 |
Витамины липидной природы.
|
|
|
|
ЛИПИДЫ
Липидами (от греч. - жирный) называют природные неполярные соединения, полностью или почти полностью не растворимые в воде, но растворимые в неполярных растворителях, например, хлороформе, сероуглероде, эфире и горячем этаноле. Главным отличительным свойством этой группы достаточно разнородных веществ является их неполярность, которая в некоторых случаях объясняется наличием в этих соединениях одной или большего числа жирных кислот, содержащие длинные алифатические углеводородные цепи. Содержание липидов в организме составляет 10 - 20% от массы тела.
Липиды выполняют следующие биологическиефункции:
1.Являются компонентами мембран, во многом определяющих их проницаемость.
2.Служат одной из основных форм запасания углерода и энергии (1г жира при окислении дает 9,3 ккал).
3.Могут быть предшественниками других важных соединений.
4.Выполняют роль защитных барьеров, предохраняющих от термического, электрического и физического воздействий.
5.Входят в состав защитных оболочек, предохраняющих от инфекции и излишней потери или накопления воды. Жиры являются источниками эндогенной воды.
6.В некоторых случаях это витамины и гормоны.
7.Участвуют в приведении нервных импульсов, так как входят в состав миелиновых оболочек.
Есть классификация, основанная на содержании в составе жира того или иного спирта. Соответственно выделяют глицеринсодержащие, сфингозинсодержащие липиды и холестерин и его производные.
Есть классификация липидов по их структуре:
1. Простые липиды. 2.Сложные липиды. 3. Производные липидов.
К простым жирам относятся только эфиры жирных кислот и спиртов. В состав сложных липидов помимо жирных кислот и спиртов входят и другие компоненты. Среди сложных липидов выделяют фосфоацилглицерины, сфингомиелины, цереброзиды и ганглиозиды. К производным липидов относятся все соединения, которые нельзя четко отнести к простым или сложным липидам, например, стероиды, каротиноиды и витамины липидной природы. Многие из них образуются из углеводородных цепей, входивших в состав жирных кислот.В состав простых и сложных липидов обязательно входят жирные кислоты.По сути, это - карбоновые кислоты с длинной алифатической цепью. Природные жирные кислоты весьма разнообразны.
|
|
|
Для удобства выделяют следующие группы: 1.Большинство ЖК представляют собой монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводородные цепи с четным числом атомов (обычно С12 - С20). Реже встречается ЖК с более короткими цепями или с нечетным числом атомов углерода. 2.Часто встречаются кислоты, содержащие этиленовые (ненасыщенные, двойные) связи (обычно это С18 - С20 кислоты). Если присутствуют две или большее число двойных связей, почти всегда они разделены одной метиленовой группой: - СН = СН - СН2 - СН = СН -.
3.В ненасыщенных кислотах с двойными связями почти всегда имеет место цис-конфигурации.
Большое число неполярных связей С - С и С - Н в углеродной цепи придает существенно неполярный характер всей молекуле в целом, хотя в ней имеется и полярная группа - СООН. Совершенно ясно, что соединение, в состав которого входит один или несколько остатков ЖК, будет носить неполярный характер, что является причиной нерастворимости липидов в воде, а также обуславливает сборку липидов в биомембраны.
Основные природные ЖК, входящие в состав тканей:
Насыщенные ЖК:
1. Лауриновая (С12). 2. Миристиновая (С14). 3. Пальмитиновая (С16).
4.Стеариновая(С18). 5. Арахиновая (С20).
II. Насыщенные ЖК:
1.Пальмитолеиновая (С16:1) ∆9. 2.Олеиновая (С18:1) ∆9. 3.Линолевая (С18:2) ∆9, 12
4.Линоленовая (С18:3) ∆9, 12, 15. 5.Арахидоновая (С20:4) ∆5, 8, 11, 14
|
|
|
Где (Сх:у ) ∆Z - х - число углеродных атомов. у - число двойных связей.
Z - положение двойных связей (счет идет от - СООН).
ЖК могут окисляться ферментативным и неферментативным путем.
Неферментативное окисление ЖК. (ПОЛ) - по двойным связям они окисляются до гидропероксикислот при действии сильных окислителей, например, Н2О2; О2 ; ОН. Получившиеся соединения пероксидной природы являются токсичными формами кислородных соединений. Очень легко образуют пероксиды сложные липиды, присутствующие в биологических мембранах, так как они содержат много ненасыщенных ЖК. Это, в свою очередь может привести к окислению мембранных белков, что может оказать сильное влияние на структуру и функции мембраны. Такое разрушительное действие вызвано на первом этапе превращением пероксидов липидов в пероксид - радикалы - высокореакционноспособные агенты.Эта реакция может протекать с участием иона металла, например, железа. Прогоркание и порча пищевых продуктов обусловлены отчасти этими реакциями.Живые клетки способны защищаться от действия этих окислителей. Обезвреживание происходит при участии глютатиона, витаминов Е и С, которые выступают в роли антиоксидантов.Ферментативное окисление ЖК - так идет окисление ЖК с длинной цепью, в частности арахидоновая кислота - предшественник синтеза простагландинов. Вообще, соединения, образующиеся из С20 - полиненасыщенных кислот называются эйкозаноиды. Арахидоновая кислота образуется из фосфолипидов мембран, которые под действием фосфолипазы А2 распадаются на лизофосфолипиды и арахидоновую кислоту. Предшественником арахидоновой кислоты может быть и линолевая кислота. Простоглаидины (PG) получили свое название из-за того, что впервые были выделены из семенной плазмы, образующейся в предстательной железе. В настоящее время известно, что они присутствуют в большинстве тканей млекопитающих, однако, в крайне малых количествах (≤10-9г).
Простогландины регулируют следующие процессы в клетках :
1. Сокращение гладких мышц.
2. Кровообращение (кровяное давление).
3. Передача нервных импульсов.
4. Участвуют в воспалительном процессе.
5. Водный и электролитный баланс.
6. Свертывание крови.
|
|
|
Механизм действия простогландинов связывают с наличием у клеток - мишений, контролируемых простогландинами, специфических мембранных белков - рецепторов, связывающихся с определенными простогландинами. Конечный эффект опосредован действием циклических нуклеотидов - простогландины повышают или понижают (в зависимости от природы ткани) содержание внутриклеточного цАМФ или цГМФ. Выделяют 6 основных видов PG. Общая структурная формула простогландинов показывает, что это С20 - монокарбоновая кислота с циклопентановым кольцом внутри цепи. Различные простогландины имеют одну или две двойные связи в определенных положениях, а также соединяются в определенных положениях с атомами кислорода.
Биосинтез простогландинов начинается с превращения арахидоновой кислоты в два эндопероксидных интермедиата - PGG2 (образуется первым) PGH2. Обе реакции катализируются одним и тем же ферментом - простогландин-эндопероксид-синтазой, состоящим из двух компонентов - циклооксигеназы (присоединение О2 и образование циклопентанового кольца) и пероксидазы (отвечает за образование гидропероксидных групп). В некоторых клетках PGG2 и PGH2 превращаются в другие продукты - тромбоксаны и простоциклин. Образование тромбоксанов происходит в тромбоцитах и способствует свертыванию крови, вызывая агрегацию тромбоцитов и сужение артерий. Напротив, образование простоциклина происходит в клетках, выстилающих артерии и вены и препятствует свертыванию крови, ингибируя те же процессы. Дисбаланс этих соединений в сторону, благоприятствующую агрегации тромбоцитов, может быть первопричиной образования адсорбирующих бляшек. Биохимия простогландинов объясняет терапевтическое действие аспирина, служащего эффективным средством для снятия слабой боли, воспалений, в качестве жаропонижающего средства, т.е. тех состояний, возникновение которых в определенной мере зависит от повышенного синтеза простогландинов. Аспирин снижает скорость их синтеза, выступая в роли ингибитора циклооксигеназного компонента эндопероксид-синтезы, при этом происходит ковалентная модификация важной боковой аминогруппы фермента. Другое противовоспалительное средство - индометозин также ингибирует синтезу, но не путем ковалентной модификации. Лекарства стероидной природы действуют иным образом, например, ингибируя образование арахидоновой кислоты из мембранных липидов. Недавно был открыт новый класс соединений, названный лейкотриенами. Они синтезируются лейкоцитами и содержат три сопряженные двойные связи. Это мощные активаторы сокращения гладких мышц. Особенно чувствительны к ним мелкие бронхиолы, что, вероятно, связано с затруднением дыхания у больных бронхиальной астмой. Ревматоидные артриты также обусловлены воспалительным эффектом лейкотриенов. Синтез лейкотриенов также начинается с арахидоновой кислоты, но в этом случае на нее действует фермент липоксигеназа, который превращает арахидоновую кислоту в гидропероксид. Ни аспирин, ни индометоцин на этот фермент не действуют. Наиболее сильнодействующими лейкотриенами являются соединения с тиоэфирной связью: - С - S - С -,образующиеся в результате конденсации с глютатионом.
|
|
|
Рассмотрим различные виды липидов:
I. Простые липиды .
Простые липиды делят на две группы:
1. Нейтральные ацилглицерины.
2. Воски.
1.Нейтральные ацилглицерины.
В зависимости от числа остатков ЖК, соединенных с трехатомным спиртом глицерином, различают моно -, ди -, триацил - глицерины. В природе наиболее часто встречаются триацильные производные. Во всех случаях простой ацилглицерин не содержит функциональных ионных групп и относится к нейтральным липидам. Ацильные боковые цепи обычно различны.
Общая формула:
О
||
СН2О - С - R
О
||
СНО - С - R/
О
||
СН2О - С - R//
В животных тканях ТАГ выполняют три основные функции:
1.В жировой ткани откладываются в запас (являясь формой запасания энергии и углерода). Это основные липиды резервных жиров, их там до 99%.
2. в виде липопротеиновых частиц (например, хиломикронов) переносятся по лимфатической системе и кровеносному руслу, распределяясь по всем тканям (при этом транспортируются те ТАГ, которые синтезировались из усвоенных ЖК).
3.ТАГ выполняют роль физической защиты и терморегулятора различных органов тела. Наиболее часто (50%) в их состав входит олеиновая кислота, 23% - пальмитиновая, 10% - линолевая, 6% - стеариновая, 5% - пальмитоолеиновая и 6% - остальное ЖК.
Для ТАГ характерны ЖК с четным числом атомов углерода, но есть и ЖК с нечетным числом углеродных атомов - их 2 - 5%, а у жиров кожи их 15 - 20%. Насыщенность определяет точку плавления жира. Жир подкожной клетчатки более насыщен, чем жир печени. Жирно-кислотный состав липидов может меняться от Т0 среды.
|
|
|
2. Воски.
Это сложные эфиры, однако, входящие в их состав и спирт (до С18) и кислота имеют длинные углеводородные цепи. Все воски совершенно не растворимы в воде. Природные воски обычно являются конечными продуктами тех метаболических путей, основная роль которых сводится к образованию защитных покрытий. Перья птиц и шкура животных имеют восковое покрытие, которое придает им водоотталкивающие свойства. Восковое покрытие листьев и плодов растений уменьшает потерю влаги и снижает возможность возникновения инфекции.
II.Сложные липиды.
Существует три основных класса сложных липидов:
1. Фосфоацилглицерины. 2. Сфингомиелины. 3. Гликолипиды.
Первые два класса называют фосфатидами или фосфолипидами из-за присутствия фосфатных групп. Все эти соединения находятся только в мембранах, являясь их основными компонентами.
1.Фосфоацилглицерины.(ФАГ)
Это наиболее распространенные сложные липиды. Число различных ФАГ и их относительная концентрация сильно варьирует в зависимости от типа клеток и их физиологического состояния. Несмотря на такое разнообразие, все же различают основные и минорные компоненты. Основные: фосфатилхолин (лецитин), фосфатидилэтаноламин (кефалин), фосфатидилглицерин. Минорные: фосфатидилсерин, дифосфатидилглицерин (кардиолипид), фосфатидилинозит и фосфатидная кислота. Из фосфатидной кислоты образуются все остальные ФАГ.
О
||
СН2О - С - R
О
||
СНО - С - R1
О
|
СН2О - Р - R1
|
ОН
Фосфатидная кислота.
Различные ФАГ отличаются друг от друга дополнительными группировками, присоединенными фосфоэфирной связью к фосфатидной кислоте. Состав ЖК различных ФАГ различается даже в пределах одного организма. Некоторые лецитины, например, дипальмитоиллецитин - являются основным элементом сурфактанта (ПАВ) легких - его отсутствие у недоношенных детей вызывает нарушение дыхания.
Структура некоторых ФАГ:
О О
|| ||
СН2О - С - R СН2О - С - R
О О
|| ||
СНО - С - R1 СНО - С - R1
О О
|| ||
СН2О - Р - ОН СН2О - Р - ОН
|
О - СН2 - СН2 - N+Н3 О - СН2 - СН2 - N+- (СН3)3
Фосфатидилэтаноламин Фосфатидилхолин
(кефалин) (лецитин)
О О
|| ||
СН2О - С - R СН2О - С - R
О О
|| ||
СНО - С - R1 СНО - С - R1
О О
|| ||
СН2О - Р - ОН N+Н3 СН2О - Р - ОН ОН
| | | |
О - СН2 - СН - СООН О - СН2 - СН - СН2ОН
Фосфатидилсерин Фосфатидилглицерин
О О
|| ||
СН2О - С - R O СН2О - С – R
| О || О
| || R/// - C - OH2C ||
СНО - С - R1 O | СНО - С - R1
| О || | О
| || R// - С – ОНС ||
СН2О - Р – ОН О | СН2О - Р - ОН
| || | |
О - СН2 - СН - СН2О - Р - ОН2С О
|
| ОН |
ОН
|
OH
OH
Дифосфатидилглицерин Фосфатидилинозит
(кардиолипид)
Составляет до 15% всех липидов миокарда Иногда в фосфоацилглицеринах одна из ЖК замещается альдегидом, в таком случае образуются плазмалогены.
СН2 - О - СН = СН - R/
О
||
СН - О - С - R2
О
||
СН2 - О - Р - ОН
|
ОН
В этих структурах отчетливо проявляется, что соединения имеют два разных района: неполярный гидрофобный “хвост” и полярную гидрофильную “голову”. Такую двойственную природу называют алифатической (от греч. - двухсторонний и чувство).
2.Сфингомиелины (фосфосвинголипиды).
Состоят из одной молекулы ЖК, холина, фосфорной кислоты и спирта свингозина. Сфингозины представляют собой семейство аминоспиртов с длинной ненасыщенной цепью, различающихся длиной цепи. ЖК присоединяется к аминогруппе сфингозина посредством амидной связи, при этом образуется церамид. Присоединение фосфорилхолинового остатка завершает структуру образования свингомиелина:
О
|
СН3 - (СН2)12 - СН = СН - СН - СН - СН2О - Р - О - СН2 - СН2 - N+(СН3)3
| | |
ОН NН ОН
|
С = О
|
R
Сфингомиелины
Сфингомиелины также обладают амфипатическими свойствами. Сфингомиелины в значительном количестве находятся в клеточных мембранах нервной и мозговой ткани.
3. Гликолипиды (гликосфинголипиды).
В их основе тоже лежит церамид. Различают цереброзиды и ганглиозиды. В ходе другой последовательной реакции биосинтеза липидов происходит ферментативное превращение церамидных предшественников в цереброзиды и ганглиозиды путем присоединения углеводной группы к церамиду. Цереброзиды и ганглиозиды в основном находятся (хотя и не исключительно) в клеточных мембранах нервной и мозговой ткани и также проявляют амфипатические свойства. Простейшие цереброзиды содержат моносахаридную группу, присоединенную гликозидной связью к концевой - ОН группе церамида. Как правило, это глюкоза или галактоза.
СН = СН - (СН2)12 - СН3
|
НС - ОН
О
||
НС - NН - С – R глюкоцереброзид
|
Н2C- O
CH2OH
H
 | |||||
 | | ||||
OH H
H OH
Около 25% цереброзидов могут быть представлены сульфированными (в 3-м положении) галактоцереброзидами. Другие церебродиды содержат более длинные олигосахаридные группы (2 - 10 остатков), содержащие аминосахара, N - ацитилсахара и фруктозу. Ганглиозиды также содержат олигосахаридную группу, но для них характерно наличие хотя бы одного остатка сиаловой кислоты. Один ганглиозид отличается от другого (это относится и к цереброзидам) строением олигосахаридного компонента. Остатков сиаловых кислот в ганглиозидах содержится от 1-го до 4-х.
Функции гликолипидов:
1.Придание жесткости мембранам.
2.Формирование антигенных химических маркеров клетки, определяют группу крови (по системе АВО).
3.Формирование химических маркеров стадий клеточной дифференцировки.
4.Регуляция нормального роста клеток и, таким образом, осуществляет связь с трансформацией нормальных клеток в опухолевые.
5.Придание клеткам способности реагировать с некоторыми биологически активными соединениями, например, с бактериальными токсинами (холерными, столбнячными), гликопротеиновыми гормонами, интерферонами и вирусами, т.е. по сути, это рецепторная функция. Все эти процессы имеют огромное биологическое значение. Наряду с гликолипидами во многих этих процессах участвуют и гликопротеиды. Это подчеркивает важность олигосахаридов для процессов, протекающих на поверхности мембраны.
6.участвуют в межклеточных взаимодействиях.
III. Производные липдов.
Это весьма гетерогенная группа соединений. Из сходство ограничивается лишь плохой растворимостью в воде. Наиболее важные представители этой группы: стероиды, каратиноиды и родственные им витамины липидной природы.
1.Стероиды. Они обнаружены во всех организмах, где они выполняют различные функции. У человека они играют роль половых гормонов, эмульгирующих агентов при переваривании липидов, участвуют в транспорте липидов через мембраны. В плазме крови выступают как противовоспалительные агенты и в качестве регуляторов некоторых метаболических процессов. Все стероиды обладают сходной структурой, в основе которой лежит пергидроциклопентанофенантрен. Разнообразие структур стероидов обусловлено разной степенью ненасыщенности и наличием нескольких группировок в разных положениях циклов.
 |
Пергидроциклопентанофенантрен
Наличие углеводородной боковой цепи (С8 - С10) в 17-м положении и гидроксильной группы в положении 3, характерно для большой группы стероидов, называемых стеринами. Наиболее важным и распространенным из них является холестерин. Он входит как структурный компонент в клеточные мембраны, однако, концентрация его в мембранах варьирует (О - 40% суммарного содержания липидов мембран). Холестерин (вследствие содержания консолидированной структуры, обладающей меньшей гибкость, чем протяженная углеводородная цепь) придает мембране большую жесткость (прочность). Холестерин является также первичным метаболическим предшественником других важных стероидов, в том числе желчных кислот и половых гормонов. В некоторых тканях холестерин - предшественник витамина Д. Половые стероидные гормоны: мужской - тестостерон (обуславливает все половые признаки) и жеЖКие: эстрадиол и прожестерон (в основном ответственны за регуляцию менструального цикла).
CH2
CH2 |
CH – (CH2)3 – CH – (CH3)2
CH3
 |
HO
Холестерин
Впервые выделен из камней желчного пузыря, отсюда и название (chole - желчь, steros - твердый).
2.Каротиноиды. Каротиноиды делят на две группы: каротины и ксантофиллы. Обе группы включают нерастворимые в воде пигменты, широко распространенные в природе, больше всего их содержится в растениях и водорослях. Каротины представляют собой чисто углеводородные соединения, тогда как ксантофиллы содержат кислородные группы. Каротины более широко распространены в природе. Наиболее распространен бета - каротин. Это С40 углеводород с сильно разветвленной структурой и ненасыщенными связями, на обоих концах углеводородной цепи находятся идентичные замещенные циклы. Все остальные каротиноиды, в сущности, можно рассматривать как варианты этой структуры. При ферментативном расщеплении бета - каротина симметричным образом образуется две молекулы vit A. В сетчатке глаза восстановленная спиртовая форма витамина А (ретинол) с помощью фермента превращается в окисленную альдегидную форму (ретиналь), который образует комплекс с различными ретинальсвязывающими белками (опсинами). Такой комплекс представляет собой первичный рецептор света в светочувствительных клетках, которые затем передают информацию клеткам нервной системы. Есть два вида светочувствительных клеток:
1.Палочки - воспринимают слабый свет и нечувствительны к цвету.
2.Колбочки - воспринимают яркий свет и ответственны за формирование цветного изображения.
Оказалось, что в палочках находится только один оксин (родопсин). В колбочках присутствуют, по крайней мере, 3-и вида оксинов. Они образуют комплексы с ретиналем с образованием рецепторов, чувствительных к голубому, красному и зеленому цветам. Сочетание этих цветов дает различные оттенки. Всего же человеческий глаз способен различить 256.000 оттенков. Установлено, что ретиналь ковалентно связывается с опсином, образуя родопсин-ретинальный комплекс. При этом связывается цис-форма ретиналя, которая через множество промежуточных стадий переходит в транс - изомер. При этом одна или несколько промежуточных форм затем участвуют в генерации очень небольших электрических потенциалов, активирующих нервную систему. Цикл превращений светочувствительного пигмента при зрительном восприятии завершается регенерацией цис - ретиналя.
Витамины липидной природы.
3.Витамин Д. Требуется для нормального метаболизма кальция и фосфора, необходимых для роста здоровых костей и зубов. Его недостаток вызывает рахит - болезнь, при которой кости становятся мягкими и пластичными, что приводит к их деформации. Витамин Д образуется из стеринового предшественника при УФ - облучении. Одним из важных предшественников является 7 - дигидрохолестерин, который сам получается ферментативным путем из холестерина. Из него и получается витамин Д3. Существует несколько форм vit Д. Фора Д3 (холикальцеферол) присутствует в молоке, масле, печени рыб, которые и являются основным экзогенным источником этого витамина. Витамин Д3 может синтезироваться в коже, при условии получения нормальной порции солнечного света. И эндогенный и экзогенный vit Д3 переносится плазмой в печень и почки, где превращается в еще более активные гидроксилированные производные. Основной активной формой в организме является 1,25 - дигидроксипроизводное.
4.Витамин Е. Основная структура витамина Е (а их существует несколько форм) называется токоферолом.Наиболее активной формой витамина Е является альфа - токоферол. У крыс vit Е необходим для репродукции (для людей это пока не доказано). У некоторых животных недостаток vit Е приводит к мышечной дистрофии. Vit Е обычно добавляют при переработке пищи, поскольку он, обладая свойствами антиоксиданта предотвращает порчу пищевых продуктов вследствие их окисления. В живых клетках vit Е также выполняет роль антиоксиданта, наряду с витамином С и глютатионом.
5.Витамин К. Его недостаток приводит к замедлению свертывания крови. В основе его структуры лежит бициклическая нафтохиноновая система, к которой присоединена длинная углеводородная цепь. Он может поступать с пищей (свежие овощи, сыр), а может стимулироваться бактериями ЖКТ. Его свертывающий эффект определяется участием в синтезе протромбина, который затем переходит в тромбин.
Биомембраны.
Биомембраны ограничивают клетку и многие органеллы внутри клетки. Это очень активные биологические системы, отвечающие за такие процессы, как селективный транспорт веществ внутрь и наружу клетки и субклеточных компартментов (образований), связывание гормонов и других регуляторных молекул, реакции, катализируемые ферментами, передача электрических импульсов и даже синтез АТФ. Мембраны различаются между собой, и разным типам мембран присущи различные виды функциональной активности. Например, за биосинтез АТФ отвечает только внутренняя митохондриальная мембрана.
Химический состав: Мембраны состоят их липидных и белковых молекул. Относительное их количество существенно отличается для разных мембран, варьируя от 20% белка + 80% липидов до 75% белка + 25% липидов. Углеводы в форме гликопротеидов и гликолипидов составляют 0,5 – 10% вещества мембраны.
Липидный двойной слой. Липиды биомембран расположены двумя слоями. Каждый монослой состоит из сложных липидов (и иногда холестерина), расположенных таким образом, что неполярные гидрофобные хвосты молекул находятся в тесном контакте друг с другом; в таком же контакте - полярные гидрофильные элементы. Все эти взаимодействия носят исключительно нековалентный характер. Два монослоя совмещаются, ориентируясь “хвост” к “хвосту” так, что образуется структура двойного слоя, имеющего неполярную внутреннюю часть и две полярные поверхности. Толщина каждого бислоя ≈ 3,5 - 4,0 нм. Липидный состав монослоев отличается. Например, цереброзиды и ганглиозиды обычно располагаются во внешнем монослое клеточной мембраны. Степень такого различия липидного состава монослоев различна для разных мембран и может меняться по мере участия клетки в разных процессах и по мере ее старения. Липидные молекулы могут переходить из одного монослоя в другой. Подвижность (жесткость) и текучесть липидного бислоя определяется типом и длиной углеводородных группировок, входящих в состав ЖК и сфингозинов, а также содержанием холестерина. Повышенная жесткость определяется увеличенным соотношением насыщенных и ненасыщенных цепей и повышенным содержанием холестерина. Физические свойства мембран зависит также от типа и расположения белков, связанных с липидным бислоем.
Мембранные белки. В общую структуру мембраны включены белки, присоединенные к липидному бислою одним из двух способов:
1.связаны с гидрофильной поверхностью бислоя - (поверхностные мембранные белки);
2.погруженные в гидрофобную зону бислоя липидов - (интегральные мембранные белки).
Каждая мембрана содержит оба вида белков, однако, разным типам мембран присуще различные соотношения этих белков. Поверхностные белки своими полярными боковыми группами аминокислотных остатков, расположенных на поверхности белковой молекулы, связаны нековалентными связями с гидрофильной поверхностью липидного бислоя. Интегральные белки различают по степени погруженности в гидрофобную область бислоя. С обеих сторон мембраны некоторые белки могут лишь не очень глубоко проникать внутрь двойного слоя, достигая примерно половины слоя, а другие белки как бы прошивают своей структурой двойной слой. Белки, также как и липиды, могут менять свое местоположение в мембране. Это движение может быть направлено вдоль монослоя, может быть вращательным в пределах монослоя или даже бислоя, может быть направлено от одной поверхности бислоя к другой. Белки могут претерпевать изменения своей конформации, что, возможно, влияет на конформацию соседних белков.
Функции белков мембран: Все мембранные белки (и поверхностные и интегральные) можно разделить на 2 большие группы на основании их роли в составе мембран:
1. структурные белки;
2. динамические белки.
Структурные белки помогают поддерживать структуру всей мембраны. Часто белки этого типа имеют удлиненную форму и располагаются на гидрофильной поверхности липидного слоя, выступая в роли молекулярного бандажа. Динамическими называются белки, которые непосредственно участвуют в клеточных процессах, происходящих на мембране. Во всех типах клеток обычно выделяют три класса таких белков:
1.транспортные белки(участвуют в транспорте соединений внутрь и наружу клеток;
2.каталитические белки (играют роль ферментов в реакцииях, происходящих на мембране);
3.белки - рецепторы (специфически связывают определенные соединения - гормоны, токсины, нейромедиаторы на наружной стороне мембраны, что служит сигналом для изменения химических процессов в мембране или внутри клетки).
Мембранный транспорт.
Перенос (транспорт) соединений внутрь или наружу клетки, а также их транспорт между цитоплазмой и различными субклеточными органеллами (митохондриями, ядром и т.д.) определяется мембранами. Транспортные свойства мембраны определяет ее полупроницаемость - некоторые соединения могут проникать через нее, а другие нет. В зависимости от конкретного соединения и вида мембраны имеет место либо пассивный, либо активный транспорт.
1. Пассивный транспорт - это транспорт по градиенту концентрации без затрат энергии клеткой. Такой транспорт иногда называют диффузией. Различают простую и облегченную диффузию.
Простая диффузия происходит без какого-либо взаимодействия с мембранным белком. Перенос вещества через липидные бислои осуществляется через поры в мембране, образованные разрывами в бислое, или через каналы, образуемые мембранными белками. Так переносятся, например, вода, некоторые органические ионы и некоторые соединения типа липидов. В облегченной диффузии участвуют молекулы носителя, обычно мембранного белка. Такой процесс обычно начинается со связывания переносимого соединения с транспортным белком. Транспортный белок сближается с противоположной стороной мембраны, освобождает это соединение, принимает исходное состояние и вновь готов осуществлять свои функции. Другой вариант переноса: белок не способен переходить через бислой, а связавшееся соединение само переходит от одного белка к другому до тех пор, пока не окажется на противоположной стороне мембраны и не освобождается там.
2. Активный транспорт - это тот случай, когда перенос требует затраты энергии клеткой. Используется и энергия АТФ и другие источники энергии. При этом необходимо и участие мембранных белков, причем транспортная система может оказаться мультимолекулярной. Энергия может затрачиваться на любом из этапов переноса. В некоторых случаях один из этапов может стимулироваться гормоном.
Одна из наиболее важных систем - К+, Na+ - насос. Насос представляет собой единственный белок, называемый Na+, К+ - АТФаза. Молекула этого белка пронизывает всю мембрану и представляет собой олигомер с молекулярной массой 250.000. механизм действия включает несколько стадий:
1.молекула АТФ из цитоплазмы связывается с активным центром на одной из субъединец АТФазы. Связывание АТФ сопровождается связыванием 3 Na+ из цитоплазмы.
2.Фосфорирование АТФазы (за счет АТФ) вызывает конформационный переход в структуре белка, приводящий к переориентации его таким образом, что связанный Na+ выводится через канал, открытый на наружную сторону мембраны.
3.После выведения Na+, 2К+ снаружи присоединяются к ионсвязывающим центрам фосфорированного белка.
4.Удаление фосфатной группы путем гидролиза, вызывает вновь конформационный переход, восстанавливающий исходную конформацию, которая освобождает 2К+ в канал, открытый теперь внутрь клетки.
Таким образом, на каждую затраченную молекулу АТФ АТФаза переносит 3Na+ и 2К+ (соответственно из клетки и внутрь клетки).
Клетки мышц содержат Са++ - АТФазный насос, контролирующий сокращение мышц, причем, освобождение Са++ вызывает сокращение мышц.
Мембранные рецепторы. Реакция живых клеток на воздействие различных типов биологически активных веществ (гормонов, различных токсинов, нейтромедиаторов и т. д.) начинается со связывания вещества с внешней поверхностью клеточной мембраны в специфическом месте называемом рецептором. Обычно это - белки, но это могут быть и другие вещества, например, ганглиозиды. Рассмотрим работу некоторых рецепторов.
1. Ацетилхолиновый рецептор. Основная функциональная единица нервной системы - это нейрон - клетка способная передавать возбуждение посредствам электрических импульсов. Нейроны способны сообщаться (химическими и электрическими способами) с другими нейронами, клетками мышц, клетками органов чувств, другими клетками. Возбуждение нейрона вызывает поток Na+ наружу и соответствующий поток К+ внутрь клетки, что влияет на разность потенциалов между поверхностями мембраны нейрона, это вызывает протекание электрического тока через нейрон. Электрический импульс передается другому нейрону в месте нейрон-нейронного контакта (синапс). Эта межклеточная передача всегда требует участия химического соединения - нейромедиатора. Их много, наиболее полно изучен ацетилхолин. Передача заряда вдоль нейрона завершается освобождением ацетилхолина из пузырьков на конце пресинаптического нейрона в пространство синоптической щели. Ацетилхолин диффундирует к мембране постсиноптического нейрона, где соединяется с ацетилхолиновым рецеп
|
|
|
