Роль холестерина в клеточной мембране
Содержание статьи
Роль холестерина в биологических мембранах : Farmf
РОЛЬ ХОЛЕСТЕРИНА В БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАНАХ
Биомембранология Болдырев А.А., Кяйвяряйнен Е.И., Илюха В.А.
Было показано, что холестерин влияет на подвижность жирнокислотных хвостов мембранных липидов. Если мембрана слишком ригидна и существует опасность «застывания» жирнокислотных цепей, холестерин вызывает ее разжижение, поскольку цепи в его присутствии становятся более подвижными. Если же мембрана слишком «жидкая», то холестерин ее уплотняет. Таким образом, холестерол играет роль регулятора, обеспечивающего правильную упаковку липидной части мембраны, необходимую для ее нормальной работы. Для мутантных клеток, которые не могут синтезировать холестерол, необходимо его присутствие в культуральной среде. В его отсутствии мембраны быстро разрушаются.
Один из возможных способов взаимной укладки молекул фосфолипида и холестерина показан на рис. 11. Предполагается, что неполярные цепи молекулы лецитина вытянуты, а ее полярная головка изгибается так, что образуется фигура, напоминающая трость. В образующуюся при этом полость помещается молекула холестерина. Некоторые исследователи оспаривают обоснованность этой модели и полагают, что молекулы холестерина плавают в мембране более или менее свободно, или что в мембранах имеются островки, представляющие собой мультимолекулярные комплексы холестерина с липидами.
Какова же природа уплотняющего действия холестерина? Обычно углеводородные хвосты фосфолипидов располагаются не перпендикулярно к плоскости мембраны, а под некоторым углом. В присутствии холестерина наклон хвостов становится меньше. Каждая молекула лецитина занимает в присутствии холестерина меньшую площадь на поверхности мембраны, в результате чего происходит ее уплотнение. В организм человека холестерин поступает с пищей и всасывается в кишечнике (300-500 мг/сут). Кроме того, в дополнение к потребляемому с пищей в печени синтезируется 700-1000 мг/сут холестерина. В процессе обмена холестерина возникает возможность образования ряда важных биохимических соединений: витаминов группы D, половых гормонов, минералокортикоидов (альдостерона), глюкокортикоида кортизола, противовоспалительного фактора кортизона. Обмен холестерола в организме связан с образованием и взаимопревращениями целого ряда биологически активных веществ, в частности, желчных кислот. Распад холестерина приводит к образованию желчных кислот: холевой, таурохолевой, и гликохолевой. Изменение содержания холестерина в органах и тканях может привести к тяжелым заболеваниям. При желчнокаменной болезни в желчном пузыре и печени образуются отложения холестерина – камни.
При атеросклерозе повышается содержание холестерина в крови. Он аккумулируется на мембранах гладкомышечных стенок сосудов, вызывая сужение их просвета или даже закупорку. Липидный состав различных мембран у различных животных существенно отличается (рис. 12). В субклеточных фракциях преобладают ФХ и ФЭ, а в цитоплазматических – холестерин. Наблюдаются также различия индивидуальные (между отдельными особями) и сезонные (связанные со сдвигами в липидном обмене). При сравнении липидного состава мембран разного происхождения следует принимать во внимание лишь выраженные различия.
Помимо того, что липиды являются основным структурным компонентом мембран, они выполняют и другие клеточные функции. Они входят в состав внутриядерных структур, таких как хромосомы, хроматин, ДНК-мембранный комплекс и ядерный матрикс. Они также принимают участие в регуляции репликации, репарации и транскрипции ДНК за счет изменения активности ферментов, принимающих участие в процессах биосинтеза нуклеиновых кислот. Фосфолипиды ядерного матрикса, в основном, состоят из сфингомиелина и фосфатидилхолина. В регенерирующей печени крыс сфингомиелин принимает участие в регуляции синтеза ДНК на ядерном матриксе.
Особенности липидного состава бактерий часто используют для их классификации. Деление их на грам-отрицательные и грамположительные основано на отсутствии или наличии окраски по Граму генцианфиолетовым в соответствии с наличием или отсутствием в составе клеточной стенки пептидогликанов и тейхоевых кислот. Особенностями строения бактериальной оболочки объясняется и тот факт, что на грам-положительные бактерии действует пенициллин, а на грам-отрицательные – стрептомицин.
Источник
Холестерин и его функции в организме
Холестери́н (др.-греч. χολή — жёлчь и στερεός — твёрдый) — органическое соединение, природный полициклический липофильный спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех животных и человека. Холестерин в составе клеточной плазматической мембраны придает ей определённую жёсткость за счёт увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов. Таким образом, холестерин — стабилизатор текучести плазматической мембраны. Холестерин открывает цепь биосинтеза стероидных половых гормонов (эстрогены, прогестерон, тестостерон) и кортикостероидов (кортизол, альдостерон), служит основой для образования желчных кислот и витаминов группы D, участвует в регулировании проницаемости клеток и предохраняет эритроциты крови от действия гемолитических ядов.
Холестерин бывает двух видов: низкой плотности (ЛПНП) и высокой плотности (ЛПВП). Большое содержание ЛПВП в крови характерно для здорового организма, поэтому часто эти липопротеиды называют «хорошими». Высокомолекулярные липопротеиды хорошо растворимы и не склонны к выделению холестерина в осадок, и тем самым защищают сосуды от атеросклеротических изменений (то есть не являются атерогенными).
Уровень холестерина в крови измеряется либо в ммоль/л (миллимоль на литр — единица, действующая в РФ) либо в мг/дл (миллиграмм на децилитр, 1 ммоль/л равен 38,665 мг/дл). Идеально, когда уровень «плохих» низкомолекулярных липопротеидов ниже 2,586 ммоль/л (для лиц с высоким риском сердечно-сосудистых заболеваний — ниже 1,81 ммоль/л). Такой уровень, однако, у взрослых достигается редко. Если уровень низкомолекулярных липопротеидов выше 4,138 ммоль/л, рекомендуется использовать диету для снижения его ниже 3,362 ммоль/л (что может привести к депрессивным расстройствам, повышенному риску инфекционных и онкологических заболеваний. Если этот уровень выше 4,914 ммоль/л или упорно держится выше 4,138 мг/дл, рекомендуется рассмотреть возможность лекарственной терапии. Для лиц с высоким риском сердечно-сосудистых заболеваний эти цифры могут снижаться. Доля «хороших» высокомолекулярных липопротеидов в общем уровне холестерин-связывающих липопротеидов чем выше, тем лучше. Хорошим показателем считается, если он гораздо выше 1/5 от общего уровня холестерин-связывающих липопротеидов.
К факторам, повышающим уровень «плохого» холестерина, относятся:
- курение;
- избыточный вес или ожирение, переедание;
- гиподинамия или недостаточная физическая активность;
- неправильное питание с высоким содержанием трансжиров (содержащихся в частично гидрогенизированных жирах), высоким содержанием в пище углеводов (особенно легкоусваиваемых, вроде сладостей и кондитерских изделий), недостаточным содержанием клетчатки и пектинов, липотропных факторов, полиненасыщенных жирных кислот, микроэлементов и витаминов;
- застой жёлчи в печени при различных нарушениях работы этого органа;
- также некоторые эндокринные нарушения — сахарный диабет, гиперсекреция инсулина, гиперсекреция гормонов коры надпочечников, недостаточность гормонов щитовидной железы, половых гормонов.
В организме здорового человека в результате обменных процессов количество холестерина поддерживается на постоянном уровне. При этом некоторое его количество поступает в организм с продуктами питания, так называемый пищевой холестерин, а большая часть синтезируется в организме из жиров и углеводов. Прием холестерина в пределах суточной нормы (0,6 г) существенно не влияет на его уровень в крови. Холестерин преимущественно продуцируется в печени, причем его синтез находится в обратной зависимости от количества холестерина, поступающего с пищей. Повышенное потребление продуктов с высоким содержанием холестерина при нормальном липидном обмене снижает его выработку в организме. Однако, при длительном потреблении пищевого холестерина сверх дневной нормы его уровень в крови повышается. При нарушенном липидном обмене даже незначительное увеличение потребляемого с пищей холестерина приводит к повышению его уровня в крови. Нарушение липидного обмена может произойти при длительном несоблюдении правильного режима питания, при некоторых хронических заболеваниях, в результате изменения гормонального фона организма, от генетической предрасположенности и т.д. Наряду с тем, что холестерин относится к физиологически необходимым веществам, выполняющим жизненно важные функции в организме, он также является основным фактором развития атеросклероза.
К продуктам с высоким содержанием холестерина относятся яичный желток, говяжий жир, мозги животных, печень, почки, икра, масло, сметана и другие жирные молочные продукты. При нарушении липидного обмена следует сократить потребление продуктов с высоким содержанием холестерина, особенно больным атеросклерозом и ишемической болезнью сердца, а также людям пожилого возраста. Исключение составляют яйца и молочные жиры, содержащие лицетин. Благодаря содержанию в нем фосфора и холина, лецитин является биологическим антагонистом холестерина, он способствует улучшению процессов обмена холестерина в организме и препятствует возникновению атеросклероза. Здоровым людям не следует строго соблюдать бесхолестериновые диеты. Пища, даже с высоким содержанием холестерина, потребляемая в умеренных количествах, не может вызвать серьезных отрицательных последствий. Но и перегружать организм избыточным потреблением продуктов с высоким содержанием холестерина тоже нельзя.
Подводя итоги можно сделать вывод, что холестерин — это сложное и важное вещество, ответственное за выполнение широкого спектра функций в организме. Поэтому, здоровый образ жизни, правильное питание, отказ от табакокурения и чрезмерного употребления алкоголя, борьба со стрессом и позитивный настрой помогут контролировать соотношение липопртеинов в организме, укрепляя естественным образом наше здоровье и долголетие.
Информация подготовлена врачом по гигиеническому воспитанию ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Калининградской области» Деревягиной В.А.
Источник
ликолипиды. Холестерол. Жидкостно-мозаичная модель мембраны.
Оглавление темы «Электронная микроскопия. Мембрана.»:
1. Разрешающая способность электронного микроскопа. Увеличение электронной микроскопии.
2. Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа.
3. Сканирующий электронный микроскоп. Фракционирование клеток.
4. Ультраструктура животных и растительных клеток. Клеточные мембраны.
5. Фосфолипиды клеток. Белки клеток.
6. Гликолипиды. Холестерол. Жидкостно-мозаичная модель мембраны.
7. Функции мембран. Значение клеточной мембраны.
8. Транспорт через плазматическую мембрану. Диффузия. Облегченная диффузия.
9. Скорость диффузии. Закон Фика. Принципы облегченной диффузии.
10. Осмос. Пример осмоса. Механизмы осмоса.
Гликолипиды. Холестерол. Жидкостно-мозаичная модель мембраны.
В мембранах содержатся также гликолипиды и холестерол. Гликолипиды — это липиды с присоединенными к ним углеводами. Как и у фосфолипидов, у гликолипидов имеются полярные головы и неполярные хвосты. Холестерол близок к липидам; в его молекуле также имеется полярная часть.
Жидкостно-мозаичная модель мембраны
В 1972 г. Сингер и Николсон (Singer, Nicolson) предложили жидкостно-мозаичную модель мембраны, согласно которой белковые молекулы плавают в жидком фосфолипидном бислое. Они образуют в нем как бы своеобразную мозаику, но поскольку бислой этот жидкий, то и сам мозаичный узор не жестко фиксирован; белки могут менять в нем свое положение. Покрывающая клетку тонкая мембрана напоминает пленку мыльного пузыря — она тоже все время «переливается».
На рисунке представлено плоскостное изображение жидкостно-мозаичной модели мембраны и ее трехмерная модель.
Ниже суммированы известные нам данные, касающиеся строения и свойств клеточных мембран.
1. Толщина мембран составляет около 7 нм.
2. Основная структура мембраны — фосфолипидный бислой.
3. Гидрофильные головы фосфолипидных молекул обращены наружу — в сторону водного содержимого клетки и в сторону наружной водной среды.
4. Гидрофобные хвосты обращены внутрь — они образуют гидрофобную внутреннюю часть бислоя.
5. Фосфолипиды находятся в жидком состоянии и быстро диффундируют внутри бислоя — перемещаются в латеральном направлении.
6. Жирные кислоты, образующие хвосты фосфолипидных молекул, бывают насыщенными и ненасыщенными. В ненасыщенных кислотах имеются изломы, что делает упаковку бислоя более рыхлой. Следовательно, чем больше степень ненасыщенности, тем более жидкую консистенцию имеет мембрана.
7. Большая часть белков плавает в жидком фосфолипидном бислое, образуя в нем своеобразную мозаику, постоянно меняющую свой узор.
8. Белки сохраняют связь с мембраной, поскольку в них есть участки, состоящие из гидрофобных аминокислот, взаимодействующих с гидрофобными хвостами фосфо-липидов; вода из этих мест выталкивается. Другие участки белков гидрофильны. Они обращены либо к окружению клетки, либо к ее содержимому, т. е. к водной среде.
9. Некоторые мембранные белки лишь частично погружены в фосфолипидный бислой, тогда как другие пронизывают его насквозь.
10. К некоторым белкам и липидам присоединены разветвленные олигосахаридные цепочки, играющие роль антенн. Такие соединения называются соответственно гликопротеинами и гликолипидами.
11. В мембранах содержится также холестерол. Подобно ненасыщенным жирным кислотам он нарушает плотную упаковку фосфолипидов и делает их более жидкими. Это важно для организмов, живущих в холодной среде, где мембраны могли бы затвердевать. Холестерол делает мембраны также более гибкими и вместе с тем более прочными. Без него они бы легко разрывались.
12. Две стороны мембраны, наружная и внутренняя, различаются и по составу, и по функциям.
— Также рекомендуем «Функции мембран. Значение клеточной мембраны.»
Источник
оль холестерола в организме. Пластические функции фосфолипидов и холестерола
Роль холестерола в организме. Пластические функции фосфолипидов и холестерола
а) Специфическое использование холестерола в организме. Холестерол используется для синтеза холевой кислоты в печени даже в большем количестве, чем для образования клеточных мембран. Более 80% холестерола превращается в холевую кислоту. Ее синтез наряду с использованием некоторых других веществ приводит к образованию солей желчных кислот, которые обеспечивают переваривание и всасывание жиров. В небольшом количестве холестерол используется:
(1) надпочечниками для синтеза адренокортикальных гормонов;
(2) яичниками для образования эстрогенов и прогестерона;
(3) семенниками для синтеза тестостерона.
Эти железы могут образовывать стерольную основу для синтеза гормонов, что рассматривается в соответствующих главах, посвященных эндокринологии.
Большое количество холестерола осаждается в сосочковом слое кожи. Холестерол наряду с другими липидами делает кожу высокоустойчивой к всасыванию растворимых в воде веществ и действию многих химических агентов в связи с высокой инертностью липидов кожи к действию кислот и других растворителей, которые в противном случае легко проникали бы в организм. Кроме того, липиды уменьшают испарение воды с поверхности кожи. Без такой защиты испарение воды достигало бы 5-10 л/сут (что наблюдается у пациентов с ожогами, приведшими к массивным повреждениям кожных покровов) вместо обычных 300-400 мл.
Холестерол
Типичные фосфолипиды
б) Пластические функции фосфолипидов и холестерола, особенно в связи с образованием клеточных мембран. Ранее лишь упоминалось об использовании фосфолипидов и холестерола в образовании структурных компонентов клеток, особенно мембран. Фосфолипиды и холестерол в больших количествах представлены как в наружных мембранах, так и в органоидах практически всех клеток. Известно, что отношение холестерола к фосфолипидам существенно предопределяет растворимость клеточных мембран.
Для образования мембран необходимы вещества, не растворимые в воде. В организме к таким веществам (кроме неорганических веществ кости) относятся только липиды и некоторые белки, поэтому структурной основой клеток служат в основном фосфолипиды, холестерол и некоторые протеины. Полярные заряды фосфолипидов уменьшают силу поверхностного натяжения между мембранами и окружающими их растворами.
Важная роль холестерола и фосфолипидов в образовании структурных компонентов клеток обусловлена низкой скоростью замещения этих веществ во всех тканях, кроме печени (скорость исчисляется месяцами и годами). Так, функциональное участие фосфолипидов и холестерола в обеспечении процессов памяти в клетках мозга сопряжено именно со структурной устойчивостью этих веществ.
— Также рекомендуем «Атеросклероз. Увеличение концентрации липопротеинов низкой плотности»
Оглавление темы «Физиология обмена жиров. Обмен холестерина»:
1. Образование в печени ацетоуксусной кислоты. Кетоз при голодании и привыкание к жирной пище
2. Синтез триглицеридов из углеводов. Этапы синтеза жиров из углеводов
3. Синтез триглицеридов из белков. Регуляция освобождения энергии из триглицеридов
4. Гормональная регуляция обмена жиров. Ожирение
5. Фосфолипиды и их обмен. Физиология образования холестерола
6. Роль холестерола в организме. Пластические функции фосфолипидов и холестерола
7. Атеросклероз. Увеличение концентрации липопротеинов низкой плотности
8. Семейная гиперхолестеролемия. Факторы риска развития атеросклероза
9. Профилактика атеросклероза. Свойства аминокислот
10. Аминокислоты крови. Пути поступления аминокислот
Источник