Раздел 5. ЛИПИДЫ Лектор: доцент кафедры БИОХ ТИМОЩЕНКО

Раздел 5. ЛИПИДЫ Лектор: доцент кафедры БИОХ ТИМОЩЕНКО Л. В.

Липиды (от греческого lipos – жир) – это общее название для всех известных жиров и жироподобных веществ. Они не растворимы в воде и растворимы в неполярных растворителях (эфир, бензол, гексан и т. д. ) В состав молекул липидов входят гидрофобные (высшие жирные кислоты RCOOH, длина цепи C 4 – C 24, высшие спирты и высшие альдегиды) и гидрофильные (спирты-полиолы, глицерин, диолы, аминодиолы, углеводы, аминоспирты, аминокислоты, фосфорная, фосфористая и серная кислоты) По химическому строению липиды очень разнообразны. 2 Физические свойства липидов – нерастворимые в воде маслянистые вещества.

Классификация липидов 1. В зависимости от способности подвергаться гидролизу с образованием в основных средах солей высших карбоновых кислот липиды делят на: омыляемые – нейтральные жиры, воски, эфиры стеринов, фосфолипиды, неомыляемые – предельные углеводороды, каротиноиды, сквалены, жирорастворимые витамины D, E, K, спирты с длинной алифатической цепью, циклические стерины (например, холестерин), стероиды (эстрадиол, тестостерон) и терпены. 2. В зависимости от числа компонентов, входящих в структуру липида, они подразделяются на: простые (двухкомпонентные) – жиры, воски (характерны для растений) и стерины; сложные (многокомпонентные) – фосфолипиды, гликолипиды, 3 диольные и орнитинолипиды (характерны для микроорганизмов).

Омыляемые липиды Нейтральные липиды Полярные липиды 1) Глицеролипиды 1) Фосфолипиды 2) Диольные липиды 2) Сфинголипиды 3) Воска 3) Гликолипиды 4) Эфиры холестерина 4) Сульфолипиды 5) Фосфонолипиды 4

Гидрофобные компоненты Высшие жирные кислоты RCOOH • длина цепи C 4 – C 24 • природные - содержат четное число атомов С (чаще всего 16 или 18) • насыщенные и ненасыщенные • в ненасыщенных кислотах двойные связи несопряженные и имеют цис-конфигурацию 5

Самые распространенные природные жирные кислоты Насыщенные жирные кислоты Название Кол-во Формула С/дв. св. миристиновая 14/0 СН 3(СН 2)12 СООН пальмитиновая 16/0 СН 3(СН 2)14 СООН стеариновая 18/0 СН 3(СН 2)16 СООН лигноцериновая 24/0 СН 3(СН 2)22 СООН

Самые распространенные природные жирные кислоты Название Кол-во Формула С/дв. св. олеиновая 18/1 СН 3(СН 2)7 -СН=СН-(СН 2)7 -СООН линолевая 18/2 СН 3(СН 2)4 -СН=СН-СН 2 -СН=СН(СН 2)7 -СООН линоленовая 18/3 СН 3 -СН 2 -СН=СН-СН 2 -СН=СН-(СН 2)7 -СООН СН 3(СН 2)4 -СН=СН-СН 2 -СН=СН-СН 2 -СН=СН(СН 2)3 -СООН арахидоновая 20/4 Ненасыщенные кислоты

Двойные связи в цис-кофигурации высших жирных кислот приводят к сильному изгибу их цепей 7

Нейтральные липиды • Триацилглицерины – сложные эфиры глицерина и 3 -х молекул высших жирных кислот. Другие названия – жиры, нейтральные жиры. Неполярные, гидрофобные вещества, не растворяются в воде. 8

Нейтральные липиды Триацилглицерины • Простые ( 3 одинаковые жирные кислоты ) • Смешанные ( разные жирные кислоты) Природные жиры (растительные и животные) представляют собой смесь триацилглицеринов. Триацилглицерины гидролизуются: • в организме - ферментами липазами • химически - кислотой или щелочью – омыление, мыло – Na и К соли жирных кислот 9

Нейтральные липиды • Диольные липиды CН 2 -OR (CH 2)n R, R ' – ацил, алкенил CH 2 -OR' n = 3, 4 Содержатся бактериях (микобактериях), в семенах растений (кукуруза), жире морских млекопитающих, пекарских дрожжах. Обнаружены сравнительно недавно. 10

Нейтральные липиды • Воска – сложные эфиры длинноцепочечных жирных кислот (С 14 - С 36) и жирных спиртов (С 16 – С 22). Биологические функции: • Защитное покрытие (листья растений) • Смазка (водоплавающие птицы) • Защитная ( смягчает кожу) • Высококалорийное клеточное «топливо» (планктон – пища для крупных морских организмов) Пчелиный воск 11

Нейтральные липиды (а) Адипоциты животной клетки Биологическая функция - запасание энергии в клетках. Основные компоненты жировых депо растительных и животных клеток. Теплоизоляция организма (тюлени, моржи) В мембранах клеток обычно не содержатся. (б) Жировые капли растительной клетки 12

Нейтральные липиды • Стерины Эфиры холестерина (животные клетки) Биологические функции холестерина: • Регулирует вязкость биомембран клетки (30 % от всех липидов цитоплазматической мембраны) • Предшественник стероидных гормонов • Предшественник желчных кислот и витамина D 3 • Другие функции 13

Полярные липиды – амфифильные молекулы: • длинные гидрофобные хвосты • гидрофильная полярная головка 14

Полярные липиды • Глицерофосфолипиды – основные компоненты биологических мембран клеток. Гидрофобные Глицерин цепи Полярная головка 15

Глицерофосфолипиды R 1 — остаток насыщенной кислоты R 2 — остаток ненасыщенной кислоты R 3 —азотистое основание Название R 3 (азотистое основание) Фосфатидилхолин (лецитин) фосфатидилсерин Фосфатидилэтаноламин (кефалин)

Сфингофосфолипиды Жирная кислота Сфингозин Полярная головка Сфинголипиды (сфингомиелины) – фосфолипиды, в которых вместо глицерина находится ненасыщенный аминоспирт – сфингозин. Сфингофосфолипиды являются производными церамидов — N-ацильных производных сфингозина. Особенно богата сфинголипидами нервная ткань. 17

Сфингофосфолипиды 3 основных типа: Церамиды — это наиболее простые сфинголипиды. Они содержат только сфингозин, соединённый с жирнокислотным ацильным остатком; Сфингомиелины- содержат заряженную полярную группу, такую как фосфохолин или фосфоэтаноламин; Гликосфинголипиды - содержат церамид, этерифицированный по 1 -гидроксигруппе остатком сахара. В зависимости от сахара гликосфинголипиды подразделяются на цереброзиды и ганглиозиды. Цереброзиды содержат в качестве остатка сахара глюкозу или галактозу. Ганглиозиды содержат трисахарид, причём один из них всегда сиаловая кислота. 18

Сфингофосфолипиды 19

Гликоглицеролипиды Моногалактозил- диглицерид (МГДГ) Дигалактозил- диглицерид (ДГДГ) 20

Функции полярных липидов Полярные липиды – основные липидные компоненты биологических мембран клеток. Липидный бислой 21

Структурообразование липидов Мицеллы – простейшие агрегаты липидов в воде. Липиды – амфифильные молекулы. Движущая сила образования липидных агрегатов в воде – гидрофобные взаимодействия. 22

Гидрофобные взаимодействия – движущая сила образования липидных агрегатов в водной среде Образование Мицеллы — упорядо- Дисперсия липидов липидных ченные липидные в воде нарушает кластеров – агрегаты. структуру уменьшение С водой контактируют воды площади контакта лишь полярные участки с молекулами воды липидов. 23

Структурообразование липидов Мицелла Липосома 24 Фосфолипидный бислой

Липидный бислой – структурная основа биологических мембран клетки H 2 O Гидрофильная область 4 -5 н. М Гидрофобная область Гидрофильная H 2 O область • Мембранные липиды формируют плоский бимолекулярный липидный слой (бислой) • ККМ липида 10 -10 М 25

Структура биологических мембран клеток • Структурная основа - липидный бислой в жидкокристаллическом состоянии при Т > Тф. п. • Функциональная активность - мембранные белки, способные передвигаться по мембране • Итак, биомембрана представляется как «море» жидких липидов, в котором плавают «айсберги» белков. 26

Структура биологических мембран клеток Липидный Углевод бислой Интегральный белок Периферический белок Цитоскелет Жидкостно-мозаичная модель строения биомембраны (Сингер и Николсон, 1972 г. ) 27

Жидкостно-мозаичная модель строения биомембраны 28

Функции мембранных белков 1. Белки-ферменты 2. Транспортные белки (ионные каналы, белки-порины) 3. Белки, участвующие в передаче сигналов (рецепторные белки, белки эффекторного устройства, фермент инактивации медиатора) 4. Структурные белки придают клетке и органеллам определенную форму; придают мембране определенные механические свойства; обеспечивают связь мембраны с цитоскелетом. 5. Белки, обеспечивающие непосредственное межклеточное взаимодействие (адгезивные белки, белки межклеточных контактов) 29

Основные функции биомембран 1. Защитная функция; 2. Избирательный транспорт молекул и ионов; 3. Передача информации; 4. Преобразование энергии, ферментативная деятельность мембран; 5. Процессы молекулярного узнавания; 6. Другие специальные функции 30

Избирательный транспорт через мембрану Белковый Транспортируемая молекула Белок- канал переносчик Липидный Электрохимический бислой градиент Структура биологических мембран клеток Эн ер ги я Простая Облегченная диффузия Активный транспорт Пассивный • Малые молекулы транспорт • Крупные молекулы - простая диффузия (белки, НК) - облегченная - эндоцитоз и экзоцитоз диффузия - активный транспорт 31

Неомыляемые липиды Неомыляемая липидная фракция содержит вещества трех основных типов: Терпены - эфирные масла некоторых растений Стероиды — производные тетрациклического углеводорода циклопентанпергидрофенантрена, являются предшественниками стероидных гормонов Простагландины и тромбоксаны — производные простановой кислоты, выполняют функции местных гормонов 32

Терпены Для терпенов характерно число атомов углерода, кратное пяти: 5, 10, 15 и т. д. Терпены, в основном, – ненасыщенные углеводороды, однако к ним также относят кетоны, спирты, карбоновые кислоты и даже пероксиды. В 1920 г. Ружичка сформулировал «изопреновое правило» , которое гласит, что терпены образуются в результате полимеризации изопрена по типу «голова к хвосту» . Тип Число Количество атомов изопреновых углерода звеньев монотерпен 2 10 сексвитерпен 3 15 дитерпен 4 20 тритерпен 6 30 33 тетратерпен 8 40

Монотерпены

Сексвитерпены валеренол

Дитерпены

Тритерпены Сквален является биологическим предшественником стероидов 37

Тетратерпены 38 Благодаря наличию большого числа сопряженных двойных связей, Они часто входят в состав растительных пигментов

Стероиды можно рассматривать как производные тетрациклического насыщенного углеводорода циклопентанпергидрофенантрена (стерона), метилированного в положение 13 (эстран) или в положениях 10 и 13 (андростан): Многие стероиды содержат боковую цепь в положении 17. По строению Этой боковой цепи, а также по различию функций, стероиды образуют четыре группы: 39

1. Стерины Имеют восьмиуглеродную боковую цепь. К стеринам относятся холестерин и фитостерины. Холестерин обнаруживается почти 40 во всех органах и тканях животных организмов. Из холестерина в организме синтезируются стероидные гормоны Эргостерин находится в дрожжевых микроорганизмах. Является провитамином витамина D

1. Стерины фитостерины Стигмастерин находится в большом количестве в сахарном тростнике и соевом масле Ситостерин Источником его получени я является сахарный тро стник и хлопковое масло

Получение стероидных гормонов 42

2. Желчные кислоты Монокарбоновые гидроксикислоты. Имеют пятиуглеродную боковую цепь. Желчные кислоты можно рассматривать как производные холановой кислоты Желчные кислоты представляют собой конечный продукт метаболизма холестерина. 43

3. Кортикостероиды и прогестерон Это класс стероидных гормонов, производимых надпочечниками. Имеют двухуглеродную боковую цепь. В настоящее время кортикостероиды относятся к к основным лекарственным средствам, применяющимся при воспалительных ревматических заболеваниях, и незаменимы при лечении некоторых сложных ревматических болезней 44

4. Эстрогены и андрогены Женские и мужские половые гормоны. Боковой цепи в положении 17 не имеют вообще: 45

Простагландины и тромбоксаны В составе простагландинов содержится пятичленный углеродный цикл, и их можно рассматривать как производные простановой кислоты: Простановая кислота Тромбоксаны содержат шестичленный гетероцикл. Их рассматривают как производные тромбановой кислоты Тромбановая кислота В организме синтезируются из арахидоновой кислоты. 46 Выполняют функции местных гормонов

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ