БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 1

ЧАСТЬ I. КОНФОРМАЦИЯ И ДИНАМИКА

ГЛАВА 10. ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМУ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН

10.2. Фосфолипиды - основной класс мембранных липидов

Липиды-эго группа биомолекул, принципиально отличная от аминокислот и белков. По определению липиды нерастворимы в воде, но прекрасно растворяются в органических растворителях, например, в хлороформе. Липиды выполняют различные биологические функции; они используются как топливо при окислении, как экономичная форма запасания энергии, а также как компоненты мембран. Первые две функции мы рассмотрим подробно в гл. 18. Здесь же речь идет о липидах в связи с мембранами. В состав мембран входят три основных типа липидов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол.

Начнем с фосфолипидов, поскольку это количественно превалирующий класс мембранных липидов. Фосфолипиды являются производным либо трехатомного спирта глицерола, либо более сложного спирта сфингозина, Фосфолип иды — производные глицерола называются фосфоацилглицеролами. Фосфоацилглицерол состоит из глицерола (основа структуры), двух цепей жирных кислот и фосфорилированного спирта.

Цепи жирных кислот в фосфолипидах и гликолипидах содержат обычно четное число углеродных атомов-как правило, от 14 до 24, но чаще всего 16 или 18. У животных жирные кислоты имеют неразветвленные углеводородные цепи. Жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными. Двойные связи в ненасыщенных жирных кислотах почти всегда имеют цис- конфигурацию. Как будет показано далее, от длины и степени ненасыщенности жирнокислотных цепей в сильнейшей степени зависит текучесть мембран. На рис. 10.3 показана структура ионизированных форм двух широко распространенных жирных кислот-пальмитиновой (С₁₆, насыщенная жирная кислота) и олеиновой (С₁₈, одна двойная связь). Мы будем называть их в дальнейшем пальмитат и олеат, подчеркивая тот факт, что в физиологических условиях они находятся в ионизированном состоянии. Номенклатура жирных кислот приводится в гл. 18.

В фосфоацилглицеролах гидроксильные группы при С-1 и С-2 в глицероле этерифи- цированы карбоксильными группами двух жирных кислот. Третий гидроксил глицерола этерифицирован фосфорной кислотой. Образующееся в результате соединение, называемое фосфатидатом (или диацилглице- рол-3-фосфатом), представляет собой простейший фосфоацилглицерол. В мембранах фосфатидат содержится в минимальном количестве. Однако это соединение является ключевым промежуточным продуктом при биосинтезе других фосфоацилглицеролов.

Все основные фосфоацилглицеролы являются производными фосфатидата. Они образуются путем этерификации фосфатной группы фосфатидата с гидроксильной группой спиртов, таких, как серин, этаноламин, холин, глицерол и инозитол.

Соединив теперь между собой некоторые из этих компонентов, мы получим фосфатидилхолин - фосфоацилглицерол, присутствующий практически в любой мембране высших организмов.

На рис. 10.5 приведены структурные формулы других важнейших фосфоацилглицеролов, а именно фосфатидилэтаноламина, фосфатид илсерина, фосфатидилхолина, фосфатидилинозитола и дифосфатидилглицерола.

Рис. 10.5. Формулы некоторых фосфоацилглицеролов

Единственный фосфолипид мембран, не являющийся производным глицерола, это сфингомиелин.

Основу его структуры составляет сфингозин- аминоспирт с длинной ненасыщенной углеводородной цепью. В сфингомиели- не сфингозин связан с жирной кислотой амидной связью. Кроме того, первичная гидроксильная группа в сфингозине этерифицирована с фосфорилхолином. Как мы увидим далее, сфингомиелин по конформации сходен с фосфатидилхолином.

10.3. В большинстве мембран имеются также гликолипиды и холестерол

Гликолипиды, как следует из названия-это липиды, содержащие сахар. Гликолипиды животных клеток, подобно сфингомиелину, являются производными сфингозина. Аминогруппа сфингозина, как и в сфингомиелине, ацилирована жирной кислотой. Отличие гликолипидов от сфингомиелина заключается в природе компонента, присоединенного к первичному гидроксилу сфингозинового скелета. В гликолипидах в этом положении стоит один или несколько остатков сахара (а не фосфорилхолин). Простейший гликолипид-это цереброзид, содержащий только один остаток сахара (глюкозу или галактозу). В более сложных гликолипидах, таких, как ганглиозиды, имеется разветвленная цепь из нескольких (вплоть до семи) остатков сахара.

К числу важных липидных компонентов многих мембран относится и холестерол. Он присутствует у эукариот, и его нет у большинства прокариот. Как правило, холестеролом богаты плазматические мембраны клеток эукариот, тогда как мембраны клеточных органелл содержат относительно мало этого нейтрального липида.