Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

Розділ I. БІОМОЛЕКУЛИ ТА КЛІТИННІ СТРУКТУРИ

ГЛАВА 5. ЛІПІДИ. БІОМЕМБРАНИ

5.2. СТРУКТУРА ТА ФУНКЦІЇ ЛІПІДІВ

Залежно від хімічної структури компонентів, що вивільняються за умов повного гідролізу, ліпіди поділяються на такі класи:

1. Прості ліпіди.

1.1. Ацилгліцероли.

1.2. Стериди.

1.3. Цериди (воски).

2. Складні ліпіди.

2.1. Фосфоліпіди.

2.1.1. Гліцерофосфоліпіди.

2.1.2. Сфінгофосфоліпіди.

2.2. Гліколіпіди.

2.2.1. Глікозилгліцероли.

2.2.2. Глікосфінголіпіди.

1. Прості ліпіди — ліпіди, що при гідролізі утворюють спирт та жирні кислоти.

1.1. Ацилгліцероли (ацилгліцериди) — ліпіди, що є складними ефірами гліцеролу (гліцерину) та жирних кислот. Ацилгліцероли (зокрема триацилгліцероли, або тригліцериди) мають емпіричну назву — нейтральні жири. Тригліцериди є основною складовою частиною адипоцитів жирової тканини людини і тварин, являючи собою молекулярну форму зберігання вищих жирних кислот — найбільш енергоємкого метаболічного палива. Природні тригліцериди є змішаними ліпідами, тобто до їх складу входять залишки різних жирних кислот.

1.2. Стериди — ліпіди, що є складними ефірами циклічних спиртів стеролів (стеринів) та жирних кислот. Стероли є 3-гідроксипохідними вуглеводню стерану (циклопентанпергідрофенантрену). Найбільш розповсюдженим стеролом тваринного організму є холестерол (холестерин), що входить як структурний ліпід до складу плазматичних мембран та є попередником в синтезі інших стеринів та їх похідних (стероїдів).

До біологічно важливих стеринів належать стероїдні гормони кори надниркових залоз, чоловічі та жіночі статеві гормони, вітаміни групи Д та їх похідні, жовчні кислоти.

1.3. Цериди (воски) — прості ліпіди, які є складними ефірами вищих жирних кислот та високомолекулярних спиртів, зокрема цетилового (С₁₆Н₃₃ОН) та мірицилового (С₃₀Н₆₁ОН). До восків тваринного походження належать бджолиний віск, спермацет, ланолін, що використовуються у фармації для виготовлення мазей, кремів, у виробництві косметичних засобів.

2. Складні ліпіди — ліпіди, що при гідролізі вивільняють спирт (гліцерол, сфінгозин, інозит), а також фосфат, аміносполуки, вуглеводи. Складні ліпіди є полярними, амфіфільними сполуками і більшість із них виконує структурні функції, входячи до складу біологічних мембран.

2.1. Фосфоліпіди.

Численну групу складних ліпідів складають фосфоліпіди, які, залежно від спирту, що входить до їх складу, поділяються на гліцерофосфоліпіди та сфінгофосфоліпіди.

До фосфоліпідів належать:

Гліцерофосфоліпіди (фосфогліцериди) — складні ефіри гліцеролу та вищих жирних кислот, що є похідними фосфатидної кислоти, етерифікованої аміноспиртами холіном, етаноламіном (коламіном) і оксіамінокислотою серином.

Фосфодіефірний зв’язок у складі гліцерофосфоліпідів утворений гідроксильними групами холіну (фосфатидилхоліни, або лецитини), етаноламіну (фосфатидилетаноламіни, або кефаліни) або серину (фосфатидилсерини).

Природні гліцерофосфоліпіди містять у центральному (2-му, β-) положенні залишки ненасичених, а в крайньому (1-му, α-) — насичених жирних кислот.

Сфінгофосфоліпіди — складні ефіри багатоатомного аміноспирту сфінгозину та вищих жирних кислот, що можуть також містити залишки холіну, фосфорної кислоти. N-ацильні похідні сфінгозину та жирних кислот мають назву церамідів:

Сфінгофосфоліпіди є фосфорними ефірами церамідів та аміноспиртів — холіну, етаноламіну, серину. В нервовій тканині людини та вищих тварин присутні сфінгомієліни(N -ацил-сфінгеніл-фосфохоліни):

2.2. Гліколіпіди — сполуки, в яких ліпідна частина ковалентно зв’язана з вуглеводною. Гліколіпіди є складними ефірами вищих жирних кислот та гліцеролу або сфінгозину і містять у своєму складі вуглеводний компонент (зокрема, глюкозу, галактозу та їх похідні або олігосахаридну групу).

Глікозилгліцероли (глікозилгліцериди) — гліколіпіди, що є ефірами гліцеролу.

Глікосфінголіпіди — гліколіпіди, що є ефірами N-ацилсфінгозинів (церамідів). Цей клас гліколіпідів (або сфінголіпідів) має важливе біологічне значення у зв’язку з розповсюдженням глікосфінголіпідів у складі біомембран, зокрема в нервовій тканині; до того ж, існує ряд спадкових захворювань, пов’язаних з порушенням метаболізму цього класу ліпідів.

Залежно від будови вуглеводної частини молекули, глікосфінголіпіди розділяють на декілька класів: цереброзиди, гангліозиди, сульфатиди та глобозиди:

а) цереброзиди — моногексозиди церамідів; найбільш поширеними представниками є галактоцереброзиди та глюкоцереброзиди:

Природними цереброзидами мембран нейронів головного мозку є галактоцереброзиди; аномальне накопичення в мозку глюкоцереброзидів спостерігається при хворобі Гоше (Gaucher), що супроводжується затримкою розумового розвитку та важкими неврологічними порушеннями.

б) сульфатиди — сульфатовані похідні цереброзидів, найбільш поширеним представником яких є галактоцереброзидсульфат (3'-сульфогалактоцереброзид).

Генетичний дефект, який призводить до підвищеного вмісту в нервовій тканині галактоцереброзидсульфату, має місце при спадковій хворобі — метахроматичній лейкодистрофії, що проявляється важкими психічними розладами.

в) глобозиди — олігосахаридні похідні (олігогексозиди) церамідів.

Олігосахаридний залишок глобозидів найчастіше містить у своєму складі галактозу, глюкозу або N-ацетилгалактозамін. Прикладами глобозидів є дигексозид лактозилцерамід еритроцитарних мембран, тригексозид галактозиллактозилоцерамід.

г) гангліозиди — глікосфінголіпіди, що містять в олігосахаридному ланцюзі, крім галактози, глюкози та N-гексозамінів, один або більше залишків дев’ятивуглецевого моносахариду нейрамінової або N-ацетилнейрамінової (сіалової) кислоти.

Для позначення окремих гангліозидів застосовують спеціальну номенклатуру. Згідно з номенклатурою молекула гангліозиду позначається літерою G (ganglioside) з індексами, що складаються з літер, які вказують на кількість залишків сіалової кислоти (M—mono-; D—di-; T—tri; Q—quatro) та умовних цифрових позначень:

де: Cer — церамід; Glc — глюкоза; Gal — галактоза; NeuAc — N-ацетилнейрамінова кислота.

Найбільший вміст гангліозидів у мембранах гангліонарних нейронів. Аномальне накопичення їх у головному мозку внаслідок генетичного дефекту ферментів їх метаболізму (гангліозидози) супроводжується важкими нервово-психічними розладами: G_M2-гангліозидоз — хвороба Тея-Сакса (Tay-Sachs), G_M1-гангліозидоз тощо.

Розглянуті класи ліпідів (прості, складні) здатні до гідролізу. Разом з тим, до ліпідів відносять численні біомолекули, що мають фізико-хімічні властивості ліпідів (гідрофобність, нерозчинність у полярних розчинниках), але не гідролізуються до більш простих сполук. Це — вільні жирні кислоти та біологічно активні похідні арахідонової кислоти (ейкозаноїди), вищі спирти, ізопреноїди та їх похідні, зокрема різноманітні стероїди, жиророзчинні вітаміни (А, Д, Е, К).

Ліпопротеїни — комплекси ліпідів різної хімічної будови з білками. В утворенні ліпопротеїнів беруть участь нековалентні зв’язки та фізико-хімічні взаємодії (водневі, іонні, ван-дер-ваальсові, гідрофобні).

Найбільше значення в біохімії мають ліпопротеїни, в складі яких ліпіди знаходяться в плазмі крові людини, та ліпопротеїни, що є інтегральними компонентами біологічних мембран.

Ліпопротеїни плазми крові є молекулярними комплексами різних класів ліпідів (головним чином, тригліцеридів, холестерину, фосфогліцеридів) з білками, що утворюють міцелярні структури, в складі яких ліпіди розчинені (суспендовані) в плазмі, яка за своїми фізико-хімічними властивостями є водним розчином. Фізіологічною функцією цих ліпопротеїнів є міжорганний транспорт ліпідів — транспортні ліпопротеїни. Детально хімічний склад та метаболізм транспортних ліпопротеїнів плазми крові людини буде розглянуто нижче (глава 16).