К чему приводит нехватка сфингомиелина в мозгу. Сфингомиелины

09.01.2022 | Анализы

Основными подклассами плазмалогенов являются фосфатидальхолины, фосфатидальэтаноламины и фосфатидальсерины. В разбавленных кислотах они гидролизуются с образованием альдегида соответствующего α,β-ненасыщенного спирта, то есть при кислотном гидролизе плазмалогенов образуются «жирные» альдегиды, называемые плазмалями, что и легло в основу термина «плазмалоген». Плазмалогены также входят в состав мембран мышц, нервных клеток, эритроцитов.

Некоторые, открытые сравнительно недавно фосфатиды, не содержат азотистого основания, место которого в молекуле в этом случае занимают глицерин и его производные:

Фосфатидилглицерин является обязательной составной частью хлоропластов и в небольших количествах присутствует в бактериальных клетках и тканях животных.

Кардиолипин - одно из необходимых соединений в составе митохондриальных мембран, особенно в митохондриях сердечной мышцы.

Сфинголипиды

Другой группой фосфолипидов являются сфинголипиды. В их состав вместо глицерина входит высший двухатомный ненасыщенный аминоспирт сфингозин (число углеродных атомов 18, двойная связь имеет транс-конфигурацию). Гидроксильные группы расположены у первого и третьего углеродного атомов, аминогруппа находится при втором атоме углерода цепи, двойная связь - при четвертом атоме углерода:

Сфингозин

Отличие сфинголипидов от глицерофосфолипидов и в том, что жирные кислоты соединяются в них не с гидроксильными группами, а с аминогруппами аминоспирта, образуя амидные связи (-СО-NH-).Эта связь образуется между карбоксильной группой жирной кислоты и аминогруппой спирта. В сфинголипидах в значительных количествах обнаружены лигноцериновая и нервоновая кислоты.

При гидроксильной группе в положении 1 в сфинголипидах имеется остаток фосфорной кислоты, который в свою очередь этерифицирован с молекулой азотистого соединения - чаще всего с холином. Общая структура сфингомиелинов выглядит так:

Cфингомиелин

Общий план построения молекулы сфингомиелина в определенном отношении напоминает строение глицерофосфолипидов. Молекула сфин-гомиелина содержит как бы полярную «головку», которая несет одновременно и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток фосфорной кислоты) заряды, и два неполярных «хвоста» (длинная алифатическая цепь сфингозина и ацильный радикал жирной кислоты).

Сфингомиелины являются самыми распространенными сфинголипидами. Они находятся, в основном, в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань. Собственно название сфингомиелины отражает их функцию в живых тканях, где они образуют миелиновую оболочку вокруг нервных волокон в тканях печени, почек и других органов.

В некоторых сфингомиелинах, например выделенных из мозга и селезенки, вместо сфингозина найден спирт дигидросфингозин (восстановленный сфингозин):

СН 3 -(СН 2) 14 -СН-СН-СН 2 -СН 2 ОН

Дегидросфингозин

Из фосфолипидов растительного происхождения (из кукурузного зерна) выделен аминоспирт, весьма похожий на сфингозин:

Фитосфингозин

Этот же спирт найден в дрожжах и грибах, а недавно в мозге и почках человека, что указывает на возможность существования аналогичных фосфолипидов в растительных и животных объектах.

Сфингофосфолипиды не растворимы в серном эфире, что используют при их отделении от фосфатидов. Они характеризуются также трудной растворимостью в ацетоне и большей устойчивостью к действию окислителей, чем фосфатиды.

Сфинголипидам свойственны весьма сложные пространственные конфигурации, связанные с возможностью оптической изомерии (два асимметричных углеродных атома в молекуле) и цис-транс-изомерии по месту двойной связи. Этим объясняется их органная и видовая специфичность. Кроме того, установлено, что органная специфичность сфинголипидов зависит от качественного состава высших жирных кислот: так, для сфинголипидов мозга характерно присутствие нервоновой кислоты.

Гликолипиды

Вторую группу сложных липидов образуют гликолипиды (от греч. glykys-сладкий и липиды). Они характеризуются тем, что полярная моно- или олигосахаридная составляющая (глюкоза, галактоза, глюкозамин, галактозамин, их N-ацетильные производные и др.) через остаток многоатомного спирта (глицерин, сфингозин) соединяется с неполярными радикалами высших жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, лигноцериновой, нервоновой, цереброновой и др.) гликозидной исложноэфирной связями.

В зависимости от природы липидной части гликолипиды можно разделить на четыре группы:

1) гликозилдиглицериды, липидная часть которых представляет собой остаток глицерина, ацилированный в положения 1 и 2 высшими жирными кислотами;

2) гликосфинголипиды, в которых липидным фрагментом является церамид - остаток высшего аминоспирта (сфингозинового основания), N-ацилированного высшей жирной кислотой;

3) полипренилфосфатсахара, у которых липидная часть молекулы представляет собой остаток полипренола Н(СН 2 С(СН 3)=СНСН 2) n ОН;

4) гликолипиды микроорганизмов, в состав которых входят остатки высших жирных кислот, ацилирующих остатки сахаров или неуглеводных компонентов молекулы.

Подавляющее большинство гликолипидов относятся к первым двум группам и являются важными компонентами мембран.

Церамиды - основа гликолипидов. Водород в гидроксильной группе церамида может быть замещён на разные углеводные фрагменты, что определяет принадлежность гликолипида к определённому классу.

2.1.2 Сфинголипиды (сфингофосфолипиды)

Сфингомиелины. Это наиболее распространенные сфинголипиды. В основном они находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань. Сфингомиелины обнаружены так же в тканях почек печени и других органов. При гидролизе сфингомиелины образуют одну молекулу жирной кислоты одну молекулу двухатомного ненасыщенного спирта сфингозина одну молекулу азотистого основания и одну молекулу фосфорной кислоты. Общую формулу сфингомиелинов можно представить так:

Общий план построения молекулы сфингомиелина в определенном отношении напоминает строение глицерофосфолипидов. Молекула сфингомиелинов содержит как бы полярную «головку», которая несет одновременно, и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток фосфорной кислоты) заряды и два неполярных «хвоста» (длинные алифатическая цепь сфингозина и ацильный радикал жирной кислоты).

2.2 Гликолипиды (гликосфинголипиды)

Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в мозге. Главной формой гликолипидов в животных тканях являются гликосфинголипиды. Последние содержат церамид, состоящий из спирта сфингозина и остатка жирной кислоты, и один или несколько остатков сахаров.

Простейшими гликосфинголипидами являются галактозилцерамиды и глюкозилцерамиды.

Галактозилцерамиды - главные сфинголипиды мозга и других нервных тканей, но в небольших количествах встречаются и во многих других тканях. В состав галактозилцерамидов входит гексоза (обычно это D-галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспирта сфингозина. Кроме того, в составе галактозилцерамида имеется жирная кислота. Чаще всего это лигноцериновая, нервоновая или цереброновая кислота, т. е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома. Существуют сульфогалактозилцерамиды, которые отличаются от галактозилцерамидов наличием остатка серной кислоты, присоединенного к третьему углеродному атому гексозы. В мозге млекопитающих сульфогалактозилцерамиды в основном находятся в белом веществе, при этом содержание их в мозге намного ниже, чем галактозилцерамидов.

Глюкозилцерамиды - это простые гликосфинголипиды, представлены в тканях, отличных от нервной, причем главным образом глюкозилпцрамидами. В небольших количествах они имеются в ткани мозга. В отличие от галактозилцерамидов у них вместо остатка галактозы имеется остаток глюкозы.

Более сложными гликосфинголипидами являются ганглиозиды, образующиеся из гликозилцерамидов. Ганглиозиды дополнительно содержат одну или несколько молекул сиаловой кислоты. В тканях человека доминирующей сиаловой кислотой является нейраминовая. Кроме того, вместо остатка глюкозы они чаще содержат сложный олигосахарид. Ганглиозиды в больших количествах находятся в нервной ткани. Они, по-видимому, выполняют рецепторные и другие функции. Одним из простейших ганглиозидов является гаметозид выделенный из стромы эритроцитов. Он содержит церамид одну молекулу глюкозы одну молекулу N- ацетилнейраминовой кислоты.

2.3 Стероиды

Все рассмотренные липиды принято называть омыляемыми, поскольку при их щелочном гидролизе образуются мыла. Однако имеются липиды, которые не гидролизуются с освобождением жирных кислот. К таким липидам относятся стероиды. Стероиды - широко распространенные в природе соединения. Они часто обнаруживаются в ассоциации с жирами. Их можно отделить от жира путем омыления (они попадают в неомыляемую фракцию). Все стероиды в своей структуре имеют ядро, образованное гидрированным фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (кольцо D).

Фенантрен Пергидрофенантрен Общая структурная основа стероидов.

К стероидам относятся, например, гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и другие соединения. В организме человека важное место среди стероидов занимают стерины (стеролы), т. е. стероидные спирты. Главным представителем стеринов является холестерин (холестерол).

Ввиду сложного строения и асимметрии молекулы стероиды имеют много потенциальных стереоизомеров. Каждое из шестиуглеродных колец (кольца А, В и С) стероидного ядра может принимать две различные пространственные конформации - конформацию «кресла» либо «лодки».

В природных стероидах, в том числе и в холестерине, все кольца в форме «кресла», что является более устойчивой конформацией. В свою очередь по отношению друг к другу кольца могут находиться в цис- или транс-положениях.

Холестерин. Как отмечалось, среди стероидов выделяется группа соединений, получивших название стеринов (стеролов). Для стеринов характерно наличие гидроксильной группы в положении 3, а также боковой цепи в положении 17. У важнейшего представителя стеринов - холестерина - все кольца находятся в транс-положении; кроме того, он имеет двойную связь между 5-м и 6-м углеродными атомами. Следовательно, холестерин является ненасыщенным спиртом. Кольцевая структура холестерина отличается значительной жесткостью, тогда как боковая цепь - относительной подвижностью. Итак, холестерин содержит спиртовую гидроксильную группу при С-3 и разветвленную алифатическую цепь из 8 атомов углерода при С-17. Химическое название холестерина 3-гидрокси-5,6-холестин. Гидроксильная группа при С-3 может быть эстерифицирована высшей жирной кислотой, при этом образуются эфиры холестерина (холестериды).

Холестерин - источник образования в организме млекопитающих желчных кислот, а также стероидных гормонов. Физиологические функции холестерина многообразны.

Охрана окружающей среды Заключение Рисунок 2 – Сетевой график дипломной работы 2.1 Объекты исследования Объектом исследования в дипломной работе являлись микроорганизмы, выделенные из различных природных жиров: нерпичьего (Н), нерпичьего, выращенного на среде с шёрстным жиром (Нв), шерстного (В) и микроорганизмы, выделенные из...

В составе липидов кроме обычных кислот, своеобразные, характерные только для этих микроорганизмов миколовые кислоты, представляющие собой высокомолекулярные b-гидроксикислоты с длинной алифатической цепью в a-положении. ЖКС липидов мицелиальных грибов во многом идентичен составу растительных масел. В связи с этим грибные липиды могут найти применение в различных отраслях народного хозяйства (...

Водяной бане 10 мин. Запах мчсного бульона определяют в процессе нагревания до 80-85С. Степень прозрачности бульона устанавливают визуально в цилиндре диаметром 20 мм. Химические исследования. К химическим исследованиям мяса птицы относятся определение количества летучих жирных кислот, определение аммиака и солей аммония, реакция на пероксидазу с бензидином, определение кислотного и пероксидного...

Внимание на выше сказанное, целесообразнее внедрять технические мероприятия на предприятии, что в свою очередь будет благотворно влиять на финансовые результаты РУП «Гомельский ОТКЗ жировой - комбинат» ГЛАВА3 ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ФИНАНСОВОГО СОСТОЯНИЯ НА РУП «ГОМЕЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЖИРОВОЙ КОМБИНАТ» 3.1 Мероприятие по внедрению более дешевого и менее энергетически...

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ

сфинголипиды.

Их биосинтез и биологическая роль

Никитин Павел 112 группа

Сфинголипидами называется группа сложных липидов, основой молекулы которых являются алифатические аминоспирты, из которых наиболее распространены сфингозин и церебрин.

СH3 (CH2)12 CH CH CH CH CH2OH СH3 ; (CH2)12 CH2 CH CH CH CH2OH

OH NH2 OH OH NH2

сфингозин церебрин (фитосфингозин)

Сфинголипиды делят на 2 основные группы:

Сфингофосфолипиды содержащие остатки фосфорной кислоты и холина (сфингомиелины) или фосфорной кислоты и инозитилгликозида (фитосфинголипиды);

сфингогликолипиды содержащие моносахариды (обычно галактозу), или олигосахариды (цереброзиды); и остатки сиаловых кислот (ганглиозиды).

Сфингомиелины являются наиболее распространенными сфинголипидами. Они в основном находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань; сфингомиелины обнаружены также в тканях почек, печени и других органов. При гидролизе сфингомиелины образуют одну молекулу жирной кислоты, одну молекулу жтрной кислоты, одну молекулу двухатомного ненасыщенного аминоспирта сфингозина, одну молекулу азотистого основания (чаще это холин) и одну молекулу фосфорной кислоты, именно поэтому сфингомиелины относятся к классу фосфолипидов. Общая структура сфингомиелинов выглядит так:

Конформация молекулы сфингомиелина в определенном отношении сходна с конформацией глицерофосфолипидов. Молекула сфингомиелина содержит полярную «головку», которая несет одновременно и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток фосфорной кислоты) заряд, и два неполярных «хвоста» (длинная алифатическая цепь сфингозина и этерифицированная жирная кислота). Следует заметить, что в некоторых сфингомиелинах, например выделенных из мозга и селезенки, вместо сфингозина найден спирт дигидросфингозин (восстановленный сфингозин).

Гликолипиды - сложные липиды, содержащие в составе молекулы углеводные группы (чаще остаток D-галактозы). Гликолипиды играют существенную роль в функционировании биологических мембран. Они содержатся преимущественно в ткани мозга, но имеются также и в кровяных клетках и других тканях. Известны три основные группы гликолипидов: цереброзиды, сульфатиды и ганглиозиды.

Цереброзиды не содержат ни фосфорной кислоты, ни холина. В их состав входит гексоза (обычно это D-галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспирта сфингозина. Кроме того, в состав цереброзида входит жирная кислота. Среди этих жирных кислот чаще всего встречается лигноцериновая, нервоновая и цереброновая кислоты, т. е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома. Структура цереброзидов может быть представлена следующей схемой;

Наиболее изученными представителями цереброзидов являются нервон, содержащий нервоновую кислоту, цереброн, в состав которого входит цереброновая кислота, и керазин, содержащий Глигноцириновую кислоту. Особенно велико содержание цереброзидов в мембранах нервных клеток (в миелиновой оболочке).

Ганглиозиды При гидролизе ганглиозидов можно обнаружить высшую жирную кислоту, спирт сфингозин, D-глюкозу и D-галактозу, а также производные аминосахаров: N-ацетилглюкозамин и N-ацетил-нейраминовую кислоту. Последняя синтезируется в организме из глюкозамина и имеет следующую формулу:

В структурном отношении ганглиозиды в значительной мере сходны с цереброзидами, с той только разницей, что вместо одного остатка галактозы они содержат сложный олигосахарид. Одним из простейших ганглиозидов является гематозид, выделенный из стромы эритроцитов:

В отличие от цереброзидов и сульфатидов ганглиозиды находятся преимущественно в сером веществе мозга и сосредоточены в плазматических мембранах нервных и глиальных клеток.

Все рассмотренные выше липиды принято называть омыляемыми, поскольку при их гидролизе образуются мыла.

Биосинтез сфинголипидов

Сфинголипиды могут синтезироваться из других соединений. Для их синтеза нужен в первую очередь сфингозин, который образуется в ходе нескольких последовательных реакций из пальмитоил-КоА и серина; необходимы активированные жирные кислоты в виде ацил-КоА-производных; необходимы также
или активированный холин в виде ЦДФ-холина для синтеза сфингомиелинов, или активированные мономеры углеводной природы в виде их УДФ-производных для синтеза цереброзидов или ганглиозидов.

Биологическая роль

I. участие в работе иммунной системы

а) Метаболизм сфинголипидов в клетках иммунной системы и образование вторичных липидных мессенджеров - церамида, сфингозина, сфингозин-1-фосфата и церамид-1-фосфата - являются частью единой сигнальной системы, контролирующей созревание, дифференцировку, активацию и пролиферацию лимфоцитов в ответ на антигены и митогены и программированную гибель клеток после осуществления эффекторной функции.

б) Продукты сфингомиелинового цикла, а также ингибитор церамидсинтазы - фумонизин В1 - влияют на экспрессию поверхностных антигенов Т лимфоцитов - CD3 , CD4 , CD8 , CD25 , CD45 , изменяют баланс между субпопуляциями лимфоцитов, ингибируют синтез ДНК в нормальных клетках тимуса и селезенки и пролиферативный ответ на митогены и супрессируют развитие иммунного ответа на Т-зависимые антигены in vivo.

Ранние фазы первичного иммунного ответа характеризуются пролиферацией специфических предшественников в особом микроокружении лимфоидной ткани, дифференцировкой в эффекторные лимфоциты и миграцией из лимфоидных органов в кровь и ткани. Миграция Т лимфоцитов, в частности, зависит от распределения антигена в нелимфоидных органах и локальной активации лимфоцитов молекулами моно нуклеарных систем.

в) Влияет на экспрессию молекул адгезии и МНС, а также на факторы миграции клеток, сфинголипиды регулируют направленное движение активированных лимфоцитов в ткани. Взаимодействие всех типов клеток-эффекторов приводит к выведению чужеродного антигена из организма. Действие сфинголипидов реализуется на уровне мишеней, общих для сигнальных путей ТСR/СD3-комплекса и сфингомиелинового цикла. Сфинголипиды являются важнейшей и незаменимой частью иммунной системы, и как следствие важной частью всего организма.

II- Участие в строении и функционировании клеточных мембран.

Сфинголипиды имеются в мембранах животных и растительных клеток; они - основной компонент миелиновой оболочки мякотных нервов и липидов мозга. В жировых отложениях почти не содержатся.

Применение в медицине

Сфинголипиды применяются для лечения онкологических заболеваний. Многие типы опухолевых клеток и новообразований могут быть уничтожены воздействиями, приводящими к повышению концентрации сфинголипида церамида. Существует много способов увеличить количество cфинголипида церамида в опухоли, но их применение осложняется тем, что cфинголипид церамида выполняет центральную роль в гомеостазе клетки: легко метаболизируется с образованием других сфинголипидов, способствующих росту опухоли, метастазированию и противодействию иммунной системе пациента. Отмечена необходимость предотвращения такой метаболической конверсии на фоне одновременной активации ферментов, участвующих в синтезе cфинголипида церамида, описаны ферменты, которые следует активировать или ингибировать, а также лекарства, метаболиты и компоненты рациона, модифицирующие каждый фермент. Освещена важность аллильной спиртовой группы в молекуле cфинголипида церамида и ряде противоопухолевых агентов, указано, что гидроксильная группа участвует в переносе фосфата от белка к белку путем образования эфира фосфата. Аллильная гидроксильная группа может также сокращать число кетонов в митохондриальных убихинонах с образованием реактивных форм кислорода. Уровень cфинголипида церамида в опухолях может быть повышен за счет прямого введения cфинголипида церамида или его аналогов; стимуляции образования cфинголипида церамида из его предшественников; путем гидролиза сфингомиелина или гидролиза гликосфинголипидов; ацилирования сфингозина. Кроме того, более высокая концентрация cфинголипида церамида может быть обусловлена замедлением его конверсии в сфингомиелин.

Сфингомиелин

Первая часть слова "сфинго" свидетельствует о том, что в состав молекулы входит вместо глицерина двухатомный ненасыщенный спирт - сфингозин. Наиболее широко распространенным в организме представителем этой группы соединений является сфингомиелин Сфингомиелин обнаружен в мембранах растительных и животных клеток; особенно богата сфингофосфолипидами нервная ткань, и в частности, мозг.

Характерной особенностью фосфолипидов является их дифильность, то есть способность растворяться как в водной среде, так и в нейтральных липидах. Это обусловлено наличием у фосфолипидов выраженных полярных свойств. При рН 7,0 их фосфатная группа всегда несет отрицательный заряд. Азотсодержащие группировки в составе фосфатидилхолина (холин) и фосфатидилэтаноламина (этаноламин) при рН 7,0 несут положительный заряд. Таким образом, при рН 7,0 эти глицерофосфолипиды представляют собой биполярные цвиттерионы и их суммарный заряд равен нулю. Остаток серина в молекуле фосфатидилсерина содержит -аминогруппу и карбоксильную группу. Следовательно, при рН 7,0 молекула фосфатидилсерина имеет две отрицательно и одну положительно заряженных группы и несет суммарный отрицательный заряд.

В то же время, радикалы жирных кислот в составе фосфолипидов не имеют электрического заряда в водной среде и таким образом обусловливают гидрофобность части молекулы фосфолипида. Наличие полярности за счет заряда полярных групп обусловливают гидрофильность. Поэтому на поверхности раздела масло-вода фосфолипиды располагаются таким образом, чтобы полярные группы находились в водной фазе, а неполярные группы - в масляной. За счет этого в водной среде они образуют бимолекулярный слой, а при достижении некоторой критической концентрации - мицеллы.]

На этом основано участие фосфолипидов в построении биологических мембран.

Обработка находящегося в водной среде дифильного липида ультразвуком приводит к образованию липосом. Липосома представляет собой замкнутый липидный бислой, внутри которого оказывается часть водной среды. Липосомы находят применение в клинике, косметологии в качестве своеобразных контейнеров и переносчиков лекарств, питательных веществ к определенным органам и для комбинированного действия на кожу.

Функциональная роль фосфолипидов не ограничивается их участием в построении биомембран. Так, они являются регуляторами активности ферментов. К примеру, фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, сфингомиелин активируют или ингибируют активность ферментов, катализирующих процессы свертывания крови. Регуляторная функция липидов заключается в том, что ряд гормонов (половые, гормоны коры надпочечников) являются производными липидов. Кроме того фосфолипиды

Выполняют детергентную функцию в кишечнике и желчном пузыре. Они являются важным структурным компонентом желчи, наряду со свободным холестеролом и с желчными кислотами. Изменение соотношения любого из этих компонентов приводит к осаждению и формированию желчных камней. Фосфолипиды - это также важный компонент смешанных мицелл, которые образуются в ходе переваривания липидов.

Является источником арахидоновой кислоты - предшественника эйкозаноидов

Являются источниками вторичных мессенджеров - диацилглицерола и инозитолтрифосфата, о чем уже упоминалось выше

Обеспечивают прикрепление белков к мембране. Некоторые внеклеточные белки прикрепляются к внешней стороне плазматической мембраны за счет образования ковалентных связей с фосфатидилинозитолом. Примером таких белков могут служить ферменты: щелочная фосфатаза, липопротеин липаза, холинэстераза.

Принимают участие в формировании транспортных форм других липидов

Могут выполнять энергетическую функцию

Явяляются компонентом сурфактанта легких (см. ниже)

Химия липидов

Липиды представляют собой обширную группу соединений, существенно различающихся по своей химической структуре и функциям. Поэтому трудно дать единое определение, которое подошло бы для всех соединений, относящихся к этому классу.

Можно сказать, что липиды представляют собой группу веществ, которые характеризуются следующими признаками: нерастворимостью в воде; растворимостью в неполярных растворителях, таких, как эфир, хлороформ или бензол; содержанием высших алкильных радикалов; распространенностью в живых организмах.

Под это определение попадает большое количество веществ, в том числе такие, которые обычно причисляют к другим классам соединений: например, жирорастворимые витамины и их производные, каротиноиды, высшие углеводороды и спирты. Включение всех этих веществ в число липидов в известной степени оправдано, потому что в живых организмах они находятся вместе с липидами и вместе с ними экстрагируются неполярными растворителями. С другой стороны, имеются представители липидов, которые довольно хорошо растворяются в воде (например, лизолецитины). Термин «липиды» является более общим, чем термин «липоиды», который объединяет группу жироподобных веществ, таких, как фосфолипиды, стерины, сфинголипиды и др.

Биологическая роль и классификация липидов

Липиды играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на их проницаемость, участвуют в передаче нервного импульса, создании межклеточных контактов. Жир служит в организме весьма эффективным источником энергии либо при непосредственном использовании, либо потенциально – в форме запасов жировой ткани. В натуральных пищевых жирах содержатся жирорастворимые витамины и «незаменимые» жирные кислоты. Важная функция липидов – создание термоизоляционных покровов у животных и растений, защита органов и тканей от механических воздействий

Существует несколько классификаций липидов. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на структурных особенностях липидов. По этой классификации различают следующие основные классы липидов.

A. Простые липиды: сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами.

1. Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы – по международной номенклатуре) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот.

2. Воска: сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных или двухатомных спиртов.

Б. Сложные липиды: сложные эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно содержащие и другие группы.

1. Фосфолипиды: липиды, содержащие, помимо жирных кислот и спирта, остаток фосфорной кислоты. В их состав часто входят азотистые основания и другие компоненты:

а) глицерофосфолипиды (в роли спирта выступает глицерол);

б) сфинголипиды (в роли спирта – сфингозин).

2. Гликолипиды (гликосфинголипиды).

3. Стероиды.

4. Другие сложные липиды: сульфолипиды, аминолипиды. К этому классу можно отнести и липопротеины.

5. Предшественники и производные липидов: жирные кислоты, глицерол, стеролы и прочие спирты (помимо глицерола и стеролов), альдегиды жирных кислот, углеводороды, жирорастворимые витамины и гормоны.

Жирные кислоты

Жирные кислоты – алифатические карбоновые кислоты – в организме могут находиться в свободном состоянии (следовые количества в клетках и тканях) либо выполнять роль строительных блоков для большинства классов липидов.

В природе обнаружено свыше 200 жирных кислот, однако, в тканях человека и животных в составе простых и сложных липидов найдено около 70 жирных кислот, причем более половины из них в следовых количествах. Практически значительное распространение имеют немногим более 20 жирных кислот. Все они содержат четное число углеродных атомов, главным образом от 12 до 24. Среди них преобладают кислоты, имеющие С 16 и С 18 (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и линолевая). Нумерацию углеродных атомов в жирно-кислотной цепи начинают с атома углерода карбоксильной группы. Примерно 3 / 4 всех жирных кислот являются непредельными (ненасыщенными), т.е. содержат двойные связи. Ненасыщенные жирные кислоты человека и животных, участвующие в построении липидов, обычно содержат двойную связь между (9-м и 10-м атомами углеводородов); дополнительные двойные связи чаще бывают на участке между 11-м атомом углерода и метильным концом цепи. Своеобразие двойных связей природных ненасыщенных жирных кислот заключается в том, что они всегда отделены двумя простыми связями, т.е. между ними всегда имеется хотя бы одна метиленовая группа (-СН=СН-СН 2 -СН=СН-). Подобные двойные связи обозначают как «изолированные».

Таблица 1 - Некоторые физиологически важные насыщенные жирные кислоты

Число атомов С	Тривиальное название	Систематическое название
6	Капроновая	Гексановая	СН 3 −(СН 2) 4 −СООН
8	Каприловая	Октановая	СН 3 −(СН 2) 6 −СООН
10	Каприновая	Декановая	СН 3 −(СН 2) 8 −СООН
12	Лауриновая	Додекановая	СН 3 −(СН 2) 10 СООН
14	Миристиновая	Тетрадекановая	СН 3 −(СН 2) 12 −СООН
16	Пальмитиновая	Гексадеконовая	СН 3 −(СН 2) 14 −СООН
18	Стеариновая	Октадекановая	СН 3 −(СН 2) 16 −СООН
20	Арахиновая	Эйкозановая	СН 3 −(СН 2) 18 −СООН
22	Бегеновая	Докозановая	СН 3 −(СН 2) 20 −СООН
24	Лигноцириновапя	Тетракозановая	СН 3 −(СН 2) 22 −СООН

В растворах жирно-кислотная цепь может образовывать бесчисленное количество конформаций вплоть до клубка, в котором имеются и линейные участки различной длины в зависимости от числа двойных связей. Клубки могут слипаться между собой, образуя так называемые мицеллы. В последних отрицательно заряженные карбоксильные группы жирных кислот обращены к водной фазе, а неполярные углеводородные цепи спрятаны внутри мицеллярной структуры. Такие мицеллы имеют суммарный отрицательный заряд и в растворе остаются суспендированными благодаря взаимному отталкиванию.

Известно также, что при наличии двойной связи в жирнокислотной цепи вращение углеродных атомов относительно друг друга ограничено. Это обеспечивает существование ненасыщенных жирных кислот в виде геометрических изомеров, причем природные ненасыщенные жирные кислоты имеют цис- конфигурацию и крайне редко транс -конфигурации.
Таблица 11 - Некоторые физиологически важные ненасыщенные жирные кислоты

Число атомов С	Тривиальное название	Систематическое название	Химическая формула соединения
Моноеновые кислоты
16	Пальмитиновая	9-гексадеценовая	СН 3 −(СН 2) 5 −СН=СН−(СН 2) 5 СООН
18	Олеиновая	9-октаддеценовая	СН 3 −(СН 2) 7 −СН=СН−(СН 2) 7 СООН
Диеновые кислоты
18	Линолевая	9,12-октадеценовая	СН 3 −(СН 2) 4 −СН=СН−СН 2 − −СН=СН− (СН 2) 7 СООН
Триеновая кислоты
18	Линоленовая	9,12,15-октадекатриеновая	СН 3 −СН 2 −СН=СН−СН 2 − −СН=СН− СН 2 − СН=СН (СН 2) 7 −СООН
Тетраеновые кислоты
20	Арахидоновая	5,8,11,14-эйкозатетраеновая	СН 3 −СН 2 −СН=СН−СН 2 − СН=СН−СН 2 − СН=СН−СН 2 − СН=СН−СН 2 − СН= − (СН 2) 5 −СООН

Считают, что жирной кислоте с несколькими двойными связями цис- конфигурация придает углеводородной цепи изогнутый и укороченный вид. По этой причине молекулы этих кислот занимают больший объем, а при образовании кристаллов упаковываются не так плотно, как транс- изомеры. Вследствие этого цис- изомеры имеют более низкую температуру плавления (олеиновая кислота, например, при комнатной температуре находится в жидком состоянии, тогда как элаидиновая – в кристаллическом). Цис- конфигурация делает ненасыщенную кислоту менее стабильной и более подверженной катаболизму.

Рисунок 23 - Конфигурация 18-углеродных насыщенных (а) и мононенасыщенных (б) жирных кислот

Биологические функции ПНЖК:

1. структурная. ПНЖК входят в состав нервных волокон, клеточных мембран, соединительной ткани.

2. защитная (повышает устойчивость организма к инфекциям, радиации).

3. повышают эластичность кровеносных сосудов, способствуют выведению избытка холестерина.

4. арахидоновая кислота является предшественником гормонов простагландинов.

Глицериды (ацилглицеролы)

Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Если жирными кислотами этерифицированы все три гидроксильные группы глицерина (ацильные радикалы R 1 , R 2 и R 3 могут быть одинаковы или различны), то такое соединение называют триглицеридом (триацилглице-рол), если две – диглицеридом (диацилглицерол) и, наконец, если этери-фицирована одна группа – моноглицеридом (моноацилглицерол):

Наиболее распространенными являются триглицериды, часто называемые нейтральными жирами или просто жирами. Нейтральные жиры находятся в организме либо в форме протоплазматического жира, являющегося структурным компонентом клеток, либо в форме запасного, резервного, жира. Роль этих двух форм жира в организме неодинакова. Протоплазматический жир имеет постоянный химический состав и содержится в тканях в определенном количестве, не изменяющемся даже при патологическом ожирении, в то время как количество резервного жира подвергается большим колебаниям.

Как отмечалось, основную массу природных нейтральных жиров составляют триглицериды. Жирные кислоты в триглицеридах могут быть насыщенными и ненасыщенными. Из жирных кислот чаще встречаются пальмитиновая, стеариновая и олеиновые кислоты. Если все три кислотных радикала принадлежат одной и той же жирной кислоте, то такие триглицериды называют простыми (например, трипальмитин, тристеарин, триолеин и т.д.), если разным жирным кислотам, то смешанными. Названия смешанных триглицеридов образуются в зависимости от входящих в их состав жирных кислот, при этом цифры 1, 2 и 3 указывают на связь остатка жирной кислоты с соответствующей спиртовой группой в молекуле глицерина (например, 1-олео-2-пальмитостеарин). Необходимо отметить, что положение крайних атомов в молекуле глицерина на первый взгляд равнозначно, тем не менее, их обозначают сверху вниз – 1 и 3. Это объясняется, прежде всего, тем, что в структуре триглицерида при пространственном ее рассмотрении крайние «глицериновые» атомы углерода становятся уже не равнозначными, если гидроксилы 1 и 3 ацилированы разными жирными кислотами.

Жирные кислоты, входящие в состав триглицеридов, практически определяют их физико-химические свойства. Так, температура плавления триглицеридов повышается с увеличением числа и длины остатков насыщенных жирных кислот. Напротив, чем выше содержание ненасыщенных жирных кислот, или кислот с короткой цепью, тем ниже точка плавления.

Животные жиры (сало) обычно содержат значительное количество насыщенных жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.), благодаря чему, при комнатной температуре они твердые. Жиры, в состав которых входит много ненасыщенных кислот, при обычной температуре жидкие и называются маслами. Так, в конопляном масле 95% всех жирных кислот приходится на долю олеиновой, линолевой и линоленовой кислот и только 5% – на долю стеариновой и пальмитиновой кислот. В жире человека, плавящемся при температуре 15°С (при температуре тела он жидкий), содержится 70% олеиновой кислоты.

Глицериды способны вступать во все химические реакции, свойственные сложным эфирам. Наибольшее значение имеет реакция омыления, в результате которой из триглицеридов образуются глицерол и жирные кислоты. Омыление жира может происходить как при ферментативном гидролизе, так и при действии кислот или щелочей.

Фосфолипиды

Фосфолипиды представляют собой сложные эфиры многоатомных спиртов глицерина или сфингозина с высшими жирными кислотами и фосфорной кислотой. В состав фосфолипидов входят также азотсодержащие соединения: холин, этаноламин или серин. В зависимости от того, какой многоатомный спирт участвует в образовании фосфолипида (глицерин или сфингозин), последние делят на 2 группы: глицерофосфолипиды и сфинго-фосфолипиды. Необходимо отметить, что в глицерофосфолипидах либо холин, либо этаноламин или серин соединены эфирной связью с остатком фосфорной кислоты; в составе сфинголипидов обнаружен только холин. Наиболее распространенными в тканях животных являются глицерофосфолипиды.

Глицерофосфолипиды. Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. В их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодержащие соединения. Общая формула глицерофосфолипидов выглядит так:

В этих формулах R 1 и R 2 – радикалы высших жирных кислот, a R 3 – чаще радикал азотистого соединения. Для всех глицерофосфолипидов характерно, что одна часть их молекул (радикалы R 1 и R 2) обнаруживает резко выраженную гидрофобность, тогда как другая часть гидрофильна благодаря отрицательному заряду фосфорной кислоты и положительному заряду радикала R 3 .

Из всех липидов глицерофосфолипиды обладают наиболее выраженными полярными свойствами. При помещении глицерофосфолипидов в воду в истинный раствор переходит лишь небольшая их часть, основная же масса липидов находится в виде мицелл. Существует несколько групп (подклассов) глицерофосфолипидов. В зависимости от характера азотистого основания, присоединенного к фосфорной кислоте, Глицерофосфо-липиды подразделяют на фосфатидилхолины (лецитины), фосфатидилэта-ноламины (кефалины) и фосфатидилсерины. В состав некоторых глицеро-фосфолипидов вместо азотсодержащих соединений входит не содержащий азота шестиуглеродный циклический спирт инозит, называемый также инозитолом. Эти липиды называются фосфатидилинозитолами.

Фосфатидилхолины (лецитины). В отличие от триглицеридов в молекуле фосфатидилхолина одна из трех гидроксильных групп глицерина связана не с жирной, а с фосфорной кислотой. Кроме того, фосфорная кислота в свою очередь соединена эфирной связью с азотистым основанием – холином [НО-СН 2 -СН 2 -N + (CH 3) 3 ]. Таким образом, в молекуле фосфатидилхолина соединены глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорная кислота и холин:

Фосфатидилэтаноламины. Основное различие между фосфатидилхолинами и фосфатидилэтаноламинами – наличие в составе последних азотистого основания этаноламина (HO-CH 2 -CH 2 -N + H 3):

Из глицерофосфолипидов в организме животных и высших растений в наибольшем количестве встречаются фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины. Эти 2 группы глицерофосфолипидов метаболически связаны друг с другом и являются главными липидными компонентами мембран клеток.

Фосфатидилсерины. В молекуле фосфатидилсерина азотистым соединением служит остаток аминокислоты серина

Фосфатидилсерины распространены гораздо менее широко, чем фосфатидилхолины и фосфоэтаноламины, и их значение определяется в основном тем, что они участвуют в синтезе фосфатидилэтаноламинов.

Фосфатидилинозитолы. Эти липиды относятся к группе производных фосфатидной кислоты, но не содержат азота. Радикалом (R 3) в этом подклассе глицерофосфолипидов является шестиуглеродный циклический спирт инозитол:

Фосфатидилинозитолы довольно широко распространены в природе. Они обнаружены у животных, растений и микроорганизмов. В животном организме найдены в мозге, печени и легких.

Плазмалогены. От рассмотренных глицеролипидов плазмалогены отличаются тем, что вместо одного остатка высшей жирной кислоты содержат остаток α,β-ненасыщенного спирта, который образует простую связь (в отличие от сложноэфирной связи, образуемой остатком жирной кислоты) с гидроксильной группой глицерина в положении С-1:

Фосфатидальхолин (плазмалоген)
Основными подклассами плазмалогенов являются фосфатидальхолины, фосфатидальэтаноламины и фосфатидальсерины. При кислотном гидролизе плазмалогенов образуются «жирные» альдегиды, называемые плазмалями, что и легло в основу термина «плазмалоген».

Кардиолипин. Своеобразным представителем глицерофосфолипидов является кардиолипин, впервые выделенный из сердечной мышцы. По своей химической структуре кардиолипин можно рассматривать как соединение, в котором 2 молекулы фосфатидной кислоты связаны с помощью одной молекулы глицерина. В отличие от остальных глицерофосфолипидов кар-диолипин является как бы «двойным» глицерофосфолипидом. Кардиолипин локализован во внутренней мембране митохондрий. Функция его пока неясна, хотя известно, что в отличие от других фосфолипидов кардиолипин обладает иммунными свойствами.

Кардиолипин
В этой формуле R 1 , R 2 , R 3 , R 4 – радикалы высших жирных кислот.

Необходимо отметить, что в природе встречается свободная фосфатид-ная кислота, но в относительно небольших количествах по сравнению с глицерофосфолипидами. Среди жирных кислот, входящих в состав гли-церофосфолипидов, обнаружены как насыщенные, так и ненасыщенные (чаще стеариновая, пальмитиновая, олеиновая и линолевая).

Установлено также, что большинство фосфатидилхолинов и фосфати-дилэтаноламинов содержат одну насыщенную высшую жирную кислоту в положении С-1 и одну ненасыщенную высшую жирную кислоту в положении С-2. Гидролиз фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов при участии особых ферментов (эти ферменты относятся к фосфолипазам А 2), содержащихся, например, в яде кобры, приводит к отщеплению ненасыщенной жирной кислоты и образованию лизофосфолипидов – лизофосфатидилхолинов, или лизофосфатидилэтаноламинов, оказывающих сильное гемолитическое действие:

Сфинголипиды (сфингофосфолипиды)

Сфингомиелины. Это наиболее распространенные сфинголипиды. В основном они находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань. Сфингомиелины обнаружены также в ткани почек, печени и других органов. При гидролизе сфингомиелины образуют одну молекулу жирной кислоты, одну молекулу двухатомного ненасыщенного спирта сфингозина, одну молекулу азотистого основания (чаще это холин) и одну молекулу фосфорной кислоты. Общую формулу сфингомиелинов можно представить так:

Стероиды

Все рассмотренные липиды принято называть омыляемыми, поскольку при их щелочном гидролизе образуются мыла. Однако имеются липиды, которые не гидролизуются с освобождением жирных кислот. К таким липидам относятся стероиды. Стероиды – широко распространенные в природе соединения. Они часто обнаруживаются в ассоциации с жирами. Их можно отделить от жира путем омыления (они попадают в неомыляемую фракцию). Все стероиды в своей структуре имеют ядро, образованное гидрированным фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (кольцо D) (рис. 1):

Рисунок 1 - Обобщенное стероидное ядро
К стероидам относятся, например, гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и другие соединения. В организме человека важное место среди стероидов занимают стерины (стеролы), т.е. стероидные спирты. Главным представителем стеринов является холестерин (холестерол).

Ввиду сложного строения и асимметрии молекулы стероиды имеют много потенциальных стереоизомеров. Каждое из шестиуглеродных колец (кольца А, В и С) стероидного ядра может принимать две различные пространственные конформации – конформацию «кресла» либо «лодки».

В природных стероидах, в том числе и в холестерине, все кольца в форме «кресла», что является более устойчивой конформацией.

Кольцевая структура холестерина отличается значительной жесткостью, тогда как боковая цепь – относительной подвижностью. Итак, холестерин содержит спиртовую гидроксильную группу при С-3 и разветвленную алифатическую цепь из 8 атомов углерода при С-17. Химическое название холестерина 3-гидрокси-5,6-холестен. Гидроксильная группа при С-3 может быть этерифицирована высшей жирной кислотой, при этом образуются эфиры холестерина (холестериды).

Каждая клетка в организме млекопитающих содержит холестерин. Находясь в составе мембран клеток, неэтерифицированный холестерин вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны и оказывает регулирующее влияние на состояние мембраны и на активность связанных с ней ферментов. В цитоплазме холестерин находится преимущественно в виде эфиров с жирными кислотами, образующих мелкие капли – так называемые вакуоли. В плазме крови как неэтерифицированный, так и этерифицированный холестерин транспортируется в составе липопротеинов.

Холестерин – источник образования в организме млекопитающих желчных кислот, а также стероидных гормонов (половых и кортикоидных). Холестерин, а точнее продукт его окисления – 7-дегидрохолестерин, под действием УФ-лучей в коже превращается в витамин D 3 . Таким образом, физиологическая функция холестерина многообразна.

Холестерин находится в животных, но не в растительных жирах. В растениях и дрожжах содержатся близкие по структуре к холестерину соединения, в том числе эргостерин.

Эргостерин – предшественник витамина D. После воздействия на эргостерин УФ-лучами он приобретает свойство оказывать противорахитное действие (при раскрытии кольца В).

Восстановление двойной связи в молекуле холестерина приводит к образованию копростерина (копростанола). Копростерин находится в составе фекалий и образуется в результате восстановления бактериями кишечной микрофлоры двойной связи в холестерине между атомами С 5 и С 6 .

Указанные стерины в отличие от холестерина очень плохо всасываются в кишечнике и потому обнаруживаются в тканях человека в следовых количествах.

Воски

Воски – это сложные эфиры жирных кислот и высших одноатомных спиртов (С 12 – С 46). Воски входят в состав защитного покрытия листьев растений и кожи человека и животных. Они придают поверхности характерный блеск и водоотталкивающие свойства, что важно для сохранения воды внутри организма и создания барьера между организмом и окружающей средой.

По внешнему виду, физическим свойствам и источникам происхождения жиры и воска имеют много общего, однако воски очень устойчивы к воздействию химических реагентов и не изменяются при длительном хранении.

Существует простой способ, помогающий их различить. При сильном нагревании жир издает резкий неприятный запах акролеина, а воск при этом имеет приятный запах.

Воски бывают растительные, животные, ископаемые и синтетические.

Растительные воски

Карнаубский воск покрывает листья бразильской пальмы Copernicia cerifera. Представляет собой сложный эфир триаконтанола СН 3 (СН 2) 29 ОН и тетракозановой кислоты СН 3 (СН 2) 22 СООН. Для получения карнаубского воска листья пальмы высушивают, из них выколачивают порошок, который вываривают в воде и выливают в формы. 2000 листьев дают около 16 кг воска. Используют карнаубский воск для изготовления мастик, кремов для обуви.

Пальмовый воск находится в углублениях кольчатого ствола восковой пальмы, откуда его соскабливают. Одно дерево дает 12 кг воска.

Японский воск добывают из лакового дерева, произрастающего в Японии и Китае.

Растительными восками покрыты фрукты, овощи и ягоды (например, черника).

Животные воски

Пчелиный воск – наиболее известный из этого вида восков – представляет собой пальмитиномирициловый эфир.

Шерстяной (шерстный) воск – ланолин – обильно покрывает шерсть животных.

Спермацет содержится в костных черепных углублениях некоторых видов китов, особенно кашалотов. На 90 % состоит из пальмитиноцетилового эфира:

Китайский воск вырабатывается червецом, который обитает на китайском ясене и образует на нем восковой покров. Содержит сложный эфир гексакозановой кислоты СН 3 (СН 2) 24 СООН и гексадеканового спирта СН 3 (СН 2) 15 ОН.

К воскам относятся кожное сало и ушная сера.

Воск бактерий покрывает поверхность кислотоупорных бактерий, например, туберкулезных, обеспечивая их устойчивость к внешним воздействиям. Содержит сложные эфиры миколевой кислоты С 88 Н 172 О 2 и октадеканола С 20 Н 42 О.

Ископаемые воски

Торфяной воск получают экстракцией бензином при 80°С верхового битуминозного торфа.

Буроугольный воск (монтан-воск) извлекают бензином из бурого битуминозного угля.

Горный воск – озокерит – минерал из группы нефтяных битумов.

Синтетические воски получают на основе нефтяных и смоляных парафинов и их производных.

Воски применяют более чем в 200 отраслях народного хозяйства. Они входят в состав политур, защитных композиций для металлов, тканей, бумаги, кож, дерева; как изолирующий материал; компоненты мазей в косметике и медицине.

Похожая информация.