 |
ВВЕДЕНИЕ. Классификация липидов
|
|
|
|
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.
Рис. 3. Фосфатидилхолин
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. 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. 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.
Рис. 4. Фосфатидилинозитол
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
|
|
|
