Холестерин относится к классу липидов
Холестерин относится к классу липидов называемых
Существует несколько классификаций липидов. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на структурных особенностях липидов. По этой классификации различают следующие основные классы липидов.
Б. Сложные липиды: сложные эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно содержащие и другие группы.
1. Фосфолипиды: липиды, содержащие, помимо жирных кислот и спирта, остаток фосфорной кислоты. В их состав часто входят азотистые основания и другие компоненты:
4. Другие сложные липиды: сульфолипиды, аминолипиды. К этому классу можно отнести и липопротеины.
Образовательная программа для пациентов
Основные сведения:
У миллионов людей во всем мире уровень холестерина в крови повышен. Это состояние описывается медицинским термином гиперлипидемия. Повышенный уровень холестерина увеличивает риск инфаркта миокарда и инсульта. Этот курс объясняет, что такое холестерин, как его повышенный уровень приводит к заболеванию сердца, и что можно сделать (с применением лекарственных средств и без них) для снижения уровня холестерина.
1. Что такое липиды и холестерин?
Холестерин, жирные кислоты и триглицериды являются разновидностями жиров (липидов). Это занятие объясняет, что такое липиды и показывает, почему они важны для жизни.
Описание
Существуют три типа липидов: холестерин, жирные кислоты и триглицериды. Жирные кислоты бывают двух типов: насыщенные и ненасыщенные. Ненасыщенные жирные кислоты могут быть мононенасыщенными или полиненасыщенными.
Холестерин
Холестерин в норме присутствует во всех тканях организма. Тело человека состоит из миллионов клеток. В состав их стенок входят липиды, к числу которых относится холестерин. Без холестерина наши клетки не смогли бы правильно работать. Холестерин также является одним из основных элементов структуры солей желчных кислот (помогающих переваривать жиры), витамина D и гормонов. Холестерин попадает в организм из двух источников. Примерно 70% синтезируется самим организмом, в основном, в печени. Еще 30% поступает с пищей. Все мы потребляем пищу, содержащую холестерин.
Жирные кислоты
Другие важные типы липидов — жирные кислоты и триглицериды. Как и холестерин, они являются незаменимыми компонентами клеточных стенок.
Жирные кислоты образуются в организме, однако некоторые из них должны поступать с пищей. Жирные кислоты бывают двух видов: насыщенные и ненасыщенные. Ненасыщенные жирные кислоты могут быть мононенасыщенными или полиненасыщенными.
Липопротеины
Липиды нужны всем тканям организма, поэтому они транспортируются кровью при помощи химических веществ, называемых липопротеинами. Эти липопротеины могут связываться с различными структурами клеток организма и при необходимости освобождать липиды. Две основные категории липопротеинов, переносящих холестерин в организме, называются липопротеинами Высокой плотности (ЛПВП) и липопротеинами низкой плотности (ЛПНП). Они описаны более подробно в следующем разделе
2. В чем различие холестерина ЛПВП и ЛПНП?
ЛПВП и ЛПНП — основные липопротеины, используемые для транспорта холестерина в организме. Холестерин ЛПВП часто называют «хорошим», а холестерин ЛПНП — «плохим». В этом разделе рассказано, почему.
Описание
Липопротеины — такие, как липопротеины высокой плотности (ЛПВП), и низкой плотности (ЛПНП) — являются основными переносчиками холестерина. Они связываются с холестерином, переносят его в другую часть организма, а затем при необходимости освобождают.
ЛПНП
ЛПНП переносят 60 — 70% холестерина крови. Одна из неприятных особенностей ЛПНП состоит в их тенденции «прилипать» к стенкам кровеносных сосудов. Поэтому ЛПНП – это основной класс липопротеинов, обнаруживаемых при атеросклерозе (заболевании, сопровождающемся образованием отложений на стенках артерий), а высокие уровни холестерина ЛПНП являются важным фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний.
Это будет описано более подробно в следующем разделе. В связи с этим холестерин ЛПНП часто называют «плохим».
ЛПВП
ЛПВП — самый малочисленный класс липопротеинов, который переносит 20 — 30% холестерина крови. ЛПВП связывают избыток холестерина и возвращают его в печень для переработки и/или удаления из организма. Таким образом, в отличие от ЛПНП, ЛПВП удаляют холестерин из циркулирующей крови. Считается, что высокий уровень ЛПВП снижает риск сердечно-сосудистых заболеваний, поэтому холестерин ЛПВП часто называют «хорошим».
Отношение
Отношение ЛПНП к ЛПВП часто используется для оценки риска сердечно-сосудистых заболеваний у пациента. Высокие значения отражают преобладание холестерина ЛПНП (плохого) и указывают на высокий риск. Низкие значения отражают преобладание холестерина ЛПВП (хорошего) и указывают на низкий риск.
3. Что такое дислипидемия?
Дислипидемия — это состояние, при котором изменены уровни липидов в крови, например, повышен уровень холестерина. Этот раздел объясняет, что такое дислипидемия, и указывает на две ее причины.
Описание
Кроме холестерина, имеются другие важные классы липидов, в том числе жирные кислоты и триглицериды. Набор липидов и их уровни у каждого пациента обычно называются его липидным профилем. Организм регулирует уровни этих липидов, которые зависят друг от друга. У большинства людей уровни этих липидов находятся в нормальных пределах. Однако у некоторых людей количества отдельных типов липидов могут выходить за нормальные границы. Такое состояние называется дислипидемией. Так чем же может быть вызвана дислипидемия? Дислипидемия может быть либо первичной, либо вторичной. Причиной первичной дислипидемии являются генетические, или наследственные нарушения, и эти состояния довольно редки. Вторичные дислипидемии наблюдаются гораздо чаще. Они вызваны другим заболеванием, некоторыми лекарственными средствами, гормонами или факторами стиля жизни (например, жирной пищей, ожирением и недостаточной физической активностью). Несомненно, гораздо легче лечить вторичную дислипидемию.
4. Повышенный холестерол — причина заболевания
Повышение уровня холестерина может привести к образованию бляшек на стенках артерий — атеросклерозу. В результате этого движение крови по сосудам может быть нарушено, а в некоторых случаях может произойти разрыв пораженного сосуда. В зависимости от того, в каком органе это произойдет, такой процесс может стать причиной тяжелого осложнения, например, инсульта или инфаркта. В этом уроке объясняется, как это происходит.
Описание
Атеросклероз — это процесс образования жировых или волокнистых отложений в виде бляшек на стенках кровеносных сосудов. При этом просвет кровеносного сосуда со временем сужается, а его стенка уплотняется.
Так какова же роль повышенного уровня холестерина в образовании этих бляшек?
Бляшка
Образование бляшки начинается с повреждения внутренней оболочки кровеносного сосуда. Такое повреждение может возникнуть в результате курения, повышения кровяного давления или слишком высокого уровня глюкозы крови (например, при диабете). Эти повреждения позволяют ЛПНП проникать в стенки сосудов. Иммунные клетки также проходят в стенку сосуда и, поглощая ЛПНП, превращаются в пенистые клетки. Скопления
пенистых клеток под микроскопом похожи на жировые полоски. Пенистые клетки вырабатывают химические вещества, которые образуют волокнистый слой на поверхности жировой полоски, в результате чего образуется атероматозная бляшка. К каким нарушениям приводят эти бляшки? Существуют три основных события, вызванных наличием атеросклеротических бляшек.
Ишемия
Растущая бляшка может сузить просвет кровеносного сосуда, ограничивая кровоток тканей и их снабжение кислородом. Это состояние называется ишемией.
Эмболия
Мелкие части бляшки могут отрываться и циркулировать в крови, закупоривая другие сосуды. Это называется эмболией. Разрыв бляшки может также привести к освобождению накопленного холестерина в кровоток. Содержимое бляшки может также спровоцировать образование тромба в месте разрыва.
Аневризма
Формирование бляшек на стенках кровеносных сосудов может ослаблять их стенки, в результате чего образуются шарообразные расширения, называемые аневризмами. По мере роста аневризмы стенки сосуда истончаются и ослабляются; повышается вероятность их разрыва и опасного для жизни кровоизлияния. Эти три процесса могут иметь серьезные последствия в зависимости от того, в какой части организма они происходят. Переместите курсор на три показанные области организма.
5. Что означает Ваш липидный профиль
Врач может назначить Вам исследование липидного профиля, если заподозрит у Вас дислипидемию. При этом в анализе крови будут определены уровни основных липидов и липопротеинов. До взятия крови на этот анализ вы не должны принимать пищу в течение 12 часов, так как уровни многих из этих липидов повышаются после еды.
Описание
При исследовании липидного профиля определяют содержание триглицеридов, общего холестерина, ЛПВП (иногда пишут «холестерин ЛПВП») и ЛПНП (иногда пишут «холестерин ЛПНП»). В сообщении о результатах исследования часто указывают отношение ЛПНП/ЛПВП. В США единицей измерения уровня липидов служат миллиграммы на децилитр (мг/дл), а в Европе и России — миллимоли на литр (ммоль/л). Рекомендуемые уровни различны в разных странах и часто изменяются. В России используются Европейские рекомендации по профилактике ССЗ. Согласно этим рекомендациям оптимальные значения липидов составляют: общий холестерин 1,0 ммоль/л у мужчин (>40мг/дл) и > 1,2 ммоль/л у женщин (>46 мг/дл), триглицериды
СОЕДИНЕНИЯ, ЭКСТРАГИРУЕМЫЕ ИЗ ТКАНЕЙ ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ НОСЯТ НАЗВАНИЕ ЛИПИДЫ .
Номенклатура липидов чрезвычайно обширна, поскольку само понятие позволяет включать в класс липидов разнообразные соединения. Примерная классификация может выглядеть следующим образом:
I. ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
1. ПРОИЗВОДНЫЕ АРАХИДОНОВОЙ КИСЛОТЫ:
a) простагландины;
b) тромбоксаны;
c) лейкотриены.
II. ГЛИЦЕРИНСОДЕРЖАЩИЕ ЛИПИДЫ
1. НЕЙТРАЛЬНЫЕ ЖИРЫ
а) моно-, ди-, триглицериды;
б) простые эфиры глицерина;
в) гликозилглицериды
2. ФОСФОГЛИЦЕРИДЫ:
а) фосфатиды;
б) фосфатидилглицериды и фосфоинозитиды.
III. НЕСОДЕРЖАЩИЕ ГЛИЦЕРИН
1. СФИНГОЛИПИДЫ
а) церамиды
б) сфингомиелины
в) гликосфинголипиды (церебозиды, ганглиозиды)
2. АЛИФАТИЧЕСКИЕ СПИРТЫ И ВОСКА
3. ТЕРПЕНЫ
4. СТЕРОИДЫ
IV. ВЕЩЕСТВА ДРУГИХ КЛАССОВ
1. ЛИПОПРОТЕИНЫ
2. ПРОТЕОЛИПИДЫ
3. ФОСФАТИДОПЕПТИДЫ
4. ЛИПОАМИНОКИСЛОТЫ
5. ЛИПОПОЛИСАХАРИДЫ
I. ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
Наверх
1. НАСЫЩЕННЫЕ И НЕНАСЫЩЕННЫЕ ПРЯМОЦЕПОЧЕЧНЫЕ
насыщенные
ненасыщенные
пальмитиновая (гексадекановая)
пальмитолеиновая ( D 9 -гексадеценовая)
стеариновая (октадекановая)
олеиновая ( D 9 -октадеценовая)
линолевая ( D 9,12 -октадекадиеновая)
линоленовая ( D 9, 12, 15 -октадекатриеновая)
арахиновая (эйкозановая)
арахидоновая ( D 5,8,11,14 -эйкозантетраеновая)
Все ненасыщенные связи в природных кислотах имеют конфигурации “ цис ”.
Простагландины представляют собой производные арахидоновой кислоты, содержащие пятичленные циклы, гидроксильные группы и кратные связи. Число кратных связей указывается номером (подстрочный индекс), заместители при пятичленном цикле определяют класс простагландинов:
1) расширение сосудов, снижение артериального давления;
2) ингибиторы тромбообразования в сосудах;
3) PgF 2 прерывает беременность практически на любом сроке, не вызывая никаких побочных эффектов;
4) успокаивающее действие на ЦНС;
5) средства лечения астмы.
Отличаются наличием шестичленного, содержащего кислород, цикла в молекуле:
Не содержащие циклов производные арахидоновой кислоты:
II. ГЛИЦЕРИНСОДЕРЖАЩИЕ ЛИПИДЫ
1. НЕЙТРАЛЬНЫЕ ЖИРЫ
а) простые и смешанные моно-, ди- и триацилглицерины.
2. ФОСФОГЛИЦЕРИДЫ (ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДЫ) :
Х= -СH 2 -CH 2 -(СН 3 ) 3 N + — фосфатидилхолины
Х= -СН 2 -СН 2 -NH 2 — фосфатидилэтаноламины
Х= -СН 2 -СН(NH 2 )COOH — фосфатидилсерины
Х= -СН 2 -СН(ОН)-СН 2 -ОН — фосфатидилглицерины
Х= сахар- фосфатидилсахара
Х= циклоспирт ИНОЗИТ- фосфатидилинозиты:
III. НЕСОДЕРЖАЩИЕ ГЛИЦЕРИН
Подобно глицерину в глицерофосфолипидах, в сфинголипидах «образующим» спиртом является аминоспирт СФИНГОЗИН»:
а) церамиды представляют собой ацилированный по аминогруппе сфингозин:
б) сфингомиелин-церамид, содержащий остаток холина, присоединенного к гидроксилу сфингозина через фосфорную кислоту, подобно тому, как это наблюдается у глицерофосфолипидов:
в) гликосфинголипиды подразделяются на цереброзиды и ганглиозиды. Цереброзиды содержат остатки глюкозы или галактозы, связанные гликозидной связью с третьим гидроксилом сфингозина (без участия фосфорной кислоты). Ганглиозиды содержат остатки олигосахаридов (цепочки из молекул углеводов) в этих положениях.
2. АЛИФАТИЧЕСКИЕ СПИРТЫ И ВОСКА
ВОСКА- сложные эфиры высших моноатомных спиртов жирного (реже-ароматического) ряда и высших жирных кислот. В качестве примеси содержат некоторое количество свободных ЖК С 14-34 и спиртов С 22-32 , углеводородов насыщенных С 21-37 , ароматические и красящие вещества.
Функция в организме- защита кожи, перьев, плодов .
СПЕРМАЦЕТ — эфир цетилового спирта (СН 3 (СН 2 ) 14 СН 2 ОН) и пальмитиновой кислоты СН 3 (СН 2 ) 14 СООН. Добывается из головы кашалота, где находится в фиброзном мешке в углублении костей черепа. Звукопровод при эхолокации.
ЛАНОЛИН- смазочное вещество шерсти овец. ПЧЕЛИНЫЙ ВОСК, среди прочего, содержит сложный эфир пальмитиновой кислоты C 15 H 31 COOH и мирицилового спирта C 29 H 59 CH 2 OH (мирицилпальмитат).
ТЕРПЕНЫ — состоят из остатков изопрена СН 2 =С(СН 3 )-СН=СН 2 . Монотерпены- содержат два остатка изопрена, дитерпены- содержат четыре остатка, тритерпены- шесть остатков и т.д. Часто образуются циклические структуры.
Монотерпенами являются ЛИНАЛООЛ (обуславливающий запах ландыша):
а также альфа-ПИНЕН, МЕНТОЛ и КАМФОРА:
К терпенам относятся также витамин А:
витамин Е:
и витамин К2:
Общей структурной базой стероидов является циклопентанпергидрофенантрен:
Наиболее часто в растительных и животных жирах можно встретить представителей трех производных циклопентанпергидрофенантрена: холестана, эргостана и стигмастана:
Стероидную структуру имеют многие гормоны. Наиболее известный из стероидов-холестерин,
важнейшая функция которого- превращение в гормон прогестерон, образование желчных кислот
(для облегчения всасывания липидов в тонкой кишке) и витамина D 3 .
IV. ВЕЩЕСТВА ДРУГИХ КЛАССОВ
ЛИПОПРОТЕИНЫ — сложные белки, простетической группой которых являются различные жироподобные вещества (удерживаемые за счет сил слабого взаимодействия. В составе бывают полярные и нейтральные липиды, холестерин и нейтральные эфиры, фосфо- и гликолипиды.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ
ОСНОВНАЯ ФУНКЦИЯ — участие в формировании мембран (фосфолипиды, регуляция ионной проницаемости). Содержание в мембранах постоянно, уменьшение содержания происходит только в случаях крайнего истощения.
СТРУКТУРНЫЕ ЛИПИДЫ — постоянный компонент протоплазмы.
РЕЗЕРВНЫЕ ЛИПИДЫ — (относительно мобильные липиды жировых депо, их содержание может существенно меняться).
ФУНКЦИИ РЕЗЕРВНЫХ ЛИПИДОВ :
1. МЕХАНИЧЕСКАЯ- фиксация анатомического положения внутренних органов, защита органов от механических воздействий извне и тряски.
2. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ- ограничение теплопотери и перегрева.
3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ- материал, расходуемый на энергозатраты при недостатке поступления питательных веществ с пищей.
Источник
ГЛАВА 10. ЛИПИДЫ
ГЛАВА 10. ЛИПИДЫ
Липиды
составляют большую и достаточно разнородную по химическому составу
группу входящих в состав живых клеток органических веществ, растворимых
в малополярных органических растворителях (эфире, бензоле, хлороформе и
др.) и нерастворимых в воде. В общем виде они рассматриваются как
производные жирных кислот.
Особенность
строения липидов — присутствие в их молекулах одновременно полярных
(гидрофильных) и неполярных (гидрофобных) структурных фрагментов, что
придает липидам сродство как к воде, так и к неводной фазе. Липиды
относятся к бифильным веществам, что позволяет им осуществлять свои
функции на границе раздела фаз.
10.1. Классификация
Липиды делят на простые (двухкомпонентные), если продуктами их гидролиза являются спирты и карбоновые кислоты, и сложные (многокомпонентные),
когда в результате их гидролиза кроме этого образуются и другие
вещества, например фосфорная кислота и углеводы. К простым липидам
относятся воски, жиры и масла, а также церамиды, к сложным —
фосфолипиды, сфинголипиды и гликолипиды (схема 10.1).
Схема 10.1. Общая классификация липидов
10.2. Структурные компоненты липидов
Все группы липидов имеют два обязательных структурных компонента — высшие карбоновые кислоты и спирты.
Высшие жирные кислоты (ВЖК). Многие высшие карбоновые кислоты были впервые выделены из жиров, поэтому они получили название жирных. Биологически важные жирные кислоты могут быть насыщенными (табл. 10.1) и ненасыщенными (табл. 10.2). Их общие структурные признаки:
• являются монокарбоновыми;
• содержат неразветвленную углеродную цепь;
• включают четное число атомов углерода в цепи;
• имеют цис-конфигурацию двойных связей (если они присутствуют).
Таблица 10.1. Основные насыщенные жирные кислоты липидов
В
природных кислотах число атомов углерода колеблется от 4 до 22, но
чаще встречаются кислоты с 16 или 18 атомами углеро- да. Ненасыщенные
кислоты содержат одну или несколько двойных связей, имеющих
цис-конфигурацию. Ближайшая к карбоксильной группе двойная связь обычно
расположена между атомами С-9 и С-10. Если двойных связей несколько, то
они отделены друг от друга метиленовой группой СН2.
Правилами ИЮПАК для ВЖК допускается использование их тривиальных названий (см. табл. 10.1 и 10.2).
В
настоящее время также применяется собственная номенклатура
ненасыщенных ВЖК. В ней концевой атом углерода, независимо от длины
цепи, обозначается последней буквой греческого алфавита ω (омега).
Отсчет положения двойных связей производится не как обычно от
карбоксильной группы, а от метильной группы. Так, линоленовая кислота
обозначается как 18:3 ω-3 (омега-3).
Сама
линолевая кислота и ненасыщенные кислоты с иным числом атомов
углерода, но с расположением двойных связей также у третьего атома
углерода, считая от метильной группы, составляют семейство омега-3 ВЖК.
Другие типы кислот образуют аналогичные семейства линолевой (омега-6) и
олеиновой (омега-9) кислот. Для нормальной жизнедеятельности человека
большое значение имеет правильный баланс липидов трех типов кислот:
омега-3 (льняное масло, рыбий жир), омега-6 (подсолнечное, кукурузное
масла) и омега-9 (оливковое масло) в рационе питания.
Из насыщенных кислот в липидах человеческого организма наиболее важны пальмитиновая С16 и стеариновая С18 (см. табл. 10.1), а из ненасыщенных — олеиновая С18:1, линолевая С18:2, линоленовая и арахидоновая С20:4 (см. табл. 10.2).
Следует подчеркнуть роль полиненасыщенных линолевой и линоленовой кислот как соединений, незаменимых для человека («витамин F»). В организме они не синтезируются и должны поступать с пищей в количестве около 5 г в день. В природе эти кислоты содержатся в основном в растительных маслах. Они способствуют
Таблица 10.2. Основные ненасыщенные жирные кислоты липидов
* Включена для сравнения. ** Для цис-изомеров.
нормализации липидного профиля плазмы крови. Линетол, представляющий
собой смесь этиловых эфиров высших жирных ненасыщенных кислот,
используется в качестве гиполипидемического лекарственного средства
растительного происхождения. Спирты. В состав липидов могут входить:
• высшие одноатомные спирты;
• многоатомные спирты;
• аминоспирты.
В природных липидах наиболее часто встречаются насыщенные и реже ненасыщенные длинноцепочечные спирты (С16 и более) главным образом с четным числом атомов углерода. В качестве примера высших спиртов приведены цетиловый СH3(СН2)15ОН и мелиссиловый СН3(СН2)29ОН спирты, входящие в состав восков.
Многоатомные
спирты в большинстве природных липидов представлены трехатомным
спиртом глицерином. Встречаются другие многоатомные спирты, например
двухатомные спирты этиленгликоль и пропандиол-1,2, а также миоинозит
(см. 7.2.2).
Наиболее важными
аминоспиртами, входящими в состав природных липидов, являются
2-аминоэтанол (коламин), холин, относя- щийся также к α-аминокислотам
серин и сфингозин.
Сфингозин — ненасыщенный длинноцепочечный двухатомный аминоспирт. Двойная связь в сфингозине имеет транс-конфигура- цию, а асимметрические атомы С-2 и С-3 — D-конфигурацию.
Спирты
в липидах ацилированы высшими карбоновыми кислотами по соответствующим
гидроксильным группам или аминогруппам. У глицерина и сфингозина один
из спиртовых гидроксилов может быть этерифицирован замещенной фосфорной
кислотой.
10.3. Простые липиды
10.3.1. Воски
Воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных спиртов.
Воски
образуют защитную смазку на коже человека и животных и предохраняют
растения от высыхания. Они применяются в фармацевтической и парфюмерной
промышленности при изготовлении кремов и мазей. Примером служит цетиловый эфир пальмитиновой кислоты (цетин) — главный компонент спермацета. Спермацет выделяется из жира, содержащегося в полостях черепной коробки кашалотов. Другим примером является мелиссиловый эфир пальмитиновой кислоты — компонент пчелиного воска.
10.3.2. Жиры и масла
Жиры
и масла — самая распространенная группа липидов. Большинство из них
принадлежит к триацилглицеринам — полным эфирам глицерина и ВЖК, хотя
также встречаются и принимают участие в обмене веществ моно- и
диацилглицерины.
Жиры и масла (триацилглицерины) — сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.
В
организме человека триацилглицерины играют роль структурного
компонента клеток или запасного вещества («жировое депо»). Их
энергетическая ценность примерно вдвое больше, чем белков
или
углеводов. Однако повышенный уровень триацилглицеринов в крови
является одним из дополнительных факторов риска развития ишемической
болезни сердца.
Твердые триацилглицерины
называют жирами, жидкие — маслами. Простые триацилглицерины содержат
остатки одинаковых кислот, смешанные — различных.
В
составе триацилглицеринов животного происхождения обычно преобладают
остатки насыщенных кислот. Такие триацилглицерины, как правило, твердые
вещества. Напротив, растительные масла содержат в основном остатки
ненасыщенных кислот и имеют жидкую консистенцию.
Ниже
приведены примеры нейтральных триацилглицеринов и указаны их
систематические и (в скобках) обычно употребляемые тривиальные
названия, основанные на названиях входящих в их состав жирных кислот.
10.3.3. Церамиды
Церамиды — это N-ацилированные производные спирта сфингозина.
Церамиды
в незначительных количествах присутствуют в тканях растений и
животных. Гораздо чаще они входят в состав сложных липидов —
сфингомиелинов, цереброзидов, ганглиозидов и др.
(см. 10.4).
10.4. Сложные липиды
Некоторые
сложные липиды трудно классифицировать однозначно, так как они
содержат группировки, позволяющие отнести их одновременно к различным
группам. Согласно общей классификации липидов (см. схему 10.1) сложные
липиды обычно делят на три большие группы: фосфолипиды, сфинголипиды и
гликолипиды.
10.4.1. Фосфолипиды
В
группу фосфолипидов входят вещества, отщепляющие при гидролизе
фосфорную кислоту, например глицерофосфолипиды и некоторые сфинголипиды
(схема 10.2). В целом фосфолипидам свойственно достаточно высокое
содержание ненасыщенных кислот.
Схема 10.2. Классификация фосфолипидов
Глицерофосфолипиды. Эти соединения являются главными липидными компонентами клеточных мембран.
По химическому строению глицерофосфолипиды представляют собой производные l-глицеро-З-фосфата.
l-Глицеро-З-фосфат содержит асимметрический атом углерода и, следовательно, может существовать в виде двух стереоизомеров.
Природные
глицерофосфолипиды имеют одинаковую конфигурацию, являясь производными
l-глицеро-З-фосфата, образующегося в процессе метаболизма из фосфата
дигидроксиацетона.
Фосфатиды. Среди глицерофосфолипидов наиболее распространены фосфатиды — сложноэфирные производные l-фосфатидовых кислот.
Фосфатидовые кислоты — это производные l-глицеро-З-фосфата, этерифицированные жирными кислотами по спиртовым гидроксильным группам.
Как
правило, в природных фосфатидах в положении 1 глицериновой цепи
находится остаток насыщенной, в положении 2 — ненасыщенной кислоты, а
один из гидроксилов фосфорной кислоты этерифицирован многоатомным
спиртом или аминоспиртом (X — остаток этого спирта). В организме (рН
~7,4) оставшийся свободным гидроксил фосфорной кислоты и другие
ионогенные группировки в фосфатидах ионизированы.
Примерами фосфатидов могут служить соединения, в составе которых фосфатидовые кислоты этерифицированы по фосфатному гидроксилу соответствующими спиртами:
• фосфатидилсерины, этерифицирующий агент — серин;
•
фосфатидилэтаноламины, этерифицирующий агент — 2-ами- ноэтанол (в
биохимической литературе часто, но не вполне правильно называемый
этаноламином);
• фосфатидилхолины, этерифицирующий агент — холин.
Эти
этерифицирующие агенты взаимосвязаны между собой, поскольку фрагменты
этаноламина и холина могут образовываться в ходе метаболизма из
фрагмента серина путем декарбоксилирования и последующего метилирования
при помощи S-аденозилметионина (SAM) (см. 9.2.1).
Ряд
фосфатидов вместо аминосодержащего этерифицирующего агента содержит
остатки многоатомных спиртов — глицерина, миоинозита и др. Приведенные
ниже в качестве примера фосфатидилглицерины и фосфатидилинозиты
относятся к кислым глицерофосфолипидам, поскольку в их структурах
отсутствуют фрагменты аминоспиртов, придающие фосфатидилэтаноламинам и
родственным соединениям нейтральный характер.
Плазмалогены. Менее
распространены по сравнению со сложноэфирными глицерофосфолипидами
липиды с простой эфирной связью, в частности плазмалогены. Они содержат
остаток ненасыщенного
* Для удобства
способ написания конфигурационной формулы остатка миоинозита в
фосфатидилинозитах изменен по сравнению с приведенным выше (см. 7.2.2).
спирта,
связанный простой эфирной связью с атомом С-1 глицеро- 3-фосфата, как,
например, плазмалогены с фрагментом этаноламина —
L-фосфатидальэтаноламины. Плазмалогены составляют до 10% всех липидов
ЦНС.
10.4.2. Сфинголипиды
Сфинголипиды
представляют собой структурные аналоги глицерофосфолипидов, в которых
вместо глицерина используется сфинго- зин. Другим примером
сфинголипидов служат рассмотренные выше церамиды (см. 10.3.3).
Важную группу сфинголипидов составляют сфингомиелины, впервые
обнаруженные в нервной ткани. В сфингомиелинах гидроксильная группа у
С-1 церамида этерифицирована, как правило, фосфатом холина (реже
фосфатом коламина), поэтому их можно отнести и к фосфолипидам.
10.4.3. Гликолипиды
Как
можно судить по названию, соединения этой группы включают углеводные
остатки (чаще D-галактозы, реже D-глюкозы) и не содержат остатка
фосфорной кислоты. Типичные представители гликолипидов — цереброзиды и
ганглиозиды — представляют собой сфингозинсодержащие липиды (поэтому их
можно считать и сфинголипидами).
В цереброзидах остаток
церамида связан с D-галактозой или D-глю- козой β-гликозидной связью.
Цереброзиды (галактоцереброзиды, глюкоцереброзиды) входят в состав
оболочек нервных клеток.
Ганглиозиды —
богатые углеводами сложные липиды — впервые были выделены из серого
вещества головного мозга. В структурном отношении ганглиозиды сходны с
цереброзидами, отличаясь тем, что вместо моносахарида они содержат
сложный олигосахарид, включающий по крайней мере один остаток V -ацетилнейраминовой кислоты (см. Приложение 11-2).
10.5. Свойства липидов
и их структурных компонентов
Особенностью сложных липидов является их бифильность, обусловленная
неполярными гидрофобными и высокополярными ионизированными
гидрофильными группировками. В фосфатидилхолинах, например,
углеводородные радикалы жирных кислот образуют два неполярных «хвоста»,
а карбоксильная, фосфатная и холиновая группы — полярную часть.
На
границе раздела фаз такие соединения действуют, как превосходные
эмульгаторы. В составе клеточных мембран липид- ные компоненты
обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны, ее
непроницаемость для ионов и полярных молекул и проницаемость для
неполярных веществ. В частности, большинство анестезирующих препаратов
хорошо растворяются в липидах, что позволяет им проникать через
мембраны нервных клеток.
Жирные кислоты — слабые электролиты (pKa~4,8). Они в малой степени диссоциированы в водных растворах. При pH < pKaпреобладает неионизированная форма, при pH > pKa, т. е. в физиологических условиях, преобладает ионизированная форма RCOO-. Растворимые соли высших жирных кислот называются мылами. Натриевые
соли высших жирных кислот твердые, калиевые — жидкие. Как соли слабых
кислот и сильных оснований мыла частично гидролизуются в воде, их
растворы имеют щелочную реакцию.
Природные ненасыщенные жирные кислоты, имеющие цис-конфигурацию двойной связи, обладают большим запасом внутренней энергии и, следовательно, по сравнению с транс-изомерами термодинамически менее стабильны. Их цис-транс-изомеризация
легко проходит при нагревании, особенно в присутствии инициаторов
радикальных реакций. В лабораторных условиях это превращение можно
осуществить действием оксидов азота, образующихся при разложении
азотной кислоты при нагревании.
Высшие
жирные кислоты проявляют общие химические свойства карбоновых кислот. В
частности, они легко образуют соответствующие функциональные
производные. Жирные кислоты с двойными связями проявляют свойства
ненасыщенных соединений — присоединяют по двойной связи водород,
галогеноводороды и другие реагенты.
10.5.1. Гидролиз
С
помощью реакции гидролиза устанавливают строение липидов, а также
получают ценные продукты (мыла). Гидролиз — первая стадия утилизации и
метаболизма пищевых жиров в организме.
Гидролиз
триацилглицеринов осуществляют либо воздействием перегретого пара (в
промышленности), либо нагреванием с водой в присутствии минеральных
кислот или щелочей (омыление). В организме гидролиз липидов проходит
под действием ферментов липаз. Некоторые примеры реакций гидролиза
приведены ниже.
В плазмалогенах, как и в обычных виниловых эфирах, простая эфирная связь расщепляется в кислой, но не в щелочной среде.
10.5.2. Реакции присоединения
Липиды,
содержащие в структуре остатки ненасыщенных кислот, присоединяют по
двойным связям водород, галогены, галогеноводороды, воду в кислой
среде. Иодное число — это мера ненасыщенности триацилглицеринов. Оно соответствует числу граммов иода, которое может присоединиться к 100 г
вещества. Состав природных жиров и масел и их иодные числа варьируют в
достаточно широких пределах. В качестве примера приводим
взаимодействие 1-олеоил- дистеароилглицерина с иодом (иодное число этого
триацилглицерина равно 30).
Каталитическое
гидрирование (гидрогенизация) ненасыщенных растительных масел — важный
промышленный процесс. В этом случае водород насыщает двойные связи и
жидкие масла превращаются в твердые жиры.
10.5.3. Реакции окисления
Окислительные
процессы с участием липидов и их структурных компонентов достаточно
разнообразны. В частности, окисление кис- лородом воздуха ненасыщенных
триацилглицеринов при хранении (автоокисление, см. 3.2.1),
сопровождаемое гидролизом, является частью процесса, известного как прогоркание масла.
Первичными
продуктами взаимодействия липидов с молекулярным кислородом являются
гидропероксиды, образующиеся в резуль- тате цепного
свободнорадикального процесса (см. 3.2.1).
Пероксидное окисление липидов —
один из наиболее важных окислительных процессов в организме. Он
является основной причиной повреждения клеточных мембран (например, при
лучевой болезни).
Структурные фрагменты ненасыщенных высших жирных кислот в фосфолипидах служат мишенью для атаки активными формами кис- лорода (АФК, см. Приложение 03-1).
При
атаке, в частности, гидроксильным радикалом HO’, наиболее активным из
АФК, молекулы липида LH происходит гомолитический разрыв связи С-Н в
аллильном положении, как показано на примере модели пероксидного
окисления липидов (схема 10.3). Образующийся радикал аллильного типа L’
мгновенно реагирует с находящимся в среде окисления молекулярным
кислородом с образованием липидпероксильного радикала LOO’. С этого
момента начинается цепной каскад реакций пероксидации липидов, поскольку
происходит постоянное образование аллильных липидных радикалов L’,
возобнов- ляющих этот процесс.
Липидные
пероксиды LOOH — неустойчивые соединения и могут спонтанно или при
участии ионов металлов переменной валентности (см. 3.2.1) разлагаться с
образованием липидоксильных радикалов LO’, способных инициировать
дальнейшее окисление липидного субстрата. Такой лавинообразный процесс
пероксидного окисления липидов представляет собой опасность разрушения
мембранных структур клеток.
Промежуточно
образующийся радикал аллильного типа имеет мезомерное строение и может
далее подвергаться превращениям по двум направлениям (см. схему 10.3,
пути а и б), приводящим к промежуточным гидропероксидам.
Гидропероксиды нестабильны и уже при обычной температуре распадаются с
образованием альдегидов, которые далее окисляются в кислоты — конечные
продукты реакции. В результате получаются в общем случае две
монокарбоновые и две дикарбоновые кислоты с более короткими углеродными
цепями.
Ненасыщенные кислоты и липиды с
остатками ненасыщенных кислот в мягких условиях окисляются водным
раствором перманга- ната калия, образуя гликоли, а в более жестких (с
разрывом углеродуглеродных связей) — соответствующие кислоты.
Источник