ОСНОВЫ БИОХИМИИ ЛЕНИНДЖЕРА - ТОМ 1. ОСНОВЫ БИОХИМИИ СТРОЕНИЕ И КАТАЛИЗ - 2011

ЧАСТЬ I. СТРОЕНИЕ И КАТАЛИЗ

10. ЛИПИДЫ

Вопросы и задачи

1. Обсуждение термина «липиды».

Что такое «липид»? Чем липиды отличаются от других биомолекул — аминокислот, нуклеиновых кислот и белков?

2. Температуры плавления липидов.

Липиды содержат жирные кислоты с 18 атомами углерода. Температуры плавления кислот: стеариновая кислота — (+69,6 °С), олеиновая кислота — (+13,4 °С), линолевая кислота — (-5 °С), линоленовая кислота — (-11 °С).

а) Какая особенность строения этих 18-углеродных жирных кислот может коррелировать с температурой плавления? Какова общая закономерность изменения температуры плавления.

б) Изобразите все возможные триацилглицериды, которые могут быть образоваться из глицерина, пальмитиновой и олеиновой кислот.

в) Жирные кислоты с разветвленными цепочками обнаружены в некоторых мембранных липидах бактерий. Будет ли их присутствие увеличивать или уменьшать текучесть мембран (т. е. придавать им более низкую или более высокую точку плавления)? Почему?

3. Приготовление соуса Béarnaise.

Во время приготовления соуса Béarnaise яичные желтки вбиваются в расплавленное масло, чтобы стабилизировать соус и избежать разделения фаз. Стабилизирующим агентом в яичном желтке является лецитин (фосфатидилхолин). Предположите, почему он так действует.

4. Изопреновое звено в изопреноидах.

Гераниол, фарнезол и сквален называют изопреноидами, поскольку они образуются из пятиуглеродного изопренового звена. Для каждого соединения обведите пятиуглеродный участок, который указывает на изопреновое звено (см. рис. 10-22).

5. Номенклатура стереоизомеров липидов.

Два соединения, изображенные ниже, являются стереоизомерами карвона и отличаются по свойствам. Вещество, изображенное слева, пахнет мятой, а изображенное справа — тмином. Назовите эти вещества в соответствии с RS-номенклатурой.

6. RS-номенклатура для аланина и лактата.

Нарисуйте (изображая связи в виде клиньев) и подпишите R- и S-изомеры 2-аминонронановой кислоты (аланина) и 2-гидроксипропановой кислоты (молочной кислоты).

7. Гидрофобные и гидрофильные компоненты мембранных липидов.

Общим структурным свойством мембранных липидов является их амфифильная природа. Например, в фосфатидилхолине две жирнокислотные цепочки гидрофобны, а фосфохолиновая «головка» гидрофильна. Для каждого из следующих мембранных липидов назовите гидрофобные и гидрофильные компоненты: а) фосфатидилэтаноламин; б) сфингомиелин; в) галактозилцереброзид; г) ганглиозид; д) холестерин.

8. Структура омега-6 жирной кислоты.

Изобразите структуру омега-6 жирной кислоты 16:1.

9. Каталитическое гидрирование растительных масел.

Каталитическое гидрирование, используемое в пищевой промышленности, приводит к превращению двойных связей жирных кислот в связи -СН2-СН_2-. Как это изменение влияет на физические свойства масел?

10. Нестабильность триацилглицеридов в щелочной среде.

Общепринятой процедурой для очистки жироуловителя в раковине является добавление средств, содержащих гидроксид натрия. Объясните, почему они так действуют.

11. Определение структуры липида на основании его состава.

Анализ состава липида показал, что в нем на один моль жирной кислоты приходится строго один моль неорганического фосфата. Может ли этот липид быть глицерофосфолипидом? Ганглиозидом? Сфингомиелином?

12. Определение структуры липида на основании молярного отношения компонентов.

Полный гидролиз глицерофосфолипида привел к образованию глицерина, двух жирных кислот (16:1(∆⁹) и 16:0), фосфорной кислоты и серина в соотношении 1:1:1:1:1. Назовите этот липид и изобразите его структуру.

13. Свойства воска.

Какое свойство восковой кутикулы, покрывающей листья растений, делает листья непромокаемыми?

14. Действие фосфолипаз.

Яды восточной гремучей змеи и индийской кобры содержат фосфолипазу А₂, катализирующую гидролиз жирных кислот по положению С-2 глицерофосфолипидов. Продуктом распада фосфолипида в этой реакции является лизолецитии (лецитин — это фосфатидилхолин). При высоких концентрациях этот и другие лизофосфолипиды действуют как детергенты, разрушая мембраны эритроцитов и лизируя клетки. Интенсивный гемолиз может представлять угрозу для жизни.

а) Все детергенты амфифильны. Что представляют собой гидрофильная и гидрофобная части лизолецитина?

б) Боль и воспаление, вызванные укусом змеи, можно ослабить с помощью некоторых стероидных препаратов. Почему?

в) Хотя большое количество фосфолипазы А₂ может быть смертельно опасно, этот фермент необходим для ряда нормальных метаболических процессов. Что это за процессы?

15. Липиды в определении групп крови.

Выше мы упомянули (см. рис. 10-15), что структура гликосфинголипида определяет группы крови А, В и 0 у человека. Однако верно, что гликопротеины также определяют группы крови. Как возможно, что оба эти утверждения справедливы?

16. Внутриклеточные мессенджеры из фосфатидилинозитов.

Когда гормон вазопрессин стимулирует расщепление фосфатидилинозит- 4,5-бисфосфата чувствительной к гормону фосфолипазой С, образуются два продукта. Что это за продукты? Сравните их свойства и их растворимость в воде и предскажите, будут ли они легко диффундировать через цитозоль.

17. Депо жирорастворимых витаминов.

В противоположность водорастворимым витаминам, которые должны ежедневно поступать с пищей, жирорастворимые витамины могут накапливаться в организме человека в количестве, достаточном для потребления в течение многих месяцев. Предложите объяснение этого различия, основываясь на растворимости витаминов.

18. Гидролиз липидов.

Назовите продукты мягкого гидролиза разбавленным NaОН а) 1-стеароил- 2,3-дипальмитоилглицерина; б) 1-пальмитоил-2- олеилфосфатидилхолина.

19. Влияние полярности на растворимость.

Расположите следующие соединения в порядке увеличения растворимости в воде: триацилглицерин; диацилглицерин и моноацилглицерин, причем все они содержат только пальмитиновую кислоту.

20. Хроматографическое разделение липидов.

Смесь липидов наносят в колонку с силикагелем, затем промывают колонку растворителями с нарастающей полярностью. Смесь состоит из фосфатидилсерина, фосфатидилэтаиоламина, фосфатидилхолина, холсстерилпальмитата (стериновый эфир), сфингомиелина, пальмитата, н-тетрадеканола, триацилглицерина и холестерина. В каком порядке следует ожидать выхода липидов с колонки? Объясните свои предположения.

21. Идентификация неизвестных липидов.

Йохан Тудикум, около 100 лег тому назад имевший врачебную практику в Лондоне, в свободное время занимался также химией. Он выделил целый ряд липидов из нервной ткани, охарактеризовал многие из них и дал им названия. Тщательно запечатанные и надписанные еще им сосуды с выделенными липидами были вновь исследованы через много лет.

а) Как бы вы подтвердили, используя методы, недоступные Тудикуму, что сосуды с надписями «сфингомиелин» и «цереброзид» действительно содержат эти вещества?

б) Как бы вы отличили сфингомиелин от фосфатидилхолина, используя химические, физические или ферментативные методы исследования?

22. Нингидрин для обнаружения липидов на ТСХ-пластинках.

Нингидрин специфически реагирует с первичными аминами, образуя пурпурно-голубой продукт. При тонкослойной хроматографии фосфолипидов печени крыс пластинка проявляется путем опрыскивания нингидрином. Какие фосфолипиды можно определить таким образом?

Анализ экспериментальных данных

23. Определение структуры аномального липида при болезни Тея-Сакса.

На рис. 1 в доп. 10-2 показано, как происходит распад ганглиозидов у здоровых людей и у людей с определенными генетическими заболеваниями. Некоторые из приведенных данных взяты из статьи Ларса Свеннерхольма (1962). Черным ромбиком на рисунке обозначена сиаловая кислота (Nеu5Ас, N-ацетилнейраминовая кислота).

Свеннерхольм сообщал, что около 90% моносиалоганглиозидов, выделенных из нормального головного мозга, представляют собой вещество, состоящее из церамида, гексозы, N-ацетилгалактозамина и N-ацетилнейраминовой кислоты в молярном отношении 1:3:1:1.

а) Какой из ганглиозидов (от GМ1 до GМЗ и глобозид) на рис. 1 в доп. 10-2 соответствует этому описанию? Объясните свой ответ.

б) Свеннерхольм также обнаружил, что 90% ганглиозидов пациента с болезнью Тея-Сакса состоят из тех же компонентов, но в ином молярном отношении: 1:2:1:1. Соответствует ли это данным, приведенным на рисунке в доп. 10-2? Объясните свой ответ.

Для более точного определения структуры ганглиозида Свеннерхольм обработал его нейраминидазой, удаляющей N-ацетилнейраминовую кислоту. Образовавшийся десиалированный ганглиозид гораздо легче анализировать. Свеннерхольм обработал его кислотой, собрал церамидсодержащие продукты и определил молярное отношение сахаров в каждом продукте. Он проделал данную процедуру как для нормального, так и для аномального ганглиозида. Результаты этого эксперимента представлены ниже.

в) На основании представленных результатов сделайте вывод о структуре нормального ганглиозида. Соответствует ли это данным, приведенным в доп. 10-2? Объясните свои рассуждения.

г) Что можно сказать о структуре аномального ганглиозида? Соответствует ли эта структура

данным, приведенным в доп. 10-2? Объясните свои рассуждения.

Кроме того, Свеннерхольм сообщал о работе других исследователей, которые осуществляли переметилирование нормального десиалированного ганглиозида. Перметилированием называют исчерпывающее метилирование; при этом метальная группа присоединяется к каждой свободной гидроксильной группе сахара. Исследователи обнаружили, что в результате реакции получались следующие сахара: 2,3,6-тримстилгликопира- ноза, 2,3,4,6-тетраметилгалактопираноза, 2,4,6- триметилгалактопираноза и 4,6-диметил-2-де- зокси-2-аминогалактопираноза.

д) Какому сахару из группы GМ1 соответствует каждый из продуктов перметилирования? Объясните свой ответ.

е) Используя все приведенные данные, ответьте, какая информация о структуре нормального ганглиозида отсутствует?