липиды. Лекция Липиды

• Название: Лекция Липиды
• Дата: 05.11.2021
• Размер: 1.39 Mb.
• Имя файла: липиды.docx
• Тип: Лекция; #264206
• страница: 2 из 3

Лекция 5. Липиды в организме

1. 
   Сфинголипиды
   

Иногда жирные кислоты присоединяются не сложноэфирными связями, а ^{амидными связями к аминогруппе. NH}2^{-группа даёт легко гидролизуемую связь, но из-} за иного распределения электронной плотности такие соединения представлены одним соединением – сфингозином. Сфингозин содержит спиртовые и аминную группы, но при образовании сложных липидов он ведёт себя как амин. При этом из-за длины самой молекулы, сфингозин сам по себе образует гидрофобный хвост.

^{Спиртовая группа у С}3 ^{обычно остаётся свободной. Амидная группа у С}2 ^{связывается с} остатком жирной кислоты, образу я сфинголипиды (рис. 5.1). В основном используются достаточно длинные насыщенные жирные кислоты для образования более толстой билипидной оболочки, в частности, в нервных клетках для лучшей изоляции при проведения нервного сигнала.




Рис.5.1.Общаясхемастроениясфинголипидов

Аминная группа из-за своего расположения не даёт гидрофильных свойств. Гидрофильные свойства молекуле обеспечивает группа, присоединённая к ОН-группе ^{при С}1 ^{(табл. 5.1). В простейшем случае таким заместителем будет просто водород.} Возникают церамиды. Церамиды – исходные молекулы, служащие основой для синтеза остальных сфинголипидов.

В качестве заместителя в спиртовой группе может также быть холин, присоединённый через фосфатную группу. Так образуются сфингомиелины. Возникает слабо гидрофильная голова, а суммарный заряд получается близок к нулю. Сфингомиелины также часто встречаются в миелиновых оболочках нервных клеток.

Вместо фосфата и холина может быть присоединён сахар. В простейшем случае присоединяется остаток глюкозы. Возникает крупная гидрофильная голова без заряженных групп. Такие соединения называются цереброзиды. Они в большом количестве содержатся в тканях мозга.

После присоединения первого остатка моносахарида могут присоединяться следующие. Если присоединены два или три (изредка четыре) остатка нейтральных углеводов (чаще всего глюкоза и галактоза), образуются церамиды. Их немного, но они также включаются в мембраны нервных клеток. Если присоединяются сложные разветвлённые олигасахориды, содержащие остатки сиаловых кислот, образуются более
сложные сфинголипиды. Разные комбинации таких сфинголипидов формируются в разных типах клеток. В результате нарушения их формирования возникают определённые болезни, связанные с нарушением функционирования нервной системы.



Табл.5.1.Различныезаместителивсфинголипидах.

В отличие от большинства углеводных соединений, такие сфинголипиды являются достаточно сильными антигенами с выраженными иммуногенными свойствами. Положение и количество сиаловых кислот в составе влияет на антигенную активность. Соответствующий фермент (нейраминидаза) отщепляет сиаловые кислоты и изменяет антигеную активность таких сфинголипидов.

Иммуногенность может возникать и у других олигосахаридных группировок с определённой сложной структурой. Но такие антигены более слабые.

На рис. 5.2 для сравнения приведены структурные формулы фосфатидилхолина и сфингомиелина. Как видно из рисунка, гидрофобные остатки сфингомиелина способны к гораздо более плотной компактизации, чем фосфатидилхолин.


Рис.5.2.А–фосфатидилхолин,Б–сфингомиелин

2. 
   Группы крови человека
   

Группы крови человека определяются церамидными соединениями в мембране эритроцита (рис. 5.3). В данном случае изначально к церамиду присоединены 5 остатков: глюкоза, галактоза, галакозамин, галактоза и фукоза (присоединена 1-2-связью к предыдущему атому). Ферменты для присоединения этих остатков есть у всех людей. Кроме этого есть ещё один фермент, который способен осуществлять дальнейшую модификацию. Он существует в трёх аллельных формах. Одна неактивна, и в этом случае никакого присоединения не происходит. Так образуется антиген 0. В случае антигена А в эту позицию присоединяется галактозамин, а в случае антигена В – галактоза. Эти варианты определены наследственно. На каждый из антигенов А и В образуются свои антитела. Если у человека имеется фермент, который присоединяет только галактозамин, у него будет группа крови А. Если галактозу, то В. Если оба фермента присутствуют, то будет группа крови АВ. Для того, чтобы был группа 0, не должно быть генов активного фермента в геноме.


Рис.5.3.Антигеныгруппкровичеловека.

Углеводы на поверхности клеток, как видно из данного случая, являются важными сигнальными группами. Их узнают определённые рецепторы, что помогает клеткам взаимодействовать между собой. Клетки за счёт изменения свойств мембран передают друг другу различные сигналы, обеспечивающие межклеточное взаимодействие.

3. 
   Производные арахидоновой кислоты.
   

Двойные связи в арахидоновой кислоте приводят к появлению изломов в структуре. Также, по этим двойным связям может идти частичная циклизация и окисление. Образуются специфические липиды (рис. 5.4). Одна из форм – простагладин. В нём есть пятичленное кольцо, карбонильная группа и спиртовые группы. Простагландины стимулируют сокращение гладкомышечной ткани. По действию такие вещества похожи на гормоны. Но простогландины, в отличие от гормонов, не могут свободно перемещаться по организму, т.к. в легочном эпителии выделяются ферменты, разрушающие простогландин. Поэтому простогландины оказывают регулторное действие тольк на соседние ткани и органы.


Рис.5.4.Производныеарахидоновойкислоты(эйкозаноиды)

Похожим соединением с похожими функциями являются тромбоксаны. В тромбоксанах также есть пятичленное кольцо и ОН-группы, но есть ещё одно кольцо, образованное кислородом. Тромбоксаны также выполняют регуляторные функции. В частности, они регулируют обмен клеток крови.

У лейкотриенов не образуется цикла, но есть перенос двойной связи с образованием сопряженной системы двойных связей и эпоксидная группировка. Они также являются клеточными регуляторами.

4. 
   Изопреноидные соединения. Терпены
   

Среди негидролизуемых липидов преобладают соединения, имеющие разветвлённую природу. Многие з них фактически являются полимерами изопрена (рис. 5.5). Двойные связи разрываются, образуются 4 свободные валентности, из которых две ^{формируют двойную связь между С}2 ^{и С}3^{, а две остаются свободны. в дальнейшем} возможна полимеризация и циклизация. В промышленности изопрен и его производные используется для получения синтетических каучуков и пластмасс.

Рис.5.5.Изопрен

Изопреноидные соединения распространены среди растений и обуславливают запахи, которые исходят от растений. В основном здесь используются модифицированные димеры изопрена, называемые терпены (рис. 5.6). Зачастую эти димеры (монотерпены) подвергаются циклизации. У таких соединений может быть много изомеров из-за наличия точек ветвления и двойных связей. Названия терпены получили в честь растений, из которых их впервые выделили. Такие соединения достаточно летучие. Терпены встречаются и у животных, но как промежуточные продукты

Рис.5.6.Представителитерпенов

Превращения терпенов друг в друга может происходить под воздействием химических факторов: кислот, восстановителей, окислителей. На рис. 5.7 представлены варианты таких модификаций для гераниола. У каждого растения свой набор ферментов для модификации и, соответственно, свой продукт.




Рис.5.7.Возможныемодификациигераниола.

Некоторые терпены были искусственно синтезированы, чтобы получить необходимые вещества в большем количестве для изготовления косметических препаратов. Химия терпеноидов – большая и хорошо развитая область органической химии.

Присоединение остатков изопрена может идти и дальше. На рис. 5.8 показаны ^{примеры С}15^{-терпенов, производных фарнезола. Фарнезол часто встречается в растениях} как промежуточный продукт синтеза и компонент ароматических смесей. Он также может циклизоваться и модифицироваться различными путями. Такие соединения называются сексвитерпены (полуторатерпены)



Рис.5.8.Сексвитерпены.

Сексвитерпены разнообразнее, чем монотерпены из-за большего количества углерода и двойных связей. Как и монотерпены, они выступают в роли пахучих компонентов. Также некоторые сексвитерпены являются предшественниками гормонов, работают как яды для защиты от поедания.

Дальше может присоединяться ещё один остаток изопрена с получением фитола. ^{Полученные С}20^{-соединения называются дитерпены (рис. 5.9). Дитерпены также могут} складываться в различные структуры с образованием циклических участков. Многие дитерпены выступают в роли растительных гормонов



Рис.5.9.Дитерпены.

5. 
   Присоединение «голова к голове»
   

Во всех вышеупомянутых случаях шла реакция полимеризации изопреноидного остатка по типу «голова к хвосту». Теоретически, такая полимеризация может продолжаться неограниченно. Так, например, образуются природные каучуки. Однако, возможна также полимеризация «голова к голове». Такая полимеризация, как правило, является последней стадией синтеза. Образуется димерная, но зеркальная молекула, называемая сквален (рис. 5.10). Фактически, сквален представляет из себя димер фарнезола.




Рис.5.10.Сквален(слева)икукурбитацинА(справа)

Сквален служит основой для синтеза других соединений. Одно из производных сквалена, кукурбитацин А, даёт огурцам и тыкве горький вкус.

6. 
   Каротиноиды
   

Понятно, что такая полимеризация приводит к удвоению количества атомов от исходного вещества. Продукты димеризации сексвитрпенов и дитерпенов служат основой для синтеза других важных соединений. В одном случае образуются каротиноиды (рис. 5.11). Основой для их синтеза служит димеризованный геранилгераниол, в котором затем увеличивается количество двойных связей и меняется их расположение. Образуется система сопряженных двойных связей. На конце же происходит циклизация. Сопряженные связи приводят к сильному окрашиванию.




Рис.5.11.Каротины– одниизосновныхпредставителейкаротиноидов.

Каротиноиды образуются только у растений. Они являются обязательными компонентами фотосинтетической системы растений. Каротины поглощают свет в определённой области спектра и служат дополнительными антенными пигментами фотосинтеза. Также в некоторых случаях каротины могут присоединять кислород по двойным связям с образованием эпоксидов. Это позволяет использовать каротиноиды как один из компонентов антиоксидантной системы. Окисленные каротиноиды могут восстанавливаться в исходную форму с помощью специального фермента. Также некоторые представители семейства каротиноидов накапливаются и в других частях растения, давая им характерную красно-оранжевую окраску.

Животные не образуют каротиноиды, но животные в них нуждаются. Поэтому, животные должны получать каротиноиды с пищей (рис. 5.12). Во-первых, из β-каротина ^{у животных синтезируется витамин А}1 ^{(ретинол). Ретинол, окисляясь по концевой} группе, даёт начало другим необходимым для животных соединениям. В результате окисления до альдегида получается ретиналь, выполняющий функцию зрительного ^{пигмента. Двойная связь С}11^-С12 ^{при поглощении света изомеризуется в транс-форму. В} результате этой изомеризации происходит изменение конформации белка, в состав которого входит ретиналь (родопсина). Существует несколько форм родопсинов, которые по-разному чувствительны к свету. Изменение конформации белка в конечном итоге приводит к передаче нервного импульса.
У галобактерий также есть аналог родопсина, содержащий ретиналь (бактериородопсин). Он встроен в мембрану бактерий и выполняет примерно то же, что и родопсин в зрительной системе. Но бактерии используют конформационные переходы для переноса протонов через мембрану, что ведёт к получению энергии. Иными словами, у галобактерий аналог родопсина используется в фотосинтезе. (Галобактерииотносятся к археям, анек бактериям. Прим.автора конспекта)




Рис.5.12.Использованиеживотнымиβ-каротина

Ретинол может окисляться дальше с образованием ретиноевой кислоты, которая принимает участие в регуляции деления эпителиальных клеток. Одни из симптомов недостатка витамина А в организме – ухудшение зрения и нарушение целостности кожных покровов (шелушение, воспаление). Избыток витамина А также приводит к нарушениям зрения.

Каротиноиды со временем разрушаются. Поэтому в растительных продуктах, которые подвергались длительному хранению, их меньше. Ретинол в больших количествах запасается в печени и других жирозапасающих структурах. Самый богатый витамином А источник – печень белого медведя. Избыточное производство ретиноевой кислоты в некоторых случаях приводит к раку кожи.

7. 
   Долихолы
   

Ещё одна группа терпеноидных соединений не требуется в больших количествах, но играет важную роль в функционировании организма. Одни из таких соединений – долихолы (рис. 5.13). Долихолы гидрофобные, на конце один ОН-остаток. Как правило, по ней присоединяется остаток фосфорной кислоты. К этому фосфату могут присоединяться гидрофильные группы, которые долихол может переносить через
мембрану. В основном это связано с переносом моно- и олигосахаридов. Они образуются внутри клетки, присоединяются к долихолам переносятся в наружную среду и включаются в состав других соединений. Долихолы всегда могут синтезировать долихолы и практически никогда по ним не бывает дефицита.




Рис.5.13. Долихол(n от9 до12).

8. 
   Липиды в мембранах архебактерий
   

В мембранах некоторых архебактерий вместо классических липидов встречаются особые соединения. В таких соединениях присутствует длинная восстановленная изопреноидная цепочка, образованная двумя половинами, связанными по типу «голова к голове». На концах у таких цепочек присутствуют спиртовые группы, которые этерифицируют глицерин, который может подвергаться дальнейшей модификации за счёт оставшейся ОН-группы (присоединение углеводов, фосфатов и т.д.). Получается молекула с двумя гидрофильными концами и гидрофобной длинной серединой (рис. 5.14). Такие молекулы, включаясь в мембрану, образуют не бислой липидов, но монослой двойной толщины. За счёт этого мембрана получается более жёсткой и устойчивой.




Рис.5.14.Компонентклеточноймембраныархей.

9. 
   Убихиноны и пластохиноны