КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ

A. Простые липиды: сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами. 1.Глицериды представляют собой

сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. 2. Воска: сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных или двухатомных спиртов.

Б. Сложные липиды: сложнее эфиры жирных кислот со спир-тами, дополнительно содержащие и другие группы. 1.Фосфолипиды: липиды, содержащие, помимо жирных ки-слот и спирта, оста-ток фосфорной ки-слоты. В их состав часто входят азоти-стые основания и другие компоненты: а)глицерофосфолипиды (в роли спирта выступает глице-рол); б) сфинголипиды (в роли спирта - сфингозин). 2. Гли-колипиды (гликос-финголипиды). 3.Стероиды.4.Другие сложные липиды: сульфолипиды, аминолипиды. К этому классу можно отнести и липопротеины.

Предшественники и производные липидов: жирные кислоты, глицерол, стеролы, спирты, жирорастворимые витамины, гормоны.

Глицериды - сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Если три гидроксильные группы глицерина замещены, то такое соединение называют триглицеридом, если две - диглицеридом и одна группа – моноглицеридом. Наиболее распространенны триглицериды (нейтральные жиры). Нейтральные жиры находятся в организме в форме протоплазматического жира, являющегося структурным компонентом клеток, либо в форме запасного, жира. Жирные кислоты в триглицеридах могут быть насыщенными и ненасыщенными. Из жирных кислот чаще встречаются пальмитиновая, стеариновая и олеиновые.

Жирные кислоты, входящие в состав триглицеридов, практически определяют их физико-химические свойства. Так, температура плавления тригли-церидов повышается с увеличением числа и длины остатков насеыщенных жир-ных кислот. Животные жиры обычно содержат значитель-ное количество насыщенных жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.). благодаря чему при комнатной температуре они твердые. Жиры, в состав которых входит мно-го ненасыщенных кислот, при обычной температуре жидкие и называются маслами. Глицериды способны вступать во все химические реакции, свойствен-ные сложным эфирам. Наибольшее значение имеет ре-акция омыления. Воска - сложные эфиры высших жир-ных кислот и высших одноатомных или двухатомных спиртов с числом углеродных атомов от 16 до 22. Воска могут входить в состав жира, покрывающего кожу, шерсть, перья. У растений 80% от всех липидов, обра-зующих пленку на поверхности листьев и плодов, составляют воска. Природные воска (например, пчелиный воск, спермацет, ланолин) Фосфолипиды представляют собой сложные эфиры многоатомных спиртов -глицерина или сфин-гозина с высшими жирными кислотами и фосфорной кислотой. В состав фосфолипидов входят также азотсодержащие соединения холин, этаноламин или серии. В зависимости от того, какой многоатомный спирт участвует в образо-вании фосфолипида (глицерин или сфингозин), последние делят на 2 группы: глицерофосфолипи-ды и сфингофосфо-липиды. Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кисло-ты. В их состав вхо-дят глицерин, жир-ные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодер-жащие соединения. Для всех глицеро-фосфолипидов характерно, что одна часть молекул обна-руживает резко вы-раженную гидрофоб-ность, тогда как дру-гая часть гидро-фильна благодаря отрицательному за-ряду фосфорной ки-слоты и положительному заряду ра-дикала. Гликолипи-ды представлены в нервной ткани, в ча-стности в мозге. Главной формой гликолипидов в жи-вотных тканях яв-ляются гликосфин-голипиды (содержат церамид, состоящий из спирта сфингозина и остатка жирной кислоты, и один или несколько остатков сахаров). Стероиды Не гидролизуются с освобождением жир-ных кислот. В своей структуре имеют яд-ро, образованное гидрированным фе-нантреном и цикло-пентаном К стерои-дам относятся гор-моны коркового ве-щества надпочечников, желчные кисло-ты, витамины группы Д, сердечные гликозиды и другие со-единения. В орга-низме человека важное место среди стероидов занимают стероидные спирты. Главным представителем стеринов является холестерин.

 

 

19.Липидный бислой. Липосомы. Мембрана представляет двойной липидный бислой икрустированный интегральными белками, опирающийся на каркас из периферических белков. Толщина липидного бислоя 6-10нм. Сна-ружи л.б. окружен слоем гликокаликса, образованного углеводными фрагментами гликолипидов и гликобелков. Основу л.б. составляют молекулы фосфолипидов, представляющие ацелглицерол, у котор. одна гидро-ксильная группировка этерифицирована остатком фосфорной к-ты. В свою очередь остаток фосфорной к-ты этерифицирован каким-либо спиртом (этанолом, холин, серин). Осн. св-во фосфолипидов это их амфифильность. В моле-куле фосфолипида часть молекул обладает гидрофобными св-ми (неполярный хвост), часть обл. гидрофильными св-ми (полярная голова). Помимо фосфолипидов в липидный бислой входят молекулы холестерина, имеющие размеры близкие к размерам фосфолипидов. Холестерин заполняет пустоты в мембране придовая ей необход. жесткость. Самый важный структур-ный переход в мембране - это переход между твердым кристаллическим состоянием и жидко-кристалическим. Этот переход назы-вается фазовым переходом в мембране. Зависит от состава мембраны и лежит в физиологическом диапазоне температур.

Липосомы, или фосфолипидные везикулы (пузырьки), получают обычно при набухании сухих фосфолипидов в воде или при впрыскивании раствора липидов в воду. При этом происходит само-сборка бимолекулярной липидной мембраны. Минимуму энергии Гиббса отвечает замкнутая сферическая одноламеллярная форма мембраны. При этом все неполярные гидрофобные хвосты находятся внутри мембраны и ни один из них не соприкасается с по-лярными молекула-ми воды. Однако чаще получаются несферические мно-голамеллярные ли-посомы, состоящие из нескольких бимолекулярных слоев, — многослойные липосомы.

 

20. Природные мембраны. Биол. мемб. (БМ) обесп. протекание большинства важнейших процессов: транспорт веществ в организме, проведение нервных импульсов, восприятие внешних сигналов и мн. др. Общая площадь БМ – несколько сот тысяч га. Впервые мембрану выделил Левенгук. Мембрана – перепонка. Мембрана – тонкая (толщиной 7-10 нм) плоская структура, образованная липидным бислоем, инкрустированная молекулами белка, которые отделяют клетку от окружающей среды и клеточные органеллы друг от друга. Основные функции клеточных М.: 1. Барьерная – выполняет роль перегородки или барьера, обеспечиая специфический перенос вещества внутрь клетки и наружу; 2. Защитная; 3. Матриксная – роль основы или матрицы для протекания большинства биохимических процессов; 4. Регуляторная (сигнальная) – может обеспечивать перенос сигнала (трансдукции) внутрь клетки. Классификация: 1. Биологические, которые осуществляются в клетке; 2. Искусственые. БМ: плазматические (окружают всю клетку) - поверностные, митохон., ядерн., микросомальные (окружают эндоплазматический ретикулум), специализированные мебраны (предназначены для выполнения специализир. функций: мембрана фоторецепторов, зрительных нервов, мембрана нефрона). В состав мембран входят 2 типа липидов (фосфолипиды, холестеролы). В М. животн. кл. более 50% всех липидов сост-т фосфолипиды — глицерофосфолипиды (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозит) и сфингофосфолипиды (производные церамида, сфингомиелин). В молекуле фосфолипида остаток фосфорной кслоты этерефицирован молекулой спирта. Основное свойство молекулы фосфолипида – амфифильность (соединения любят воду и одновременно не любят) Молекулы фосфолипида обладают «жирным» хвостом, нерастворимым в воде, и «полярной» головкой, растворимой в воде. В водной среде фосфолипиды бислоя располож. т.о., что жирно-кислотные ост-ки обращены внутрь бислоя и изолированы от окр. ср., а гидрофильные «головки» - наоборот, наружу.Молекула холестерола тоже обладает амфифильными свойствами. Гликолипиды несут разнообр. ф-ции: отвеч. за рецепцию нек. биологически активных веществ, участв-т в дифф-ке ткани, опред-т видовую специфичность. Входят многочисенные белки. Молекулярная масса их сост-т 25 000 — 230 000. Белки могут взаимод-ть с липидн. бислоем за сч. электростатич. и (или) межмолекул. сил. Они сравнит. легко м. б. удалены из мембраны. По степени ассоциации с мембраной белки разделяются на: интегральные и периферические. Белки мембран вып-т три основные функции: каталитическую (ферменты), рецепторную и структурную. Рецепторн. белки, специфически связывая низкомолекул. в-ва (многие гормоны, медиаторы), обратимо меняют свою форму. Эти изменения запускают внутри клетки ответные химические реакции. Таким способом клетка принимает различные сигналы, поступающие из внешней среды. К структурн. белкам отн. белки цитоскелета, прилегающ. к цитоплазматич. стороне клет. М. В комплексе с микротрубочками и микрофиламентами цитоскелета они создают эластичность. Углеводы в биол. М. нах-ся в соединении с белками (гликопротеины) и липидами (гликолипиды). Углеводные цепи белков предст. соб. олиго- или полисахаридные стр-ры, в состав кот. вход. глюкоза, галактоза, фукоза и манноза. Углеводн. компон-ты биол. М. открыв-ся в осн. во внеклет. среду, образуя на пов-ти клет. М. множ-во ветвистых образований, явл-ся фрагментами гликолипидов или гликопротеидов. Их ф-ции связ. с контролем за межклет. взаимод., поддержанием иммунного статуса кл., обеспечением стабильности белковых молекул в биол. М.

Также входит вода, кот образует мономолекулярный слой, окружающий мембрану. Основная функция мембран – избирательная проницаемость.

21.Надмолекулярн. организация мембран. Жидкостно-мозаичная модель строения биол. м. (Сингер и Никольсон, 1972 год): структурн. основу биол. м. сост-т двойной слой фосфолипидов, инкрустир. белками, подобно тому, как инкрустация цветными камешками и стеклышками создает мозаичную картину. При этом разл. поверхн. (или периферич.) и интегр. белки. Липиды нах-ся при физиол. усл. в жидк. агрегатн. состоянии, это позв-т сравнить м. с фосфолипидным морем, по которому плавают белковые "айсберги". Одним из подтвержд. жидк.-моз. модели явл. и тот факт, что в разных м. соотнош. м/ду содерж. белков и фосфолипидов сильно колеблется: кол-во белков в миелин. М. в 2,5 р. меньше, чем липидов, а в митохондриях, напротив, белков в 2,5 раза больше, чем липидов, в то время как, согласно "бутербродной" модели, соотнош. кол-ва белков и липидов во всех М. д. б. одинак. Кроме фосфолипидов и белков в биол. М. сод-ся и др. хим. соед. В М. животн. кл. много холестерина (в сравнимом количестве с фосфолипидами и белками). Жидк.-моз. модель строен. М. в наст. вр. общепринята. Однако, как всякая модель, она дает довольно упрощен. и схематич. картину строения М. В частности, обнаружено, что белк. "айсберги" не всегда свободно плавают в липидном море, а м. б. "заякорены" на внутр. (цитоплазматич.) стр-ры кл. К таким стр-рам отн. микрофиламенты и микротрубочки. Микротрубочки - полые цилиндры диам. ок. 300 нм из особого белка тубулина. Твердокаракасная модель (С.В. Конев): липидн. бислой фиксирован жестк. белк. каркасом, в то вр. как часть мембр. белков может достат. свободно перемещ-ся в плоск-ти липидн. бислоя. Основу липидн. бислоя сост-т молек. Фосфолипидов, представл. ацилглицерол, у кот. одна ОН-гр-ка этерифицирована остатком Н₃РО₄. В свою оч. остаток Н₃РО₄ этерифицирован к.-л. спиртом (этаноламин, халин, серин, кардиолепин).

СН₂ - СН - СН₂ R₁,R₂- «хвост», все остальное – «головка»

| | |

С=О С=О НО-Р=О

| | |

R₁ R₂ OH сюда прикр-ся эфирн. гр-каОсн. св-во фосфолипидов амфифильность. В молек. фосфолипидов ч. молек. облад. гидрофобн. св-ми (неполярн. «хвост»), ч. – гидрофильн. (полярн. «головка»). ½ фосф-дов в липидн. бислой вход. молек. холестерина, им. размеры, близк. к молек. фосф-дов. Холестерин заполн-т пустоты в мембр., придавая ей необх. жесткость. Амфифильн. соед. спос. обр-ть замкнутые или плоские бислойн. (или моносл.) стр-ры, в кот. полярн. «гол.» экспонированы в воду. Обр-ие таких стр-р происх. самопроизв. в рез. действ. термодин. сил.Иммобилизация липидов может происходить в результате латерального фазового разделения, приводящего к образованию гелевой фазы, или при их взаимод. с белками. Предполагается, что интегральные белки окружены пограничным слоем липидных молекул (т. наз. аннулярные липиды), подвижность к-рых ограничена или, по крайней мере, нарушена в результате контакта с неровной пов-стью белковой глобулы.Электростатич. (кулоновские; солевые мостики (в белках)) - взаимод. м/ду заряж. хим. группировками. Гидрофобн. - взаимод. м/ду ат. или молек., для кот. термодинамически более выгодно нах-ся в контакте др. с др., нежели в контакте с молекулами воды

 

22. Периферические и интегральные белки. Мембранные белки. Мол. масса мембранных белков обычно варьирует в пределах от 10 тыс. до 240 тыс. Они значит. разл-ся м/ду собой по прочности связ-ия с М. Белки, наз. периферич. или поверхностными, сравнит. слабо связаны с М. и отдел-ся от нее в мягких условиях, напр. в р-рах, имеющих высокую ионную силу или содержащих комплексоны. Намного прочнее связаны с М. т. наз. интегр., или внутримембр., белки. Чтобы их выделить, требуется, как пр., предварит. разрушить М. с пом. ПАВ или орг. р-рителей. Периферич. белки по своим св-вам мало отл-ся от обычных водорастворим. белков. Характерн. ос-ть интегр. белков - плохая р-римость в воде и склонность к обр-ию ассоциатов. Их удается перевести в р-р при добавлении ПАВ, иногда с помощью орг. р-рителей (напр., 2-хлорэтанола, бутанола, ДМФА). Особенность интегр. белков - наличие в их полипептидной цепи довольно протяженных уч-ков с преобладающим содерж. неполярн. АК. Как прав., эти уч-ки им. конформацию a-спирали, на наружной стороне кот. располож. бок. углеводородн. фрагменты аминокислотных остатков, в рез. чего вся спираль, в целом, приобретает гидрофобн. хар-р. Доля a-спиральных уч-ков в мембранных белках довольно велика (составляет 30-50%), остальная ч. полипептидн. цепи нах-ся преим. в форме неупорядоченного клубка. Участков с b-структурой, как прав., мало. Гидрофобные a-спиральные уч-ки интегр. белков обычно сод-т от 17 до 26 АК-ых ост-ков, что вполне дост., чтобы полипептидная цепь однократно пересекла биол. М. В белках, кот. пронизывают биол. М. насквозь, такие гидрофобные тяжи соед-ют м/ду соб. полярные области белковой молекулы, находящиеся на противоположных сторонах М. У белков, располож. только на одной стороне биол. М. и погруженных в нее лишь частично, a-спирали служат своеобразным гидрофобным "якорем", прочно удерживающим белок в М. В нек-рых случ. "заякоривание" белков в биол. М. происх. при пом. ковалентно связ. с ними липидов. Типичные примеры белков, к-рые удерживаются в биол. М. благ. гидрофобн. a-спиральному уч-ку полипептидн. цепи,-цитохром b5-редуктаза и цитохром b5. К белкам, полипептидн. цепь кот. однократно пересекает биол. М., относятся, напр., антигены тканевой совместимости и мембраносвязанные иммуноглобулины, к белкам, пересекающим биол. М. более одного раза, - бактериородопсин. Нередко мембранные белки предст. соб. сложн. комплексы, состоящ. из неск. субъединиц (напр., цитохром с-ок-сидаза состоит из 12 субъединиц). Мембранные белки наряду с липидами игр. важн. структурн. роль, кроме этого они ответственны за выполнение подавляющего большинства специализир. ф-ций отдельных М. Они служ. катализаторами протекающих в М. и на их пов-сти р-ций (напр., дыхание), уч-т в рецепции гормональных и антигенных сигналов и т.п. (напр., аденилатциклаза), вып-т транспортные ф-ции, обеспеч-т пиноцитоз (захват клеточной пов-ю и поглощение кл. ж-ти), хемотаксис (перемещение кл., обусловл. градиентом концентраций к.-л. в-ва в среде) и т.п. Мн. из периферич. белков-компоненты цитоскелета (совокупность филаментов и микротрубочек цитоплазмы) и связанных с ним сократит. элементов, к-рые обусловливают форму клетки и ее движение. Ферментативная активность присуща мн. мембраносвя-занным белкам, причем мембраны разл. клеток и отдельных органоидов имеют свой характерный набор ферментов. Как правило, ферментные белки располагаются в биол. М. в опред. порядке, кот. делает возм. последовательное протекание р-ций метаболии, цикла.

М. предст. динамич. стр-ру. Выд. неск. типов подвижн-ти мембр. компонентов: 1) вращат. движ. молекул фосфолипидов. Время вращат. корреляции молек. ф-дов 10-9 с; 2) латеральн. подв-ть (движ. м-лы ф-дов в плоск-ти М. За 1 с м-ла ф-да перемещ-ся на 5 тыс нм); 3) флип-флоп переходы – перескоки ф-дов м/ду монослоями (минуты и часы). Время вращат. корреляции молекулы молек. белков 10-5 с. Функционир. мембр. стр-р осущ-ся в рез. их конформац. подв-ти. Многие биохим. проц. перенесены внутрь М., т.к. в М. низк. диэлектрич. прониц-ть (3). Сам. важн. структ. переход в М. – переход м/ду тв. кристаллич. (квазитвердокристаллич.) состоян. и жидкокрист. Этот переход наз. фазовым переходом в М. Он завис. от состава М. и лежит в физиол. диапазоне температур

 

23. Проницаемость мембран и транспорт в-в. Перенос в-ва через м-ну – это фундаментальный процесс, обеспечив. функционирования живых систем. Он включает как перенос метаболитов через м-ну, так и направленную секрецию БАВ. Основной параметр, хар-щий перенос в-ва ч/з мембрану- поток в-ва (J). Поток- кол-во мол-л или молей в-ва, переносимых ч/з единицу площади мембраны в единицу времени.

Механизмы транс-та малых молекул через м-ну:

1. Диффузия 2. Облегченная диффузия; 3. Активный транспорт; 4. эндоцитоз; 5. экзоцитоз

Диффузия – перенос в-ва через м-ну проницаемую для этого в-ва, по градиенту концентрации (разность концентраций в-ва по обе стороны м-ны). Это движение от большей конц-ции к меньшей. Движ силой явл-ся разность электрохим потенциалов в-ва по обе стороны мембраны. Процесс диффузии описывается ур-м Фика: J= –D Δc/Δx,где J– поток в-ва ч/з мембрану, D- коэф-т диффузии, Δс/Δx - градиент концентрации

В основе Броуновского движения и градиент концентрации.

Но мол-лы воды легче диффундируют. Вероятно диффундируя через открытые пустоты или дефекты в м-не. В м-нах клеток существует специфичные белки– аквапорины, обеспечив. транспорт воды в клетку.

ГРАФИК ДИФФУЗИИ: чем больше градиент, тем больше поток в-ва.

Когда исчезнет поток, градиент превращается в ноль.

Облегченная диффузия – отличается от диффузии:

1. Наличием специфичных белков-переносчиков (аквапорины, анионпереносящий белок полосы3)

2. Избирательностью

3. Насыщение (заполняют все белком-переносчиком)

4. Происходит быстрее, чем диффузия.

ГРАФИК:

По механизму облегченной диффузии транспортир-ся в клетку АК, глюкоза, др. сахара.

Активный транспорт – перенос в-ва через м-ну против градиента концентрации и осуществляет с расходованием энергии АТФ специфическими насосами.

Насосы: H+-АТФаза (протонная);

Na+,K+-АТФаза; Ca2+-АТФаза; Mg2+-АТФаза.

До 30% АТФ в к-ке расходуется на открытый транспорт ионов. В случае Na+,K+-АТФазы этот тр-т 3иона Na+ внутри кл-ки обеспечи-вает на 2 иона K+. Внутри клетки 0,15М K+, снаружи – 0,15М Na+.