витамины А, D, Е, К препятствуют окислению веществ;

•запасающая. Триацилглицериды являются формой хранения жирных кислот, то есть «метаболическим топливом». Это и источник воды, так как окисление 100 г жира дает примерно 105 г воды;

•защитная. Триацилглицериды в составе жировой ткани, в виде жировой прокладки, обеспечивают теплоизоляционную и механическую защиту тела и органов. Воски образуют защитную смазку;

•регуляторная. Фосфотидилинозитолы являются внутриклеточными посредниками в действии гормонов. Из полиненасыщенных жирных кислот образуются вещества, регулирующие иммуногенез, гемостаз, неспецифическую резистентность организма, воспалительные, аллергические, пролиферативные реакции. Из холестерина образуются стероидные гормоны: половые и кортикоиды, витамин D, желчные кислоты. Кроме этого, некоторые липиды, например гликолипиды, влияют на функционирование нервной системы;

•пищеварительная. Желчные кислоты, фосфолипиды, холестерин обеспечивают эмульгирование и всасывание липидов;

•информационная. Ганглиозиды обеспечивают межклеточные контакты.

Источником липидов в организме являются синтетические процессы и пища. Часть липидов в организме не синтезируются (полиненасыщенные жирные кислоты – витамин F, витамины А, D, Е, К), они являются незаменимыми и поступают только с пищей.

1.5.3. Строение биологической мембраны

В отличие от белков и полисахаридов липиды не являются биополимерами, но они способны образовывать надмолекулярные структуры, сходные или даже превыша-

69

ющие по массе макромолекулы. Такими структурами служат биологические мембраны – плоские структуры толщиной в несколько молекул, образующие сплошную перегородку между отдельными отсеками. Мембраны асимметричны: их наружная и внутренняя поверхности отличаются друг от друга.

Биологические мембраны играют важную роль в жизнедеятельности клетки и всего организма в целом. Они отделяют клетки от окружающей среды, тем самым обусловливая их индивидуальность. Мембраны образованы главным образом липидами и белками; в них имеются также углеводные компоненты, связанные с липидами и белками. Липиды мембран (в основном, фосфолипиды) в водной среде спонтанно образуют замкнутые бимолекулярные слои, непроницаемые для полярных соединений. В эукариотических клетках мембраны образуют целый ряд клеточных органелл (ядро, митохондрии) и субклеточных систем, таких как аппарат Гольджи и эндоплазматический ретикулум, которые по своей природе являются мембранами.

Однако мембраны – не только высокоорганизованные поверхности раздела, но и активные биологические системы, отвечающие за такие процессы, как селективный транспорт веществ внутрь и наружу клетки, связывание гормонов и других регуляторных молекул, передача электрических импульсов, синтез АТФ. Мембраны различаются между собой по структуре и, следовательно, по функциям.

Липиды, входящие в состав мембран, являются амфифильными соединениями. Их молекулы имеют как гидрофобные группы (углеводородные радикалы высших жирных кислот), так и гидрофильные. Гидрофильную часть называют «полярной головкой» и обозначают на рисунках в виде кружочка; гидрофобные углеводородные «хвосты» изображают в виде волнистых линий (рис. 26). Полярные «головки» липидов обращены в сторону водной среды, а гидрофобные «хвосты» составляют внутрен-

70