Глава 1. Общая физиология возбудимых тканей Липиды, Жирные кислоты, Нейтральные жиры, Фосфоглицериды кратко

липиды

Липиды, широко представленные в клетках организма, это молекулы, состоящие преимущественно из атомов углерода и водорода. Поскольку эти атомы связаны нейтральными ковалентными неполярными связями, липиды неполярны и имеют очень низкую растворимость в воде, что является характерным свойством этого класса органических молекул. Основные подклассы липидов - жирные кислоты , нейтральные жиры (иначе, ацилглицерины или глицериды), стероиды. Наиболее распространенные липиды мембран - это глицеринзамещенные и сфингозинзамещенные липиды, а также гликолипиды и представители стероидов - стерины.

Жирные кислоты

Молекулы жирных кислот - длинные углеводородные цепи с концевой карбоксильной группой. Типичный пример жирных кислот представлен на рис. 1-1, А, Б.

Вследствие того, что жирные кислоты в организме синтезируются путем соединения двухуглеродных фрагментов, большинство жирных кислот имеет четное число углеродных атомов, от 14 до 22.

Если все атомы углерода в жирных кислотах связаны одинарными ковалентными связями, то такая жирная кислота называется насыщенной жирной кислотой. Некоторые жирные кислоты содержат одну или больше двойных связей, и тогда они называются ненасыщенными. Если у жирной кислоты имеется одна двойная связь, то она называется мононенасыщенной кислотой. Когда таких связей более одной, то говорят о полиненасыщенной жирной кислоте.

Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты различаются по своей структурной конфигурации. В насыщенных жирных кислотах углеводородный

хвост может принимать множество конформаций вследствие свободы вращения вокруг каждой одинарной связи (рис. 1-1, В), однако наиболее вероятна конфигурация вытянутой формы, как энергетически наиболее выгодная.

В ненасыщенных жирных кислотах невозможно вращение вокруг двойной связи, и это обусловливает жесткий изгиб углеводородной цепи (рис. 1-1, Г, Д). В ненасыщенных жирных кислотах цис-конфигурация двойной связи создает изгиб алифатической цепи под углом примерно 30° (рис. 1-1, Г). При транс-форме двойной связи конформация углеводородной цепи мало отличается от конформации насыщенной цепи

(рис. 1-1, Д).

Нейтральные жиры

Глицериновые эфиры жирных кислот называют нейтральными жирами, ацилглицеринами или глицеридами. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Они составляют главный компонент жиров, запасаемых в клетках. Структурной основой этих липидов служит замещенный трехатомный спирт глицерин (рис. 1-1, Е).

Если жирными кислотами этерифицированы все три гидроксильные группы глицерина, то такое соединение называется триацилглицерином (рис. 1-1, И). Три жирных кислоты в молекуле триацилглицерина бывают разными, и, таким образом, разные жиры могут включать жирные кислоты с цепочками различной длины и разной степенью насыщенности. Гидролиз триацилглиридов приводит к освобождению жирных кислот от глицерина, а эти продукты могут расщепляться дальше с выделением энергии, необходимой для функционирования клеток. Триацилглицерины представляют собой основную массу природных нейтральных жиров. Кроме триацилглицеринов встречаются диацилглицерины (рис. 1-1, З) и моноацилглицерины (рис. 1-1, Ж).

Рис. 1-1. Основные соединения, формирующие фосфолипиды.

А и Б - примеры молекул жирных кислот. Молекулы жирных кислот представляют собой длинные углеводородные цепи с концевой карбоксильной группой. Показаны (А) насыщенные (все атомы углерода в жирной кислоте связаны одинарными ковалентными связями) и (Б) полиненасыщенные (содержат одну или больше двойных связей) жирные кислоты. Далее на панелях В, Г, Д показана конфигурация связей жирных кислот: насыщенных (В), ненасыщенных с цис-связью (Г), ненасыщенных с транс-двойной связью (Д). Е - замещенный трехатомный спирт глицерин, структурная основа липидов. (Ж) 1-моноацилглицерин. (З) 1,2-диа- цилглицерин как основа фосфолипида. В положении 2 обычно находится ненасыщенная жирная кислота. (И) Триацилглицерин. Положения жирных кислот отмечены как R₁ R₂ и R₃

фосфоглицериды

Структурной основой производных глицерина является замещенный трехатомный спирт глицерин. Фосфолипиды мембран представлены преимущественно фосфоглицеридами (рис. 1-2 А, Б). Интересно, что эти соединения в организме встречаются практически только в биологических мембранах. В фосфоглицеридах одна из первичных гидроксильных групп глицерина (группа 3 на рис. 1-2 Б) этерифицирована не жирной, а фосфорной кислотой. Другими словами, основой для их построения является не глицерин, а глицерофосфорная кислота. Если в положении 3 у глицерина находится остаток фосфорной кислоты, то соответствующее соединение называют фосфатидиловой кислотой.

Кроме того, к этому фосфату в ряде случаев присоединяется небольшая полярная ионизированная азотсодержащая молекула, например, как у фосфатидилсерина и фосфатидилхолина (рис. 1-2 Б). Эти группы составляют полярную (гидрофильную) область на одном конце фосфолипида. Две другие гидроксильные группы глицерина (группы 1 и 2) представляют собой остатки жирных кислот и обеспечивают образование неполярного (гидрофобного) участка на противоположном конце молекулы.

Таким образом, молекулы всех фосфоглицеридов содержат полярную голову и два неполярных углеводородных хвоста. Поэтому они называются амфипатическими, т. е. совмещающими свойства и гидрофильности, и гидрофобности. В воде они организуются в кластеры с полярными концами, которые притягивают молекулы воды.

Фосфоглицериды отличаются друг от друга главным образом по Х-группе полярной головы молекулы. Наиболее простой тип фосфоглицеридов - фосфатидная кислота, не имеющая Х-группы. В клетках она содержится в малом количестве и представляет собой промежуточный продукт в биосинтезе других фосфоглицеридов.

Исходя из изложенной структуры, фосфолипиды обычно обозначаются так, как это представлено на рисунке 1-2 В.

Свойства естественных мембран часто исследуют на их моделях, представляющих собой искусственные фосфолипидные мембраны. Техника получения искусственных липидных мембран была разработана Лэнгмюром в 1917 г. Если на поверхность воды нанести каплю растворенных в каком-либо летучем растворителе фосфолипидов или жирных кислот, то после распределения их молекул по водной поверхности и испарения растворителя образуется мономолекулярная пленка. Как установил Лэнгмюр, при полном насыщении поверхностного слоя адсорбированные молекулы липидов располагаются перпендикулярно к поверхности воды таким образом, что в воду погружается гидрофильная полярная группа, а неполярная углеводородная цепь направлена вертикально вверх. Такой ориентированный слой молекул называют «частоколом/забором Лэнгмюра» (рис. 1-2 Г).

Частокол (забор) Ленгмюра - это насыщенный монослой из молекул ПАВ образованный при концентрациях ПАВ, меньших Первой критической концентрации (ККМ1), на границе раздела между полярной (например,водой) и неполярной средами (воздухом или неполярной жидкостью) .

Если стеклянную пластинку опустить в воду, на поверхности которой находится мономолекулярная пленка липидов, то эту пленку можно перенести на поверхность пластинки. При повторных погружениях на пластинке возникают бимолекулярные пленки (рис. 1-2 Д).

Рис. 1-2. Фосфолипиды и принципы формирования мембраны.

А, Б - фосфолипиды мембран преимущественно представлены фосфоглицеридами. В фосфоглицеридах одна из первичных гидроксильных групп глицерина (группа 3) этерифицирована не жирной, а фосфорной кислотой, т. е. их основа не глицерин, а глицерофосфорная кислота. К фосфату присоединяется полярная ионизированная азотсодержащая молекула, как это показано для фосфатидилэтаноламина. Эта группа составляет полярную (гидрофильную) область на одном конце фосфолипида. Две другие гидроксильные группы глицерина (группы 1 и 2) представляют собой остатки жирных кислот и обеспечивают образование неполярного (гидрофобного) участка. В - обозначение фосфолипида. Г - монослой фосфолипидов на воде. Д - бислой фосфолипидов