Липиды. Фосфолипиды

Содержание
Введение 3
Основная часть 1 Особенности строения фосфолипидов 4
2 Особенности строения гликолипидов 9
3 Роль холестерина в регулировании плотности упаковки фосфолипидов 10
4 Гипохолестеринемическое действие фосфолипидов с участием фермента лецитил-ацетил-трансферазы (ЛХАТ) 13
5 Участие фосфолипидов в формировании белково-липидных комплексов - липопротеинов. Обоснование антиатерогенности липопротеинов высокой плотности, содержащих наибольшее количество фосфолипидов (за счет этерификации холестерина полиненасыщенными жирными кислотами) 14
Заключение 18
Список использованной литературы 19

Введение
Липиды (от греч. «жирный») – общее название для большой и достаточно разнородной группы веществ, содержащихся в животных и растительных тканях с различной структурой, но общими свойствами (нерастворимость в воде, хорошая растворимость в эфире, бензоле и др. органических растворителях). При всем разнообразии строения липидов для них характерны общие структурные компоненты: спирты и жирные кислоты.
В состав липидов могут входить следующие спирты: высшие многоатомные (количество атомов углерода 16 и более); глицерин – трехатомный спирт; сфингозин - двухатомный аминоспирт.
Жирные кислоты, входящие в состав липидов - это высшие карбоновые кислоты, как правило, монокарбоновые с неразветвленной углеродной цепью и четным количеством атомов углерода, как насыщенные, так и ненасыщенные.
Липиды, при гидролизе которых образуется спирт и карбоновые кислоты получили название простых (двухкомпонентных). Существуют липиды сложные (многокомпонентные), при гидролизе которых помимо спирта и жирных кислот образуются фосфорная кислота, углеводы и др.
В живых организмах липиды выполняют ряд важных функций, в том числе являются структурными компонентами клеточных мембран. Клеточная мембрана представляет собой трехслойную липопротеиновую оболочку. Посередине пролегает относительно однородный жидкий билипидный слой, а белки покрывают его с обеих сторон подобием мозаики, частично проникая в толщу. Роль клеточной мембраны в том, что она отделяет каждую клетку от соседних клеток и окружающей среды, и, что самое главное, осуществляет управляемый обмен между клетками и окружающей средой.
Основная часть липидов в мембранах представлена фосфолипидами, гликолипидами и холестерином. Фосфолипиды и гликолипиды – разновидности сложных липидов. Их особенности строения и будут подробнее рассмотрены в данном реферате.
Особенности строения фосфолипидов
Фосфолипиды- сложные липиды, представляющие собой сложные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот. Содержат остаток фосфорной кислоты и соединённую с ней добавочную группу атомов различной химической природы.
Фосфолипиды состоят из гидрофильной полярной головки, соединительного звена и гидрофобных хвостов углеводородных радикалов (рис 1).
Рис. 1
В зависимости от входящего в их состав многоатомного спирта, т.е. от спиртового компонента, принято делить фосфолипиды на три группы:
глицерофосфолипиды (глицерофосфатиды) - содержат остаток глицерина. К ним относятся:
фосфатидилхолин (лецитин)
В своем составе содержит аминоспирт холин (гидроксид 3-гидроксиэтилтриметиламмония) (Рис.2).
Фосфатидилхолины одни из самых распространенных молекул клеточных мембран.
Рис. 2
фосфатидилэтаноламин (кефалин)
В состав фосфатидилэтаноламинов вместо холина входит азотистое основание этаноламин НО-СН2-СН2-NH3 (Рис. 3)
Наряду с фосфатидилхолинами эта группа фосфолипидов является основным компонентом клеточных мембран клеток.
Рис.3
фосфатидилсеринВ его молекуле полярной группой является остаток аминокислоты серина (Рис.4)
Рис.4
Фосфатидилсерин является компонентом внутреннего слоя плазматической мембраны.
кардиолипин (Рис. 5)
Это фофолипид, который является важным компонентом внутренней мембраны митохондрий (20%). Кардиолипин во внутренней мембране митохондрий клеток млекопитающих и растительных клеток необходим для функционирования многочисленных ферментов, участвующих в энергетическом обмене. Кардиолипин также встречается в мембранах бактерий.
Рис. 5
плазмалоген (этаноламиновый плазмологен)
Плазмалогены (альдегидогенные липиды)-фосфолипиды, у которых в первом положении глицерина находится не жирная кислота, а остаток спирта с длинной алифатической цепью, связанный простой эфирной связью (Рис.6).
Рис.6
Биологическая роль плазмалогенов полностью не установлена. Обнаружено, что генетический дефект в синтезе их приводит к церебральным нарушениям. Плазмалогены участвуют в клеточном обмене полиненасыщенных жирных кислот, в первую очередь арахидоновой, выполняя функции промежуточных депо, через которые кислоты транспортируются к мембранным диацилфосфолипидам.
2) фосфосфинголипиды - содержат остаток сфингозинасфингомиелинСфингомиелин представляет собой единственный фосфолипид человека, основа которого не включает глицериновый остаток. Сфингомиелин состоит из сфингозина, соединённого сложноэфирной связью с полярной группой (Рис. 7). Полярная группа может быть представлена фосфохолином или фосфоэтаноламином. Ко второму углероду сфингозина за счёт амидной связи присоединена жирная кислота.
Рис. 7
3) фосфоинозитиды - содержат остаток инозитола - шестиосновного циклического спирта, находящегося в молекуле фосфатидилинозитола в стереоизомерной форме (мио-инозитол).
фосфатидилинозитолФосфатидилинозитол состоит из глицериновой основы, к которой в положениях 1 и 2 присоединены две жирнокислотные цепи, а в положении 3 - фосфатная группа и инозитол (Рис.8). Фосфатидилинозитол является субстратом для множества разнообразных сигнальных молекул-киназ, которые могут присоединить к инозитолу фосфатную группу
Рис. 8
В состав фосфолипидов входят также азотсодержащие соединения: холин, этаноламин или серин.
Многие процессы в организме тесно связаны с метаболизмом фосфолипидов. В качестве примера, можно привести образование и разрушение мембранных структур, формирование мицелл желчи, образование поверхностного слоя в альвеолах легких, для предотвращения их слипания во время вдоха. Нарушение обмена фосфолипидов в организме является причиной многих заболеваний, таких как: жирового гепатоза, респираторного дистресс-синдрома у новорожденных. Существует также группа наследственных заболеваний, связанных с нарушением обмена фосфолипидов.
Фосфолипиды – важнейшая составная часть клеточных мембран. Их предназначение – обеспечивать текучие и пластические свойства мембран клеток и клеточных органоидов (в отличие от холестерина, который обеспечивает жесткость и стабильность мембран).
Фосфолипиды участвуют в транспорте жиров, жирных кислот и холестерина. Между плазмой и эритроцитами происходит обмен фосфолипидами, которые играют важнейшую роль, так как поддерживают в растворимом состоянии неполярные липиды. Фосфолипиды более гидрофильные, чем холестерин, и благодаря наличию в молекуле остатков фосфорной кислоты, они являются своеобразными «растворителями» для холестерина и других высоко гидрофобных соединений.
Особенности строения гликолипидов
Гликолипиды - класс мембранных липидов, которые в отличие от фосфолипидов не содержат остатков ортофосфорной кислоты. Гликолипиды посторены из сфингозина, остатка жирной кислоты и олигосахарида (Рис.9).
Рис. 9
Гликолипиды обнаруживаются только в наружной половине бислоя, а их сахарные группы ориентированы к поверхности клетки. Этот класс мембранных липидов играет важную роль в предотвращении слипания соседних клеток, обеспечивая отрицательный заряд на поверхности мембраны и способствуют электростатическому отталкиванию.
Рассмотрим строение основных представителей гликолипидов.
К наиболее простым представителям этой группы веществ относятся галактозилцерамид (GalCer) и глюкозилцерамид (ClcCer). Это так называемые цереброзиды.
Галактоцереброзид - простейший гликолипид, полярная голова которого состоит только из одной галактозы. Он является главным гликолипидом миелина, многослойной мембранной оболочки, окружающей нервы и поскольку данный тип гликолипидов не присутствует в значительных количествах в других мембранах, это, возможно, означает, что он играет важную роль в процессе миелинизации.
Глюкозилцерамиды - простые гликосфинголипиды, представлены в тканях, отличных от нервной. В небольших количествах они имеются в ткани мозга. В отличие от галактозилцерамидов у них вместо остатка галактозы имеется остаток глюкозы.
Сложные гиколипиды, содержащие остаток серной кислоты, носят название сульфатиды (сульфолипиды). Они содержатся во всех тканях, участвуют в построении миелиновой оболочки нервных волокон.
Наиболее сложные по строению гликолипиды носят название ганглиозиды. Это мембранные липиды, выполняющие предположительно рецепторные функции. Их отличительная особенность – наличие остатков N-ацетилнейраминовой кислоты. Основным депо ганглиозидов является серое вещество головного мозга, в котором их содержание составляет 10-12% от всех липидов нейронной мембраны. Являясь важными компонентами нейрональных мембран, ганглиозиды участвуют во внутриклеточном и внеклеточном метаболизме, оказывают влияние на структуру головного мозга во время развития, взросления и старения организма.
Роль холестерина в регулировании плотности упаковки фосфолипидов
Холестерин - органическое соединение, природный полициклический липофильный спирт (рис.10). Он содержащится в клеточных мембранах всех животных и человека, в клеточных мембранах растений, грибов, а также у прокариотических организмов он отсутствует В тканях легко образует холестериды. В организм человека холестерин поступает в составе пищи (20%) и синтезируется в печени, тонком отделе кишечника и коже (80%).
Рис. 10
Находясь в составе мембран клеток, неэтерифицированный холестерин вместе фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны и оказывает регулирующее влияние на состояние мембраны и на активность связанных с ней ферментов. В цитоплазме холестерин находится преимущественно в виде эфиров с жирными кислотами, образующих мелкие капли - так называемые вакуоли. В плазме крови как неэтерифицированный, так и этерифицированный холестерин транспортируется в составе липопротеинов.
Холестерин является источником образования в организме млекопитающих желчных кислот, а также стероидных гормонов (половых и кортикоидных). Холестерин, а точнее продукт его окисления – 7-дегидрохолестерин, под действием УФ-лучей в коже превращается в витамин D3. Таким образом, физиологическая функция холестерина многообразна.
Холестерин в составе клеточной плазматической мембраны играет роль модификатора бислоя, придавая ему определённую жёсткость за счёт увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов. Таким образом, холестерин - стабилизатор текучести плазматической мембраны.
Рассмотрим подробнее, что такое текучесть мембраны. Молекулы фосфолипидов самопроизвольно (без участия ферментов) очень редко перемещаются из одного слоя мембраны в другой. Поэтому наружный и внутренний слои могут отличаться по составу фосфолипидов. Однако в пределах «своего» слоя в определённом диапазоне температуры молекулы фосфолипидов двигаются примерно с такой же скоростью, что и в жидкости. Образно говоря, мембрана - «двумерная жидкость». Отдельная молекула фосфолипида в этой жидкости перемещается за секунду в среднем на расстояние около 2 мкм, время от времени они слегка «выпирают» из слоя, а между ними образуются небольшие щели. Текучесть мембран обеспечивает самозамыкание. Если воткнуть в клетку тонкую иглу или трубку (микропипетку), а затем вытащить её обратно, то во многих случаях клетка остается целой и невредимой. Образовавшееся в мембране отверстие затягивается, как пленка нефти на поверхности воды, и содержимое клетки не успевает вытечь наружу.
Текучесть мембраны падает при понижении температуры. При определенной температуре текучесть зависит от состава мембраны. Чем теснее упакованы "хвосты" фосфолипидов, тем менее текучей будет мембрана. Главные свойства углеводородных хвостов, влияющие на плотность упаковки - их длина и количество в них двойных связей.
При увеличении длины "хвостов" (она варьирует от 14 до 24 атомов углерода) текучесть мембраны понижается. Двойные связи в остатках ненасыщенных жирных кислот создают изгибы "хвостов", снижают плотность упаковки и повышают текучесть мембраны.
У бактерий, грибов и растений при повышении температуры синтезируются фосфолипиды с более длинными "хвостами" и (или) меньшим числом двойных связей, чтобы поддерживать текучесть мембран на постоянном уровне.
У животных на текучесть мембран сильнее влияет содержание холестерина. При высокой (35-400С) температуре он снижает текучесть. При низкой температуре он препятствует "замерзанию" мембраны, способствует сохранению подвижности молекул фосфолипидов. Особенно много холестерина в наружной мембране (до 50%, то есть по одной молекуле холестерина на каждую молекулу фосфолипидов). Холестерин способен встраиваться в липидный строй. При этом мембрана уплотняется. Соотношение холестерин/фосфолипиды в основном и определяет текучесть либо жёсткость клеточной мембраны.
Гипохолестеринемическое действие фосфолипидов с участием фермента лецитил-ацетил-трансферазы (ЛХАТ)
Фосфолипиды (прежде всего фосфатидилхолины) обладают гиполипидемическим и гипохолестеринемическим свойствами. Эти свойства реализуются посредством снижения уровня холестерина и липидов в сыворотке крови, уменьшения синтеза холестерина и его эфиров гепатоцитами, а также, путем нормализации структуры липопротеинов низкой плотности. Гипохолестеринемическое действие фосфолипидов происходит с участием фермента лецитил-ацетил-трансферазы (ЛХАТ). Это фермент, превращающий свободный холестерин в эфиры холестерина, являющиеся более гидрофобной формой холестерина. Холестерин, превращённый в эфиры холестерина, благодаря высокой гидрофобности перемещается с поверхности липопротеина в ядро, освобождая место на поверхности частицы для захвата нового свободного холестерина (Рис 11). Таким образом, эта реакция является исключительно важной для процесса очищения периферических тканей от холестерина (обратный транспорт холестерина). Недостаточность ЛХАТ является рецессивным наследственным метаболическим заболеванием, вызванным нарушением гена фермента. Характеризуется накоплением холестерина в организме. При полном нарушении активности ЛХАТ развивается помутнение роговицы, протеинурия и почечная недостаточность. При частичной недостаточности развивается только помутнение роговицы (т.н. заболевание «рыбьих глаз»).
Рис. 11
Участие фосфолипидов в формировании белково - липидных комплексов - липопротеинов. Обоснование антиатерогенности липопротеинов высокой плотности, содержащих наибольшее количество фосфолипидов (за счет этерификации холестерина полиненасыщенными жирными кислотами)
Липиды являются нерастворимыми в воде соединениями, поэтому для их переноса кровью необходимы специальные переносчики, которые растворимы в воде. Такими транспортными формами являются липопротеины. Их основная роль заключается в транспортировке липидов, поэтому обнаружить их можно в биологических жидкостях.
Все липопротеины имеют сходное строение: ядро и наружный слой. Ядро состоит из гидрофобных молекул: триглицеридов, эфиров холестерина. Компоненты ядра связаны слабыми типами связей и находятся в состоянии постоянной диффузии – способны перемещаться друг относительно друга. Наружный слой представляет собой монослой фосфолипидов, полярные группы которых обращены к воде, а гидрофобные погружены гидрофобное ядро липопротеина. Кроме фосфолипидов, на поверхности находятся белки-апопротеины, причем у разных липопротеинов наблюдается различное соотношение липидов и белков в составе частицы, поэтому различна и их плотность.
Липопротеины разделяются соответственно их плотности на четыре основных типа:
хиломикроны – ХМ
липопротеины очень низкой плотности – ЛОНП
липопротеины низкой плотности - ЛНП,
липопротеины высокой плотности - ЛВП.
Существуют также промежуточные формы в метаболизме липопротеинов: хиломикроны остаточные (ХМост), ЛОНП остаточные (или липопротеины средней плотности - ЛСП) (Рис.12)
Рис.12
Полноценное функционирование организма зависит от баланса этих комплексов в плазме крови. Если в результате влияния какого-либо фактора происходит сбой в обмене липопротеинов, возникает риск развития патологических процессов, главной угрозой организму становится атеросклероз.
Липопротеины высокой плотности обладают антиатерогенными свойствами. Так как высокая концентрация ЛПВП существенно снижает риск атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний, холестерин ЛПВП иногда называют «хорошим холестерином» (альфа-холестерином) в отличие от «плохого холестерина» ЛПНП, который, наоборот, увеличивает риск развития атеросклероза. ЛПВП обладают максимальной среди липопротеинов плотностью из-за высокого уровня белка относительно липидов.
Атерогенность липопротеидов в определенной степени связана с размером самих частиц. Антиатерогенные ЛПВП являются самыми мелкими липопротеидами, поэтому они беспрепятственно проходят сквозь стенки артерий и так же свободно их покидают, не засоряя кровяное русло. Размер их составляет 8-11 нм в диаметре.
Крупные ЛП - это липопротеиды с очень низкой плотностью. Они, как и хилломикроны, в составе которых много триглицеридов, могут не обладать атерогенными свойствами, но их излишки способствуют развитию панкреатита. ЛП промежуточной плотности при окислении легко задерживаются в сосудах, поэтому их относят к атерогенным.
Статистика показывает, что рост уровня ЛПНП всего лишь на один процент увеличивает вероятность развития ИБС до 3%, поэтому снижение показателей атерогенных липопротеидов является стратегической целью профилактики сердечной недостаточности и основной задачей медикаментозной и диетотерапии при дислипидемии.
Обнаружено важное свойство ЛПВП — способность стабилизировать частицы ЛПНП и защищать их от модификационных изменений, в том числе атерогенной направленности. Липопротеины высокой плотности способствуют выведению холестерина из крови, очищая сосуды, и предупреждая такое распространенное заболевание, как атеросклероз. Высокая их концентрация способствует предупреждению многих патологий сердечно-сосудистой системы. Выведение холестерина осуществляется с помощью реакции этерификации. Этерификация холестерина – это реакция соединения холестерина с жирными кислотами. Она осуществляется для того, чтобы холестерина не оказывался на границе между липидом и водой. Реакция может осуществляться как внутри клетки, так и за пределами ее, и она направлена на перенос холестерина либо преобразование его в активную форму.
В ходе этого превращения лецитин соединяется с холестерином, в результате чего образуется лизолейцин и холестерид. Весь процесс катализируется ферментом ЛХАТ (лецитинхолестеролацилтрансферазы).
Активность этого фермента напрямую зависит от содержания липопротеинов высокой плотности. Активирует ЛХАТ белок-переносчик, или апо-белок А1. Как исход этерификации, полученный эфир попадает внутрь липопротеина высокой плотности. За счет этого количество несвязанного холестерина за пределами комплекса липопротеина уменьшается, и его поверхность готова для получения других свободных фракций холестерина.
Заключение
Липиды представляют собой обширную группу природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных - из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Липиды содержатся во всех живых клетках.
Основная часть липидов в мембранах представлена фосфолипидами, гликолипидами и холестерином. Фосфолипиды являются одним из основных структурных компонентов биологических мембран, оказывая влияние на клеточном уровне на проницаемость клеток, нормализацию жидкостных свойств клеточных мембран, функциональную активность расположенных там рецепторов.
Фосфолипиды являются прекрасным "растворителем" для холестерина. На этом и основано их применение в лечении атеросклероза. Одна молекула фосфолипида может связать 3 молекулы холестерина и вывести их из организма. Причем фосфолипиды способны извлекать холестерин как из атеросклеротических бляшек, так и из клеточных мембран.
Список использованной литературы
1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. , Зурабян С.Э. Биоорганическая химия. Учебник. ГЭОТАР-Медиа. 2010 – 416 с.
2. . Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И., Зурабян С.Э. Биоорганическая химия. Учебник. М., ГЭОТАР-Медиа.- 2009 – 416 с.
3. Большая медицинская энциклопедия. -т. 1-30.- М.- Советская энциклопедия.-1986
4. Химическая энциклопедия. -т. 1-50.-1980.
5.[Электронный ресурс] http://lechiserdce.ru/holesterin/5379-aterogennyimi-lipoproteinami.html6.[Электронный ресурс] https://ru.wikibooks.org/wiki/Биология клетки/Часть1.Клетка как она есть/