Занятие № 17 Методические указания для студентов

ТЕМА: Липиды

ЦЕЛЬ. Составить представления о классификации, строении и составе липидов как важнейших компонентов биологических мембран.

Теоретические вопросы

1. Структура важнейших высших жирных кислот, входящих в структуру природных липидов (стеариновая, пальмитиновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая, эйкозапентаеновая, докозагексаеновая).

2. Систематическая номенклатура жирных высших кислот. Индексы высших жирных кислот. Высшие жирные кислоты ряда ₆ (омега-3), ₃ (омега-6), ₉ (омега-9).

3. Строение нейтральных и полярных липидов. Принципы номенклатуры.

4. Амфифильность полярных липидов. Формирование бислойной структуры биологических мембран.

5. Неомыляемые компоненты липидов (витамин А, -каротин, -токоферол (витамин Е), эргокальциферол (витамин D₂), холестерин.

6. Химические свойства липидов (реакции гидролиза, галогенирования, восстановления).

7. Пероксидное окисление липидов (ПОЛ). Механизм инициирования окисления (образование супероксидных, гидроксильных, пероксидных радикалов). Системы ферментативной защиты липидов от окисления (супероксиддисмутаза, каталаза, глютатионпероксидаза).

8. Схема реакций продолжения и обрыва цепей в отсутствие ингибиторов ПОЛ. Механизмы неферментативной системы защиты липидов от окисления. Природные антиоксиданты как ловушки свободных радикалов. Основы антиоксидантотерапии.

Обучающие упражнения

Задание 1. Привести структурные формулы линоленовой кислоты семейства ₃(омега-3), ₆ (омега-6) ряда.

Ответ: символом  обозначается количество углеродных атомов с конца молекулы, после которых начинаются двойные связи. В биологическом отношении наибольшее значение имеют кислоты ₃ ряда.

18 17-14 13 12 11 10 9 8 6 2-5 1

СН₃-(СН₂)₄-СН=СН-СН₂-СН=СН-СН₂-СН=СН-(СН₂)₄-СООН

линоленовая кислота (18:3 ₆) цис-цис-цис-октадекатриен-6,9,12-овая кислота

18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 2-8 1

СН₃-СН₂-СН=СН-СН₂-СН=СН-СН₂-СН=СН-(СН₂)₇-СООН

линоленовая (18:3 ₃) цис-цис-цис-октадекатриен-9,12,15-овая кислота

Задание 2. Изобразить формулы нейтральных липидов и фосфолипидов по их названию. Написать следующие структурные формулы:

4.1) 2-О-линоленоил-3-О-олеил-1-пальмитоилглицерол

4.2) 2-докозагексаеноил-1-О-миристоил-3-О-олеоилглицерол

4.3) дипальмитоилфосфатидилэтаноламина.

Ответ: названия высших жирных кислот приводятся в алфавитном порядке с указанием их положения у атомов углерода в глицериновом фрагменте молекулы. Символ"О" обозначает замещение у атома кислорода.

2-О-Линоленоил-3-О- олеоил- 2-докозагексаеноил-1-О-миристоил-

1-О-пальмитоилглицерол 3-О-олеоилглицерол

Задание 3. Приведите механизм зарождения свободных радикалов.

Ответ: в активном центре гемоглобина в результате переноса электрона от катиона железа к кислороду образуются супероксид-ион радикалы

Fe²⁺ - e Fe³⁺, О₂ + е  О₂^

При диспропорционировании супероксид-иона образуется пероксид водорода.

О₂ ^ + О₂ ^ + 2 Н⁺  Н₂О₂ + О₂

При реакции супероксид-иона и пероксидом водорода образуется гидроксил-радикал.Н₂О₂ + О₂ ^  2 ОН^ + О₂

В реакции супероксид-иона с гидроксил-радикалом образуется синглентный кислород:

ОН^ + О₂ ^ *О₂(синглентный) + ОН^- Образование высокоактивного ОН^ радикала происходит также по реакции Фентона: H₂O₂ + Fe²⁺ Fe³⁺+ OH^- + ОН^

Гидроксил-радикал атакует молекулы фосфолипидов (R-Н) - основных структурных компонентах биологических мембран, при этом появляются радикалы нового сорта - алкильные, которые мгновенно присоединяют кислород и превращаются в пероксидные радикалы (RO₂^).

R-H + OH^  R^ + H₂O

R^ + O₂  RO₂^

Задание 4. Приведите механизм действия ферментативной антиоксидантной системы.

Ответ: ферменты каталаза и глутатионпероксидаза защищают аэробные клетки от окисления, предотвращая возможность радикального разрушения пероксидов. Субстратом для каталазы преимущественно служит пероксид водорода.

2 Н₂О₂  2Н₂О + О₂

В состав простетической группы каталазы входит гемовое железо, в активном центре происходит окисление (Fe²⁺ - e  Fe³⁺).

Глутатионпероксидаза вместе с глутатионом разрушают пероксид водорода и гидропероксиды, защищая клетки от повреждающего действия радикалов, образующихся при гомолитическом разрыве связей RО-ОH.

Глутатион представляет собой трипептид, образованный глутаминовой кислотой, цистеином и глицином :

Реакционоспособной группой глутатиона (R-SH) является тиольная группа. Глутатион взаимодействует с пероксидом водорода и гидропероксидами липидов:

2 R-SH + H₂O₂  2 H₂O + R-S-S-R

2 R-SH + R₁OOH  H₂O +R₁OH + R-S-S-R

Окисленный глутатион способен восстанавливаться:

R-S-S-R + 2H⁺ + 2 e 2 R-S-H

Активный центр глутатионпероксидазы содержит остаток селеноцистеина, в котором атом серы цистеина заменен на атом селена:

Полагают, что действие глутатионовой ферментной системы может быть описано совокупностью реакций:

R-Se-H +H₂O₂  R-Se-OH + H₂O (I)

R-Se-OH + 2 R-S-H  R-Se-H + R-S-S-R + H₂O (II)

R-S-S-R + НАДФ-Н  2 R-S-H + НАДФ⁺ (III)

Задание 5. Написать схему реакции пероксидного окисления на примере олеиновой и линолевой кислоты.

Ответ: в молекулах фосфолипидов связи С-Н, расположенные между двумя -связями (в -положении к ним), атакуются гидроксильными или пероксильными радикалами. Рассмотрим этот процесс на примере линоленовой кислоты:

В результате образуются новые радикалы, существующие в двух мезомерных формах:

Радикал стабилизируется за счет делокализации электронной плотности в сопряженной системе: СН₃-(СН₂)₄-СН^{. . .} СН^{. . .} СН^{. . .} СН^{. . .}СН-(СН₂)₇-СООН

Схематично описанный выше процесс представляется как

RH + OH^  H₂O + R^ инициирование (0)

Таким образом, инициируется процесс неферментативного окисления липидов биологических мембран.

Образующийся алкильный радикал присоединяет молекулу кислорода (за время 10^-6сек) и превращается в очень активный пероксидный (пероксильный) радикал:

R^+ O₂  RО₂^ рост цепей (1)

Пероксидный радикал RО₂^ взаимодействует с соседними углеводородными фрагментами молекулы фосфолипидов, что приводит к образованию гидропероксидов (RООН) и новому алкильному радикалу R^, вновь присоединяющему молекулу О₂ согласно реакции 1.

RО₂^ + RH  RООH + R^ продолжение цепей (2)

Гидропероксиды способны разрушаться с разрывом О-О связей, что приводит к вторичному иницированию и, как следствие, ускорению окисления:

RООH  RО^ + ОН^ вырожденное разветвление (3)

Последняя реакция крайне нежелательна для организма. Поэтому существуют ферментативные антиоксидантные системы, регулирующие в организме концентрацию активных кислородсодержащих ионов и радикалов.

Свободные радикалы взаимодействуют между собой, обрывая цепи окисления в соответствии с элементарными реакциями :

RO₂^+ RO₂^  молекулярные продукты

RO^ + RO^  молекулярные продукты

R^ + R^  молекулярные продукты