Высшие жирные кислоты липиды биомембраны. Лекция 3

Липиды – большая группа природных биологически активных соединений разнообразного строения (и свойств), которые являются липофильными (гидрофобными), т.е. хорошо растворяются в малополярных органических растворителях и не растворяются в воде.
Высшие жирные кислоты (ВЖК) – карбоновые кислоты с длинным углеродным скелетом (С12–С26) неразветвленного строения, обладающие всеми физико-химическими свойствами карбоновых кислот – обязательный компонент омыляемых липидов.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ
По признаку способности к гидролизу:
1. Неомыляемые (не гидролизуются – холестерин и стероиды, эйкозаноиды С20, каротиноиды, жирорастворимые витамины A, D, E, K и др. изопреноиды (терпены и терпеноиды)).
2. Омыляемые (гидролизуются)
2.1. Простые (гидролизуются на соединения 2 химических классов)
 триглицериды (жиры и масла)
 эфиры холестерина и конъюгированные желчные кислоты
 церамиды
 воска и прочие
2.2. Сложные (гидролизуются на соединения более 2 хими-ческих классов)
- фосфолипиды (глицерофосфолипиды)
- сфингомиелины
- гликолипиды (ганглиозиды, цереброзиды и др.)
3. ВЖК - обязательный структурный компонент омыляемых липидов, с сильными щелочами образуют мыла.

ВЖК
Классифицируются на насыщенные и ненасыщенные (1 – 6 двойных связей).
Насыщенные ВЖК – твердые воскообразные вещества с т.пл. ниже 100оС, нерастворимые в воде, растворимые в малополярных органических раство-рителях.
Ненасыщенные ВЖК – жидкие маслообразные вещества, не смешиваются с водой и не растворяются в ней, растворимы в малополярных органических растворителях.
Структурные особенности:
 четное количество атомов углерода, неразветв-ленный углеродный скелет
 у ненасыщенных – цис-конфигурации всех двойных связей
 полиненасыщенные – несопряженные

ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ ВЖК
Насыщенные:
Пальмитиновая (пальмитат) С16 С15Н31СООН СН3(СН2)14СООН
Стеариновая (стеарат) С18 С17Н35СООН СН3(СН2)16СООН
Арахиновая С20 С19Н39СООН СН3(СН2)18СООН
Ненасыщенные:
Олеиновая (олеат) С18 : 1, Δ 9 C17H33COOH
Элаидиновая С18 : 1, Δ 9 (транс) C17H33COOH

Ненасыщенные (витамин F):
Линолевая (линолеат) С18: 2, Δ 9,12 C17H31COOH (ω-6)
Линоленовая (линоленат) С18: 3, Δ 9,12,15 C17H29COOH (ω-3)
Арахидоновая (арахидонат) С20: 4, Δ 5,8,11,14 C19H31COOH (ω-6)

ВАЖНЕЙШИЕ РЕАКЦИИ ВЖК
С сильными щелочами образуют соли – мыла (натриевые мыла – твердые, калиевые – жидкие):
C17H31COOH + NaOH → C17H31COO-Na+ + H2O
Линолеат натрия
В клетках образуют ацил-КоА:
C15H31COOH + HS-KоА + АТФ → C15H31CO-SKоА + АМФ +Н4Р2О7
коэнзим А пальмитоил-КоА (ацил-КоА)
Ацил-КоА аэробно окисляются до ацетил-КоА, а затем до СО2 и Н2О с образованием АТФ.
Пальмитиновая, стеариновая, арахиновая и олеиновая кислоты биосинтезируются из ацетил-КоА и малонил-КоА.
Из ацил-КоА образуются триглицериды и др. липиды
3 RCO-SKоА + глицерин → триглицериды (ТГ, жиры и масла) + 3HS-KоА

БИОЗНАЧЕНИЕ ВЖК
Структурный компонент омыляемых липидов, содержатся в липидах пищи и организма.
Образуются при голодании организма из жиров, запасенных в жировой ткани. Имеются в плазме крови (голодание).
Важнейший источник энергии для клеток при окислении в аэробных условиях (миокард, красные скелетные мышцы, почка, печень), высококалорийны.
Ацил-КоА используются для синтеза триглицеридов, фосфолипидов, сфингомиелинов и др. липидов организма.
Полиненасыщенные ВЖК – незаменимые (витамин F (5-10 г/сут)), содержатся в специализированных липидах нервной ткани, в составе фосфолипидов придают надлежащую текучесть и проницаемость клеточным мембранам, регулируют и нормализуют липидный обмен.
Остатки полиненасыщенных ВЖК в липидах наиболее подвержены разрушительному действию процессов СРО и ПОЛ.
Используются в лечебных целях – профилактика и лечение атеросклероза (линетол и препараты полиненасыщенных ВЖК).
Транс-изомеры природных ВЖК (элаидиновая кислота) – чужеродные вещества, токсичны, содержатся в полусинтетических жирах (маргарин).

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТРИГЛИЦЕРИДОВ
Триглицериды (ТГ) (масла и жиры) – полные сложные эфиры (триэфиры) глицерина с ВЖК - жидкие (масла) или твердые (жиры) гидрофобные вещества.
Природные ТГ хиральны (оптически активны), имеют L-конфигурацию у атома С-2.
Чем больше насыщенных групп R (и чем меньше двойных связей) в составе ТГ, тем выше его т.пл. В составе твердых жиров (т. пл. до 80оС) большинство остатков ВЖК – насыщенные. В составе жидких ТГ (масел) большая часть групп R – ненасыщенные.
Качество растительных масел определяется количеством двойных связей в группах R ТГ с помощью иодного числа.
Иодное число – количество граммов иода, могущее прореагировать со 100 г масла (реакция АЕ).

Образование ТГ (в печени): 1-стеароил-2-олеоилпальмитин
Омыление ТГ in vitro: твердые мыла
Переваривание (гидролиз) ТГ в ЖКТ идет в слабощелочной среде (рН около 7,5).
Липолиз в жировой ткани – в нейтральной среде (образуются свободные ВЖК)

БИОЗНАЧЕНИЕ ТРИГЛИЦЕРИДОВ
Основной липидный компонент пищи человека (около 100 г/cут.). Биосинтезируются из глицерина и ацил-КоА (липогенез) и запасаются в жировой ткани на случай голодания (не менее 10 кг).
При голодании расщепляются с образова-нием ВЖК и глицерина (липолиз).
Содержатся в плазме крови в составе липопротеиновых фракций крови.
Накапливаются в печени при снижении ее функции (стеатоз печени).

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОЛИПИДОВ
Фосфолипиды (ФЛ) – твердые аморфные высокоплавкие вещества, амфифильны, умеренно растворимые в воде с образованием мицелл.
Природные ФЛ хиральны (оптически активны), имеют L-конфигурацию у атома С-2.
Существует 3 главных группы ФЛ:
1) фосфатидилэтаноламины (коламинкефалины), где R = H, X = NH3
2) фосфатидилcерины (серинкефалины), где R = СООН, X = NH3
3) фосфатидилхолины (лецитины), где R = H, X = N(СH3)3
Группа R1 – насыщенная, а R2 – ненасыщенная, чем больше двойных связей в R2, тем ниже его т.пл.

ФЛ гидролизуются в ЖКТ, в клетках и in vitro с образованием глицерина, ВЖК, фосфорной кисло-ты и аминоспирта.
Гидролиз лецитина:
Биосинтез ФЛ и ТГ протекает через образование фосфатидовых кислот

БИОЗНАЧЕНИЕ ФОСФОЛИПИДОВ
♦ ФЛ – основные структурные компоненты липидного бислоя биомембран.
♦ Содержатся в плазме крови в составе липопротеиновых фракций крови.
♦ Содержатся в желчи, необходимы для эмульгирования ТГ пищи в кишечнике.
♦ Являются пищевыми эмульгаторами (лецитин).
♦ Лецитин обладает антиатеросклероти-ческим действием, замедляет развитие атеросклероза.

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ЛИПИДЫ НЕРВНОЙ ТКАНИ
К этой группе относятся сфинго- и гликолипиды: церамиды, сфингомиелины, ганглиозиды, цереброзиды и др.
В их молекулах содержатся:
 аминоспирт сфингозин вместо глицерина
 много полиненасыщенных ВЖК (в основном незаменимые и длинноцепные С20 – С26 с 4 – 6 двойны-ми связями).
 моносахаридные остатки в цереброзидах, олиго-сахаридные – в ганглиозидах.
Сфингомиелины содержат сфингозин, фосфор-ную кислоту, полиненасыщенные ВЖК, холин.
Биологические функции – структурная, рецеп-торная, сигнально-регуляторная (миелиновые оболочки нервов, ганглии).

ХОЛЕСТЕРИН И ЕГО ЭФИРЫ
Холестерин (ХС) – важнейший стероид человека и животных, бесцветное воскообразое вещество, спирт, в основе молекулы лежит скелет циклопентанопергидро-фенантрена.
● Биосинтезируется в организме (печень, мозг и др.) из ацетил-КоА (до 1 г/сут.).
● Поступает с животной жирной пищей (300 – 500 мг/сут).
● Его эфиры с ВЖК синтезируются из ХС и ацил-КоА.
● В организме человека содержится не менее 140 г. (клеточные мембраны и миелин (до 93%), плазма крови ( в основном эфиры ХС) (не менее 7%).
● В плазме крови, в жирах определяется реакцией Гупперт – Сальковского – конц. H2SO4 в хлороформном растворе (характерная окраска).

БИОЗНАЧЕНИЕ ХС
Обязательный компонент биомембран и миелина.
Модификатор вязкотекучих свойств биомембран.
Исходное вещество для синтеза всех стероидов организма – желчных кислот, эфиров ХС, стероидных гормонов.
В энергетических целях не используется.
Из организма удаляется, в основном, в виде желчных кислот, немного в форме эфиров и метаболитов стероидных гормонов.
При патологиях липидного обмена (избыточном накоплении ХС в организме) откладывается в сосудистой стенке – развивается атеросклероз; может образовывать желчные камни в желчном пузыре – желчекаменная болезнь.

БИОЗНАЧЕНИЕ НЕОМЫЛЯЕМЫХ ЛИПИДОВ
● Стероидные гормоны (глюкокортикоиды (кортизол), минералокортикоиды (альдостерон), половые (андрогены (тестостерон), эстрогены (эстрадиол), гестагены (прогестерон)), кальцитриол) регулирует почти все процессы жизнедеятельности организма человека.
● Желчные кислоты – основные эмульгаторы желчи.
● Каротиноиды – природные антиоксиданты растений, β-каротин – предшественник витамина А.
● Эйкозаноиды (простагландины, простациклины, лейкотриены, тромбоксаны) – короткоживущие низко-молекулярные биорегуляторы, производные арахидоновой кислоты многосторонне и системно действуют на метаболизм.
Многие лекарственные препараты – липофильные вещества.

РОЛЬ ЖИРОРАСТВОРИМЫХ ВИТАМИНОВ
Абсолютно необходимы для процессов жизне-деятельности:
Витамин А (ретиналь, ретиноевая кислота) абсолютно необходим для зрения, процессов роста и дифференцировки клеток и тканей.
Витамин D (холекальциферол) – предшественник гормона фосфорно-кальциевого обмена кальцитриола.
Витамин Е (токоферол) – важнейший липидный антиоксидант, необходим для эффективного сдерживания процессов ПОЛ и поддержания плодовитости (фертильность).
Витамин К (менахинон) – кофермент, необходимый для обеспечения процесса свертывания крови.

БИОМЕМБРАНЫ
Биомембраны – уникальные супрамолекулярные структуры с особыми свойствами, разграничивающие в живых клетках и организмах компартменты с особым самостоятельным метаболизмом.
Особые свойства биомембран:
 нерастворимость в воде в сочетании со смачиваемостью ею,
 определенная вязкость и текучесть,
 определенная ограниченная, но регулируемая проницаемость,
 способность воспринимать информацию и передавать её,
 способность участвовать в регуляции метаболизма своего компартмента (а иногда и других),
 способность поддерживать постоянство своих структуры и функций в определенном интервале физиологических условий.

СТРУКТУРА БИОМЕМБРАН. МОДЕЛЬ СИНГЕРА
Жидкомозаичная модель Сингера, 1972 г.
Главные компоненты мембран: фосфолипиды, холестерин, мембранные белки, могущие нести углеводные олигосахаридные фрагменты.
Основа структуры биомембран – фосфолипидный бислой.
В бислой вставлены холестерин и белки (интегральные и периферические), выполняющие особые структурные, транспортные, рецепторные, регуляторные и каталитические функции.