Физиологическая роль восков, фосфатидов, стероидов

 

1.2 Классификация липидов.

 

Липиды делятся на два класса:

 

-омыляемые липиды (при гидролизе в щелочной среде образуют соли высших карбоновых кислот);

-неомыляемые липиды (негидролизующийся класс соединении).

 

1) 0мыляемые липиды.

Основа омыляемых липидов – спирты (высшие одноатомные, трехатомный спирт глицерин или двухатомный аминоспирт сфингозин). Спирты ацилированы высшими карбоновыми кислотами. Омыляемые липиды делятся на простые (продукты гидролиза: спирты и карбоновые кислоты) и сложные (продукты гидролиза: спирты, карбоновые кислоты, фосфорная кислота, углеводы и др.).

Простые омыляемые липиды:

а) воски (алкилацилаты);

б) жиры и масла (триацилглицерины).

 

Сложные омыляемые липиды:

 

- Фосфолипиды (сфингомиелины и фосфоглицериды (плазмогены, фосфатиды, фосфатидилсерины, фосфатидилэтаноламины и фосфатидилхолины));

- Сфинголипиды (сфингомиелины, церамиды и цереброзиды (ганглиоцереброзиды, глюкоцереброзиды));

1.3 Обмен глицерина.

Обмен глицерина может осуществляться несколькими путями. Значительная часть образовавшегося при гидролизе липидов глицерина используется для ресинтеза триглицеридов. Второй путь обмена глицерина - включение продукта его окисления в гликолиз или в глюконеогенез. Независимо от пути обмена начальным этапом является процесс фосфорилирования глицерина, донором фосфатной группы является молекула АТФ:

 

Большая часть  α - глицерофосфата используется для синтеза триглицеридов. Обмен глицерина тесно связан с гликолизом, во второй этап которого вовлекаются его метаболиты:

 

Окисление жирных кислот. В 1904г. Ф. Кнооп показал, что в митохондрии в ходе окисления происходит постепенное уменьшение на два углеродных атома с карбоксильного конца высшей жирной кислоты. Ф. Кнооп назвал механизм окисления ВЖК β - окислением. Дальнейшие исследования, проведенные А. Ленинджером, Ф. Линеном, Д. Грином, С. Очоа и другими учеными, уточнили и развили представления о β-окислении высших жирных кислот.

 

Первым этапом распада  жирных кислот является их активирование; этот процесс катализируется ацил-КоА-синтетазой, которая локализована в мембранах эндоплазматической сети и в наружной мембране митохондрий:

 

 

Поскольку процесс активирования ВЖК идет вне митохондрий, то далее необходим транспорт ацила через мембрану внутрь митохондрий. Транспорт происходит с участием находящегося на внешней стороне мембраны карнитина, на который передается ацил с ацил-КоА из цитоплазмы клетки. Затем ацилкарнитин диффундирует через мембрану митохондрии и передает свой ацил коэнзиму А, находящемуся в матриксе митохондрии. Перенос ацила между КоА и карнитином является ферментативным процессом, катализируемым ацил-КоА-карнитин-трансферазой (рис. 16).

 

Рис. 16. Схема транспорта жирных кислот через митохондриальную мембрану

 

В матриксе митохондрии  происходит процесс β-окисления. Первой стадией β-окисления ВЖК является окисление ацил-КоА путем отщепления двух атомов водорода от α- и β-углеродных атомов ацила коферментом соответствующей дегидрогеназы:

 

 

Далее происходит присоединение молекулы воды таким образом, что ОН-группа присоединяется к β-, а атом водорода - к α-углеродному атому:

 

 

На следующей стадии идет окисление β-оксиацил-КоА, катализируемое дегидрогеназой, в результате действия которой образуется β-кетоацил-КоА:

 

 

На последней стадии β-окисления происходит негидролитический распад β-кетоацил-КоА и перенос ацила, укороченного на два углеродных атома по сравнению с первоначальным, на молекулу КоА:

 

 

Ацил-КоА, образовавшийся на последнем этапе, вновь подвергается β-окислению, проходя все описанные выше стадии. Следовательно β-окисление - это циклический процесс. Конечным продуктом β-окисления высших жирных кислот является ацетил-КоА, дальнейший обмен которого зависит от состояния организма. Однако в какой бы путь обмена он не вступал, результатом будет освобождение КоА, запасы которого в клетке ограничены. β-Окисление ВЖК является одним из основных источников

получения энергии для синтеза  АТФ в животной клетке. В главе "Основы биоэнергетики" будет  подробно рассмотрен энергетический эффект этого процесса.

 

Образование кетоновых тел. Одним из процессов, в котором происходит регенерирование свободного КоА из его ацильных производных, является образование ацетоуксусной кислоты. В этом процессе принимают участие три молекулы ацетил- КоА. Сначала происходит конденсация двух молекул ацетил-КоА с образованием β-кетобутирил-КоА:

 

 

На второй стадии происходит высвобождение КоА из β-кетобутирил-КоА. Для этого процесса нужна еще одна молекула ацетил-КоА:

 

Образовавшийся β-окси-β-метилглутарил-КоА далее подвергается негидролитическому расщеплению, в результате образуется ацетоуксусная кислота:

 

В результате конденсации трех молекул  ацетил-КоА образуется молекула ацетоуксусной  кислоты и высвобождаются две молекулы КоА.

Ацетоуксусная кислота при восстановлении дает β-оксимасляную кислоту:

 

 

Ацетоуксусная и β-оксимасляная кислоты синтезируются в печени и поступают с кровью к мышечной и другим тканям, которые утилизируют их в цикле Кребса. Нарушения в обмене жиров сопровождаются накоплением ацетоуксусной и β-оксимасляной кислот в крови. Ацетоуксусная кислота может превращаться в ацетон по схеме:

 

Ацетоуксусная, β - оксимасляная кислоты и ацетон получили название кетоновых тел. Усиленное образование их называется кетозом. Состояние организма, при котором происходит избыточное накопление кетоновых тел в крови, называют кетонемией, а выделение их с мочой - кетонурией. Среди многих причин патологического накопления кетоновых тел особенно важными считают дефицит поступающих с пищей углеводов (относительно окисляющихся липидов) и нарушение обмена углеводов и жирных кислот при недостатке инсулина.

 

2.1 Физиологическая роль  восков.

 

Воски – жироподобные вещества животного или растительного происхождения, состоящие главным образом из сложных эфиров высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов (обычно одноатомных). Воски — аморфные, пластичные, легко размягчающиеся при нагревании вещества, плавящиеся в интервале температур 40—90°С. Воски широко распространены в природе. В растениях они покрывают тонким слоем листья, стебли, плоды, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Содержание восков в зерне и плодах невелико. В оболочках семян подсолнечника содержится до 0,2% восков от массы оболочки, в семенах сои — 0,01%, риса — 0,05%. [1]

Воска выполняют в  организме преимущественно защитную функцию, которая сводится к образованию защитных покрытий. Воски — важный компонент воскового налета виноградной ягоды — прюина. Воска входят в состав жира, покрывающего кожу, шерсть, перья.[2]

 

По физическим и химическим свойствам напоминают жиры; мало реакционноспособны, весьма устойчивы к действию различных реагентов; некоторые из них сохраняются многие годы без изменения. Они образуют защитную смазку на коже человека и животных, предохраняют растения от высыхания.

Наиболее известные воски:

СН3(СН2)14С(О)ОСН2(СН2)14СН3 СН3(СН2)14С(О)ОСН2(СН2)29СН3

Цетилпальмитат, мирицилпальмитат.

Жиры и масла (нейтральные жиры, глицеролипиды, триацилглицерины) –глицериновые эфиры высших жирных кислот. В организме человека нейтральные жиры играют роль структурного компонента клеток или запасного вещества («жировое депо»). Их калорийность в 2 раза выше калорийности белков или углеводов. В природе чаще всего встречаются триацилглицерины. Твердые триацилглицерины - жиры,жидкие – масла. Избыточное содержание данных веществ в крови ведёт к атеросклерозу.

Триацилглицерины бывают простые (имеют остатки одинаковых кислот) и смешанные(остатки разных кислот), содержатся в природных объектах).

Триоленоилглицерин, тристеароилглицерин.

(триолеин) Т. Пл.-170С (тристеарин) Т. Пл. 710С

Триацилглицерины животного происхождения – эфиры насыщенных кислот,растительного происхождения - эфиры ненасыщенных кислот.

Сливочное масло и молоко – содержат насыщенные жирные кислоты; льняное масло –линолевую кислоту (62%), в оливковом масле – олеиновая кислота (84%).

2.2 Фосфатиды

Фосфолипиды, сложные липиды, в молекулах которых присутствует остаток фосфорной кислоты. Фосфатиды — сложные эфиры фосфорной кислоты и глицерина или аминоспирта сфингозина, которые посредством эфирной или амидной связи соединены с остатками насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

К важнейшим фосфатидам относятся: фосфатидилэтаноламины, фосфатидилхолины, фосфатидилглицерины, фосфатидилсерины, дифосфатидилглицерины (кардиолипин), фосфатидилинозиты. Входят в состав клеточных и субклеточных структур животных, растений и микроорганизмов.

 

Наличие полярных и неполярных группировок в молекулах фосфатидов обусловливает своеобразие физико-химических свойств и специфическую роль фосфатидов в построении и функционировании биологических мембран. Основную роль в биосинтезе фосфатидов выполняют цитидиновые нуклеотиды, с помощью которых строятся фосфодиэфирные связи. Биосинтез осуществляется преимущественно в печени, тканях кишечника, почках, мышцах, в меньших количествах — в мозге. Катаболизм фосфатидов протекает под действием липаз (фосфолипазы A₁, A₂, C, D), катализирующих специфическое расщепление сложноэфирных и фосфодиэфирных связей.

 

2.3 Стероиды

Классификация: Три наиболее важные группы стероидов составляют стерины, желчные кислоты и стероидные гормоны. Кроме того, к стероидам относят соединения растительного происхождения, обладающие ценными фармакологическими свойствами: стероидные алкалоиды, гликозиды дигиталиса (сердечные гликозиды) и стероидные сапонины. . 

А. Стерины

Стеринами называются cтероидные спирты. Все стерины содержат β-гидроксильную группу при С-3 и одну или несколько двойных связей в кольце В и боковой цепи. В молекулах стеринов отсутствуют карбоксильные и карбонильные группы.

В организме животных наиболее важным стерином является холестерин. В растениях и микроорганизмах содержится множество родственных соединений, например эргостерин, β-ситостерин, стигмастерин.

Холестерин присутствует во всех животных тканях, особенно в нервных тканях. Он является важнейшей составной частью клеточных мембран, где регулирует их текучесть (см. с. 219). Запасной и транспортной формами холестерина служат его эфиры с жирными кислотами. Наряду с другими липидами холестерин и его эфиры присутствуют в составе липопротеидных комплексов плазмы крови (см. с. 273). Холестерин входит в состав желчи и многих желчных камней. Вопросы биосинтеза, метаболизма и транспорта холестерина обсуждаются в других разделах (см. сс. 175, 305).

Нарушение обмена холестерина играет важную роль в развитии атеросклероза, заболевания связанного с отложением холестерина (бляшек) на стенках кровеносных сосудов (кальцинирование) из-за повышенного уровня холестерина в крови. Для предупреждения атеросклероза важно, чтобы в пищевом рационе прeoблaдaли продукты растительного происхождения, для которых характерно низкое содержание холестерина. Напротив, пищевые продукты животного происхождения содержат много холестерина, особенно яичный желток, мясо, печень, мозги.

Б. Желчные кислоты

Из холестерина в печени образуются желчные кислоты (см. с. 307). По химическому строению эти соединения близки к холестерину. Для желчных кислот характерно наличие укороченной разветвленной боковой цепи с карбоксильной группой на конце. Двойная связь в кольце В отсутствует, а кольца А и В сочленены в цис-положении (см. с. 61). Стероидный кор содержит в положениях 3, 7 и 12 от одной до трех β-гидроксильных групп.

Желчные кислоты обеспечивают растворимость холестерина в желчи и способствуют перевариванию липидов(см. с. 265). В печени вначале образуются первичные желчные кислоты — холевая и хенодезоксихолевая (антроподезоксихолевая). Дегидроксилирование этих соединений по С-7 микрофлорой кишечника приводит к образованию вторичных желчных кислот — литохолевой и дезоксихолевой.

В. Стероидные гормоны

Биосинтез стероидных гормонов — процесс не столь заметный в количественном отношении — имеет вместе с тем большое физиологическое значение (см. с. 365). Стероиды образуют группу липофильных сигнальных веществ, регулирующих обмен веществ, рост и репродуктивные функции организма (см. с. 363).

В организме человека присутствуют шесть стероидных гормонов: прогестерон, кортизол, альдостерон, тестостерон, эстрадиол и кальцитриол (устаревшее название кальциферол). За исключением кальцитриола эти соединения имеют очень короткую боковую цепь из двух углеродных атомов или не имеют ее вовсе. Для большинства соединений этой группы характерно наличие оксогруппы при С-3 и сопряженной двойной связиС-4/С-5 в кольце А. Различия наблюдаются в строении колец С и D. В эстрадиоле кольцо А ароматическое и, следовательно, гидроксильная группа oблaдаeт свойствами фенольной ОН-группы. Кальцитриол отличается от гормонов позвоночных, однако также построен на основе холестерина. За счет светозависимой реакциираскрытия кольца В кальцитриол образует так называемый «секостероид» (стероид с раскрытым кольцом).

Экдизон — стероидный гормон насекомых — представляет собой более раннюю в эволюционном отношении форму стероидов. Стероидные гормоны, выполняющие сигнальную функцию, встречаются также в растениях.