КНОРРЕ_3227

Разветвленные жирные кислоты при окислении хромовой кислотой рас­ щепляются по точкам разветвления, что может быть использовано для опре­ деления этих точек.

Наряду с жирными кислотами к числу гидрофобных компонентов липи­ дов относятся менее распространенные длинноцепочечные высшие жирные спирты, которые входят в состав ряда нейтральных липидов и некоторых фосфолипидов. Спирты образуют простую эфирную связь с гидроксильной группой глицерина или других полиолов (алкильную -OAlk). Наиболее рас­ пространены спирты с четным числом углеродных атомов и неразветвленной цепью, как насыщенные, так и ненасыщенные. Основными представителями спиртов, входящих в состав липидов, являются гексадециловый (С 16), октадециловый (С18) и октадецен-9-ол (олеиновый).

§ 14.2. Простые омыляемые липиды. Триацилглицерины. Алкильные производные жирных кислот. Воска

Природными простыми омыляемыми липидами являются этерифицированные жирными кислотами по ОН-группам: глицерин, этиленгликоль, 1,2- пропан- и 1,3-бутандиолы. Из них в природе наиболее широко распростране­ ны триацилглицерины, представляющие собой нейтральные жиры или масла. Главное различие между маслом и жиром - это их агрегатное состояние при комнатной температуре: жиры являются твердыми телами, а масла - жидко­ стями. В жирах преобладают остатки насыщенных жирных кислот, а в мас­ лах - ненасыщенных. По многим важнейшим свойствам к простым омыляемым липидам близки алкильные производные глицерина и диолов, которые, строго говоря, не являются омыляемыми липидами, поскольку простая эфир­ ная связь не подвержена омылению.

В липидах млекопитающих глицериды составляют 98 % и выше от обще­ го количества липидов. В то же время в морских звездах содержится до 35 % от общего количества липидов производных гликоля с простой эфирной свя­ зью с насыщенными и ненасыщенными углеводородными остатками.

Молекула глицерина имеет ось симметрии и оптически неактивна, но при наличии в молекуле ацилглицерида ацильного или алкильного остатка толь­ ко при одном из крайних атомов или двух разных остатков при обоих цен­ тральный атом углерода глицерина становится асимметрическим. В этих случаях возможно существование двух стереоизомеров:

Для глицеридов принято использовать универсальную номенклатуру, предложенную IUPAC, которая основана на стереоспецифической нумерации (stereospecific numbering, обозначается символом sn). Согласно этой номенк­ латуре если в проекциях Фишера гидроксильная группа при атоме 2С распо­ лагается слева от него, то углеродному атому, находящемуся над атомом 2С, присваивается номер 1, а нижнему - 3. В соответствии с этим приведенные выше стереоизомеры являются 1-R и З-Я-зп-глицеридами. По данной но­ менклатуре при любых превращениях, не приводящих к обращению конфи­ гурации асимметрического центра, за каждым углеродным атомом глицери­ нового скелета сохраняется жесткая нумерация, что и отражает неравноцен­ ность положений 1 и 3 при стереоспецифических реакциях. Недостатком данной номенклатуры является то, что она не выражает общепринятым спо­ собом принадлежность к оптическим изомерам с использованием префиксов D и L, а делает это указанием места расположения заместителя у С1 и С3 Например, 0-1,2-диацилглицерид при использовании этой номенклатуры является 2,3-диацил-зп-глицеридом.

Хиральный углеродный атом, дающий образование энантиомеров, приво­ дит к существованию при наличии трех разных ацильных остатков 12 раз­ личных соединений, в том числе шести пар энантиомеров. При наличии даже всего двух различных заместителей существует шесть триацилглицеринов, в том числе три пары энантиомеров.

Природные триацилслицериды делятся на четыре типа по степени нена­ сыщенное™ входящих жирных кислот: тринасыщенные GS3, динасыщенные GS2U, мононасыщенные GSU2 и ненасыщенные GU3 (где G - остаток гли­ церина, S - остаток насыщенной жирной кислоты, a U - остаток ненасыщен­ ной жирной кислоты).

Наряду с триацилглицеридами во многих живых организмах содержатся простые эфиры диацилглицеридов (алкилдиацилглицериды). Простые эфиры диацилглицеридов с ненасыщенным алифатическим спиртом, содержащим двойную связь между а и (3 углеродными атомами, имеют z/wc-конфигу- рацию, т. е. являются цис-1 -0-(алкен-1 -ил)-2,3-диацил-зп-глицеридами. Они называются нейтральными плазмалогенами. Из них при гидролизе в кислой

среде помимо двух жирных кислот образуется ненасыщннный спирт плазмал, который претерпевает перегрупировку в альдегид.

О

c-c h 2-r

Иногда встречаются плазмалогены, содержащие две алкенильноэфирные группы.

К простым липидам также относят воска, широко распространенные в природе и входящие в состав защитного покрытия листьев растений, птичьих перьев, насекомых и морских организмов. Они обладают водооттал­ кивающими свойствами. Воска являются эфирами обычно одноатомных длинноцепочечных кислот и длинноцепочечных спиртов.

В качестве примера можно привести пчелиный воск, являющийся слож­ ным эфиром одноатомного мирисцилового спирта, содержащего 30 атомов углерода, и пальмитиновой кислоты:

СНз-(СН2)28-СН2-0-С(0)-(СН2)14СНз

Из черепной полости кашалота выделен воск - спермацет, который от­ личается от пчелиного воска тем, что вместо мирисцилового в него входит цетиловый спирт:

С16Нз1-0-С(0)-(СН2)14СНз

§14.3. Сложные липиды

Ксложным относят разнообразные липиды, содержащие наряду с гидро­ фобными компонентами гидрофильные остатки. Они представлены в живой природе двумя основными группами соединений - фосфоглицеридами, кото­ рые являются производными фосфатидной кислоты, и сфинголипидами, яв­ ляющимися производными сфингазина и церамидов.

Структурной основой первой группы сложных липидов является глице­ рофосфат. Он может существовать в виде двух оптических изомеров - sn- глицеро-3-фосфата и sn-глицеро-1 -фосфата

Фосфоглицериды и их производные широко представлены в растениях и животных и в значительно меньшей мере у бактерий. 1,2-Ди-О-ацил-от- глицеро-3-фосфаты являются важными структурными компонентами биоло­ гических мембран и предшественниками большого числа других играющих важную биологическую роль липидов.

В мягких щелочных условиях, достаточных для гидролиза сложноэфир­ ной связи глицеринового фрагмента с жирными кислотами, гидролиз фосфоэфирной связи в фосфатидной кислоте и ее производных проходит в незначи­ тельной степени. Поскольку в этих условиях происходит миграция остатка фосфата, образуется смесь жирных кислот и 3- и 2-изомеров глицерофосфата.

К фосфоглицеридам относятся и фосфатидшглщерин,

СН,-ОАс1

I

СН-ОАс2

О

II

СН20-Р-0-СН2-СН(0Н)-СН20Н

О-

представляющий собой производное фосфатидной кислоты, у которой име­ ется еще один остаток глицерина, присоединенный к гидроксилу фосфорной кислоты (1,2-диацил-8П-глицеро-3-фосфо-Г-зп-глицерин). Он является одним из самых распространенных фосфолипидов бактерий.

К фосфоглицеридам относятся и так называемые кардиолипины, пред­ ставляющие собой дифосфатидилглицерин, в состав которого входит уже три молекулы глицерина [бис-(1,2-диацил-л«-глицеро-3-фосфо)Г,3’-глицерин].

Взначительных количествах он содержится в сердечной мышце и мито­ хондриях животных, однако найден также в растениях и некоторых бактери­ ях. При гидролизе фосфатидной кислоты, фосфатидилглицерина и дифосфатидилглицерина образуется смесь одних и тех же продуктов в разном соот­ ношении.

Наконец, к фосфолипидам также относятся полярные плазмалогены, со­ держащие при 'С атоме глицерофосфата не ацильную, а алкен-1-ильную группу (т. е. липиды с простой эфирной связью).

Вприроде фосфатидные кислоты встречаются в основном в виде произ­ водных

СН2-ОАс

СН-ОАс

О

II

CH20-lj>-0X

Cl-

где Ас - ацильные остатки жирных кислот, X = NH2CH2CH2- (фосфатидшэ-

таноламин), (СН3)зЫ+СН2СН2- (фосфатидилхолин), NH2CH(COOH)CH2- (фосфотидилсерин), инозитол (фосфатидтинозитол) и другие соединения.

К остатку инозитола могут быть присоединены еще дополнительные фос­ фатные остатки или остатки сахара. Полный гидролиз таких производных осуществляется в кислой среде. В частности, из фосфатидилхолина в этих условиях образуется холин.

Второй большой группой сложных липидов являются сфинголипиды. Это существенные структурные компоненты мембран растений и животных, в особенности нервной ткани. Основой их структуры являются аминоспирт сфингозин:

CH3(CH2)12-CH=CH-CH(0H)-CH(NH2)-CH20H

или его аналог с гидратированной двойной связью (сфинганин):

СНз(СН2)12-СН(ОН)-СН(ОН)-СН(ОН)-СН(ЫН2)-СН2ОН

Последний обычно встречается в составе сфинголипидов растений и по­ этому часто называется фитосфингозидом. В сфинголипидах аминогруппа, как правило, ацилирована какой-либо длинноцепочечной жирной кислотой, т. е. сфинголипиды являются церамидами. Наряду со сфингозином, содер­ жащим 18 атомов С, в составе сфинголипидов встречаются аминоспирты другого размера с числом атомов С в пределах 12-22 атомов. Поэтому в об­

щем случае структуру аминоспиртов животного происхождения можно запи­ сать в виде

RCH=CHCH(OH)CH(NH3+)CH2OH

для спиртов животного происхождения или

RCH2CH(OH)CH(OH)CH(NH3+)CH2OH

в случае их растительного происхождения, где R - насыщенный алкильный радикал, содержащий 7-17 атомов С.

Среди жирных кислот, присутствующих в сфинголипидах, в основном обнаруживаются насыщенные, такие как пальмитиновая, стеариновая, и моноеновые кислоты.

Важной группой сфинголипидов являются фосфорсодержащие сфинголипиды, у которых первичный гидроксил этерифицирован остатками фос­ форной кислоты со связанными с ней различными азотистыми соединения­ ми, чаще всего с холином. При их гидролизе в эквимолекулярном соотноше­ нии по одному компоненту образуются жирная кислота, двухатомный аминоспирт, азотистое соединение и одна молекула фосфорной кислоты.

Наиболее широко распространенным фосфорсодержащим сфинголипи-

дом является сфингомиелин,

в значительных количествах присутствующий в головном мозге. Его также много в эритроцитах и почках.

Сфингомиелины более устойчивы к мягкому щелочному и кислотному гидролизу по сравнению с глицерофосфолипидами, на этом свойстве основа­ ны и методы их разделения. Сфингомиелины, в отличие от глицерофосфолипидов, не являются универсальными компонентами нервных клеток и появ­ ляются в составе нервной ткани лишь на определенной ступени эволюцион­ ного развития нервной системы. У высших позвоночных (млекопитающих) их содержание составляет 10-12 % от общей суммы липидов, у низших -

1-2 %, и они совсем отсутствуют у моллюсков и червей. Интересные измене­ ния наблюдаются в содержании сфингомиелинов в процессе развития орга­ низма: появляются как в мозге, так и в миелиновых оболочках к началу про­ цесса миелинизации, а затем их количество начинает расти. Причем с воз­ растом изменяется жирнокислотный состав сфингомиелинов мозга. В раннем возрасте преобладает стеариновая кислота, затем ее доля уменьшается за счет более длинных жирных кислот С22-С26, особенно нервоновой 24:1(Д14с).

В обеих группах сложных липидов важными представителями являются гликолипиды - липиды, содержащие остаток моно-, диили трисахарида, соединенного гликозидной связью с первичной оксигруппой остатка глице­ рина (гликозилдиацилглицериды) или сфингозина (гликосфинголипиды или гликозилцерамиды). Они впервые были выделены из хлоропластов водорос­ лей и высших растений и чаще всего содержат остатки галактозы и высоко­ ненасыщенных жирных кислот.

СН2ОН

Гликозилдиацилглицериды впервые были выделены из мозговой ткани животных. Дальнейшие исследования показали, что они широко распростра­ нены в растительном и животном мире в составе наружных клеточных мем­ бран. Дигликозилдиацилглицериды найдены у ряда грамположительных бак­ терий. Так, различные штаммы стафилококков содержат GlcGlc-глицериды, а пневмококки - Glc-Gal-глицериды. В их состав входят в основном остатки насыщенных и 2-гидроксиапкановых кислот. Существует несколько классов гликосфинголипидов: цереброзиды, церамидолигогексозиды, сульфатиды, ганглиозиды.

Цереброзиды (моногликозилцерамиды) впервые были обнаружены в моз­ ге и отсюда получили свое название. При их гидролизе образуется смесь в соотношении 1:1:1 сфингозинового основания, жирной кислоты и гексозы (чаще всего галактозы), т. е. они являются 1-0-(Р-0-галактопиранозил)-2-Ы- ацилсфингазинами, отличающимися только жирными кислотами, которыми ацилирована NH2-rpynna. Их называют в соответствии с названиями этих жирных кислот. Например, нервон содержит при атоме N остаток нервоновой кислоты СНз(СН2)1зСН=СН(СНг)7СООН. Аналогично цереброн содержит остаток цеброновой кислоты СНз(СН2)21СНОНСООН оксинервон - остаток оксинервоновой кислоты CH3(CH2)7CH=CH(CH2)i2CHOHCOOH и керазин -

остаток лигноцериновой кислоты.

Сходной с группой цереброзидов являются церамидолигогексозиды, в ко­ торых углеводная часть молекулы представляет собой не один, а несколько остатков с 1-»4 гликозидными связями, чаще всего церамиддигексозы и церамидтригексозы с сахарами галактозой и глюкозой. В качестве примера можно привести церамиддисахарид, содержащий в качестве дисахарида лак­ тозу цитолипин Д который был выделен из эпидермальной карциномы чело­ века и представляет собой смесь Р-лактозидов различных церамидов.

ОН

Следующей группой гликосфинголипидов являются сульфатиды - суль­ фаты цереброзидов, содержащие остаток серной кислоты. В качестве приме­ ра можно привести выделенный из растений сульфохинавозилдиглицерид:

Из-за наличия остатка сильной кислотной группировки сульфатиды легко образуют соли. Возможно, этим солям принадлежит определенная роль в процессе транспорта ионов через мембрану. Показано, что при наследст­ венном заболевании - сульфатидном липидозе (метахроматической лейкодистрофии) - происходит нарушение образования миелиновых оболочек, и со­ держание сульфатидов в сером и белом веществе мозга возрастает в 3-4 раза.

Наиболее сложными по химическому строению гликосфинголипидами являются ганглиозиды. Они представляют собой гликозилцерамиды, в угле­ водную часть молекулы которых наряду с гликопиранозой входят один или

Эти производные можно рассматривать как активированные изопрены. Простейшими продуктами превращения этих соединений являются терпены, построенные из двух изопреновых фрагментов. Такие соединения, очень раз­ нообразные по своей структуре, квалифицируют как монотерпены. В качест­ ве примеров ниже приводятся структурные формулы таких широко исполь­ зуемых в медицине и парфюмерной промышленности монотерпенов, как камфора и ментол.

Широко представлены в природе соединения, молекулы которых содер­ жат более двух изопреновых фрагментов. Соединения, содержащие три изо­ преновых фрагмента, называют сесквитерпенами. Ряд этих соединений со­ держится в различных эфирных маслах и бальзамах. К сесквитерпенам отно­ сятся некоторые гормоны насекомых (ювенильные гормоны, влияющие на их метаморфоз) и многие другие вещества, обладающие биологической актив­ ностью. Сесквитерпены образуются исходя из фарнезилпирофосфата:

(СН3)2С=СНСН2СН2С(СНз)=СНСН2СН2С(СНз)=СНСН20-Р20 63‘

Простейший представитель этого семейства веществ - спирт фарнезол, найденный в эфирном масле цветущей липы:

(СНз)2 С=СНСН2СН2С(СНз)=СНСН2СН2С(СНз)=СНСН2ОН

Из четырех изопреновых фрагментов состоят дитерпены. К их числу от­ носится спирт фитол, входящий в состав молекулы хлорофилла, витамина А и токоферолов (§ 18.5).

Изучение структуры терпенов, пути их химического синтеза и химиче­ ские превращения являются предметом раздела органической химии, извест­ ного как химия природных соединений, и в курсе биоорганической химии не рассматриваются.

Изопреноидные фрагменты являются частью большого числа витаминов, приведенных в § 18.5: А|, Е, К, Q.