21. Характеристика складних ліпідів, фізіологічне значення.

Ліпіди — клас біоорганічних сполук, характерною ознакою яких с нерозчинність у воді й інших полярних розчинниках та здатність до розчинення в неполярних (гідрофобних) рідинах. Неполярні розчинники (діетиловий ефір, тетрахлорметан, хлороформ тощо) використовують для екстрагування ліпідів із біологічних об'єктів.

Залежно від хімічної структури компонентів, що вивільняються за умов повного гідролізу, ліпіди поділяються на такі класи: Фосфоліпіди (Гліцерофосфоліпіди. Сфінгофосфоліпіди), Гліколіпіди. (Глікозилгліцероли, Глікосфінголіпіди).

Складні ліпіди — ліпіди, що при гідролізі вивільняють спирт (гліцерол. сфінгозин, інозит), а також фосфат, аміносполуки, вуглеводи. Складні ліпіди є полярними, амфіфільними сполуками і більшість із них виконує структурні функції, входячи до складу біологічних мембран.

Фосфоліпіди поділяються на 2 групи: гліцерофосфоліпіди, що містять як і жири, спирт гліцерин, так і сфінгофосфоліпіди, що замість гліцерину містять аміноспирт сфінгозин.

Гліцерофосфоліпіди можна розглядати як похідні фосфатидної кис­лоти (діацилгліцеринфосфату): де R1 і R2 — вуглеводневі радикали жирних кислот, a R3 — зали­шок азотових основ або, рідше, інших сполук. Залежно від структури R3, гліцерофосфоліпіди поділяються на ряд підгруп. Найбільш поши­рені холінфосфатиди(фосфатидилхоліни) і етаноламінфосфатиди, які, відповідно, містять залишки холіну й етаноламіну (фосфатидилетаноламіни і фосфатидилсерини):

Серинфосфатиди у положенні R3 містять амінокислоту серин. Інозитфосфатиди замість азотової основи містять шестиатомний циклічний спирт інозитол (інозит):

Від розглянутих вище підгруп гліцерофосфоліпідів відрізняються плазмалогени. До їх складу замість жирної кислоти у першому поло­женні входить залишок ненасиченого довголанцюгового спирту, який приєднаний простим ефірним зв'язком до гідроксилу гліцерину:

Ще одну групу гліцерофосфоліпідів складають кардіоліпіни.

Усі гліцерофосфоліпіди є амфіфільними сполуками, в яких одна частина молекули гідрофільна (включає залишки азотової основи і фос­форної кислоти), а друга — гідрофобна (хвіст), представлена вуглеводне­вими радикалами жирних кислот. Схематично їх можна зобразити так:

Гідрофільна "голівка" молекули несе заряди — позитивний, зу­мовлений залишками холіну і етаноламіну негативний і позитивний — серину, негативний — фосфорної кислоти. Внаслідок амфіфільності фосфоліпіди у водному середовищі утворюють структури з упорядко­ваним розміщенням молекул (міцели, ліпосоми) і складають подвійний ліпідний шар біологічних мембран.

Особливу роль у клітині відіграє мінорний компонент мембран — інозитолфосфатид. Продукти його гідролізу служать вторинними посе­редниками у реалізації відповіді клітини на зовнішній сигнал, що надхо­дить на плазматичну мембрану, тобто функція їх аналогічна до функції цАМФ.

Сфінгозин, структурний компонент сфінгофосфоліпідів, має гідрофобний вуглеводн. ланцюг, 2 гідрокси- і 1 аміногрупу:

Сфінголіпіди містять тільки один залишок жирної кислоти, причо­му зв'язаний не з гідроксилом, а з аміногрупою амідним зв'язком. Сполуку сфінгозину і жирної кислоти називають церамідом.

Гліколіпіди — сполуки, в яких ліпідна частина ковалентно зв'язана з вуглеводною. Гліколіпіди є складними ефірами вищих жирних кислот та гліцеролу або сфінгозину і містять у своєму складі вуглеводний компонент.

Глікосфінголіпіди—гліколіпіди, шо є ефірами N-ацилсфінгозинів (церамідів). Цей клас гліколіпідів (або сфінголіпідів) має важливе біологічне значення у зв'язку з розповсюдженням глікосфінголіпідів у складі біомембран, зокрема в нервовій тканині; до того ж, існує ряд спадкових захворювань, пов'язаних з порушенням метаболізму цього класу ліпідів. Залежно від будови вуглеводної частини молекули, глікосфінголіпіди розділяють на декілька класів: цереброзиди, гангліозиди, сульфатиди та глобозиди:

а) цереброзиди — моногексозиди церамідів; найбільш поширеними представниками є галактоцереброзиди та глюкоцереброзиди:

Гексозою частіше є галактоза. Вуглеводна частина може бути не тільки моносахаридом, а й олігосахаридом. Природними цереброзидами мембран нейронів головного мозку є галактоцереброзиди.

б) сульфатиди — сульфатовані похідні цереброзидів, найбільш поширеним представником яких є галактоцереброзидсульфат (З'-сульфогалактоцереброзид).

в) глобозиди— олігосахаридні похідні (олігогексозиди) церамідів.

Олігосахаридний залишок глобозидів найчастіше містить у своєму складі галактозу, глюкозу або N-ацетилгалактозамін. Прикладами глобозидів є дигексозид лактозилцерамід еритроцитарних мембран, тригексозид галактозиллактозилоцерамід.

г) гангліозиди — глікосфінголіпіди, що містять в олігосахаридному ланцюзі, крім галактози, глюкози та N-гексозамінів, один або більше залишків дев’ятивуглецевого моносахариду нейрамінової або N-ацетилнейрамінової (сіалової) кислоти.

Вуглеводна частина гліколіпідів мембран бере участь у розпізна­ванні клітинами молекул й інших клітин. Зокрема, глікоцераміди є анти­генами А і В мембран еритроцитів.

Гангліозиди за будовою аналогічні до цереброзидів, але їх олігосахаридний ланцюг обов'язково включає один або декілька залишків N-ацетилнейрамінової кислоти. Гангліозиди знаходяться переважно у сірій речовині мозку, в плазматичній мембрані нервових і гліальних клітин.

22. β-окислення жирних кислот, енергетичне значення.

Окислення жирних кислот відбувається в матриксі мітохондрій у результаті циклічного процесу, який включає в себе послідовне відщеплення від довголанцюговнх молекул насичених жирних кислот, що складаються з парної кількості вуглецевих атомів (пальмітинової—С16, стеаринової—С18 тощо), 2С фрагментів — циклу β-окислення.

Передумовою входження жирної кислоти на шлях окислення є її ферментативна активація, тобто перетворення в активне похідне в результаті реакції, що потребує використання молекули АТФ.

Активація жирних кислот відбувається в цитоплазмі за участю специфічних фер­ментів ацил-КоА-синтетаз(тіокіназ), що утворюють КоА-похідні жирних кислот:

Ферментативні реакції β-окислення жирних кислот:

1. Дегідрування КоА-похідних жирних кислот за участю ФАД-залежного фер­менту ацил-КоА-дегідрогенази.

У результаті реакції утворюється трансненасичене (в положеннях 2,3, або , β) КоА-похідне жирної кислоти:

2. Гідратація ненасиченого KоА-ацилу ферментом еноїл-КоА-гідратазою з утво­ренням спиртового похідного ацил-КоА —3-оксіацилу-КоА (β-гідроксіацилу-КоА):

3. Дегідрування оксипохідкого ацил-КоА НАД-залежним ферментом 3-оксіацил-КоА-дегідрогеназою. Продукт реакції— З-кетоацил-КоА (β-кетоацил-КоА):

4. Тіолітичне розщеплення 3-кетоацил-КоА за рахунок взаємодії з молекулою КоА при участі ферменту β-кетоацил-КоА-тіолази. В результаті реакції утворю­ється молекула КоА-похідного жирної кислоти, скороченого на два вуглецеві атоми, та ацетил-КоА:

У результаті одного циклу β-окислення з молекули жирної кислоти вивільняється одна молекула ацетил-КоА і, відповідно, вихідна молекула ацил-КоА скорочується на два вуг­лецевих атоми. Легко зрозуміти, що для пов­ного розщеплення до ацетил-КоА будь-якої молекули жирної кислоти з парною кількіс­тю вуглецевих атомів (n) потрібно (n/2 — 1) циклів β-окислення.

Виходячи із зазначеного, сумарне рівнян­ня β-окислення поширеної в природних триацилгліцеролах пальмітинової кислоти має вигляд:

Роль карнітину б окисленні жирних кислот:

Ферменти β-окислення жирних кислот локалізовані всередині мітохондрій але внутрішня мітохондріальна мембрана непроникна для довголанцюгових ацильних похідних КоА. Тому на внутрішній мітохондріальній мембрані функціонує спеціальна транспортна система, що включає аміноспирт карнітин, який бере участь у перенесенні молекул ацил-КоА до мітохондріального матриксу.

Транспортна функція карнітину реалізується за човниковим принципом:

а) на зн поверхні вн мітохондріальної мембрани за участю ферменту карнітин-ацилтрансферази І відбувається утворення ефіру ацил-карнітину: ацил-S-KoA  карнітин → ацилкарнітин  HS-KoA

б) тр-ний білок карнітин-ацилкарнітин-транслоказа переносить ацилкарнітин через мембрану мітохондрій;

в) на внутрішній поверхні мембрани фермент карнітин-ацилтрансфераза II розщеплює ацилкарнітин у наступній реакції: ацилкарнітин + HS-KoA → ацил-S-KoA + карнітин

Ацил-S-KoA вступає на шлях β-окислення, а вільний карнітин виходить з мітохондрій і бере участь у транспортуванні нової молекули жирної кислоти.

Енергетика β-окислення жирних кислот: 1. У кожному циклі β-окислення вивільняється одна молекула ацетил-КоА, окислення якої в циклі трикарбонових кислот супроводжується утворенням 12 АТФ. β-окислення пальмітату призводить до утв 8л ацетил-КоА, повне окислення яких до С02 та Н20 дасть 96 (12x8) молекул АТФ.

2. У кожному циклі β-окислення утворюються дві молекули відновлених коферментів—ФАДН, та НАДН, які можуть віддавати свої відновлювальні еквіва­ленти ланцюга електронного транспорту в мітохондріях, сприяючи генерації в результаті окисного фосфорилювання 2 (ФАДН2) та 3(НАДН), тобто сумарно 5 молекул АТФ. У разі повного окислення пальмітату в 7 циклах β-окислення за рахунок даного механізму утв 35 (5x7) молекул АТФ.

Враховуючи витрату 1 молекули АТФ на етапі активації жирної кислоти, за­гальна кількість молекул АТФ, що може синтезуватися в умовах повного окислен­ня до діоксиду вуглецю та води молекули пальмітату, дорівнює 130 (96+351). Виходячи з цього, можна подати сумарне рівняння окислення пальмітинової кислоти в мітохондріях: C15Н31COOH + 23 О2 + 130 АДФ + 130 Фн → 16 CO2 + 16 Н20 + 130 АТФ