77

3. Липиды и клеточные мембраны

В очень большую группу биогенных веществ липидной природы входят компоненты клеток, извлекаемые из них неполярными растворителями. Полный анализ всех составляющих таких экстрактов дает очень сложную картину. Во всяком случае, вещества с преобладанием липофильных фраг-ментов, содержащиеся в клетках растений и животных, можно разделить на четыре основных группы:

1. Жирные кислоты

2. Глицеринсодержащие липиды

• Моно-, ди- и триацилглицерины

• Простые эфиры глицерина

• Фосфоглицериды

3. Липиды, в составе которых нет глицерина

• Сфинголипиды

• Алифатические спирты и воска

• Терпены

• Стероиды

4. Липиды, связанные с веществами других классов – липопротеины, гликолипиды и др.

Нейтральные триглицериды, известные как жировые вещества, малопо-лярны. Они гидрофобны и их главное предназначение – это обеспечение энергетических потребностей клеток. Молекулы многих других липидов включают полярные фрагменты, придающие им свойства поверхностно-активных веществ. Эти амфифильные молекулы (греч. amphi – оба, phile – сродство, любовь), имеющие гидрофильные и липофильные фрагменты, входят, например, в состав клеточных мембран.

3.1. Эфиры жирных кислот и глицерина

Трехатомный спирт глицерин может быть частично или полностью этери-фицирован монокарбоновыми кислотами, которые чаще всего называют жирными кислотами. Из нейтральных моно-, ди- и триацилглицеринов бо-лее всего известны триацилглицерины, входящие в состав жиров. Моно-ацилглицерины – это пищевые поверхностноактивные вещества. Их произ-водят для введения в состав многих пищевых продуктов, хлеб с добавкой моноацилглицеринов не черствеет в течение многих дней. Очень важно, что эти вещества являются также хорошими средствами для защиты от микроорганизмов. Как и многие другие ПАВ они повреждают мембраны болезнетворных бактерий, разрушают ансамбль белков в оболочках виру-сов. Особенно активен в этом отношении монолаурат глицерина. В послед-ние годы была обнаружена важная роль некоторых производных жирных кислот, нейролипинов, в функционировании нервной системы.

В небольших количествах глицерин и жирные кислоты содержатся в клет-ках в свободном состоянии, но основная их часть связана с другими молекулами. Глицерин обычно находится в виде эфира с фосфорной кис-лотой, а жирные кислоты, если они не связаны с глицерином, чаще всего находятся в виде тиоэфиров с коферментом А (СоА-S-СОR) или в виде различных амидов. Входящие в состав жиров карбоновые кислоты состоят из четного числа атомов углерода в неразветвленной ациклической цепи. Они могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными. Важнейшие из насыщенных: масляная (С₄), капроновая (С₆), каприновая (С₈), каприловая (С₁₀), лауриновая (С₁₂), миристиновая (С₁₄), пальмитиновая (С₁₆), стеари-новая (С₁₈) и арахиновая (С₂₀). Названия их происходят от названий жиров (например, капрос – гр. коза), из которых они были выделены. В различ-ных метаболических превращениях могут принимать участие и карбоно-вые кислоты с нечетным числом атомов углерода: пропионовая (С₃), вале-риановая (С₅), энантовая (С₇), пеларгоновая (С₉), но в составе жиров они могут присутствовать лишь в очень малых количествах.

Широко распространены в составе жиров и липидов клеточных мембран производные ненасыщенных жирных кислот, содержащих от одной до че-тырех двойных связей. У двойных связей возможна цис-транс-изомерия и свойства (физические и биохимические) кислот и их производных опреде-ляются геометрией этих связей. Так, например, растворимость стеариновой кислоты в холодном спирте составляет всего лишь 2,5 %, тогда как олеиновая кислота (в составе оливкового масла ее 82 %), линолевая кислота и линоленовая кислота (из льняного масла)

смешиваются с холодным спиртом в любом соотношении.

Обычно двойные связи природных ненасыщенных кислот имеют цис-конфигурацию. При нагревании и при получении маргарина остатки этих кислот в составе растительных жиров частично изомеризуются (это ре-зультат реакций гидрирования-дегидрирования) в транс-изомеры (олеино-вая кислота в элаидиновую), которые очень вредны для здоровья.

Но есть жиры и с ненасыщенными кислотами с сопряженными двойными связями, например в состав тунгового масла входит элеостеариновая кислота

Эфиры полиненасыщенных жирных кислот очень легко окисляются кисло-родом воздуха с образованием пероксидов и гидропероксидов (прогорка-ние масел). Особенно легко этот процесс идет на свету, когда возможна и радикальная полимеризация (тара для растительных масел должна быть темноокрашенной). Все жирные кислоты вступают в обычные для карбо-новых кислот реакции, образуя амиды, эфиры, они восстанавливаются до спиртов. Ненасыщенные кислоты озонируются, что позволяет установить их строение. При окислении олеиновой кислоты перманганатом в мягких условиях образуется диоксистеариновая кислота, разлагающаяся при на-гревании с КОН на пеларгоновый альдегид и дикарбоновую (С₉) азелаи-новую кислоту:

Очень важную роль в структуре клеточных мембран и в биосинтезе прос-тагландинов, простациклинов и тромбоксанов (эти вещества выполняют в организме регуляторные функции) играет арахидоновая кислота – С₂₀-кис-лота с четырьмя двойными связями:

Арахидоновая кислота входит в состав многих липидов клеточных мем-бран, но возможности ее биосинтеза в организме человека ограничены. В большом количестве полиненасыщенные жирные кислоты, в том числе и арахидоновая, содержатся в жире планктона холодных морей, из которого они попадают в криль и в жир холодноводных рыб (лосось, треска). Оби-лие двойных связей делает арахидоновую кислоту очень чувствительной к окислению, но будучи включенной в плазматические мембраны в составе липидов со сложноэфирными связями она защищена от окисления гидро-фобным окружением. При нарушении целостности мембран липиды уже могут подвергаться ферментативному гидролизу, а выделяющаяся при этом свободная арахидоновая кислота окисляется кислородом при катализе ферментом циклооксигеназой с образованием пероксидного производного, которое далее превращается в простагландины, простациклины и тромбок-саны (их часто называют простаноидами), которые запускают целый ряд физиологических процессов, связанных с реакцией на вызвавшее повреж-дение клеток воздействие:

Простагландины (впервые выделены из предстательной железы) и проста-циклины являются биологическим регуляторами с многочисленными и разнообразными функциями, в частности, они принимают участие в разви-тии воспалительного процесса и усиливают болевой сигнал, а тромбоксаны стимулируют агрегацию тромбоцитов. Это является биологическим отве-том на повреждение клетки, в результате которого произошло высвобож-дение арахидоновой кислоты из липидов мембраны.

Интересно, что эндогенным каннабиноидом, то есть веществом, действие которого имитирует тетрагидроканнабинол (активное вещество марихуаны и гашиша), является амид арахидоновой кислоты и этаноламина или анандамид (ананд на санскрите – блаженство), выполняющий в организме определенные медиаторные функции. А в центральной нервной системе обнаружен аналог анадамида 2-арахидонилглицерин. Его содержание в нервной ткани в 170 раз превышает содержание анандамида. Заметные ко-личества анандамида обнаружены в шоколаде. Сейчас синтез агонистов и антагонистов анадамида и других нейролипинов является одной из прио-ритетных областей химической фармакологии.

Состав жиров по кислотам сильно различается не только по происхож-дению из разных организмов, но и по локализации в одном организме. Так, например, в жире молока коровы много короткоцепочечных жирных кис-лот (9 % С₄, 3 % С₆, 2 % С₈, 4 % С₁₀, 3 % С₁₂). Эти жиры являются очень ценными в пищевом отношении, значительно превосходя по многим пока-зателям жир из отложений в мышечных тканях. В жире мяса крупного рогатого скота среднецепочечных жирных кислот нет совсем, но много трудно усвояемой стеариновой кислоты. Жир печени богаче ненасыщен-ными жирными кислотами чем жир подкожных тканей. Много ненасы-щенных жирных кислот в растительных маслах, в свином жире. При гид-ролизе триацилглицеридов в присутствии щелочей образуются глицерин и соли жирных кислот (омыление). В организме этот процесс катализируется ферментами – липазами.