Фосфолипиды и сфинголипиды — структурные компоненты мембран

Фосфолипиды и сфинголипиды — структурные компоненты мембран.

Помимо жирных кислот к глицерину могут присоединяться и другие группы, такие, как аминогруппы кислоты и углеводы. Благодаря этому образуется множество липидов с разнообразными свойствами.

К одному из трех углеродных атомов глицерина может быть присоединена полярная группа (полярная «головка»), которая несет заряд или не заряжена. Для молекул таких липидов характерно наличие длинного гидрофобного «хвоста» -R и полярной «головки» (табл. 8.18):

Таблица S.I8

Распространенные полярные головные группы в фосфолипидах

Фосфатид и л серин

Специфическая способность этих соединений вступать как в гидрофильные, так и в гидрофобные взаимодействия делает их идеальными компонентами биологических мембран. Производные глицерин-3-фосфата, называемые глицерофосфо- липидами (или фосфоглицеридами), являются наиболее распространенными мембранными липидами.

Простейший представитель фосфоглицеридов — фосфатидная кислота

В мембранах часто встречаются производные фосфатидной кислоты, в которой к фосфорильному остатку присоединены различные полярные радикалы (X):

Чем более полярен радикал X, тем полярное «головка» фосфолипидной молекулы.

В качестве полярных радикалов выступают остатки холина и фосфорной кислоты. Холин обычно относят к витаминам группы В, хотя животные и микроорганизмы способны его синтезировать. Холин — это одно из важнейших веществ, основная задача которых состоит в переработке, разжижении и транспортировке молекул жира в печени и в других частях организма. Холин помогает контролировать накопление холестерина, способствует передаче нервных импульсов, которые используются мозгом для формирования памяти.

Источники холина — желток яйца, мозги, сердце, печень, зеленые листовые овощи, дрожжи. При недостатке холина появляется забывчивость, подавленность, состояние страха, раздражительность. Наблюдаются бессонница, сердечная аритмия, нарушение кровообращения, головные боли, шум в ушах, запоры.

К полярным радикалам, не несущим заряд, относятся остатки шестиатомного спирта — инозита, образующего фосфатидилинозит (рис. 8.19).

Рис. 8.19. Формулы строения фосфатидилинозита (/) и карлиолинина (2)

Рис 8.20. Ьислойная структура липидной мембраны клетки. В центре мембраны канал для проведения различных веществ

Во внутренних мембранах митохондрий и в мембранах бактериальных клеток встречается дилипид, образованный из двух соединенных глицерином остатков фосфатидной кислоты, — кардиолипин (или дифосфатидилглицерин) (рис. 8.19).

По мере накопления липидов формируется клеточная мембрана. В мембране молекулы липидов выстраиваются рядами в двойной слой (бислой) гидрофильными полярными «головками» наружу (к водной среде), липофильными «хвостами» внутрь мембраны (жировая прослойка) (рис. 8.20).

Благодаря своим бифильным свойствам фосфолипиды не только являются основой всех клеточных мембран, но и выполняют другие функции. Они образуют поверхностный гидрофильный слой глобул липопротеинов крови, выстилают поверхность альвеол, предотвращая слипание стенок во время выдоха. Некоторые фосфолипиды участвуют в передаче сигнала в клетки.

Кроме фосфоглицеридов во многих типах мембран имеются липиды, образованные присоединением жирной кислоты и полярного радикала к сфингозину. Особенно богаты ими нервные ткани, в частности мозг.

Сфингозин — это аминоспирт с длинной углеводородной цепью:

Установлено, что при патологических состояниях организма, в частности при злокачественных образованиях, изменяется метаболизм и состав сфинголипидов, особенно гликосфинголипидов, что приводит к нарушению структуры мембран и биологических функций клеток.

Сфинголипиды — обязательные компоненты всех эукариот. Они представляют собой один из наиболее разнообразных по химическому строению и биологической активности классов липидных молекул.

Многочисленными исследованиями установлено, что сфинголипиды влияют на структурные свойства биологических мембран и липопротеинов, являются мембранными «якорями» некоторых белков, участвуют в процессах клеточного узнавания, регуляции роста, дифференцировки и апоптоза клеток, рецепции гормонов, факторов роста, цитокинов, являются антигенами, иммуномодуляторами и вторичными мессенджерами (передатчиками сигнала).

Класс «сфинголипиды» объединяет сотни соединений липидной природы, различающихся химической структурой и биологическими функциями, но имеющих общий фрагмент — сфингоидное (сфингозиновое) основание, представляющее собой аминоспирт с длинной алифатической цепью. Сфинголипиды делят на 2 основные группы:

  • 1) сфингофосфолипиды, содержащие остатки фосфорной кислоты и холина (сфингомиелины) или фосфорной кислоты и инозитилгликозида (фитосфинголи- пиды);
  • 2) сфингогликолипиды, содержащие моносахариды (обычно галактозу) или олигосахариды (цереброзиды) и остатки сиаловых кислот (ганглиозиды).

Сфингомиелины (от греч. «sphingo» — сжимаю, сдавливаю, связываю и «myelos» — мозг) 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, легких, селезенки, эритроцитах. Особенно много их в сером и белом веществе мозга, а также в оболочке аксонов периферической нервной системы.

Читайте также:  МКБ 10 - Другие полиневропатии (G62)

Сфингомиелин может накапливаться в клетках нервной системы и других органах в количествах, в десятки раз превышающих норму. Это приводит к психическим расстройствам (болезнь Ниманна-Пика) и невралгии.

Сфингомиелин выделяют из мозга крупного рогатого скота или синтезируют.

При гидролизе молекулы сфингомиелина образуются одна молекула жирной кислоты, одна молекула двухатомного ненасыщенного аминоспирта сфингозина, одна молекула азотистого основания (чаще это холин) и одна молекула фосфорной кислоты. Именно поэтому сфингомиелины относятся к классу фосфолипидов. Общая структура сфингомиелинов выглядит так:

Конформация молекулы сфингомиелина в определенном отношении сходна с конформацией глицерофосфолипидов.

Гликолипиды (гликосфинголипиды) — 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 четыре основные группы гликолипидов: цереброзиды, суль- фатиды, глобозиды и ганглиозиды.

Цереброзиды (от лат. «cerebrum» — мозг) — природные органические соединения из группы сложных липидов. Впервые были обнаружены в составе мозга (отсюда название). Не содержат ни фосфорной кислоты, ни холина. В их состав входит гек- соза (обычно это D-галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспирта сфингозина. Кроме того, цереброзиды содержат жирные кислоты, среди которых чаще всего встречаются лигноцериновая, нервоновая и цереб- роновая кислоты, т.е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома.

Формула строения цереброзидов имеет вид

Наиболее изученными представителями церсброзидов являются нервон, содержащий нервоновую кислоту, цереброн, в состав которого входит цереброновая кислота, и керазин, содержащий лигноцериновую кислоту.

Цереброзиды содержатся главным образом в нервной ткани, особенно в мие- линовой оболочке нервных волокон, встречаются в селезёнке, лёгких и других органах.

При нарушениях обмена цереброзидов возникает болезнь Гоше (по имени французского врача Э. Гоше, описавшего болезнь в 1882 г.), которая сопровождается накоплением цереброзидов в клетках ретикуло-эндотелиальной системы мозга. У больных, страдающих болезнью Гоше, 6-8% сухой массы печени и селезёнки составляют цереброзиды, содержащие в качестве остатка сахара глюкозу вместо галактозы.

Синтез цереброзидов осуществлен в 1961 г. на базе производных сфингозино- вых оснований и ацетобромгексозы.

При взаимодействии сфингозина с олеиновой кислотой получается церамид — первичный сфинголипид, из которого образуются три класса неглицероловых липидов (цереброзиды, фосфосфинголипиды, ганглиозиды).

Цереброзиды — это церамиды, к которым присоединен моносахарид, например галактоза. При этом возникает гликозидная связь между группой С-кислород сахара и атомом углерода -СН2ОН-группы сфингозина. Цереброзиды являются членами большой группы, названной гликолипидами (см. разд. 8.3). Цереброзиды обнаруживаются в высоких концентрациях в мозге и нервной ткани.

Глобозиды отличаются от цереброзидов тем, что имеют в своем сотаве несколько углеводных остатков, связанных церамидом:

Цереброзиды и глобозиды относят к нейтральным сфинголипидам, так как они не содержат заряженных групп.

Фосфосфинголипиды — это церамиды, у которых оставшаяся спиртовая гидроксильная группа этерифицирована фосфатной производной, например фосфорил- холином. Наиболее типичным среди них является сфингомиелин, который входит в состав большинства мембран.

Ганглиозиды — наиболее сложные по составу липиды. Они содержат несколько углеводных остатков, среди которых присутствует N-ацетилнейраминовая кислота.

В тканях человека аминогруппа всегда ацетилирована (радикал ацетил СН3СО-), при этом сахар превращается в N-ацетилнейраминовую (сиаловую) кислоту. Сиаловая кислота представляет особый интерес тем, что участвует в инфицировании клеток вирусом гриппа.

11ейраминовая кислота — углевод, состоящий из 9 атомов углерода и входящий в группу сиаловых кислот. При гидролизе ганглиозидов можно обнаружить высшую жирную кислоту, спирт сфингозин, D-глюкозу и D-галактозу. а также производные аминосахаров: N-ацетил глюкозам и н и N-ацетилнейраминовую кислоту.

Последняя синтезируется в организме из глюкозамина и имеет следующую формулу:

В структурном отношении ганглиозиды в значительной мере сходны с цереб- розидами, с той только разницей, что вместо одного остатка галактозы они содержат сложный олигосахарид.

Читайте также:  TRALY ARGININ bảo vệ tế bào gan, giải độc gan, hạ men gan

Одним из простейших ганглиозидов является гематозид, выделенный из эритроцитов:

Ганглиозиды содержатся в основном в ганглиозных клетках нервной ткани, откуда они и получили свое название. Однако ганглиозиды находятся и в плазматических мембранах многих клеток — эритроцитов, гепатоцитов, клеток селезёнки и других органов. Главная роль ганглиозидов определяется их участием в осуществлении межклеточных контактов. Некоторые ганглиозиды служат своеобразными детекторами бактериальных токсинов — антигенов.

Веточки олигосахаридов образуют пушистый покров клеток, защищая их от антигенов. Ганглиозиды определяют группы крови (О, А, В) у человека (см. выше).

Ганглиозиды — это церамиды, у которых спиртовая группа связана с коротким, как правило разветвленным, олигосахаридом. Углеводные части ганглиозидов обладают антигенными свойствами и различаются концевыми остатками в олигоса- харидных цепях.

Обычно линейная часть сахаридной цепи содержит связанные последовательно N-ацетилгалактозамин (GalNac), галактозу (Gal) и глюкозу (Glc).

Обобщая, можно сказать, что к фосфолипидам относятся все фосфорсодержащие липиды. При этом, если в основе структур находится глицерин, их называют фосфороглицеридалш, а производные сфингозина — сфингомиелинами.

Функции гликосфинголипидов можно объединить в классы.

По взаимодействию: между клетками;

клетками и межклеточным матриксом; клетками и микробами.

активности протеинкиназ; активности рецептора фактора роста;

анти пролиферативного действия (апоптоза, клеточного цикла).

структурной жесткости мембран; конформации белков мембран.

Фосфолипиды

Общий признак всех фосфолипидов — наличие в их составе фосфорной кислоты. В зависимости от спиртового компонента они делятся на глицерофос- фолипиды и сфингофосфолипиды.

Глицерофосфолипиды

Общим структурным фрагментом всех глицерофосфолипидов является фосфатидная кислота (1,2-диацил,3-фосфоглицерол):

Фосфатидная кислота образуется в организме в процессе биосинтеза три- ацилглицеролов и глицерофосфолипидов как общий промежуточный метаболит; в тканях она присутствует в незначительных количествах. Следует отметить, что все природные глицерофосфолипиды относятся к L-ряду. Различные глицерофосфолипиды отличаются друг от друга дополнительными группировками, присоединенными фосфоэфирной связью к фосфатидной кислоте. Состав жирных кислот различных глицерофосфолипидов различается даже в пределах одного организма и наряду с замещающими группировками определяет специфичность фосфолипидов:

Фосфатид ил этанол — амин (ксфалин)

Фосфатид ил хол и н (лецитин)

Фосфатид ил сери н

Не содержащие азот

Фосфатид ил гл и нерол

Фосфати- дил глицерол

Фосфатид ил и нозитол

Основные представители глицсрофосфолипидов, отличающиеся группой HO-R, приведены в табл. 21.2.

Таким образом, молекулы фосфолипидов имеют гидрофобную часть, образованную радикалами жирных кислот, и гидрофильную — остатки фосфорной кислоты, аминокислот, аминоспиртов. Глицерофосфолипиды широко распространены в организме животных. Ниже приведены характеристика структур, функций и распространение в природе основных глицерофосфолипидов.

Фосфатидилхолин (лецитин). В своем составе содержит аминоспирт холин (гидроксид 3-гидроксиэтилтримстиламмония):

В зависимости от того, с каким атомом углерода глицерола связана фосфорная кислота (а — в крайнем положении, Р — в срединном), различают два типа фосфатидилхолинов (а и Р).

Фосфатидилхолины широко распространены в клетках, особенно мозговой ткани человека и животных; в растениях они встречаются в соевых бобах, семенах подсолнечника, зародышах пшеницы. В бактериях их содержание крайне невелико.

Фосфатидил этаноламин (кефалин). В состав фосфатидил этанол ам и нов

вместо холина входит азотистое основание этаноламин НО—СН2—СН2—NH3.

В организме животных и в высших растениях в наибольшем количестве встречаются фосфатид ил холины и фосфатидилэтаноламины. Эти две группы глицерофосфолипидов являются главными липидными компонентами мембран клеток.

Лизофосфатидилхолин и лизофосфатидилэтаноламин. Образуются при гидролизе в фосфатидил хол и не или фосфатидилэтаноламине сложноэфирной связи в положении 2 при действии специфичного фермента — фосфолипазы А2, особенно активного, например, в змеином яде:

Образующиеся лизофосфолипиды обладают сильным гемолитическим действием.

Фосфатидилсерин. В молекуле фосфатидилсерина полярной группой является остаток аминокислоты серина:

Фосфатидилсерины распространены менее широко, чем фосфатидилхо- лины и фосфатидилэтаноламины. Метаболически все три группы фосфолипидов связаны между собой. Значение фосфатидилсерина определяется тем, что он является предшественником в синтезе двух других групп.

Кроме того, были выделены фосфолипиды, содержащие вместо аминокислоты серина остаток аминокислоты треонина.

Плазмалогены. Известны также глицерофосфолипиды, которые в отличие от приведенных выше — фосфатидилэтаноламина, фосфатидилхолина, фосфатидилсерина — отличаются тем, что вместо остатка кислоты при атоме углерода С, они содержат а, P-ненасыщенный спирт, образующий простую эфирную связь с гидроксильной группой глицсрола.

Читайте также:  Как определить беременность с помощью соды в домашних условиях

При гидролизе этой эфирной связи образуется альдегид соответствующего спирта. Отсюда название группы — фосфатидали: фосфатидальэтаноламин, фосфатидальхолин, фосфатидальсерин. Использование термина плазмалогены для обозначения веществ этой группы фосфолипидов обусловлено тем, что альдегид жирной кислоты называется плазмалем.

Для примера приведена формула представителя плазмалогенов — фосфа- тидальэтаноламина:

На долю плазмалогенов приходится до 10% фосфолипидов мозга и мышечной ткани. Они обнаружены также в эритроцитах, тканях некоторых беспозвоночных (до 25%), входят в состав бактериальных мембран, но практически не встречаются в растениях.

Фосфатидилинозитол. В отличие от других групп глиперофосфолипидов в состав фосфатидилинозитол а вместо азотсодержащих соединений входит шестиуглеродный циклический спирт инозитол, представленный одним из его стсреоизомеров — моноинозитолом.

Фосфатидилинозитол входит в состав клеточных мембран животных, высших растений, различных микроорганизмов, особенно высоко его содержание в миелиновых оболочках нервных волокон. Важное значение имеют фосфори- лированныс производные фосфатидил и нозитолов, например фосфатидил- инозитол-4,5-дифосфат, который под действием фосфолипазы С гидролизуется до моноинозитол-1,4,5-трифосфата и диацилглицерола, играющих роль вторичных посредников в Са 2+ -зависимом действии ряда гормонов (гл. 13).

Фосфатидилглицерол. Так же как фосфатидил инозитол, фосфотидил- глицерол не содержит азотсодержащего соединения. В этих фосфолипидах полярной группой служит еще одна молекула глицерола.

Фосфатид ил глине ролы и их аминокислотные производные (например, L-лизилфосфатидилглицерол) в значительном количестве содержатся в бактериальных мембранах, а также хлоропластах растений.

Кардиолипин. Этот фосфолипид можно рассматривать как производное фосфатилилглицерола, в котором 3-гидроксигруппа второго остатка молекулы глицерола этсрефицирована молекулой фосфатидной кислоты.

Кардиолипин впервые был выделен из ткани сердечной мышцы. Установлено, что он локализован почти исключительно в митохондриях и играет важную роль в структурной организации и функционировании дыхательных комплексов. Кардиолипин является также обязательным компонентом бактериальных клеточных мембран и хлоропластов растений.

В составе этих соединений глицерола нет. Они являются производными сложного ненасыщенного дигидроксиаминоспирта — сфингозина или его насыщенного аналога — дигидросфингозина.

При ацилировании H2N-rpynribi сфингозина жирной кислотой образуется соединение — церамид, фосфохолиновос производное которого называется сфингомиелином. Сфингомиелины являются наиболее распространенными сфинголипидами, находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань; сфингомиелины обнаружены также в ткани почек, печени и других органов, входят в состав липидов крови.

Кефалин формула структурная

Фосфолип и ды, фосфатиды, сложные липиды, отличительным признаком которых является присутствие в молекулах остатка фосфорной кислоты. В состав Ф. входят также глицерин (или аминоспирт сфингозин), жирные кислоты, альдегиды и азотистые соединения (холин, этаноламин, серин). Важнейшие представители Ф. – глицерофосфатиды [фосфатидилхолин (лецитин), фосфатидилэтаноламин (устаревшее название – кефалин), фосфатидилсерин, фосфатидилинозит, кардиолипин] и фосфосфинголипиды – сфингомиелины. Каждый класс Ф. объединяет множество однотипных молекул, содержащих различные жирные кислоты или альдегиды. При этом ненасыщенные жирные кислоты преимущественно находятся при 2-м углеродном атоме молекулы глицерина (формулы см. в ст. Липиды).

Ф. широко распространены в природе. В качестве основных структурных компонентов они входят в состав клеточных мембран животных, растений и микроорганизмов, определяя их строение и проницаемость, а также активность ряда локализованных в мембранах ферментов. С белками Ф. образуют липопротеиновые комплексы. Различным биологическим мембранам присущ определённый состав Ф. Так, кардиолипин – специфический митохондриальный Ф.; сфингомиелин присутствует в основном в плазматических мембранах. В мембранах микроорганизмов всегда содержится фосфатидилглицерин и редко лецитин (в отличие от клеток животных).

Состав Ф. некоторых органов изменяется при старении и ряде патологических состояний организма (атеросклероз, злокачественные новообразования).

Для разделения и установления строения Ф. используют различные виды хроматографии, химический и ферментативный (с помощью фосфолипаз) гидролиз, физические методы исследования (масс-спектрометрия, ИК-спектрометрия, ядерный магнитный резонанс и др.).

Помимо Ф., известны также фосфонолипиды, в которых атом фосфора связан с азотистым основанием (холином и этаноламином) ковалентной Р-С-связью. Эти соединения обнаружены у ряда моллюсков и бактерий.

Лит.: Ленинджер А., Биохимия, пер. с англ., М., 1974; Form and function of phospholipids, 2 ed., Amst. – L. – N. Y., 1973.

Ссылка на основную публикацию
Фосфатидилхолин в лецитине, Phosphatidyl Choline, Source Naturals, 420 мг, 180 капсул — в онлайн мар
Лецитин: фосфолипиды на страже здоровья Если в ваши двери постучалась повышенная утомляемость, раздражительность, плохой сон, если участились головные боли, мир...
Флюорография трактовка заключения, нормы — «Online Диагноз»
Что обозначают в легких плевральные наслоения при флюорографии Флюорография легких – это обследование органов грудной клетки при помощи рентгеновских лучей,...
Флюороз зубов и его формы классификация, причины, симптомы, лечение и профилактика флюороза
Развитие флюороза При анализе специальной зарубежной и отечественной литературы становится известным, что патогенез флюороза зубов до настоящего времени остается не...
Фосфоглив лиофилизат инструкция по применению, аналоги, состав, показания
Фосфоглив ® - инструкция по применению по применению препарата ФОСФОГЛИВ® Оглавление Регистрационный номер Торговое название Химическое название Группировочное название Лекарственная...
Adblock detector