ДИНАМИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
Ч. 2. ОБМЕН И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Караганда 2003
Авторы: зав. кафедрой проф. Л.Е. Муравлева, доцент Т.С. Омаров, доцент С.А. Искакова, преподаватели Д.А. Клюев, О. А. Понамарева
Рецензент: доцент Н.У. Танкибаева
Утверждена на заседании кафедры пр.№ _____ от _______________2003 г.
Утверждена зав. кафедрой ________________________________________
Утверждена на МК медико-биологического и фармацевтического факультетов
пр.№ _____ от _______________2004 г.
Председатель________________________________________________
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИПИДОВ
В организме они выполняют следующие функции:
1. структурную - входят в состав клеточных мембран,
2. регуляторную - некоторые липиды являются витаминами и гормонами, участвуют в передаче нервного импульса,
3. транспортную - липопротеины, комплекс жирных кислот с альбумином,
4. терморегуляторную - принимают участие в теплоизоляции организма
5. энергетическую - непосредственные источники энергии и вещества, которые запасаются для последующего использования при дефиците энергии.
Липиды — разнообразная по структуре и функциям группа природных гидрофобных веществ. К ним относятся жиры — наиболее выгодная форма запасания источников энергии; фосфолипиды — структурная основа всех типов мембран, необходимый элемент липопротеинов — транспортных форм липидов кровью; холестерин — компонент мембран и предшественник в синтезе желчных кислот и стероидных гормонов. Многие липиды и их производные: фосфатидилинозитолтрифосфаты, диацилглицерины, полиеновые жирные кислоты и большая группа образующихся из них эйкозаноидов — обладают свойствами гормонов местного действия, выполняют ре-гуляторные функции. Природные липиды включают в себя ряд незаменимых для человека факторов питания: жирорастворимые витамины и полиеновые жирные кислоты.
Общее свойство всех липидов - гидрофобность. Но некоторые липиды (гликолипиды, фосфолипиды, желчные кислоты) амфифильны, так как имеют в своем составе гидрофильные и гидрофобные части.
Биологические функции липидов определяются прежде всего тем, что они являются источниками энергии. Эту функцию выполняют жирные кислоты, освобождающиеся после распада жиров.
В отличие от углеводов жиры составляют энергетический резерв организма. Преимущество жира в качестве энергетического резерва заключается в том, что жиры являются более восстановленными веществами по сравнению с углеводами (в молекулах углеводов при каждом углеродном атоме есть кислород – группы “–CHOH-“; у жира имеются длинные углеводородные радикалы, в которых преобладают группы “-CH2-“ - в них нет кислорода). От жира можно отнять больше водорода, который затем проходит по цепи митохондриального окисления с образованием АТФ.
Калорийность углеводов и белков: ~ 4 ккал/грамм. Калорийность жира: ~ 9 ккал/грамм.
Преимуществом жира как энергетического резерва, в отличие от углеводов, является гидрофобность – он не связан с водой. Это обеспечивает компактность жировых запасов - они хранятся в безводной форме, занимая малый объем.
Жиров в организме содержится в 30 раз больше, чем гликогена (0.3 кг гликогена и 10 кг жира). В норме содержание жиров в организме человека составляет 6—10 кг. Этого количества жиров достаточно для обеспечения энергией организма в течение 40-дней при полном голодании. Гликогена хватает примерно на 1 сут голодания.
Запасы гликогена в клетках расходуются на всем протяжении суток, за исключением примерно двухчасовых промежутков времени после приемов пищи. Жиры, депонированные в жировой ткани, могут и не расходоваться: при обычном ритме питания в крови постоянно имеются липопротеины, снабжающие органы жирными кислотами. По роли в энергетическом обмене жиры, запасенные в липопротеинах, в большей мере сходны с гликогеном, чем жиры, запасенные в жировой ткани.
Важной особенностью жиров является также то, что при их гидролизе образуется два функционально различных продукта — жирные кислоты и глицерин. Глицерин используется для глюконеогенеза и тем самым участвует в обеспечении глюкозой клеток мозга и других глюкозозависимых клеток при голодании. Таким образом, депонирование жиров можно рассматривать как форму запасания глюкозы.
Образование запасов жира в организме человека и некоторых животных рассматривается как приспособление к нерегулярному питанию и к обитанию в холодной среде. Особенно большой запас жира у животных, впадающих в длительную спячку (медведи, сурки) и приспособленных к обитанию в условиях холода (моржи, тюлени). У плода жир практически отсутствует, и появляется только перед рождением.
Строение и функции основных липидов привеены в таблице 1.
Таблица 1.
Химическое название жиров - ацилглицерины, то есть жиры. Это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. "Ацил-" - это означает "остаток жирных кислот" (не путать с "ацетил-" - остатком уксусной кислоты). В зависимости от количества ацильных радикалов жиры разделяются на моно-, ди- и триглицериды. Если в составе молекулы 2 радикала жирных кислот, то жир называется ДИАЦИЛГЛИЦЕРИНОМ. Если в составе молекулы 1 радикал жирных кислот, то жир называется МОНОАЦИЛГЛИЦЕРИНОМ.
В организме человека и животных преобладают ТРИАЦИЛГЛИЦЕРИНЫ (содержат три радикала жирных кислот).
Свойства жира определяются составом жирных кислот.
В состав мембран входят только ЛИПОИДЫ (сложные липиды): фосфолипиды (ФЛ), гликолипиды (ГЛ) и стероид – холестерин (ХС).
Фосфолипиды - это липиды, содержащие фосфатный остаток. Состоят из четырех компонентов:
1) спирт;
2) жирные кислоты;
3) фосфат;
4)полярная группировка (Если это серин, то глицерофосфолипид называют фосфатидилисерин, если холин, то глицерофосфолипид называют фосфатидилхолин, если этаноламин, то глицерофосфолипид называют фосфатидилэтаноламин, если инозит, то глицерофосфолипид называют фосфатидилинозит).
ОБЩАЯ ФОРМУЛА ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДОВ:
|
В состав фосфолипидов могут входить 2 спирта: глицерин (глицерофосфолипиды) и сфингозин (сфингофосфолипиды, сфингомиелины). Все компоненты соединены эфирными связями. Кроме разделения на основе содержания той или иной полярной группы, их делят на основе содержащегося в них спирта:
1. ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДЫ (ГФЛ) - содержат спирт глицерин.
Все они относятся к L-ряду. Есть асимметрический углеродный атом (на рисунке обозначен звездочкой). Полярная группировка может быть представлена аминокислотой серином (фосфатидилсерин), холином (фосфатидилхолин, другое название – лецитин), этаноламином (фосфатидилэтаноламин), инозитолом (фосфатидилинозитол), глицерином (полиглицерофосфатиды).
В природных фосфолипидах R1 и R2 - разные. R1 - насыщенная жирная кислота, R2.- ненасыщенная жирная кислота. Однако, есть и исключения: основным липидным компонентом легочного сурфактанта является ГФЛ, у которого и R1, и R2 – радикалы пальмитиновой кислоты, а полярная группировка – холин.
2. СФИНГОФОСФОЛИПИДЫ (СФЛ) - содержат спирт сфингозин: СФИНГОМИЕЛИНЫ.
Сфингофосфолипиды бывают различными по строению, но имеют общие черты. Молекула сфингофосфолипида содержит сфингозин, жирную кислоту, фосфорную кислоту и полярную группировку.
ОБЩАЯ ФОРМУЛА СФЛ представлена на рисунке. 
Сфингозин - это 2-хатомный непредельный аминоспирт.
Жирная кислота присоединена пептидной связью к аминогруппе сфингозина.
Фосфолипиды - это амфифильные вещества. Расположение гидрофильных и гидрофобных участков особое. Гидрофильные участки (остаток фосфорной кислоты и полярная группировка) образуют "головку", а гидрофобные радикалы жирных кислот (R1 и R2) образуют "хвосты".
ГЛИКОЛИПИДЫ.
Состоят из сфингозина, жирной кислоты и молекулы какого-либо углевода. Если в формулу СФЛ вместо фосфорной кислоты поставить какой-нибудь углевод, то получим формулу ГЛ. Гликолипиды тоже имеют гидрофильную "головку" и 2 гидрофобных "хвоста". Общая схема их строения представлена на рисунке:
Гликолипиды классифицируют в зависимости от строения углеводного компонента.
Различают 2 группы гликолипидов:
1. ЦЕРЕБРОЗИДЫ. В качестве углеводного компонента содержат какой-либо моносахарид (глюкоза, галактоза), либо дисахарид, или нейтральный небольшой олигосахарид.
2. ГАНГЛИОЗИДЫ. Углеводным компонентом является олигосахарид, состоящий из разных мономеров, как самих моносахаридов, так и их производных. Этот олигосахарид обязательно кислый, в его состав обязательно входит сиаловая кислота. Благодаря определенной последовательности мономеров, олигосахариды в составе ганглиозида придают молекуле выраженные антигенные свойства.
СТЕРОИДЫ.
Делятся на 2 группы.
1. Стери н ы (в их составе полициклическая стуктура стерана).
2. Стери д ы (эфиры холестерина и высших жирных кислот).
Свойства стероидов.
Стери н ы содержат гидроксильную группу (-ОН), поэтому они немножко гидрофильны, но всётаки их молекулы в основном гидрофобны. К ним относится холестерин.
Холестерин является полициклическим веществом. Преобладают гидрофобные свойства, но есть одна ОН-группа.
Стери д ы являются полностью гидрофобными веществами.
ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
Жирные кислоты входят в состав болышинства липидов организма человека. Они могут быть связаны как с глицерином (ТАГ и глицерофосфолипиды), так и с аминоспиртом сфингозином, образуя группу сфинголипидов. Жирные наряду с глюкозой являются важнейшим сом энергии («топливные молекулы»).
Кислота называется жирной, если число углеродных атомов в ее молекуле больше четырех. Преобладают длинноцепочечные жирные кислоты (число атомов углерода 16 и выше). Количество углеродных атомов и двойных связей обозначается двойным индексом. Например: С18:1 (9-10). В данном случае 18 – число атомов углерода и 1 – количество двойных связей. В скобках указывается местоположение двойных связей (по номерам углеродных атомов).
С16:0 - пальмитиновая,
С18:0 - стеариновая,
С18:1 – олеиновая (9:10),
С18:2 – линолевая (9-10,12-13),
С18:3 - линоленовая (9-10, 12-13, 15-16),
С20:4 - арахидоновая (5-6, 8-9, 12-13, 15-16).
Жирные кислоты, входящие в состав организма человека, имеют общие черты строения: 1.Чётное число атомов углерода; 2. Линейная (неразветвлённая) углеродная цепь; 3. Полиненасыщенные жирные кислоты имеют только изолированные двойные связи (между соседними двойными связями не меньше двух одинарных); Двойные связи имеют только цис-конфигурацию.
По количеству двойных связей жирные кислоты можно разделить на НАСЫЩЕННЫЕ (нет двойных связей), МОНОНЕНАСЫЩЕННЫЕ (есть одна двойная связь) и ПОЛИНЕНАСЫЩЕННЫЕ (две или более двойных связей).
Свободные жирные кислоты встречаются в очень небольшом количестве. В основном они находятся в составе других липидов. При этом они связаны с другими компонентами липидов сложноэфирной связью (эстерифицированы).
Жирные кислоты с 2 двойными связями и более (полиеновые) не синтезируются в организме человека и поэтому относятся к незаменимым факторам питания (эссенциальные жирные кислоты). Некоторые из этих кислот являются субстратами для синтеза гормонов местного действия — эйкозаноидов.
ФОРМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЛИПИДОВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
1. Жировые включения, которых больше всего в адипоцитах. Это форма существования триглицеридов.
2. Биомембраны. Они не содержат триглицеридов, зато в них присутствуют фосфолипиды, гликолипиды и холестерин.
3. Липопротеины. Могут включать в себя липиды всех классов.
