Роль углеводных компонентов мембран

а) Участвуют в рецепции.

б) Обеспечивают взаимодействие клеток друг с другом.

в) Некоторые углеводные компоненты обеспечивают антигенную специфичность клеток. Например, эритроциты разных групп крови отличаются друг от друга по составу углеводных компонентов.

Мембраны асимметричны. 2 монослоя отличаются друг от друга по своему составу. Например, гликолипиды плазматической мембраны всегда находятся в наружном монослое. Асимметрия характерна и для белковых компонентов.

Аденилатциклаза. Ее активный центр находится на внутренней части мембраны. Белки-рецепторы свой углеводный компонент содержат с внешней стороны мембраны.

Важнейшим компонентом плазматических мембран является холестерин.

Холестерин взаимодействует с гидрофобными хвостами полярных молекул и ограничивает скорость диффузии липидов. Поэтому холестерин называют стабилизатором биологических мембран. Компоненты мембран не только движутся в пространстве, но и постоянно обновляются. Их место занимают новые молекулы.

В учебную программу входит только обмен ГФЛ и холестерина. Липоиды синтезируются на мембранах эндоплазматического ретикулума. Наблюдается постоянное передвижение липоидов от мембран ЭПС к другим мембранам.

СИНТЕЗ ХОЛЕСТЕРИНА

Протекает в основном в печени на мембранах эндоплазматического ретикулума гепатоцитов. Этот холестерин - эндогенный. Происходит постоянный транспорт холестерина из печени в ткани. Для построения мембран используется также пищевой (экзогенный) холестерин. Ключевой фермент биосинтеза холестерина - ГМГ-редуктаза (бета-гидрокси, бета-метил, глутарил-КоА редуктаза). Этот фермент ингибируется по принципу отрицательной обратной связи конечным продуктом - холестерином.

ТРАНСПОРТ ХОЛЕСТЕРИНА.

Пищевой холестерин транспортируется хиломикронами и попадает в печень. Поэтому печень является для тканей источником и пищевого холестерина (попавшего туда в составе хиломикронов), и эндогенного холестерина.

В печени синтезируются и затем попадают в кровь ЛОНП - липопротеины очень низкой плотности (состоят на 75% из холестерина), а также ЛНП - липопротеины низкой плотности(в их составе есть апобелок апоВ₁₀₀.

Почти во всех клетках имеются рецепторы для апоВ₁₀₀. Поэтому ЛНП фиксируются на поверхности клеток. При этом наблюдается переход холестерина в клеточные мембраны. Поэтому ЛНП способны снабжать холестерином клетки тканей.

Помимо этого, происходит и освобождение холестерина из тканей и транспорт его в печень. Транспортируют холестерин из тканей в печень липопротеины высокой плотности (ЛВП). Они содержат очень мало липидов и много белка. Синтез ЛВП протекает в печени. Частицы ЛВП имеют форму диска, и в их составе находятся апобелки апоА, апоС и апоЕ. В кровеносном русле к ЛНП присоединяется белок-фермент лецитинхолестеринацилтрансфераза (ЛХАТ) (смотрите рисунок).

АпоС и апоЕ могут переходить от ЛВП на хиломикроны или ЛОНП. Поэтому ЛВП являются донорами апоЕ и апоС. АпоА является активатором ЛХАТ.

ЛХАТ катализирует следующую реакцию:

Это реакция переноса жирной кислоты из положения R₂ на холестерин.

Реакция является очень важной, потому что образующийся эфир холестерина является очень гидрофобным веществом и сразу переходит в ядро ЛВП - так при контакте с мембранами клеток ЛВП удаляют из них избыток холестерина. Дальше ЛВП идут в печень, там разрушаются, и избыток холестерина удаляется из организма.

Нарушение соотношения между количеством ЛНП, ЛОНП и ЛВП может вызывать задержку холестерина в тканях. Это приводит к атеросклерозу. Поэтому ЛНП называют атерогенными липопротеинами, а ЛВП - антиатерогенными липопротеинами. При наследственном дефиците ЛВП наблюдаются ранние формы атеросклероза.

ФУНКЦИИ ЛИПОИДОВ

1. Структурная - составляют основу биологических мембран.

2. Регуляторная:

а) вместе с белковыми компонентами обеспечивают избирательную проницаемость биологических мембран;

б) при катаболизме липоидов образуются биологически активные вещества - регуляторы метаболизма.

КАТАБОЛИЗМ ЛИПОИДОВ.

Целью катаболизма является образование биологически активных веществ. Катаболизм холестерина происходит без разрушения полициклической структуры, в основном путем реакций микросомального окисления.

Какие же биологически активные вещества образуются из холестерина?

1. Стероидные гормоны.

2. Желчные кислоты.

3. В коже под действием ультрафиолетового облучения образуется витамин D₃.

ГФЛ разрушаются путем гидролиза под действием фосфолипаз. Разные фосфолипазы обозначаются различными латинскими буквами.

Какие биологически активные вещества образуются из ГФЛ?

При образовании биологически активных веществ наибольшее значение имеют фосфолипазы "А₂" и "С".

Внутриклеточными посредниками при действии гормонов на клетку являются продукты гидролиза фосфолипазой "С" фосфорилированных фосфатидилинозитолов (диацилглицерин и инозитолфосфат) - смотрите лекцию "Гормоны".

Фосфолипаза А₂ отщепляет ненасыщенные жирные кислоты, которые могут быть предшественниками биологически активных веществ.

Общим предшественником биологически активных веществ является АРАХИДОНОВАЯ КИСЛОТА, из которой образуется несколько групп этих веществ: ПГ (ПРОСТАГЛАНДИНЫ), Тх (ТРОМБОКСАНЫ), ЛТ (ЛЕЙКОТРИЕНЫ). Образуются эти вещества из полиненасыщенной арахидоновой кислоты в результате реакций ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ.

Впервые возможность перекисного окисления липидов (ПОЛ) была постулирована в 1887 году А.Н.Бахом.

Арахидоновая кислота содержит 20 углеродных атомов и 4 двойные связи. В естественных условиях молекула арахидоновой кислоты имеет конфигурацию шпильки.

Арахидоновая кислота является субстратом для оксигеназ (ферменты, включающие кислород в состав субстрата).

Перекисное окисление арахидоновой кислоты заключается в присоединении кислорода и образовании перекиси. Под действием активных форм кислорода происходит перемещение двойной связи и включение молекулы кислорода в молекулу арахидоновой кислоты.

Перекиси - вещества нестойкие и быстро разрушаются. В липиде появляются "ОН"-группы или кетогруппы. В тканях человека и животных имеются два фермента перекисного окисления: ЦИКЛООКСИГЕНАЗА и ЛИПООКСИГЕНАЗА. При окислении с участием циклооксигеназы одновременно с окислением происходит циклизация, при действии липооксигеназы окисление идет без циклизации.

Продукт действия циклооксигеназы: гидроперекись простагландин G₂ (ПГG₂). Затем он преобразуется в другую гидроперекись - ПГН₂. Далее в результате действия других окислительных ферментов из ПГН₂ образуются другие простагландины (они обозначаются латинскими буквами D, E, F и т.д.). Из ПГН₂ образуется ещё 2 тромбоксана (Тх).

ПГ и Тх называются "ГОРМОНЫ МЕСТНОГО ДЕЙСТВИЯ". Регулирующий эффект оказывают там же, где образуются. В чем заключается их эффект?

Простагландины влияют на проницаемость клеточных мембран. В частности, изменяют проницаемость кровеносных сосудов, влияют на тонус гладкомышечных клеток, на процессы реабсорбции в почках. Некоторые ПГ вызывают сокращение, а некоторые - расслабление мышечных элементов.

Тромбоксаны регулируют функции тромбоцитов. Стимулируют агрегацию тромбоцитов.

В результате действия липооксигеназы образуется лейкотриен А₄ (ЛТА₄). Это предшественник других лейкотриенов.

Лейкотриены продуцируются лейкоцитами и регулируют функции лейкоцитов. В частности, вызывают хемотаксис гранулоцитов, стимулируют фагоцитоз. Способны влиять на клеточную проницаемость и на тонус гладких мышц. При различных аллергических заболеваниях (например, при бронхиальной астме) важную роль играет не только выделение гистамина, но и лейкотриенов. Лейкотриены обладают очень длительным воздействием на клетку.

В животном организме может протекать и НЕФЕРМЕНТАТИВНОЕ ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ. Катализаторами являются в основном металлы с переменной валентностью (Fe, Cu, Ni). В отличие от ферментативного ПОЛ этот процесс может происходить с жирными кислотами, входящими в состав фосфолипидов, а не только со свободными ЖК. Включение кислорода в гидрофобные "хвосты" липидов приводит к появлению гидрофильности. Наступает набухание мембраны, нарушается ее проницаемость, и результатом может быть лизис клетки. В результате неферментативного ПОЛ может происходить разрушение гидрофобных "хвостов" липидов на более мелкие фрагменты. В результате образуется большое количество продуктов ПОЛ, многие из которых являются токсичными веществами.

Усиление ПОЛ можно регистрировать по обнаружению этих низкомолекулярных продуктов. Один из показателей - повышение концентрации малонового диальдегида.

Токсическое действие малонового альдегида заключается в его присоединении к аминогруппам белков и нуклеиновых кислот. В результате возможно нарушение биосинтеза и функционирования белков.