 |
Рецензенты. ВВЕДЕНИЕ. Классификация липидов
|
|
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова»
К. Г. Матьков
Е. Н. Шамитова
Н. Н. Викторович
МЕТАБОЛИЗМ
ЛИПИДОВ
Учебное пособие
Чебоксары 2018
ББК ЕО*725. 13*723я73
УДК 612. 123. 015. 3(075. 8)
Рецензенты
О. В. Каюкова – канд. хим. наук, доцент, декан факультета биотехнологий и агрохимии, зав. каф. агрохимии и экологии ФГБОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»
В. В. Алексеев – доктор биологических наук, профессор кафедры биоэкологи и химии, декан факультета естественнонаучного образования ФГБОУ ВО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева»
К. Г. Матьков, Е. Н. Шамитова, Н. Н. Викторович
Метаболизм липидов: учебное пособие/
К. Г. Матьков, Е. Н. Шамитова, Н. Н. Викторович. Чебоксары: Изд-во Чуваш. Ун-та, 2018, 110 стр.
Изложены современные данные в области биохимии обмена липидов, биоэнергетики, регуляции и патологии липидного обмена. Соответствует учебной программе по биохимии.
Учебное пособие предназначено для студентов 2 курса медицинского факультета всех специальностей.
Ответственный редактор д-р мед. наук, зав. кафедрой фармакологии, клинической фармакологии и биохимии
С. И. Павлова
Утверждено Учебно-методическим советом университета.
ISBN 978-5-7677-2085-9 УДК 612/123/015/3(075. )
Издательство Чувашского
университета, 2018
|
|
|
Матьков К. Г.
Шамитова Е. Н.
Викторович Н. Н
ВВЕДЕНИЕ
Липиды – обширная группа соединений входящих в состав структур организма человека и животных. Эти соединения хорошо растворимы в неполярных растворителях и практически нерастворимы в воде. Как химические соединения липиды даже принадлежащие к одному классу, весьма гетерогенны. Большинство липидов содержат в своем составе жирные кислоты, отличающиеся друг от друга длинной углеводородной цепи и степенью насыщенности. Сосредоточенный в жировой ткани нейтральный жир является крупнейшим энергетическим резервом нашего организма. Липидная составляющая биологических мембран во многом определяет их барьерную и транспортную функции. Трансмембранный потенциал создаваемый на внутренней мембране митохондрий является важнейшим энергопреобразующим процессом в нашем организме. Амфифильные свойства глицерофосфолипидов способствуют образованию растворимых в воде липопротеидных комплексов и транспорту нерастворимых триацилглицеролов в кровеносном русле. Мембраны астроцитов окружающие сосуды головного мозга образуют гематэнцефалический барьер, определяющий селективность транспорта веществ из крови к клеткам головного мозга и обратно. Окружающие аксоны мембраны Шванновских клеток делают возможным проведение нервных импульсов.
Липиды содержат соединения, используемые для синтеза сигнальных молекул влияющих на клеточный метаболизм. Так, например, арахидоновая кислота, входящая в состав мембранного фосфатидилхолина используется в синтезе эйкозаноидов. Это соединения, обладающие аутакоидным или паракринным действием (изменяют метаболизм в клетке, где образовались или действуют и на соседние клетки). Ряд производных холестерола образуют гормоны (половые, глюко- и минерало- кортикоиды) регулирующие метаболизм.
|
|
|
Неконтролируемые изменения липидного обмена являются причиной серьезных заболеваний. Изменения образа жизни в связи с индустриальной революцией: снижение физических нагрузок, гиподинамия, переедание значительно увеличило число людей с избыточной массой тела. Ожирение является причиной возникновения сахарного диабета второго типа, патологий сердечно-сосудистой системы и опорнодвигательного аппарата. Важнейшую проблему представляет атеросклероз и связанные с ним патологии, приводящие к летальному исходу. Резюмируя можно сказать, что изучение основ липидного обмена (наряду с изучением обмена других соединений) является ключом к пониманию того, как организм функционирует в норме и какие изменения на молекулярном уровне возникают при патологии.
Классификация липидов
К липидам относят соединения растворимые в неполярных растворителях и плохо или совсем нерастворимых в воде. По одной из существующих классификаций липиды делят на простые, сложные, предшественники и производные, как это показано на схеме.
Рис. 1. Классификация липидов
К простым липидам организма человека относят триацилглицеролы (нейтральные жиры). Это сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерола. Триацилглицеролы синтезируются в эпителиоцитах тонкого кишечника, в гепатоцитах и адипоцитах, хранятся в клетках белой и бурой жировой ткани – адипоцитах.
Рис. 2. Триацилглицерол
Триацилглицеролы являются формой хранения энергетического и строительного материала. В организме человека для построения их структур используются С16 - С20 насыщенные жирные кислоты в первом и третьем положении, а во втором положении ненасыщенная кислота.
Воска, эфиры высших жирных кислот и длинноцепочечных спиртов, у человека не синтезируются, а попадающие с пищей не могут быть использованы в связи с отсутствием в ЖКТ ферментов, гидролизующих эти соединения.
|
|
|
Представители сложных липидов – глицерофосфолипиды важнейшие компоненты клеточных мембран. Эти липиды содержат глицерин, связанный с двумя остатками жирных кислот в первом и втором положениях, а в третьем положении остаток фосфорной кислоты связанный с азотсодержащим соединением или спиртом (холин, серин, треонин, этаноламин, инозитол и др. ) Иногда в первом положении расположен ненасыщенный длинноцепочечный спирт, связанный с глицерином простой эфирной связью. Такие соединения называется плазмалогенами.
Глицерофосфолипиды – амфипатические соединения, один конец молекулы которых гирофобен, а другой гидрофилен. Следствием такой структуры является то, что в водном растворе они образуют бислои (основа любой мембраны) в которых гидрофобные остатки жирных кислот противолежащих слоев обращены друг к другу, а гидрофильная часть молекулы к водной фазе.
Рис. 3. Фосфатидилхолин
В транспортных формах липидов (хиломикроны, липопротеиды очень низкой плотности) мембрана однослойная и гидрофобные части молекул обращены к гидрофобным триацилглицеролам, занимающим центральную полость липопротеина. Кроме того, глицерофосфолипиды могут образовывать мицеллы, в том числе и смешанные. Смешанные мицеллы играют важную роль в процессе транспорта продуктов гидролиза пищевых липидов и жирорастворимых витаминов из просвета кишечника в энтероциты. Фосфатидилхолин является уникальной молекулой с обширным перечнем функций. В легочных альвеолах это соединение входит в состав сурфактанта (липидно-белкового слоя прилегающего к поверхности клеток альвеол), что препятствует схлопыванию альвеол, поддерживая тем самым газообмен. В эпителиоцитах собирательных трубок нефрона из фосфатидилхолина мембран образуется глицерофосфохолин (ГФХ). По мнению ряда ученых ГФХ в этих клетках выполняет функцию органического осмолита. Органические осмолиты повышают осмоляльность внутриклеточного раствора до уровня внеклеточной жидкости, препятствуя потере клеткой воды. Эпителиоциты этого отдела нефрона могут контактировать с гипертонической мочой, содержащей в больших количествах мочевину (основной осмотический компонент мочи). Мембраны клеток не являются абсолютным препятствием для мочевины. В количестве от 1 М и выше мочевина оказывает денатурирующий эффект на клеточные белки, а ГФХ предположительно превентирует подобное действие. Часть молекул фосфатидилхолина содержит остаток арахидоновой кислоты (во втором положении) который отщепляется с участием фермента фосфолипазы А2 и участвует в образовании биологически активных эйкозаноидов. Эйкозаноиды: простагландины, лейкотриены, тромбоксаны и простациклины, образуются во многих клетках в ответ на внешний стимул, изменяют метаболизм в той клетке, в которой образовались (аутакоидное действие) и/или в соседних клетках (паракринное действие). Отщепление жирной кислоты во втором положении приводит к образованию лизофосфатидилхолина (лизолетицин). Данное соединение ослабляет клеточную мембрану. Яд ряда змей содержит в больших количествах фосфолипазу А2, которая вызывает массовое образование лизолецитина в мембранах эритроцитов, что приводит к их гемолизу.
|
|
|
Интересным представителем мембранных липидов является фосфатидилинозитол.
Рис. 4. Фосфатидилинозитол
Липид встречается во внутреннем слое цитоплазматической мембраны большинства клеток организма. Инозитол, входящий в состав фосфолипида является шестиатомным циклическим спиртом. При фосфорилировании спирта в двух положениях и его ферментативном отщеплении образуются два вторичных мессенджера - инозитол-1, 4, 5-трифосфат и диацилглицерол
Инозитол-1, 4, 5-трифосфат связывается с рецептором гладкого эндоплазматического ретикулума, что приводит к высвобождению из цистерн ретикулума ионов Са2+. Ионы кальция связываются с белком кальмодулином, активируя его. Кальмодулин активирует ряд клеточных белков, что приводит к изменению метаболизма.
В отличие от инозитол-1, 4, 5-трифосфата диацилглицерол, связывается с мембранным ферментом протеинкиназой C, которая активирует ряд других белков, что также изменяет метаболизм.
Внутренняя мембрана митохондрии содержит кардиолипин. Этот фосфолипид впервые был выделен из сердечной мышцы, где его больше чем в других тканях. В основе структуры кадиолипина две молекулы фосфатидной кислоты связанные перемычкой из молекулы глицерина. Наличие в молекуле двух отрицательных зарядов создает трансмембранный потенциал, что, по-видимому, способствует перемещению определенных катионов через ионный канал по градиенту заряда.
Рис. 5. Кардиолипин
|
|
|
