Витамины липидной природы. Органические кислоты, липиды, витамины

ЛИПИДЫ

Липидами (от греч. - жирный) называют природные неполярные соединения, полностью или почти полностью не растворимые в воде, но растворимые в неполярных растворителях, например, хлороформе, сероуглероде, эфире и горячем этаноле. Главным отличительным свойством этой группы достаточно разнородных веществ является их неполярность, которая в некоторых случаях объясняется наличием в этих соединениях одной или большего числа жирных кислот, содержащие длинные алифатические углеводородные цепи. Содержание липидов в организме составляет 10 - 20% от массы тела.

Липиды выполняют следующие биологическиефункции:

1.Являются компонентами мембран, во многом определяющих их проницаемость.

2.Служат одной из основных форм запасания углерода и энергии (1г жира при окислении дает 9,3 ккал).

3.Могут быть предшественниками других важных соединений.

4.Выполняют роль защитных барьеров, предохраняющих от термического, электрического и физического воздействий.

5.Входят в состав защитных оболочек, предохраняющих от инфекции и излишней потери или накопления воды. Жиры являются источниками эндогенной воды.

6.В некоторых случаях это витамины и гормоны.

7.Участвуют в приведении нервных импульсов, так как входят в состав миелиновых оболочек.

Есть классификация, основанная на содержании в составе жира того или иного спирта. Соответственно выделяют глицеринсодержащие, сфингозинсодержащие липиды и холестерин и его производные.

Есть классификация липидов по их структуре:

1. Простые липиды. 2.Сложные липиды. 3. Производные липидов.

К простым жирам относятся только эфиры жирных кислот и спиртов. В состав сложных липидов помимо жирных кислот и спиртов входят и другие компоненты. Среди сложных липидов выделяют фосфоацилглицерины, сфингомиелины, цереброзиды и ганглиозиды. К производным липидов относятся все соединения, которые нельзя четко отнести к простым или сложным липидам, например, стероиды, каротиноиды и витамины липидной природы. Многие из них образуются из углеводородных цепей, входивших в состав жирных кислот.В состав простых и сложных липидов обязательно входят жирные кислоты.По сути, это - карбоновые кислоты с длинной алифатической цепью. Природные жирные кислоты весьма разнообразны.

Для удобства выделяют следующие группы: 1.Большинство ЖК представляют собой монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводородные цепи с четным числом атомов (обычно С 12 - С 20). Реже встречается ЖК с более короткими цепями или с нечетным числом атомов углерода. 2.Часто встречаются кислоты, содержащие этиленовые (ненасыщенные, двойные) связи (обычно это С 18 - С 20 кислоты). Если присутствуют две или большее число двойных связей, почти всегда они разделены одной метиленовой группой: - СН = СН - СН 2 - СН = СН -.

3.В ненасыщенных кислотах с двойными связями почти всегда имеет место цис-конфигурации.

Большое число неполярных связей С - С и С - Н в углеродной цепи придает существенно неполярный характер всей молекуле в целом, хотя в ней имеется и полярная группа - СООН. Совершенно ясно, что соединение, в состав которого входит один или несколько остатков ЖК, будет носить неполярный характер, что является причиной нерастворимости липидов в воде, а также обуславливает сборку липидов в биомембраны.

Основные природные ЖК, входящие в состав тканей:

Насыщенные ЖК:

1. Лауриновая (С 12). 2. Миристиновая (С 14). 3. Пальмитиновая (С 16).

4.Стеариновая(С 18). 5. Арахиновая (С 20).

II. Насыщенные ЖК:

1.Пальмитолеиновая (С 16:1) ∆9 . 2.Олеиновая (С 18:1) ∆9. 3.Линолевая (С 18:2) ∆9, 12

4.Линоленовая (С 18:3) ∆9, 12, 15. 5.Арахидоновая (С 20:4) ∆5, 8, 11, 14

Где (С х:у) ∆ Z - х - число углеродных атомов. у - число двойных связей.

Z - положение двойных связей (счет идет от - СООН).

ЖК могут окисляться ферментативным и неферментативным путем.

Неферментативное окисление ЖК. (ПОЛ) - по двойным связям они окисляются до гидропероксикислот при действии сильных окислителей, например, Н 2 О 2 ; О 2 ; ОН. Получившиеся соединения пероксидной природы являются токсичными формами кислородных соединений. Очень легко образуют пероксиды сложные липиды, присутствующие в биологических мембранах, так как они содержат много ненасыщенных ЖК. Это, в свою очередь может привести к окислению мембранных белков, что может оказать сильное влияние на структуру и функции мембраны. Такое разрушительное действие вызвано на первом этапе превращением пероксидов липидов в пероксид - радикалы - высокореакционноспособные агенты.Эта реакция может протекать с участием иона металла, например, железа. Прогоркание и порча пищевых продуктов обусловлены отчасти этими реакциями.Живые клетки способны защищаться от действия этих окислителей. Обезвреживание происходит при участии глютатиона, витаминов Е и С, которые выступают в роли антиоксидантов.Ферментативное окисление ЖК - так идет окисление ЖК с длинной цепью, в частности арахидоновая кислота - предшественник синтеза простагландинов. Вообще, соединения, образующиеся из С 20 - полиненасыщенных кислот называются эйкозаноиды . Арахидоновая кислота образуется из фосфолипидов мембран, которые под действием фосфолипазы А 2 распадаются на лизофосфолипиды и арахидоновую кислоту. Предшественником арахидоновой кислоты может быть и линолевая кислота. Простоглаидины (PG) получили свое название из-за того, что впервые были выделены из семенной плазмы, образующейся в предстательной железе. В настоящее время известно, что они присутствуют в большинстве тканей млекопитающих, однако, в крайне малых количествах (≤10 -9 г).

Простогландины регулируют следующие процессы в клетках:

1. Сокращение гладких мышц.

2. Кровообращение (кровяное давление).

3. Передача нервных импульсов.

4. Участвуют в воспалительном процессе.

5. Водный и электролитный баланс.

6. Свертывание крови.

Механизм действия простогландинов связывают с наличием у клеток - мишений, контролируемых простогландинами, специфических мембранных белков - рецепторов, связывающихся с определенными простогландинами. Конечный эффект опосредован действием циклических нуклеотидов - простогландины повышают или понижают (в зависимости от природы ткани) содержание внутриклеточного цАМФ или цГМФ. Выделяют 6 основных видов PG. Общая структурная формула простогландинов показывает, что это С 20 - монокарбоновая кислота с циклопентановым кольцом внутри цепи. Различные простогландины имеют одну или две двойные связи в определенных положениях, а также соединяются в определенных положениях с атомами кислорода.

Биосинтез простогландинов начинается с превращения арахидоновой кислоты в два эндопероксидных интермедиата - PGG 2 (образуется первым) PGH 2 . Обе реакции катализируются одним и тем же ферментом - простогландин-эндопероксид-синтазой, состоящим из двух компонентов - циклооксигеназы (присоединение О 2 и образование циклопентанового кольца) и пероксидазы (отвечает за образование гидропероксидных групп). В некоторых клетках PGG 2 и PGH 2 превращаются в другие продукты - тромбоксаны и простоциклин. Образование тромбоксанов происходит в тромбоцитах и способствует свертыванию крови, вызывая агрегацию тромбоцитов и сужение артерий. Напротив, образование простоциклина происходит в клетках, выстилающих артерии и вены и препятствует свертыванию крови, ингибируя те же процессы. Дисбаланс этих соединений в сторону, благоприятствующую агрегации тромбоцитов, может быть первопричиной образования адсорбирующих бляшек. Биохимия простогландинов объясняет терапевтическое действие аспирина, служащего эффективным средством для снятия слабой боли, воспалений, в качестве жаропонижающего средства, т.е. тех состояний, возникновение которых в определенной мере зависит от повышенного синтеза простогландинов. Аспирин снижает скорость их синтеза, выступая в роли ингибитора циклооксигеназного компонента эндопероксид-синтезы, при этом происходит ковалентная модификация важной боковой аминогруппы фермента. Другое противовоспалительное средство - индометозин также ингибирует синтезу, но не путем ковалентной модификации. Лекарства стероидной природы действуют иным образом, например, ингибируя образование арахидоновой кислоты из мембранных липидов. Недавно был открыт новый класс соединений, названный лейкотриенами. Они синтезируются лейкоцитами и содержат три сопряженные двойные связи. Это мощные активаторы сокращения гладких мышц. Особенно чувствительны к ним мелкие бронхиолы, что, вероятно, связано с затруднением дыхания у больных бронхиальной астмой. Ревматоидные артриты также обусловлены воспалительным эффектом лейкотриенов. Синтез лейкотриенов также начинается с арахидоновой кислоты, но в этом случае на нее действует фермент липоксигеназа , который превращает арахидоновую кислоту в гидропероксид. Ни аспирин, ни индометоцин на этот фермент не действуют. Наиболее сильнодействующими лейкотриенами являются соединения с тиоэфирной связью: - С - S - С -,образующиеся в результате конденсации с глютатионом.

Рассмотрим различные виды липидов:

I. Простые липиды.

Простые липиды делят на две группы:

1. Нейтральные ацилглицерины.

1.Нейтральные ацилглицерины.

В зависимости от числа остатков ЖК, соединенных с трехатомным спиртом глицерином, различают моно -, ди -, триацил - глицерины. В природе наиболее часто встречаются триацильные производные. Во всех случаях простой ацилглицерин не содержит функциональных ионных групп и относится к нейтральным липидам. Ацильные боковые цепи обычно различны.

Общая формула:

СН 2 О - С - R

СНО - С - R /

СН 2 О - С - R //

В животных тканях ТАГ выполняют три основные функции:

1.В жировой ткани откладываются в запас (являясь формой запасания энергии и углерода). Это основные липиды резервных жиров, их там до 99%.

2. в виде липопротеиновых частиц (например, хиломикронов) переносятся по лимфатической системе и кровеносному руслу, распределяясь по всем тканям (при этом транспортируются те ТАГ, которые синтезировались из усвоенных ЖК).

3.ТАГ выполняют роль физической защиты и терморегулятора различных органов тела. Наиболее часто (50%) в их состав входит олеиновая кислота, 23% - пальмитиновая, 10% - линолевая, 6% - стеариновая, 5% - пальмитоолеиновая и 6% - остальное ЖК.

Для ТАГ характерны ЖК с четным числом атомов углерода, но есть и ЖК с нечетным числом углеродных атомов - их 2 - 5%, а у жиров кожи их 15 - 20%. Насыщенность определяет точку плавления жира. Жир подкожной клетчатки более насыщен, чем жир печени. Жирно-кислотный состав липидов может меняться от Т 0 среды.

2.Воски .

Это сложные эфиры, однако, входящие в их состав и спирт (до С18) и кислота имеют длинные углеводородные цепи. Все воски совершенно не растворимы в воде. Природные воски обычно являются конечными продуктами тех метаболических путей, основная роль которых сводится к образованию защитных покрытий. Перья птиц и шкура животных имеют восковое покрытие, которое придает им водоотталкивающие свойства. Восковое покрытие листьев и плодов растений уменьшает потерю влаги и снижает возможность возникновения инфекции.

II.Сложные липиды.

Существует три основных класса сложных липидов:

1. Фосфоацилглицерины. 2. Сфингомиелины. 3. Гликолипиды.

Первые два класса называют фосфатидами или фосфолипидами из-за присутствия фосфатных групп. Все эти соединения находятся только в мембранах, являясь их основными компонентами.

1.Фосфоацилглицерины.(ФАГ)

Это наиболее распространенные сложные липиды. Число различных ФАГ и их относительная концентрация сильно варьирует в зависимости от типа клеток и их физиологического состояния. Несмотря на такое разнообразие, все же различают основные и минорные компоненты. Основные: фосфатилхолин (лецитин), фосфатидилэтаноламин (кефалин), фосфатидилглицерин. Минорные: фосфатидилсерин, дифосфатидилглицерин (кардиолипид), фосфатидилинозит и фосфатидная кислота. Из фосфатидной кислоты образуются все остальные ФАГ.

СН 2 О - С - R

СНО - С - R 1

СН 2 О - Р - R 1

Фосфатидная кислота.

Различные ФАГ отличаются друг от друга дополнительными группировками, присоединенными фосфоэфирной связью к фосфатидной кислоте. Состав ЖК различных ФАГ различается даже в пределах одного организма. Некоторые лецитины, например, дипальмитоиллецитин - являются основным элементом сурфактанта (ПАВ) легких - его отсутствие у недоношенных детей вызывает нарушение дыхания.

Структура некоторых ФАГ:

СН 2 О - С - R СН 2 О - С - R

СНО - С - R1 СНО - С - R 1

СН 2 О - Р - ОН СН 2 О - Р - ОН

О - СН 2 - СН 2 - N + Н 3 О - СН 2 - СН 2 - N + - (СН 3) 3

Фосфатидилэтаноламин Фосфатидилхолин

(кефалин) (лецитин)

СН 2 О - С - R СН 2 О - С - R

СНО - С - R 1 СНО - С - R 1

СН 2 О - Р - ОН N + Н 3 СН 2 О - Р - ОН ОН

О - СН 2 - СН - СООН О - СН 2 - СН - СН 2 ОН

Фосфатидилсерин Фосфатидилглицерин

СН 2 О - С - R O СН 2 О - С – R

| || R /// - C - OH 2 C ||

СНО - С - R 1 O | СНО - С - R 1

| || R // - С – ОНС ||

СН 2 О - Р – ОН О | СН 2 О - Р - ОН

О - СН 2 - СН - СН 2 О - Р - ОН 2 С О

ОН

| ОН |

ОН

Дифосфатидилглицерин Фосфатидилинозит

(кардиолипид)

Составляет до 15% всех липидов миокарда Иногда в фосфоацилглицеринах одна из ЖК замещается альдегидом, в таком случае образуются плазмалогены.

СН 2 - О - СН = СН - R /

СН - О - С - R 2

СН 2 - О - Р - ОН

В этих структурах отчетливо проявляется, что соединения имеют два разных района: неполярный гидрофобный “хвост” и полярную гидрофильную “голову”. Такую двойственную природу называют алифатической (от греч. - двухсторонний и чувство).

2.Сфингомиелины (фосфосвинголипиды).

Состоят из одной молекулы ЖК, холина, фосфорной кислоты и спирта свингозина. Сфингозины представляют собой семейство аминоспиртов с длинной ненасыщенной цепью, различающихся длиной цепи. ЖК присоединяется к аминогруппе сфингозина посредством амидной связи, при этом образуется церамид. Присоединение фосфорилхолинового остатка завершает структуру образования свингомиелина:

СН 3 - (СН 2) 12 - СН = СН - СН - СН - СН 2 О - Р - О - СН 2 - СН 2 - N + (СН 3) 3

Сфингомиелины

Сфингомиелины также обладают амфипатическими свойствами. Сфингомиелины в значительном количестве находятся в клеточных мембранах нервной и мозговой ткани.

3. Гликолипиды (гликосфинголипиды).

В их основе тоже лежит церамид. Различают цереброзиды и ганглиозиды. В ходе другой последовательной реакции биосинтеза липидов происходит ферментативное превращение церамидных предшественников в цереброзиды и ганглиозиды путем присоединения углеводной группы к церамиду. Цереброзиды и ганглиозиды в основном находятся (хотя и не исключительно) в клеточных мембранах нервной и мозговой ткани и также проявляют амфипатические свойства. Простейшие цереброзиды содержат моносахаридную группу, присоединенную гликозидной связью к концевой - ОН группе церамида. Как правило, это глюкоза или галактоза.

СН = СН - (СН 2) 12 - СН 3

Около 25% цереброзидов могут быть представлены сульфированными (в 3-м положении) галактоцереброзидами. Другие церебродиды содержат более длинные олигосахаридные группы (2 - 10 остатков), содержащие аминосахара, N - ацитилсахара и фруктозу. Ганглиозиды также содержат олигосахаридную группу, но для них характерно наличие хотя бы одного остатка сиаловой кислоты. Один ганглиозид отличается от другого (это относится и к цереброзидам) строением олигосахаридного компонента. Остатков сиаловых кислот в ганглиозидах содержится от 1-го до 4-х.

Функции гликолипидов:

1.Придание жесткости мембранам.

2.Формирование антигенных химических маркеров клетки, определяют группу крови (по системе АВО).

3.Формирование химических маркеров стадий клеточной дифференцировки.

4.Регуляция нормального роста клеток и, таким образом, осуществляет связь с трансформацией нормальных клеток в опухолевые.

5.Придание клеткам способности реагировать с некоторыми биологически активными соединениями, например, с бактериальными токсинами (холерными, столбнячными), гликопротеиновыми гормонами, интерферонами и вирусами, т.е. по сути, это рецепторная функция. Все эти процессы имеют огромное биологическое значение. Наряду с гликолипидами во многих этих процессах участвуют и гликопротеиды. Это подчеркивает важность олигосахаридов для процессов, протекающих на поверхности мембраны.

6.участвуют в межклеточных взаимодействиях.

III.Производные липдов.

Это весьма гетерогенная группа соединений. Из сходство ограничивается лишь плохой растворимостью в воде. Наиболее важные представители этой группы: стероиды, каратиноиды и родственные им витамины липидной природы.

1.Стероиды. Они обнаружены во всех организмах, где они выполняют различные функции. У человека они играют роль половых гормонов, эмульгирующих агентов при переваривании липидов, участвуют в транспорте липидов через мембраны. В плазме крови выступают как противовоспалительные агенты и в качестве регуляторов некоторых метаболических процессов. Все стероиды обладают сходной структурой, в основе которой лежит пергидроциклопентанофенантрен. Разнообразие структур стероидов обусловлено разной степенью ненасыщенности и наличием нескольких группировок в разных положениях циклов.

Пергидроциклопентанофенантрен

Наличие углеводородной боковой цепи (С 8 - С 10) в 17-м положении и гидроксильной группы в положении 3, характерно для большой группы стероидов, называемых стеринами. Наиболее важным и распространенным из них является холестерин. Он входит как структурный компонент в клеточные мембраны, однако, концентрация его в мембранах варьирует (О - 40% суммарного содержания липидов мембран). Холестерин (вследствие содержания консолидированной структуры, обладающей меньшей гибкость, чем протяженная углеводородная цепь) придает мембране большую жесткость (прочность). Холестерин является также первичным метаболическим предшественником других важных стероидов, в том числе желчных кислот и половых гормонов. В некоторых тканях холестерин - предшественник витамина Д. Половые стероидные гормоны: мужской - тестостерон (обуславливает все половые признаки) и жеЖКие: эстрадиол и прожестерон (в основном ответственны за регуляцию менструального цикла).

CH – (CH 2) 3 – CH – (CH3) 2

Холестерин

Впервые выделен из камней желчного пузыря, отсюда и название (chole - желчь, steros - твердый).

2.Каротиноиды. Каротиноиды делят на две группы: каротины и ксантофиллы. Обе группы включают нерастворимые в воде пигменты, широко распространенные в природе, больше всего их содержится в растениях и водорослях. Каротины представляют собой чисто углеводородные соединения, тогда как ксантофиллы содержат кислородные группы. Каротины более широко распространены в природе. Наиболее распространен бета - каротин. Это С 40 углеводород с сильно разветвленной структурой и ненасыщенными связями, на обоих концах углеводородной цепи находятся идентичные замещенные циклы. Все остальные каротиноиды, в сущности, можно рассматривать как варианты этой структуры. При ферментативном расщеплении бета - каротина симметричным образом образуется две молекулы vit A. В сетчатке глаза восстановленная спиртовая форма витамина А (ретинол) с помощью фермента превращается в окисленную альдегидную форму (ретиналь), который образует комплекс с различными ретинальсвязывающими белками (опсинами). Такой комплекс представляет собой первичный рецептор света в светочувствительных клетках, которые затем передают информацию клеткам нервной системы. Есть два вида светочувствительных клеток:

1.Палочки - воспринимают слабый свет и нечувствительны к цвету.

2.Колбочки - воспринимают яркий свет и ответственны за формирование цветного изображения.

Оказалось, что в палочках находится только один оксин (родопсин). В колбочках присутствуют, по крайней мере, 3-и вида оксинов. Они образуют комплексы с ретиналем с образованием рецепторов, чувствительных к голубому, красному и зеленому цветам. Сочетание этих цветов дает различные оттенки. Всего же человеческий глаз способен различить 256.000 оттенков. Установлено, что ретиналь ковалентно связывается с опсином, образуя родопсин-ретинальный комплекс. При этом связывается цис-форма ретиналя, которая через множество промежуточных стадий переходит в транс - изомер. При этом одна или несколько промежуточных форм затем участвуют в генерации очень небольших электрических потенциалов, активирующих нервную систему. Цикл превращений светочувствительного пигмента при зрительном восприятии завершается регенерацией цис - ретиналя.

Витамины липидной природы.

3.Витамин Д. Требуется для нормального метаболизма кальция и фосфора, необходимых для роста здоровых костей и зубов. Его недостаток вызывает рахит - болезнь, при которой кости становятся мягкими и пластичными, что приводит к их деформации. Витамин Д образуется из стеринового предшественника при УФ - облучении. Одним из важных предшественников является 7 - дигидрохолестерин, который сам получается ферментативным путем из холестерина. Из него и получается витамин Д 3 . Существует несколько форм vit Д. Фора Д 3 (холикальцеферол) присутствует в молоке, масле, печени рыб, которые и являются основным экзогенным источником этого витамина. Витамин Д 3 может синтезироваться в коже, при условии получения нормальной порции солнечного света. И эндогенный и экзогенный vit Д 3 переносится плазмой в печень и почки, где превращается в еще более активные гидроксилированные производные. Основной активной формой в организме является 1,25 - дигидроксипроизводное.

4.Витамин Е. Основная структура витамина Е (а их существует несколько форм) называется токоферолом.Наиболее активной формой витамина Е является альфа - токоферол. У крыс vit Е необходим для репродукции (для людей это пока не доказано). У некоторых животных недостаток vit Е приводит к мышечной дистрофии. Vit Е обычно добавляют при переработке пищи, поскольку он, обладая свойствами антиоксиданта предотвращает порчу пищевых продуктов вследствие их окисления. В живых клетках vit Е также выполняет роль антиоксиданта, наряду с витамином С и глютатионом.

5.Витамин К. Его недостаток приводит к замедлению свертывания крови. В основе его структуры лежит бициклическая нафтохиноновая система, к которой присоединена длинная углеводородная цепь. Он может поступать с пищей (свежие овощи, сыр), а может стимулироваться бактериями ЖКТ. Его свертывающий эффект определяется участием в синтезе протромбина, который затем переходит в тромбин.

Биомембраны.

Биомембраны ограничивают клетку и многие органеллы внутри клетки. Это очень активные биологические системы, отвечающие за такие процессы, как селективный транспорт веществ внутрь и наружу клетки и субклеточных компартментов (образований), связывание гормонов и других регуляторных молекул, реакции, катализируемые ферментами, передача электрических импульсов и даже синтез АТФ. Мембраны различаются между собой, и разным типам мембран присущи различные виды функциональной активности. Например, за биосинтез АТФ отвечает только внутренняя митохондриальная мембрана.

Химический состав: Мембраны состоят их липидных и белковых молекул. Относительное их количество существенно отличается для разных мембран, варьируя от 20% белка + 80% липидов до 75% белка + 25% липидов. Углеводы в форме гликопротеидов и гликолипидов составляют 0,5 – 10% вещества мембраны.

Липидный двойной слой. Липиды биомембран расположены двумя слоями. Каждый монослой состоит из сложных липидов (и иногда холестерина), расположенных таким образом, что неполярные гидрофобные хвосты молекул находятся в тесном контакте друг с другом; в таком же контакте - полярные гидрофильные элементы. Все эти взаимодействия носят исключительно нековалентный характер. Два монослоя совмещаются, ориентируясь “хвост” к “хвосту” так, что образуется структура двойного слоя, имеющего неполярную внутреннюю часть и две полярные поверхности. Толщина каждого бислоя ≈ 3,5 - 4,0 нм. Липидный состав монослоев отличается. Например, цереброзиды и ганглиозиды обычно располагаются во внешнем монослое клеточной мембраны. Степень такого различия липидного состава монослоев различна для разных мембран и может меняться по мере участия клетки в разных процессах и по мере ее старения. Липидные молекулы могут переходить из одного монослоя в другой. Подвижность (жесткость) и текучесть липидного бислоя определяется типом и длиной углеводородных группировок, входящих в состав ЖК и сфингозинов, а также содержанием холестерина. Повышенная жесткость определяется увеличенным соотношением насыщенных и ненасыщенных цепей и повышенным содержанием холестерина. Физические свойства мембран зависит также от типа и расположения белков, связанных с липидным бислоем.

Мембранные белки. В общую структуру мембраны включены белки, присоединенные к липидному бислою одним из двух способов:

1.связаны с гидрофильной поверхностью бислоя - (поверхностные мембранные белки);

2.погруженные в гидрофобную зону бислоя липидов - (интегральные мембранные белки).

Каждая мембрана содержит оба вида белков, однако, разным типам мембран присуще различные соотношения этих белков. Поверхностные белки своими полярными боковыми группами аминокислотных остатков, расположенных на поверхности белковой молекулы, связаны нековалентными связями с гидрофильной поверхностью липидного бислоя. Интегральные белки различают по степени погруженности в гидрофобную область бислоя. С обеих сторон мембраны некоторые белки могут лишь не очень глубоко проникать внутрь двойного слоя, достигая примерно половины слоя, а другие белки как бы прошивают своей структурой двойной слой. Белки, также как и липиды, могут менять свое местоположение в мембране. Это движение может быть направлено вдоль монослоя, может быть вращательным в пределах монослоя или даже бислоя, может быть направлено от одной поверхности бислоя к другой. Белки могут претерпевать изменения своей конформации, что, возможно, влияет на конформацию соседних белков.

Функции белков мембран: Все мембранные белки (и поверхностные и интегральные) можно разделить на 2 большие группы на основании их роли в составе мембран:

1. структурные белки;

2. динамические белки.

Структурные белки помогают поддерживать структуру всей мембраны. Часто белки этого типа имеют удлиненную форму и располагаются на гидрофильной поверхности липидного слоя, выступая в роли молекулярного бандажа. Динамическими называются белки, которые непосредственно участвуют в клеточных процессах, происходящих на мембране. Во всех типах клеток обычно выделяют три класса таких белков:

1.транспортные белки(участвуют в транспорте соединений внутрь и наружу клеток;

2.каталитические белки (играют роль ферментов в реакцииях, происходящих на мембране);

3.белки - рецепторы (специфически связывают определенные соединения - гормоны, токсины, нейромедиаторы на наружной стороне мембраны, что служит сигналом для изменения химических процессов в мембране или внутри клетки).

Мембранный транспорт.

Перенос (транспорт) соединений внутрь или наружу клетки, а также их транспорт между цитоплазмой и различными субклеточными органеллами (митохондриями, ядром и т.д.) определяется мембранами. Транспортные свойства мембраны определяет ее полупроницаемость - некоторые соединения могут проникать через нее, а другие нет. В зависимости от конкретного соединения и вида мембраны имеет место либо пассивный, либо активный транспорт.

1 .Пассивный транспорт - это транспорт по градиенту концентрации без затрат энергии клеткой. Такой транспорт иногда называют диффузией. Различают простую и облегченную диффузию.

Простая диффузия происходит без какого-либо взаимодействия с мембранным белком. Перенос вещества через липидные бислои осуществляется через поры в мембране, образованные разрывами в бислое, или через каналы, образуемые мембранными белками. Так переносятся, например, вода, некоторые органические ионы и некоторые соединения типа липидов. В облегченной диффузии участвуют молекулы носителя, обычно мембранного белка. Такой процесс обычно начинается со связывания переносимого соединения с транспортным белком. Транспортный белок сближается с противоположной стороной мембраны, освобождает это соединение, принимает исходное состояние и вновь готов осуществлять свои функции. Другой вариант переноса: белок не способен переходить через бислой, а связавшееся соединение само переходит от одного белка к другому до тех пор, пока не окажется на противоположной стороне мембраны и не освобождается там.

2 .Активный транспорт - это тот случай, когда перенос требует затраты энергии клеткой. Используется и энергия АТФ и другие источники энергии. При этом необходимо и участие мембранных белков, причем транспортная система может оказаться мультимолекулярной. Энергия может затрачиваться на любом из этапов переноса. В некоторых случаях один из этапов может стимулироваться гормоном.

Одна из наиболее важных систем - К + , Na + - насос. Насос представляет собой единственный белок, называемый Na + , К + - АТФаза. Молекула этого белка пронизывает всю мембрану и представляет собой олигомер с молекулярной массой 250.000. механизм действия включает несколько стадий:

1.молекула АТФ из цитоплазмы связывается с активным центром на одной из субъединец АТФазы. Связывание АТФ сопровождается связыванием 3 Na + из цитоплазмы.

2.Фосфорирование АТФазы (за счет АТФ) вызывает конформационный переход в структуре белка, приводящий к переориентации его таким образом, что связанный Na + выводится через канал, открытый на наружную сторону мембраны.

3.После выведения Na + , 2К + снаружи присоединяются к ионсвязывающим центрам фосфорированного белка.

4.Удаление фосфатной группы путем гидролиза, вызывает вновь конформационный переход, восстанавливающий исходную конформацию, которая освобождает 2К + в канал, открытый теперь внутрь клетки.

Таким образом, на каждую затраченную молекулу АТФ АТФаза переносит 3Na + и 2К + (соответственно из клетки и внутрь клетки).

Клетки мышц содержат Са ++ - АТФазный насос, контролирующий сокращение мышц, причем, освобождение Са ++ вызывает сокращение мышц.

Мембранные рецепторы. Реакция живых клеток на воздействие различных типов биологически активных веществ (гормонов, различных токсинов, нейтромедиаторов и т. д.) начинается со связывания вещества с внешней поверхностью клеточной мембраны в специфическом месте называемом рецептором. Обычно это - белки, но это могут быть и другие вещества, например, ганглиозиды. Рассмотрим работу некоторых рецепторов.

Наиболее распространенными кислотами овощей, ягод и плодов являются нелетучие лимонная, яблочная, винная и другие кислоты. Содержание кислот в дикорастущих ягодах колеблется в пределах от 0,6 до 6%. Наиболее высокая кислотность характерна для клюквы, облепихи, калины.

Кислоты участвуют в формировании вкуса дикорастущих ягод, снижая рН среды, благоприятно влияют на процесс пищеварения, способствуют формированию определенного состава микрофлоры, тормозят процессы гниения в желудочно-кишечном тракте. Кислоты фенольной природы обладаюь бактерицидным действием.

Кроме нелетучих кислот в составе плодов и ягод в небольшом количестве присутствуют летучие кислоты: муравьиная, валериановая и капроновая. Все они содержатся в составе калины. Сорбиновая и парасорбиновая кислоты хаактерны для плодов рябины обыкновенной. Муравьиная кислота обнаружена в малине. Кислоты фенольной природы и их эфиры содержатся в небольших количествах в разных ягодах: например, салициловая кислота содержится в малине, ежевике, землянике, клюкве, рябине. Летучие кислоты формируют аромат свежих ягод.

Липиды. В составе плодов и ягод содержится немного липидов

(0,1-0,3%) , сосредоточены они в основном в семенах. Исключением является облепиха, у которой липиды содержатся и в мякоти, и в семенах. Концентрация липидов в семенах колеблется от 4 до 31%.

Липиды играют важную роль, так как входят в состав мембран клеток. В плодах и ягодах липиды представлены жирами, восками, кутином, стероидами и другими соединениями. Жиры плодов и ягод характеризуются благоприятным жирно-кислотным составом с преобладанием ненасыщенных жирных кислот.

Воски, кутин, урсоловая кислота образуют восковой налет, характерный, например, для черники и клюквы.

Витамины. Пищевая ценность овощей, плодов и ягод во многом определяется наличием в них витаминов и витаминоподобных веществ. В плодах и ягодах представлены водои жирорастворимые витамины. К числу водорастворимых относятся аскорбиновая кислота, витамины группы B, биофлавоноиды.

Витамин С, точнее, его восстановленная форма – L-аскорбиновая кислота распространена в дикорастущих плодах и ягодах. Многие из них при регулярном употреблении могут легко восполнить суточную потребность в аскорбиновой кислоте (50-100 мг в сутки).

Аскорбиновая кислота – активный участник многих окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме человека. Она повышает устойчивость к инфекционным заболеваниям, особенно простудным, неблагоприятным внешним воздействиям (перегреву, охлаждению), увеличивает работоспособность. Аскорбиновая косилота оказывает влияние на кроветворение, обмен углеводов и холестерина. Наиболее полно биологическая роль витамина С проявляется в присутствии Р-активных соединений, что характерно для плодов и ягод. Для человека суточная норма аскорбиновой кислоты составляет 70-100 мг, Р-активных веществ – 30-50 мг.

Ягоды семейства брусничных, а также ежевика, морошка, черемуха содержат 10-20 мг витамина С /100 грамм. Среднее его количество (от 30 до 75 мг/100 грамм) характерно для земляники, калины, рябины, голубики.

Смородина черная по содержанию аскорбиновой кислоты превосходит многие виды ягод, накапливая ее до 500 мг/100 грамм.

В группу Р-активных соединений входят антоцианы, лейкоантоцианы, катехины, флавонолы, отличающиеся по химическому составу. Р-активные соединения обладают противогипертоническим и противосклеротическим действием. Суммарное содержание Р-активных веществ составляет 0,-0,6% у плодов и ягод. У интенсивно окрашенных и черноплодных культур, таких как черника, черная смородина, голубика, содержание Р-активных веществ достигает 1-1,5%.

Витамины группы В входят в простатические группы ферментов, осуществляющих энергетический обмен, биосинтез пуриновых оснований; они регулируют углеводный, белковый и жировой обмен. Из дикорастущих ягод источником рибофлавина являются шиповник, черника, голубика, а источником тиамина является рябина.

Большое и умеренное содержание рибофлавина характерно для зеленого горошка, перца сладкого и цветной капусты.

При недостатке тиамина и рибофлавина развиваются авитаминозы, проявляющиеся в повышенной утомляемости.

Во многих дикорастущих ягодах обнаружены представители семейства витаминов В6 - пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин, но внебольших количествах (от 0,1 до 3,9 мг/100 грамм). Физиологическая потребность взрослого человека в этом витамине составляет 1,8-2 мг в сутки. Его недостаток приводит к нервным расстройствам, сонливости, воспалениям кожи, глаз, при этом повышается потребность в ниацине, нарушается использование аминокислот и белков.

Ниацин (РР) требуется человеку в значительных количествах –14-28 мг в сутки. При его недостатке в рационе питания, возникают раздражительность, подавленное настроение, головная боль и другие болезненные симтомы. Ниацин содержится во всех дикорастущих ягодах. Больше других содержат ниацин черника, шиповник, облепиха, малина.

Источником витаминов группы В и РР также являются картофель, цветная капуста, из грибов – опята (28,15 мкг/100 г) и лисички(25,38 мкг/100 г).

Наибольшую ценность некоторые ягоды представляют как источник фолиевой кислоты. Этот витамин является антианемическим фактором, стимулирует образование красных и белых кровяных телец. Из ягод, которые могут восполнить потребность человека в этом витамине необходимо отметить рябину, шиповник, землянику, малину.

Из овощей фолиевая кислота содержится в зеленом горошке, капусте (20-40 мкг на 100 г продукта), а из грибов – в белых грибах, маслятах и шампиньонах (40 мкг; 30 мкг и 30 мкг соответственно).

К жирорастворимым витаминам относят А,D,Е, К. Дикорастущие ягоды с интенсивной желтой окраской мякоти богаты каротиноидами, в том числе, B-каротином, наиболее эффективно превращающимся в организме человека в витамин А. Основными накопителями В-каротина являются облепиха, боярышник, шиповник. Каротиноиды предупреждают тканевую гепаксию, участвуют в формировании гормона надпочечников, зрительного пигмента.

Источником этих витаминов являются такие овощи как цветная капуста, морковь и томаты.

Витамин Е стабилизирует и защищает ненасыщенные липиды от избыточного окисления, предупреждает бесплодие у человека. Наибольшая биологическая активность свойственна а-токоферолу. Токоферол синтезируется только растениями. Исключительно богата ими облепиха – до 18 мг/100 грамм в плодах и в десятки раз больше в масле. Богаты токоферолами шиповник, боярышник, рябина обыкновенная.

Витамин К способствует свертыванию крови. В ягодах он содержится в форме К1. Больше других ягод витамин К1 накапливают рябина, черная смородина, шиповник, черника .

К неомыляемым относят липиды, которые при гидролизе не образуют карбоновых кислот или их солей. Неомыляемая липидная фракция содержит вещества двух основных типов: стероиды и терпены . Первые преобладают в липидах животного происхождения, вторые  в липидах растений. Например, терпенами богаты эфирные масла растений: герани, розы, лаванды и др., а также смола хвойных деревьев.

3.3.1. Терпены.

Под этим названием объединяют углеводороды, углеродный скелет которых построен из двух и более звеньев изопрена (2-метилбутадиена-1,3):

и их производные  спирты, альдегиды и кетоны.

Общая формула терпеновых углеводородов  (C 5 H 8) n . Они могут иметь циклическое или ациклическое строение и быть как предельными, так и непредельными.

Основу многих терпенов составляет сквален C 30 H 50:

Примерами замещенных ациклических терпенов являются спирт гераниол :

и продукт его мягкого окисления гераниаль :

Большинство циклических терпенов являются моно- и бициклическими. Наиболее распространенными из них являются:

Функциональным производным ментана является ментол , который содержится в эфирном масле перечной мяты:

Он оказывает антисептическое и успокаивающее действие, а также входит в состав валидола и мазей, применяемых при насморке.

В качестве примера непредельного моноциклического терпена можно привести лимонен :

Он содержится в лимонном масле и скипидаре.

При восстановлении лимонена получается ментан, а в результате кислотного гидролиза  двухатомный спирт терпин , который приме-няется в качестве отхаркивающего средства:

Особую группу терпенов составляют каратиноиды . Некоторые из них являются витаминами или их предшественниками. Наиболее известным представителем этой группы является каротин, в больших количествах содержащийся в моркови. Известны три его изомера: -, - и -каротин. Они являются предшественниками витаминов группы А.

3.3.2. Стероиды.

Стероиды широко распространены в природе и выполняют разнообразные функции в биологических системах. Основу их структуры составляет стеран, частями которого являются три циклогексановых кольца (обозначаются A, B и C) и одно циклопентановое (D):

Общую структуру стероидов можно представить следующим образом:

Характерными фрагментами стероидов являются метильные группы (С-18 и С-19), углеводородный радикал R при С-17 и функциональная группа X при С-3 (OH, OR и др.).

Стероиды, у которых углеводородный радикал при С-17 содержит 8 атомов углерода, называются стерины . Наиболее известным представителем стеринов является холестерин :

3.3.3. Низкомолекулярные биорегуляторы липидной природы.

3.3.3.1. Витамины.

Витаминами называют низкомолекулярные органические соединения различной природы, необходимые для осуществления важных биохимических и физиологических процессов. Организм человека и животных не способен синтезировать большинство витаминов, поэтому должен получать их извне.

Известно около 20 витаминов. Их делят на водорастворимые и жирорастворимые .

К водорастворимым относят витамины группы B (тиамин (В 1), рибофлавин (В 2), кобаламин (В 12) и др.), С (аскорбиновая кислота), PP (никотинамид, никотиновая кислота) и некоторые другие.

Жирорастворимыми являются витамин А (ретинол), D (кальци-ферол), E (токоферол) и K (филлохинон).

Формулы витаминов представлены в приложении 3.

В животных тканях содержатся следующие моносахариды:

триозы

В природе преобладают сахара с D - конфигурацией: тетрозы

Число изомеров для моносахаров равно 2 m , где m- число асимметричных атомов углерода. У триоз это С 2 , у тетроз - С 2 , С 3 , у пентоз- С 2 , С 3 , С 4 , и у гектоз – С 2 , С 3 , С 4 , С 5 =16 изомерами. пентозы

гексозы

гептозы

Все перечисленные моносахара либо поступают в организм с пищей, либо образуются в процессах обмена. Это бесцветные, твердые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Моносахара обеспечивает большую часть энергии и основное количество углерода, необходимого для синтеза белков, жиров и других углеводов. Как правило, моносахариды с малым числом углеродных атомом (триозы, тетрозы) имеют строение в виде прямолинейных цепочек. А моносахариды с числом углеродных атомов 5 и больше имеют замкнутую циклическую структуру; для написания этой структуры используют формулы Хеуорса (1929 г.)

Из-за внешнего сходства с органическим веществом пираном глюкозу, написанную с помощью формулы Хеорса, называют -D-глюкопироназой. Всё, что расположено справа от атомов углерода при написании формулы Фишера, расположено внизу при написании формулы Хеорса.  и определяются по расположению группы - ОН при первом углеродном атоме (справа или внизу -; слева или вверху - ). Последняя группа СН 2 ОН (у последнего атома С) всегда пишется сверху. Для пятичленных циклов характерно сходство с химическим соединением фураном , поэтому написанные в таком виде моносахара называют фуранозами:

Кроме моносахаридов в составе тканей организма есть и их производные, которые образуются в ходе реакций сахаров с использованием реакционно-способных групп: - ОН, - С = О, = С = О, т. е. спиртовой, альдегидной и кетонной. Н гликозиды Моносахара способны образовывать гликозидную связь типа С-О-R. Чаще всего гликозидная связь образуется за счет спиртовой группы (-ОН) у первого атома углерода, хотя при более жестких условиях гликозидную связь могут образовывать и другие группы (-ОН). Например:

Т. е., по сути, это реакция двух спиртов, образующих простой эфир R–O–R. С помощью гликозидной связи моносахариды могут соединяться между собой:

Олигосахариды

К олигосахаридам относят сахара, состоящие из 2-х, 3-х, 4-х и более остатков моносахаров. В составе тканей встречается лактоза (молочный сахар – в грудном молоке его около 7%). Это смешанный олигосахарид (т.е. состоит из разных остатков моносахаров), точнее дисахарид и состоит из остатков глюкозы и галактозы, соединённых -глюкозной связью:

Смешанные олигосахариды есть в свободном виде (в грудном молоке) и есть связанные с белками и липидами (в тканях). В их состав входят глюкоза, галактоза, манноза, аминосахара, их ацетильные производные, нейраминовая и сиаловая кислоты, L-фруктоза – при этом получаются три-, тетра,- пентасахара и т. д. Наличие олигосахаридных группировок в крови и тканях определяет групповую специфичность (группы крови), они обуславливают специфические межклеточные взаимодействия. В растениях встречаются мальтоза, сахароза и другие олигосахариды. К смешанным олигосахарам относится и бифидусфактор, он включает в себя галактозу, L-фукозу, N-ацетилглюкозамин, глюкозу и нейраминовую кислоту. Этот фактор является важнейщим субстратом для бродильной микрофлоры.

Полисахариды

Все полисахариды можно разделить на: 1. Гомополисахариды (все остатки входящих в состав мономеров идентичны). Единственный представитель в животных тканях – гликоген. Гликоген служит запасным энергетическим материалом клетки. Состоит из остатков глюкозы, соединенных между собой -1,4-глюкозидной связью. Все вместе осуществляется с помощью -1,6- гликозидной связи.

Ветвление происходит через 8-10 остатков глюкозы в основной цепи. Ветвление цепи гликогена повышает его растворимость, а также повышает скорость синтеза и распада гликогена, т. к. увеличивается площадь соприкосновения гликогена с ферментами (гликоген-синтазой и гликоген фосфорилазой соответственно). Гликоген присутствует во всех клетках, но больше всего его в печени (5 – 10% от общей массы) и в мышцах (1 – 2 %). Молекулярная масса гликогена до нескольких миллионов. Является депо глюкозы в организме. 2. Гетерополисахариды (состоят из различных мономеров). Гетерополисахариды практически всегда находятся в комплексе с тем или иным количеством белка (от 1 до 5 %), также комплексы называются протеогликанами. Сахаридная же часть такого комплекса называется мукополисахаридами или гликозаминогликанами. Протеогликанов много в соединительной ткани (до 33%), особенно в рыхлой соединительной ткани (межклеточном веществе), сухожилиях, связках, коже, роговице, стекловидном теле, сердечных клапанах, т. д.

Переваривание углеводов

Это процесс гидролитического расщепления поли- и олигосахаридов. Переваривание начинается в ротовой полости. В слюне содержится фермент, расщепляющий крахмал (-амилаза), расщепляет -1,4-гликозидные связи внутри молекулы (но не концевые), при этом образуются декстрины, небольшое количество мальтозы и изомальтозы. В желудке углеводы не перевариваются, т.к. рН среда – кислая. Полное переваривание происходит в тонком кишечнике. Поджелудочная железа вырабатывает , -амилазы и выделяет их в просвет кишечника. Клетки слизистой кишечника тоже продуцируют ряд ферментов, переваривающих олигосахара. Одна группа ферментов расщепляет -гликозидные связи (мальтаза: -1,4- гликозидные связи, изомальтаза--1,6; сахараза - сахарозу). Вторая группа расщепляет -гликозидные связи (лактаза, -галактозидаза, гетерогалактозидаза – расщепляет смешанные олигосахариды). Под действием указанных ферментов происходит расщепление до моносахаров. Переваривание чаще идёт пристеночное (у поверхности клеток). Не перевариваются: клетчатка (нет фермента), но она нужна для перистальтики кишечника, пектозаны (полисахара, состоящие из пентоз). При переваривании больше всего образуется глюкозы. Всасывание осуществляется с помощью особых переносчиков, при этом характерна специфичность, затрачивается энергия (повышено потребление кислорода, расходуется АТФ). Глюкоза и галактоза могут всасываться за счёт активного транспорта, за счёт градиента концентрации ионов Nа + , создаваемого Nа, К – АТФазой. Это обеспечивает их всасывание даже при низкой концентрации в кишечнике. С током крови по воротной вене глюкоза доставляется в печень, а частично с током крови доставляется во все органы и ткани. Глюкоза может поступить из ЖКТ с током крови, образоваться при распаде гликогена, может быть синтезирована из неуглеводных компонентов – глюконеогенез.

Гликолиз

Под гликолизом в общем смысле принято понимать разложение углеводов. В зависимости от конкретного организма и (или) условий его роста, гликолиз может идти по анаэробному пути (в этом случае он так и называется – анаэробный гликолиз). И может идти по аэробному пути (соответственно – аэробный гликолиз). Для многих микроорганизмов, растущих в анаэробных условиях, гликолиз является основным катаболическим путем для получения энергии из углеводных субстратов, приводя к образованию определенных конечных продуктов метаболизма, например, этанола, лактата, глицерина. Процесс такого типа часто называют брожением. У животных анаэробный гликолиз (с образованием лактата) обеспечивает энергией сокращение скелетных мышц в условиях ограниченного снабжения кислородом. В некоторых случаях гликолиз (аэробный гликолиз) идет по анаэробному пути в аэробных условиях, т. е. конечным продуктом является лактат, хотя кислород и присутствует. Такие процессы идут, например, в эритроцитах, сетчатке, слизистой кишечника, в тканях плода (вскоре после рождения). Гликолиз – единственный анаэробный путь, дающий энергию. В аэробных условиях (в присутствии кислорода) реакции гликолиза составляют начальную форму разложения углеводов, связанную далее с циклом лимонной кислоты. В этом случае гликолиз останавливается на стадии образования ПВК. В аэробных условиях гликолиз и цикл Кребса совместно приводят к полному окислению гексозы до углекислого газа. Этот процесс сопровождается выделением больших количеств потенциально доступной метаболической энергии, в основном в виде высокоэнергетических продуктов НАДН и ФАДН 2 ,которые, окисляясь в ходе дыхательной цепочки, дают энергию, необходимую для процесса ОФ, в результате которого образуется АТФ. Гликолиз – это первая до конца расшифрованная последовательность биохимических реакций, для этого потребовалось почти 50 лет (1890-1940). За это время были открыты фосфоэфиры, АТФ, НАД, выделены и охарактеризованы многие факторы и т.д. Гликолиз протекает в цитозоле. Очень важно образование на конечном этапе НАД + , который используется для окислительного фосфорилирования 3-фосфоглицеринового альдегида. Лактат является конечным продуктом гликолиза. Т. к. лактат (как, впрочем, и пируват) достаточно легко проходит через плазматическую мембрану, он попадает из мышечной клетки (или эритроцитов) в кровь, с током крови попадает в печень, где окисляется в пируват, который в печени затем превращается в глюкозу. Таким образом, образуется своего рода цикл. Эти превращения и составляют цикл Кори:

Вообще же в ходе гликолиза образуется 4 молекулы АТФ, а расходуется 2 АТФ. Таким образом, суммарный эффект окисления одной молекулы глюкозы в ходе гликолиза до лактата равен 2 АТФ. Утилизируется всего около 3% всей возможной энергии, которую можно было бы получать при окислении глюкозы, т.е. в сутки нужно было бы расщепить 27 кг глюкозы, чтобы обеспечить организм энергией (если бы энергия получалась бы только путем гликолиза). Однако гликолиз имеет место в клетках. Он нужен в мышцах для быстрого получения энергии.

Лекция №4 (2 часа)

Тема: Биохимия липидов

Липидами называют природные неполярные соединения, полностью или почти полностью не растворимые в воде, но растворимые в неполярных растворителях, например, хлороформе, сероуглероде, эфире и горячем этаноле. Главным отличительным свойством этой группы достаточно разнородных веществ является их неполярность, которая в некоторых случаях объясняется наличием в этих соединениях одной или большего числа жирных кислот, содержащие длинные алифатические углеводородные цепи. Содержание липидов в организме составляет 10 - 20% от массы тела. Липиды выполняют следующие биологические функции: 1. Являются компонентами мембран, во многом определяющих их проницаемость. 2. Служат одной из основных форм запасания углерода и энергии (1 г жира при окислении дает 9,3 ккал). 3. Могут быть предшественниками других важных соединений. 4. Выполняют роль защитных барьеров, предохраняющих от термического, электрического и физического воздействий. 5. Входят в состав защитных оболочек, предохраняющих от инфекции и излишней потери или накопления воды. Жиры являются источниками эндогенной воды. 6. В некоторых случаях это витамины и гормоны. 7. Участвуют в приведении нервных импульсов, так как входят в состав миелиновых оболочек. Есть классификация, основанная на содержании в составе жира того или иного спирта. Соответственно выделяют глицеринсодержащие, сфингозинсодержащие липиды и холестерин и его производные. Классификация липидов по их структуре: 1. Простые липиды. 2. Сложные липиды. 3. Производные липидов. К простым жирам относятся только эфиры жирных кислот и спиртов. В состав сложных липидов помимо жирных кислот и спиртов входят и другие компоненты. Среди сложных липидов выделяют фосфоацилглицерины, сфингомиелины, цереброзиды и ганглиозиды. К производным липидов относятся все соединения, которые нельзя четко отнести к простым или сложным липидам, например, стероиды, каротиноиды и витамины липидной природы. Многие из них образуются из углеводородных цепей, входивших в состав жирных кислот.В состав простых и сложных липидов обязательно входят жирные кислоты. По сути, это - карбоновые кислоты с длинной алифатической цепью. Природные жирные кислоты весьма разнообразны. Для удобства выделяют следующие группы: 1. Большинство ЖК представляют собой монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводородные цепи с четным числом атомов (обычно С 12 - С 20). Реже встречается ЖК с более короткими цепями или с нечетным числом атомов углерода. 2. Часто встречаются кислоты, содержащие этиленовые (ненасыщенные, двойные) связи (обычно это С 18 - С 20 кислоты). Если присутствуют две или большее число двойных связей, почти всегда они разделены одной метиленовой группой: - СН = СН-СН 2 -СН = СН -. 3. В ненасыщенных кислотах с двойными связями почти всегда имеет место цис-конфигурации. Большое число неполярных связей С-С и С-Н в углеродной цепи придает существенно неполярный характер всей молекуле в целом, хотя в ней имеется и полярная группа - СООН. Совершенно ясно, что соединение, в состав которого входит один или несколько остатков ЖК, будет носить неполярный характер, что является причиной нерастворимости липидов в воде, а также обуславливает сборку липидов в биомембраны. Рассмотрим различные виды липидов: 1. Простые липиды . Их делят на две группы: нейтральные ацилглицерины и воски. Нейтральные ацилглицерины. В зависимости от числа остатков ЖК, соединенных с трехатомным спиртом глицерином, различают моно -, ди -, триацил - глицерины. В природе наиболее часто встречаются триацильные производные. Во всех случаях простой ацилглицерин не содержит функциональных ионных групп и относится к нейтральным липидам. Ацильные боковые цепи обычно различны. Общая формула: Воски. Это сложные эфиры, однако, входящие в их состав и спирт (до С 18) и кислота имеют длинные углеводородные цепи. Все воски совершенно не растворимы в воде. Природные воски обычно являются конечными продуктами тех метаболических путей, основная роль которых сводится к образованию защитных покрытий. Перья птиц и шкура животных имеют восковое покрытие, которое придает им водоотталкивающие свойства. Восковое покрытие листьев и плодов растений уменьшает потерю влаги и снижает возможность возникновения инфекции. 2. Сложные липиды. Существует три основных класса сложных липидов: 1. Фосфоацилглицерины. 2. Сфингомиелины. 3. Гликолипиды. Первые два класса называют фосфатидами или фосфолипидами из-за присутствия фосфатных групп. Все эти соединения находятся только в мембранах, являясь их основными компонентами. Фосфоацилглицерины (ФАГ). Это наиболее распространенные сложные липиды. Число различных ФАГ и их относительная концентрация сильно варьирует в зависимости от типа клеток и их физиологического состояния. Несмотря на такое разнообразие, все же различают основные и минорные компоненты. Основные: фосфатилхолин (лецитин), фосфатидилэтаноламин (кефалин), фосфатидилглицерин. Минорные: фосфатидилсерин, дифосфатидилглицерин (кардиолипид), фосфатидилинозит и фосфатидная кислота. Из фосфатидной кислоты образуются все остальные ФАГ.

Фосфатидная кислота

Различные ФАГ отличаются друг от друга дополнительными группировками, присоединенными фосфоэфирной связью к фосфатидной кислоте. Состав ЖК различных ФАГ различается даже в пределах одного организма. Структура некоторых ФАГ:

В этих структурах отчетливо проявляется, что соединения имеют два разных района: неполярный гидрофобный “хвост” и полярную гидрофильную “голову”. Такую двойственную природу называют алифатической (от греч. - двухсторонний и чувство). Сфингомиелины (фосфосвинголипиды). Состоят из одной молекулы ЖК, холина, фосфорной кислоты и спирта свингозина. Сфингозины представляют собой семейство аминоспиртов с длинной ненасыщенной цепью, различающихся длиной цепи. ЖК присоединяется к аминогруппе сфингозина посредством амидной связи, при этом образуется церамид. Присоединение фосфорилхолинового остатка завершает структуру образования свингомиелина:

Гликолипиды (гликосфинголипиды). В их основе тоже лежит церамид. Различают цереброзиды и ганглиозиды. В ходе другой последовательной реакции биосинтеза липидов происходит ферментативное превращение церамидных предшественников в цереброзиды и ганглиозиды путем присоединения углеводной группы к церамиду. Цереброзиды и ганглиозиды в основном находятся (хотя и не исключительно) в клеточных мембранах нервной и мозговой ткани и также проявляют амфипатические свойства. Простейшие цереброзиды содержат моносахаридную группу, присоединенную гликозидной связью к концевой - ОН группе церамида. Как правило, это глюкоза или галактоза.

3. Производные липидов. Это весьма гетерогенная группа соединений. Их сходство ограничивается лишь плохой растворимостью в воде. Наиболее важные представители этой группы: стероиды, каротиноиды и родственные им витамины липидной природы. Стероиды. Они обнаружены во всех организмах, где они выполняют различные функции. У человека они играют роль половых гормонов, эмульгирующих агентов при переваривании липидов, участвуют в транспорте липидов через мембраны. В плазме крови выступают как противовоспалительные агенты и в качестве регуляторов некоторых метаболических процессов. Все стероиды обладают сходной структурой, в основе которой лежит пергидроциклопентанофенантрен. Разнообразие структур стероидов обусловлено разной степенью ненасыщенности и наличием нескольких группировок в разных положениях циклов.

Наличие углеводородной боковой цепи (С 8 - С 10) в 17-м положении и гидроксильной группы в положении 3, характерно для большой группы стероидов, называемых стеринами. Наиболее важным и распространенным из них является холестерин. Он входит как структурный компонент в клеточные мембраны, однако, концентрация его в мембранах варьирует (до 40% суммарного содержания липидов мембран). Холестерин (вследствие содержания консолидированной структуры, обладающей меньшей гибкостью, чем протяженная углеводородная цепь) придает мембране большую жесткость (прочность). Холестерин является также первичным метаболическим предшественником других важных стероидов, в том числе желчных кислот и половых гормонов. В некоторых тканях холестерин - предшественник витамина Д. Половые стероидные гормоны: мужской - тестостерон (обуславливает все половые признаки) и женские: эстрадиол и прогестерон (в основном ответственны за регуляцию менструального цикла).

Впервые выделен из камней желчного пузыря, отсюда и название (chole - желчь, steros - твердый). Каротиноиды. Каротиноиды делят на две группы: каротины и ксантофиллы. Обе группы включают нерастворимые в воде пигменты, широко распространенные в природе, больше всего их содержится в растениях и водорослях. Каротины представляют собой чисто углеводородные соединения, тогда как ксантофиллы содержат кислородные группы. Каротины более широко распространены в природе. Наиболее распространен бета - каротин. Это С 40 углеводород с сильно разветвленной структурой и ненасыщенными связями, на обоих концах углеводородной цепи находятся идентичные замещенные циклы. Все остальные каротиноиды, в сущности, можно рассматривать как варианты этой структуры. При ферментативном расщеплении бета - каротина симметричным образом образуется две молекулы витамина A. Витамины липидной природы. Витамин Д. Требуется для нормального метаболизма кальция и фосфора, необходимых для роста здоровых костей и зубов. Его недостаток вызывает рахит - болезнь, при которой кости становятся мягкими и пластичными, что приводит к их деформации. Витамин Д образуется из стеринового предшественника при УФ - облучении. Одним из важных предшественников является 7-дигидрохолестерин, который сам получается ферментативным путем из холестерина. Из него и получается витамин Д 3 . Существует несколько форм витамина Д. Форма Д 3 (холикальцеферол) присутствует в молоке, масле, печени рыб, которые и являются основным экзогенным источником этого витамина. Витамин Д 3 может синтезироваться в коже, при условии получения нормальной порции солнечного света. Витамин Е. Основная структура витамина Е (а их существует несколько форм) называется токоферолом. Наиболее активной формой витамина Е является -токоферол. У крыс витамин Е необходим для репродукции (для людей это пока не доказано). У некоторых животных недостаток витамина Е приводит к мышечной дистрофии. Витамин Е обычно добавляют при переработке пищи, поскольку он, обладая свойствами антиоксиданта предотвращает порчу пищевых продуктов вследствие их окисления. В живых клетках витамин Е также выполняет роль антиоксиданта, наряду с витамином С и глютатионом. Витамин К. Его недостаток приводит к замедлению свертывания крови. В основе его структуры лежит бициклическая нафтохиноновая система, к которой присоединена длинная углеводородная цепь. Он может поступать с пищей (свежие овощи, сыр), а может стимулироваться бактериями ЖКТ. Его свертывающий эффект определяется участием в синтезе протромбина, который затем переходит в тромбин.

Биомембраны

Биомембраны ограничивают клетку и многие органеллы внутри клетки. Это очень активные биологические системы, отвечающие за такие процессы, как селективный транспорт веществ внутрь и наружу клетки и субклеточных компартментов (образований), связывание гормонов и других регуляторных молекул, реакции, катализируемые ферментами, передача электрических импульсов и даже синтез АТФ. Мембраны различаются между собой, и разным типам мембран присущи различные виды функциональной активности. Например, за биосинтез АТФ отвечает только внутренняя митохондриальная мембрана. Химический состав.

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

«Основы биохимии липидов в организме человека»

МИНСК, 2008

Липиды – общее название для всех известных жиров и жироподобных веществ с различной структурой, но общими свойствами (нерастворимость в воде, экстракция неорганическими растворителями). Липид (греч. жирный).

В организме человека 10-20 % жиров от массы тела. Липиды бывают:

Протоплазматические – входят в состав всех структур клеток, органов и тканей и практически остаются на одном уровне в течение всей жизни. Они составляют 25% всего жира в организме.

Резервные липиды – запасаются в организме, и их количество меняется в зависимости от возраста, пола, условий питания, видов деятельности.

Функции липидов в организме :

1 – пластическая функция : они участвуют в построении мембран клеток всех органов и тканей и образовании многих биологически важных соединений (гормоны, жирорастворимые витамины).

2 – энергетическая функция : липиды обеспечивают 25-30 % энергетических потребностей организма. Распад 1 г жира – 9,3 ккал.

3 – жиры являются запасными питательными веществами , их депо – подкожная клетчатка, околопочечная капсула.

4 – защитная функция липидов: они участвуют в терморегуляции, защищают кожу от высыхания, органы – от сотрясений.

5- выполняют функцию защитных оболочек , предохраняющих от инфекции или излишней потери или накопления воды.

6 - обеспечивают всасывание жирорастворимых витаминов

Классификация липидов:

1 – простые или нейтральные жиры (эфиры жирных кислот и спиртов).Нейтральные жиры находятся в организме либо в форме протоплазматического жира, являющегося структурным компонентом клеток, либо в форме запасного, резервного жира.

2 – сложные жиры , представляют собой эфиры трехатомного спирта глицерина, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Среди сложных жиров выделяют: фосфолипиды, гликолипиды, сфигномиелины. Сфинголипиды находятся в мембранах животных и растительных клеток.

3 – производные липидов . К ним относятся все соединения, которые нельзя четко отнести к простым или сложным липидам, например, стероиды, каротиноиды и витамины липидной природы.

4- воска – например, ланолин, смесь эфиров холестерина.

Воска – это сложные эфиры образуемые насыщенными и ненасыщенными жирными кислотами и спиртами.

В нейтральных жирах обнаруживаются :

Жирные кислоты.

Жирные кислоты получили свое название от способа их выделения из жиров. Это карбоновые кислоты с длинной алифатической цепью.

Природные жирные кислоты весьма разнообразны. Большинство жирных кислот представляют собой монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводные цепи с четным числом атомов. Содержание ненасыщенных жирных кислот выше, чем насыщенных. Ненасыщенные жирные кислоты имеют более низкую температуру плавления.

Свойства жирных кислот.

Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты сильно различаются по своей структурной конфигурации. В насыщенных жирных кислотах углеводородный хвост в принципе может принимать множество конформаций вследствие полной свободы вращения вокруг концевой ординарной связи.

В ненасыщенных кислотах наблюдается иная картина: невозможность вращения вокруг двойной связи обеспечивает жесткий изгиб углеводородной цепи.

Природные жирные кислоты, как насыщенные так и ненасыщенные не поглощают свет ни в видимой, ни в УФ области. Спектрофотометрически определяются только после изомеризации (230-260 нм). Ненасыщенные определяются методом количественного титрования. Анализ сложных смесей жирных кислот осуществляется методом газожидкостной хроматографии.

Насыщенные –пальмитиновая, стеариновая, липоцериновая кислоты

Ненасыщенные : арахидоновая, олеиновая, линолевая, линоленовая.

Растительные жиры состоят в основном из ненасыщенных жирных кислот.

Липиды являются обязательной составной частью сбалансированного пищевого рациона человека. Соотношение белков, липидов и углеводов должно быть 1:1:4.

Значение жиров весьма многообразно. Высокая калорийность придает им особую ценность. Жиры являются растворителями витаминов А,Д,Е и др. С жирами в организм вводятся некоторые ненасыщенные кислоты, которые относят к незаменимым жирным кислотам (линолевая, линоленовая, арахидоновая), которые не синтезируются у человека и животных. С жирами в организм поступает комплекс биологически активных веществ: фосфолипиды, стерины.

Триацилглицеролы – основная их функция – запасание липидов. Они находятся в цитозоле в виде мелкодисперсных эмульгированных маслянистых капелек.

Сложные жиры :

Фосфолипиды – основные компоненты мембран клеток и субклеточных органелл, составляют большую часть тканей мозга, нервов, печени, сердца, принимают участие в биосинтезе белка, активации протромбина, транспорта липидов и жирорастворимых витаминов в крови и лимфе. Состоят из глицерина и двух молекул жирных кислот, одна из которых насыщенная. а другая – ненасыщенная + азотистое основание.

Липопротеиды .

Полярные липиды ассоциируют с некоторыми специфическими белками, образуя липопротеиды, из которых наиболее известны транспортные липопротеиды, присутствующие в плазме крови млекопитающих.

В таких сложных липидах взаимодействие между липидами и белковыми компонентами осуществляются без участия ковалентных связей.

Липопротеиды содержат обычно как полярные, так и нейтральные липиды, а также холестерин и его эфиры. Они служат той формой, в которой липиды транспортируются из тонкого кишечника в печень и из печени в жировую ткань, а также в другие ткани.

В плазме крови было обнаружено несколько классов липопротеидов, их классификация основана на различиях в их плотности. Липопротеиды с разным соотношением липида и белка могут быть разделены в ультрацентрифуге.

Самыми легкими липопротеидами являются хиломикроны: крупные структуры, содержащие около 80% триацилглицеринов, 7% фосфоглицеридов, 8% холестерина и его эфиров и 2% белка.

Бетта-липопротеиды плазмы крови содержат 80-90% липидов, а альфа-липопротеиды – 40-70%.

Точная структура липопротеидов пока неизвестна, но имеются основания считать, что белковая цепь располагается на внешней поверхности, где она образует тонкую гидрофильную оболочку вокруг мицеллярной липидной структуры. В жирах или триглицеридах запасается большая часть энергии, выделяющаяся в результате химических реакций.

Наряду с неполярными существуют полярные липиды. Они составляют главные компоненты клеточных мембран. В мембранах локализованы многочисленные ферменты и тарнспортные системы. Многие свойства клеточных мембран обусловлены наличием в них полярных липидов.

Мембранные липиды:

Мембранные липиды наряду с углеводородными цепями содержат одну или несколько сильно полярных “голов”. В небольшом количестве в мембранах присутствуют фосфолипиды. Основной их компонент – фосфоглицериды- содержат 2 остатка жирных кислот, этерифицирующих первую и вторую гидроксильные группы глицерола. Третья гидроксильная группа образует сложно-эфирную связь с фосфорной кислотой. Гидролизуется при нагревании с кислотами и щелочами, а также ферментативным путем – под действием фосфолипаз.

Сфинголипиды – второй класс мембранных липидов, они имеют полярную голову и два неполярных хвоста, но не содержат глицерола.

Делятся на 3 подкласса: сфингомиелины, цереброзиды и ганглеозиды.

Сфингомиелины содержатся в миелиновых оболочках нервных клеток определенного типа. Церброзиды –в мембранах клеток мозга. Ганглеозиды – важные компоненты расположенных на поверхности клеточных мембран специфических рецепторных участков. Они находятся в тех специфических участках нервных окончаний где происходит связывание молекул нейромедиатора в процессе химической передачи импульса от одной нервной клетки к другой.

Внешние или плазматические мембраны многих клеток, а также мембраны ряда внутриклеточных органелл, например, митохондрий и хлоропластов изучены. Во всех мембранах имеются полярные липиды.

Липидная часть мембраны представляет собой смесь полярных липидов. Природные мембраны характеризуются малой толщиной (6-9нм) и эластичностью. Через мембраны легко проходит вода, но они практически не проницаемы для зараженных ионов типа натрия, хлора или водорода и для полярных, но не зараженных молекул сахаров. Полярные молекулы проникают с помощью специфических переносчиков транспортной системы.

Фосфоглицериды, сфинголипиды, гликолипиды и воска часто называют омыляемыми липидами, поскольку при их нагревании образуются мыла (в результате отщепления жирных кислот). В клетках также содержатся в меньшем количестве неомыляемые липиды, они не гидролизуются с освобождением жирных кислот.

Известны 2 типа неомыляемых липидов:

Стероиды и терпены

Стероиды – желчные кислоты, половые гормрны, гормоны надпочечников.

Стероиды широко распространены в природе. К этим соединениям относятся многочисленные вещества гормрнальной природы, а также холестерин, желчные кислоты и др.

Стерины – холестерин Холестерин играет роль промежуточного продукта в синтезе многих других соединений. Холестерином богаты плазматические мембраны многих животных клеток, в значительно меньшем количестве он содержится в мембранах митохондрий и в эндоплазматической сети.

У растений – фитостерины.

Терпены – обнаружены в растениях, многие из них придают растениям свойственный им аромат и служат главными компонентами “душистых масел”.

Жирорастворимые витамины.

Витамины – это жизненноважные вещества, присутствующие в организме в следовых количествах и необходимые для выполнения нормальных клеточных функций. К числу жирорастворимых витаминов принадлежат витамины А, Е, К,Д, молекулярные основы их действия точно неизвестны.

Витамины относят к липидам, поскольку они нерастворимы в воде и экстрагируются органическими растворителями. Жирорастворимые витамины имеют изопреноидную структуру (А,Е,К) , витамин Д – производное стероида, хотя стероиды тоже происходят от изопреноидных предшественников. Витамин А содержится только в животных тканях. Он существует в 2 химических формах А-1 и А-2 (витамеры) – ретинол 1 и ретинол 2, и представляет собой спирт содержащее ациклическое кольцо, к которому присоединена боковая цепь, состоящая из 2 изопреновых единиц.

В растениях содержатся каротиноидные пигменты. Альфа-, бетта- и гамма- каротины, при их окислительном распаде в животных тканях образуется вит А. Недостаток витамина А приводит к нарушению роста и развитию “куриной слепоты”, нарушается нормальная функция палочек сетчатки.

Витамин Е представлен целой группой витамеров, присутствующих в растительных маслах и называемых токоферолами. Эти соединения имеют гидроксилсодержащую систему ароматических колец и изопреноидную боковую цепь. Недостаток приводит к атрофии и слабости мышц, стерильности. Предполагают, что эти вещества препятствуют разрушающему действию молекулярного кислорода, их иногда называют антиоксидантами.

Витамин К – К 1 и К 2, нафтохиноны с длинными боковыми изопреноидными цепями различной длины. Недостаточность проявляется в нарушении процесса свертываемости крови из-за утраты организмом способности синтезировать протромбин.

Витамин Д – производное стероидов. Наиболее важен витамин Д 2 – кальциферол и Д 3. Недостаток витамина Д приводит у человека к нарушениям кальциевого и фосфорного обмена, проявляющегося в изменении структуры костей и зубов. Витамин Д способствует всасыванию ионов Са в тонком кишечнике, благодаря стимуляции синтеза белка, участвующего в переносе этих ионов.

Простогландины.

Эти вещества обнаружены практически во всех органах и тканях человека и животных, своей высокой активностью, широким спектром действия сравнимы с эффектом гормонов.

Простогландины – циклические полиненасыщенные жирные кислоты с относительной молекулярной массой 300-400. Они содержат только углерод, кислород и водород.

Биосинтез простогландинов осуществляется в микросомах клетки. Ненасыщенные жирные кислоты являются предшественниками простогландинов. Они синтезируются по мере физиологической надобности. Их роль – наиболее активные биогенные вещества. Они понижают желудочную секрецию, влияют на гладкую мускулатуру, сердечно-сосудистую систему.

Определяют их методами абсорбционной спектрофотометрии, газо-жидкостной хроматографии, флюоресцентного анализа), а также радиоиммунологическими методами.

Соли желчных кислот.

Детергентные эффекты желчи обусловлены солями желчных кислот. Стероидная часть молекулы желчных кислот имеет характерные для липидов гидрофобные свойства, а окисленные боковые цепи гидрофильны. Такая двоякая растворимость, характерная для детергентов и мыл обозначается термином амфипатичность:

Гидрофобный конец молекулы легко смешивается с липидами

Гидрофильный конец не смешивается легко с липидами, но облегчает контакт с водной фазой.

Благодаря этому образуется эмульсия липидов в воде, состоящая из мельчайших капелек жира.

Образование эмульсий облегчает их взаимодействие в качестве субстратов с липазами.

Другой тип – образование мицелл. При этом гидрофильные части взаимодействуют с водной средой, выступая наружу. Гидрофильные части остаются взаимосвязанными во внутренней сфере мицеллы. Однако в мицелле нет обширной внутренней липидной фазы, поскольку толщина ее соответствует размеру одной молекулы. Мицеллы на несколько порядков меньше, чем частицы эмульсии.

Эмульгирование важно потому, что способствует увеличению поверхности контакта при воздействии липазы на мышцы, однако частицы эмульсии слишком велики для того, чтобы пройти через клеточную мембрану. Мицеллы легко всасываются клетками эпителия тонкого кишечника.

Структура этих мицелл такова, что их гидрофобное ядро (жирные кислоты, глицериды и т.д.) оказываются окруженными снаружи гидрофильной оболочкой из жирных кислот и фосфатидов.

В составе мицелл высшие жирные кислоты и моноглицериды переносятся с места гидролиза жиров к всасывающей поверхности клеточного эпителия. Относительно механизма всасывания мицелл не единого мнения:

1.Возможно, в результате мицеллярной диффузии, а возможно и пиноцитоза, мицеллы целой частицей проникают в эпителиальные клетки ворсинок. Здесь происходит распад жировых мицелл, при этом желчные кислоты сразу же поступают в ток крови и через систему воротной вены в печень, откуда вновь секретируются в составе желчи.

2. Допускается возможность перехода в клетки ворсинок только липидного компонента жировых мицелл, а сами желчные кислоты, выполнив свою физиологическую функцию остаются в просвете кишечника. И лишь потом они всасываются в кровь (в подвздошной кишке), попадают в печень, а затем выделяются с желчью.

Ресинтезированные в эпителиальных клетках кишечника триглицериды и фосфолипиды, а также поступивший в эти клетки холестерин, соединяются с небольшим количеством белка и образуют относительно стабильные комплексные частицы – хиломикроны. Они большие по размерам и не могут проникать в кровеносные капилляры и диффундируют в лимфатическую систему кишечника, а из нее в грудной лимфатический проток и далее в кровяное русло, т.е. с их помощью осуществляется транспорт эндогенных триглицеридов, холестерина и частично фосфолипидов из кишечника в кровь.

Внутриклеточный гидролиз липидов .

Источником жирных кислот, которые подвергаются окислению в тканях высших животных служит либо внеклеточная жидкость, либо эндогенные внутриклеточные липиды. В мышечной ткани, в том числе и в сердечной мышце, жирные кислоты подвергаются непосредственному окислению. Главный источник эндогенных жирных кислот – резервный жир, содержащийся в цитоплазме. Жирные кислоты сначала гидролизуются при помощи специфических внутриклеточных ферментов липаз до глицерина и свободных жирных кислот, а последние подвергаются активации и окислении. Другой источник жирных кислот – фосфоглицериды мембран. Постоянно происходит метаболическое обновление фосфоглицеридов, в процессе которого образуются свободные жирные кислоты.

Расщепление жиров.

Слюна не содержит расщепляющих жиры ферментов. В желудке также не происходит заметного переваривания жиров пищи, но там отмечается частичное разрушение липопротеидных комплексов мембран клеток пищи, что делает жиры более доступными для последующего воздействия на них липазы панкреатического сока.

Расщепление жиров происходит у человека преимущественно в верхних отделах тонкого кишечника, где имеются условия для эмульгирования жиров. Наиболее мощное эмульгирующее действие на жиры оказывают соли желчных кислот, поступающие в двенадцатиперстную кишку с желчью в виде натриевых солей. Желчные кислоты представляют собой конечный продукт обмена холестерина. По своей химической природе желчные кислоты являются производными холановой кислоты. Желчные кислоты присутствуют в желчи в конъюгированной форме. Эти соединения иногда называют парными, т.к. они состоят из двух компонентов = из желчной кислоты и глицина и из желчной кислоты и таурина. Соли желчных кислот уменьшают поверхностное натяжение на поверхности жир – вода. Желчные кислоты выполняют также важную роль в качестве активатора панкреатической липазы, под влиянием которой происходит расщепление жира в кишечнике. Вырабатываемая поджелудочной железой липаза расщепляет триглицериды, находящиеся в эмульгированном состоянии. В расщеплении жиров участвует также кишечная липаза, она катализирует гидролитическое расщепление моноглицеридов и не действует на ди- и три- глицериды. Таким образом, в тонком кишечнике основная часть жира всасывается после расщепления на жирные кислоты и глицерин, которые будучи хорошо растворимыми в воде всасываются в кишечнике, а потом поступают в кровь воротной вены и оттуда в печень.

Жирные кислоты с длинной цепью и моноглицериды всасываются при участии желчи (желчных кислот). Жирные кислоты и моноглицериды образуют устойчивые в водной среде мицеллы. Главным эндогенным источником жирных кислот служит резервный жир. Триглицериды жировых депо выполняют в обмене липидов такую же роль, как гликоген печени в обмене углеводов. В качестве источников энергии могут использоваться только свободные жирные кислоты и триглицериды должны гидролизоваться при помощи липаз до глицерина и свободных жирных кислот. Они могут переходить из жировых депо в плазму крови и использоваться в качестве энергетического материала.

Другой источник жирных кислот – фосфолипиды мембран. В клетках непрерывно происходит метаболическое обновление фосфолипидов в процессе которого образуются свободные жирные кислоты (фосфолипиды).

Окисление жирных кислот в клетках происходит в митохондриях при участии мультиферментного комплекса. Процесс окисления жирных кислот складывается из следующих этапов:

1 этап – активация жирных кислот и их проникновение из цитоплазмы в митохондрии, при этом происходит образование ацил-КоА. Включает 3 стадии:

а) ферментативная этерификация свободной жирной кислоты цитоплазматическим КоА (за счет энергии АТФ) в наружной мембране митохондрий.

б) перенос остатка жирной кислоты от КоА на молекулу карнитина, при помощи которого осуществляется транспортировка этого остатка через внутреннюю мембрану митохондрий.

в) перенос остатка жирной кислоты от карнитина на внутримитохондриальный КоА.

2 этап – первая стадия дегидрирования:. При окислении жирных кислот, протекает вслед за стадией активации, происходит внутри митохондрий. Ацил-КоА подвергается ферментативному дегидрированию, превращаясь в КоА эфир ненасыщенной кислоты.

3 этап – стадия гидратации: присоединение молекулы воды и образование b- гидрооксил КоА.

4 этап – вторая стадия дегидрирования, образуется b- кетоацил КоА.

5 этап – тиолазная реакция: в ней образуется ацетил КоА, который подвергается окисления в цикле Кребса, и ацил КоА, далее проходящий путь b окисления. Стадия тиолитического расщепления – тиолиз, сильно экзорганическая реакция.

Последовательное окислительное отщепление молекул ацетил КоА от КоА эфиров насыщенных жирных кислот с длинной цепью носит название b окисления.

Баланс энергии: В случае окисления, например пальмитиновой кислоты G составляет 9797 кДж.