Сложные или полярные липиды (фосфолипиды)

Существует несколько классов сложных мембранных липидов. Они отличаются от триацилглицеролов тем, что наряду с углеводородными цепями содержат одну или несколько сильно полярных группировок. На этом основании их часто называют полярными липидами. Фосфолипиды служат основными структурными элементами мембран. Как видно из их названия, липиды этой группы содержат фосфор в виде остатка фосфорной кислоты. Роль основного фосфолипидного компонента играют фосфоглицериды, в состав которых входят два остатка жирных кислот, этерифицирующих первую и вторую гидроксильные группы глицерола. Третья гидроксильная группа глицерола образует сложноэфирную связь с фосфорной кислотой. Кроме того, с остатком фосфорной кислоты сложноэфирной связью связано азотистое основание, представленное холином, серином или этаноламином или шестиатомным циклическим спиртом инозитолом, что дает возможность различать несколько классов фосфолипидов (см. лабораторную работу №11). На основании приведенного выше описания фосфолипиды следует отнести к группе липидов, которые имеют общее название глицерофосфолипидов или фосфоглицеридов.

Сфинголипиды

Следующий важнейший класс мембранных липидов – сфинголипидов – также характеризуется наличием полярной «головки» и двух неполярных хвостов. Основу структуры сфинголипидов составляет не глицерол, а аминоспирт сфингозин (в некоторых случаях его производные) имеющий длинную углеводородную цепь с одной двойной связью. В сфинголипидах сфингозин связывается с жирной кислотой амидной связью, образуя при этом церамид (N-ацилсфингозин). В целом, сфингозин служит предшественником ряда длинноцепочечных аминоспиртов, присутствующих в различных сфинголипидах. Например, у млекопитающих наиболее часто встречаются сфингозин или не имеющий двойной связи дигидросфингозин. В сфинголипидах полярная «головка» присоединяется к первичной спиртовой группе сфингозина. Выделяют три подкласса сфинголипидов: сфингомиелины, цереброзиды и ганглиозиды.

Наиболее распространенными и просто устроенными сфинголипидами являются сфингомиелины, у которых первичная спиртовая группа сфингозина этерифицирована фосфорилхолином. Тот факт, что сфингомиелины содержат остаток фосфорной кислоты, отчасти дает основание относить эти соединения к фосфолипидам. На Рис. 10.1 показаны пространственные модели фосфоглицерида и сфингомиелина.

Рисунок 10.1 – Пространственные модели фосфоглицерида (А) и сфингомиелина (В)

Цереброзиды и ганглиозиды часто называют гликолипидами. Как следует из этого названия, гликолипиды (цереброзиды и ганглиозиды) – это липиды, содержащие углеводную часть. Аминогруппа сфингозина, как и в сфингомиелинах, ацилирована жирной кислотой. Отличие гликолипидов от сфингомиелина заключается в природе компонента, присоединенного к первичному гидроксилу сфингозинового скелета. В гликолипидах в этом положении находится один или несколько остатков моносахаридов. Простейшими гликолипидами являются цереброзиды, содержащие только один остаток моносахарида (чаще всего глюкозу или галактозу). В более сложных гликолипидах – ганглиозидах присутствует разветвленная цепочка из нескольких (вплоть до семи) остатков моносахаридов. На Рис. 10.2 приведено строение ганглиозида G_M1 и более просто устроенных ганглиозидов G_M2 и G_M3.

Рисунок 10.2 – Строение ганглиозида G_М1 и более простых ганглиозидов G_M2 и G_M3. Сокращения: Gal – галактоза; GalNAc – N-ацетилгалактозамин; Glc – глюкоза; NeuAc – N-ацетилнейраминовая кислота. Справа показано упрощенное изображение ганглиозида G_М1. Над линиями, обозначающими связи между моносахаридами, указан тип этих связей, например b1,4

Стероиды

Стероиды – сложные жирорастворимые соединения, молекулы которых состоят из четырех конденсированных колец представляющих собой базовое ядро, называемое циклопентанпергидрофенантреном. Подавляющее большинство стероидных соединений является производными циклопентанпергидрофенантрена, метилированного по 10-ому и 13-ому положениям базового ядра (Рис. 10.3).

Рисунок 10.3 – Структура циклопентанпергидрофенантренового ядра стероидов. Показано общепринятое обозначение колец и нумерация углеродных атомов стероидов

Важную группу среди них составляют стероиды, несущие в положении С₃ гидроксильную группу и отличающиеся только содержанием атомов углерода в боковой цепи, присоединяющейся к атому С₁₇ в кольце D. Это так называемые стеролы или стероидные спирты. Данную группу стероидов подразделяют на:

1. стерины, или собственно стеролы, имеющие боковую цепь, состоящую из 8 атомов углерода. К ним относится, например, холестерин (холестерол);

2. стериды, представляющие собой сложные эфиры стеринов и высших жирных кислот;

3. желчные кислоты и их соли, обладающие мощным эмульгирующим действием на жиры и, соответственно, принимающие непосредственное участие в процессах переваривания липидов;

4. половые гормоны – стероиды-регуляторы, не имеющие боковой цепи;

5. и, наконец, кортикостероиды, содержащие боковую цепь из двух атомов углерода.

Основная масса стеринов в организме человека представлена холестерином – одноатомным циклическим спиртом, содержащим 27 атомов углерода и способным образовывать с жирными кислотами сложные жиры (холестериды). Холестерин (Рис. 10.4) содержится в желчи, в плазме крови (3.9-6.5 ммоль/л), входит в состав клеточных мембран, определяя их вязкость, является компонентом липопротеинов.

Рисунок 10.4 – Структура холестерола