Основы биохимии - Филиппович Ю. Б. 1999

Липиды и их обмен
Сложные липиды

Фосфолипиды. Фосфолипиды — сложные эфиры многоатомных спиртов с высшими жирными кислотами, содержащие остатки фосфорной кислоты и связанные с нею добавочные группировки (азотистые основания, аминокис­лоты, глицерин, инозит и др.).

Из многоатомных спиртов в составе различных фосфолипидов найдено три: глицерин, миоинозит и сфингозин:

В соответствии с этим фосфолипиды делят на три группы: глицерофосфолипиды, инозитфосфолипиды и сфингофосфолипиды. Глицерофосфолипиды час­то называют фосфатидами, так как их можно рассматривать как производные фосфатидной кислоты (см. ниже), а инозитфосфолипиды — фосфоинозитидами.

В качестве высших жирных кислот в молекулах фосфолипидов содержатся пальмитиновая, стеариновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая кисло­ты, а также лигноцериновая, нервоновая и др. (см. табл. 25).

В зависимости от типа фосфолипида в построении его молекулы принима­ют участие один или два остатка высшей жирной кислоты. Фосфорная же кислота входит, как правило, в состав фосфолипидов в количестве одной молекулы.

Лишь некоторые виды инозитфосфолипидов содержат два и более остатка фосфорной кислоты.

Азотсодержащие составляющие фосфолипидов разнообразны. Наиболее часто встречаются этаноламин, холин и серин (см. ниже). Из химического строения фосфолипидов ясно, что в их молекулах есть участки, способные диаметрально противоположно взаимодействовать с молекулами раство­рителя.

Углеводородный радикал остатка (или остатков) высших жирных кислот формирует лиофобную часть, а остатки фосфорной кислоты и азотистого основания, способные ионизироваться, — лиофильную. Благодаря этой осо­бенности фосфолипиды, видимо, участвуют в обеспечении односторонней проницаемости мембран субклеточных структур.

Фосфолипиды — твердые вещества жироподобного вида; они бесцветны, но быстро темнеют на воздухе вследствие окисления по двойным связям входя­щих в их состав непредельных кислот. Хорошо растворяются в бензоле, петролейном эфире, хлороформе и т. п. Растворимость в спирте, ацетоне и серном эфире у разных групп фосфолипидов различна. В воде они не растворимы, но могут образовывать стойкие эмульсии, а в некоторых случа­ях — коллоидные растворы.

Фосфолипиды найдены в животных и растительных организмах, но осо­бенно много содержит их нервная ткань человека и позвоночных животных. У беспозвоночных содержание фосфолипидов в нервной системе в 2—3 раза ниже. Много фосфолипидов в семенах растений, сердце и печени животных, яйцах птиц и т. п. Специфическими фосфолипидами обладают микроорга­низмы.

Фосфолипиды легко образуют комплексы с белками и в виде фосфолипопротеинов присутствуют во всех клетках живых существ, участвуя глав­ным образом в формировании клеточной оболочки и внутриклеточных мембран.

Глицерофосфолипиды, или фосфатиды, — сложные эфиры глицерина, выс­ших жирных кислот, фосфорной кислоты и азотистого основания. Их рассмат­ривают как производные фосфатидной кислоты, откуда и происходит само название этой группы фосфолипидов:

В зависимости от характера азотистого основания среди фосфатидов раз­личают фосфатидилхолин (лецитины), фосфатидилколамин (кефалины), фосфатидилсерин и фосфатидилтреонин:

Из них лецитины наиболее распространены в природе. Наличие в лецити­нах холина в качестве азотистого основания впервые было установлено К. С. Дьяконовым (1867).

Три первых вида азотсодержащих фосфатидов, видимо, могут переходить друг в друга, так как они отличаются лишь строением азотистых оснований, между которыми возможна, например, такая генетическая связь:

Некоторые фосфатиды, открытые сравнительно недавно, не содержат азо­тистого основания, место которого в молекуле в этом случае занимают глицерин и его производные:

Фосфатидилглицерин является обязательной составной частью хлоро­пластов и в небольших количествах присутствует в бактериальных клетках и тканях животных. Кардиолипин — одно из существенно необходимых

соединений в составе митохондриальных мембран, особенно в митохондриях сердечной мышцы; он найден не только у животных, но и в растениях и у бактерий. И тот и другой способны аминоацилироваться по остатку глицерина с образованием аминоацилфосфатидил- и аминоацилдифосфатидил- глицеринов (их другое название — липоаминокислоты), создающих в хлоро­пластах, где они найдены (М. И. Молчанов, 1964), резерв аминокислот для биосинтеза белков.

Обладая асимметрическим строением (2-й углеродный атом остатка гли­церина всегда асимметричен), фосфатиды оптически активны и образуют соответствующие стереоизомеры. Вместе с тем им свойственна изомерия за счет перестановки остатков высших жирных кислот из а- в ß-положение или наоборот.

Инозитфосфолипиды (фосфоинозитиды) представляют группу фосфолипи­дов, строение которой выяснено в последние 10—15 лет благодаря интенсив­ным работам по их химическому синтезу, осуществленным сотрудниками, принадлежащими к школам Н. А. Преображенского и Л. Д. Бергельсона. Простейший монофосфоинозитид построен так:

Как можно видеть, он похож на фосфатид, у которого азотистое основание заменено остатком инозита.

При наличии двух или трех остатков фосфорной кислоты в молекуле инозитфосфолипида все они связаны с остатком инозита. Инозитфосфолипи­ды такого типа выделены из мозга и получены синтетически. Особенно высоко их содержание в миелиновых оболочках нервных волокон спинного мозга. Скорость обмена фосфатных групп в фосфоинозитиддифосфатах намного пре­вышает таковую в других фосфолипидах. Благодаря наличию диссоциирован­ных фосфатных групп фосфоинозитиддифосфаты обеспечивают перенос ионов через биологические мембраны. Они же являются источником вторичных по­средников, отщепляющихся в ответ на гормональный и иные сигналы (см с. 456 и 474). Многие фосфоинозитиды содержат углеводы, амины, аминокис­лоты и сфингозин.

Сфннгофосфолипиды в отличие от рассмотренных выше фосфатидов и ино­зитфосфолипидов содержат остаток высшей жирной кислоты, соединенный с двухатомным аминоспиртом (сфингозином) пептидной связью:

Овальные компоненты сфингофосфолипидов — фосфорная кислота и хо­лин — присоединены так же, как у фосфатидов. Именно в сфинголипидах в значительных количествах обнаружены лигноцериновая и нервоиовая кисло­ты, менее характерные для остальных групп фосфолипидов.

Представители этой группы фосфолипидов, видимо, более характерны для животного, чем для растительного мира. Однако из фосфолипидов раститель­ного происхождения (из кукурузного зерна) выделен аминоспирт, весьма похожий на сфингозин:    

Этот же спирт найден в дрожжах и грибах, а недавно — в мозге и почках человека, что указывает на возможность существования аналогичных фосфо­липидов в растительных и животных объектах.

Сфингофосфолипиды не растворимы в серном эфире, что используют при их отделении от фосфатидов. Они характеризуются также трудной раство­римостью в ацетоне и большей устойчивостью к действию окислителей, чем фосфатиды.

Сфинголипидам свойственны весьма сложные пространственные конфигу­рации, связанные с возможностью оптической изомерии (два асимметричных углеродных атома в молекуле) и цис-транс-изомерии по месту двойной связи. Этим объясняется их органная и видовая специфичность. Кроме того, установ­лено, что органная специфичность сфинголипидов зависит от качественного состава высших жирных кислот: так, для сфинголипидов мозга характерно присутствие нервоновой кислоты.  

Гликолипиды. Вторую группу сложных липидов образуют гликолипиды. Они характеризуются тем, что полярная моно- или олигосахаридная состав­ляющая (глюкоза, галактоза, глюкозамин, галактозамин, их N-ацетильные производные и др.) через остаток многоатомного спирта (глицерин, сфинго­зин) соединяется с неполярными радикалами высших жирных кислот (паль­митиновой, стеариновой, олеиновой, лигноцериновой, нервоновой, цереброновой и др.) гликозидной и сложноэфирной связями.

Примерами являются моногалактозилглицерин и цереброн соответст­венно:

Глицерогликолипиды и гликосфинголипиды широко распространены в при­роде. Особое внимание сейчас привлекают гликосфинголипиды, содержащие олигосахаридную компоненту, например глобозиды:

Уже изучено 110 глобо-, лакто- и ганглиосфинголипидов. Они регулируют рост клеток, являются маркерами трансформации нормальных клеток в рако­вые, обеспечивают компактизацию бластомеров во время дробления яйца, взаимодействуют с белковыми токсинами и выполняют ряд других важней­ших функций.

В последнее время показано, что они участвуют в процессах рецеп­ции гормонов, факторов роста, лейкинов, в регуляции роста и дифференцировки клеток, являются иммуномодуляторами и вторичными по­средниками.

Диольные липиды. В природных липидах сложноэфирные связи с остатками высших жирных кислот и фосфорной кислотой, равно как и простые эфирные связи с остатками высших спиртов и углеводов, могут образовывать двух­атомные спирты — этандиол, а также пропандиолы, бутандиолы и пентандиолы.

Такие липиды называют диольными липидами. Они широко распростра­нены среди растений, животных и микроорганизмов в качестве минорных компонентов липидной фракции, хотя у морских беспозвоночных и рыб неред­ко составляют главную часть запасных липидов. Они же являются структур­ными элементами мембран эндоплазматической сети, но не митохондрий. Замечено, что они обмениваются энергичнее, чем липиды, где функцию спирта выполняет глицерин. Известно 9 групп диольных липидов, выделенных из различных объектов.

Орнитинолипиды. Первые указания о существовании этого нового вида липидов относятся к 1963 г. В течение двух последующих десятилетий струк­тура многих из них была расшифрована и высказаны предложения об их функциональной роли.    

Орнитинолипиды характерны для микроорганизмов. Их непременными составными частями являются высшие жирные ß-оксикислоты и аминокис­лота орнитин (или лизин); в зависимости от типа строения могут присут­ствовать также остатки этиленгликоля или 1;3-пропандиола. Наиболее распространенные в природе орнитинолипиды построены следующим об­разом:

Установлено, что орнитинолипиды в микробной клетке способны заменять фосфатидилэтаноламин в качестве структурного элемента цитоплазматиче­ских мембран. Это особенно ярко проявляется в условиях фосфатного го­лодания.