Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 6.2. Некоторые физиологически важные ненасыщенные жирные кислоты

Число

атомов

Тривиальное

название

Систематическое назва-

ние, включая место-

нахождение двойных

связей

Моноеновые кислоты

Пальмитиновая

Олеиновая

Эруковая

9-гексадеценовая

9-октадеценовая

13-докозеновая

Диеновые кислоты

Линолевая

9,12-октадека-

диеновая

Триеновые кислоты

Линоленовая

9,12,15-октаде-

катриеновая

Тетраеновые кислоты

Арахидоновая

5,8,11,14-эйко-

затетраеновая

Пентаеновые кислоты

Клупанодоновая

7,10,13,16,19-доко-

запентаеновая

Химическая формула

соединения

СН

—(СН

)

—СН=

=СН—(СН

)

—СООН

СН

—(СН

)

—СН=

=СН—(СН

)

—СООН

СН

—(СН

)

—СН=

=СН—(СН

)

—СООН

СН

—(СН

)

—СН=

=СН—СН

—СН=

=СН—(СН

)

—СООН

СН

—СН

—СН=

=СН—СН

—СН=

=СН—СН

—СН=

=СН—(СН

)

—СООН

СН

—(СН

)

—СН=

=СН—СН

—СН=

=СН—СН

—СН=

=СН—СН

—СН==

=СН—(СН

)

—СООН

СН

—СН

—СН=

=СН—СН

—СН=

=СН—СН

—СН=

=СН—СН

—СН=

=СН—СН

—СН=

=СН—(СН

)

—СООН

рических изомеров (рис. 6.1), причем природные ненасыщенные жирные

кислоты имеют цис-конфигурацию и крайне редко транс-конфигурации.

Считают, что жирной кислоте с несколькими двойными связями цис-

конфигурация придает углеводородной цепи изогнутый и укороченный вид.

По этой причине молекулы этих кислот занимают больший объем, а при

образовании кристаллов упаковываются не так плотно, как транс-изомеры.

Вследствие этого цис-изомеры имеют более низкую температуру плавления

(олеиновая кислота, например, при комнатной температуре находится

в жидком состоянии, тогда как элаидиновая – в кристаллическом). Цис-

конфигурация делает ненасыщенную кислоту менее стабильной и более

подверженной катаболизму.

191

Рис. 6.1. Конфигурация 18-углеродных насыщенных (а) и мононенасыщенных (б)

жирных кислот.

ГЛИЦЕРИДЫ (АЦИЛГЛИЦЕРОЛЫ)

Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы *) представляют собой

сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот.

Если жирными кислотами этерифицированы все три гидроксильные группы

глицерина (ацильные радикалы R

, R

и R

могут быть одинаковы или

различны), то такое соединение называют триглицеридом (триацилглице-

рол), если две – диглицеридом (диацилглицерол) и, наконец, если этери-

фицирована одна группа – моноглицеридом (моноацилглицерол):

* Согласно рекомендации Международной номенклатурной комиссии, глицериды следует

называть ацилглицеролами.

192

Стеариновая

кислота

Олеиновая кислота

Элаидиновая кислота

цис-

транс-

Глицерин (глицерол)

Моноглицерид (моноацилглицерол)

Диглицерид (диацилглицерол)

Триглицерид (триацилглицерол)

Наиболее распространенными являются триглицериды, часто называ-

емые нейтральными жирами или просто жирами. Нейтральные жиры

находятся в организме либо в форме протоплазматического жира, яв-

ляющегося структурным компонентом клеток, либо в форме запасного,

резервного, жира. Роль этих двух форм жира в организме неодинакова.

Протоплазматический жир имеет постоянный химический состав и со-

держится в тканях в определенном количестве, не изменяющемся даже при

патологическом ожирении, в то время как количество резервного жира

подвергается большим колебаниям.

Как отмечалось, основную массу природных нейтральных жиров со-

ставляют триглицериды. Жирные кислоты в триглицеридах могут быть

насыщенными и ненасыщенными. Из жирных кислот чаще встречаются

пальмитиновая, стеариновая и олеиновые кислоты. Если все три кислотных

радикала принадлежат одной и той же жирной кислоте, то такие три-

глицериды называют простыми (например, трипальмитин, тристеарин,

триолеин и т.д.), если разным жирным кислотам, то смешанными. Назва-

ния смешанных триглицеридов образуются в зависимости от входящих в их

состав жирных кислот, при этом цифры 1, 2 и 3 указывают на связь остатка

жирной кислоты с соответствующей спиртовой группой в молекуле гли-

церина (например, 1-олео-2-пальмитостеарин). Необходимо отметить, что

положение крайних атомов в молекуле глицерина на первый взгляд равно-

значно, тем не менее их обозначают сверху вниз – 1 и 3. Это объясняется

прежде всего тем, что в структуре триглицерида при пространственном ее

рассмотрении крайние «глицериновые» атомы углерода становятся уже не

равнозначными, если гидроксилы 1 и 3 ацилированы разными жирными

кислотами. При необходимости применяют также систему стереохими-

ческой нумерации (обозначают sn – stereochemical numbering): например,

1,2-дистеарил-3-пальмитил-sn-глицерол:

По этой системе, если в проекции Фишера гидроксильная группа при 2-м

углеродном атоме глицерина располагается слева, атому углерода, на-

ходящемуся над ним, присваивается номер 1, а расположенному под

ним – номер 3.

Действительно, углероды 1 и 3 глицерола, учитывая их пространствен-

ное расположение, неидентичны. Особенно четко это видно на примере

молекулы триглицерида. Ферменты это различают и всегда специфичны

только к одному из трех углеродов глицерина. Так, глицеролкиназа

фосфорилирует глицерин в положении sn-3, в результате чего образуется

глицерол-3-фосфат, но не глицерол-1-фосфат.

Жирные кислоты, входящие в состав триглицеридов, практически оп-

ределяют их физико-химические свойства. Так, температура плавления

триглицеридов повышается с увеличением числа и длины остатков на-

сыщенных жирных кислот. Напротив, чем выше содержание ненасыщенных

жирных кислот, или кислот с короткой цепью, тем ниже точка плавления.

193

Триацил-sn-глицерол

Животные жиры (сало) обычно содержат значительное количество на-

сыщенных жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.). благодаря

чему при комнатной температуре они твердые. Жиры, в состав которых

входит много ненасыщенных кислот, при обычной температуре жидкие

и называются маслами. Так, в конопляном масле 95% всех жирных кислот

приходится на долю олеиновой, линолевой и линоленовой кислот и только

5% – на долю стеариновой и пальмитиновой кислот. В жире человека,

плавящемся при температуре 15°С (при температуре тела он жидкий),

содержится 70% олеиновой кислоты.

Глицериды способны вступать во все химические реакции, свойственные

сложным эфирам. Наибольшее значение имеет реакция омыления, в ре-

зультате которой из триглицеридов образуются глицерол и жирные кисло-

ты. Омыление жира * может происходить как при ферментативном гидро-

лизе, так и при действии кислот или щелочей.

ВОСКА

Воска – сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных или

двухатомных спиртов с числом углеродных атомов от 16 до 22. Общие их

формулы можно представить так:

В этих формулах R, R' и R" – возможные радикалы.

Воска могут входить в состав жира, покрывающего кожу, шерсть, перья.

У растений 80% от всех липидов, образующих пленку на поверхности

листьев и плодов, составляют воска. Известно также, что воска являются

нормальными метаболитами некоторых микроорганизмов. Природные

воска (например, пчелиный воск, спермацет, ланолин) обычно содержат,

кроме указанных сложных эфиров, некоторое количество свободных жир-

ных кислот, спиртов и углеводородов с числом углеродных атомов 21–35.

ФОСФОЛИПИДЫ

Фосфолипиды представляют собой сложные эфиры многоатомных спиртов

глицерина или сфингозина с высшими жирными кислотами и фосфорной

кислотой. В состав фосфолипидов входят также азотсодержащие соеди-

нения: холин, этаноламин или серин. В зависимости от того, какой

многоатомный спирт участвует в образовании фосфолипида (глицерин или

сфингозин), последние делят на 2 группы: глицерофосфолипиды и сфинго-

фосфолипиды. Необходимо отметить, что в глицерофосфолипидах либо

холин, либо этаноламин или серин соединены эфирной связью с остатком

фосфорной кислоты; в составе сфинголипидов обнаружен только холин.

Наиболее распространенными в тканях животных являются глицерофосфо-

липиды.

* Жиры в качестве примесей содержат небольшое количество свободных жирных кислот

и незначительное количество неомыляемых веществ.

194

Глицерофосфолипиды

Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. В их

состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно

азотсодержащие соединения. Общая формула глицерофосфолипидов вы-

глядит так:

В этих формулах R

и R

– радикалы высших жирных кислот, a R

– чаще

радикал азотистого соединения. Для всех глицерофосфолипидов харак-

терно, что одна часть их молекул (радикалы R

и R

) обнаруживает резко

выраженную гидрофобность, тогда как другая часть гидрофильна благо-

даря отрицательному заряду фосфорной кислоты и положительному заряду

радикала R

Из всех липидов глицерофосфолипиды обладают наиболее выражен-

ными полярными свойствами. При помещении глицерофосфолипидов в

воду в истинный раствор переходит лишь небольшая их часть, основная же

масса липидов находится в виде мицелл. Существует несколько групп

(подклассов) глицерофосфолипидов. В зависимости от характера азотис-

того основания, присоединенного к фосфорной кислоте, Глицерофосфо-

липиды подразделяют на фосфатидилхолины (лецитины), фосфатидилэта-

ноламины (кефалины) и фосфатидилсерины. В состав некоторых глицеро-

фосфолипидов вместо азотсодержащих соединений входит не содержащий

азота шестиуглеродный циклический спирт инозит, называемый также

инозитолом. Эти липиды называются фосфатидилинозитолами.

Фосфатидилхолины (лецитины). В отличие от триглицеридов в молекуле

фосфатидилхолина одна из трех гидроксильных групп глицерина связана не

с жирной, а с фосфорной кислотой. Кроме того, фосфорная кислота в свою

очередь соединена эфирной связью с азотистым основанием – холином

[НО—СН

—СН

—N

(CH

)

]. Таким образом, в молекуле фосфатидил-

холина соединены глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорная кислота

и холин:

Фосфатидилэтаноламины. Основное различие между фосфатидилхоли-

нами и фосфатидилэтаноламинами – наличие в составе последних азотис-

того основания этаноламина

(HO—CH

—CH

—N

195

Фосфатидная кислота

Глицерофосфолипид

Фосфатидилхолин (лецитин)

Из глицерофосфолипидов в организме животных и высших растений

в наибольшем количестве встречаются фосфатидилхолины и фосфатидил-

этаноламины. Эти 2 группы глицерофосфолипидов метаболически связаны

друг с другом и являются главными липидными компонентами мембран

клеток.

Фосфатидилсерины. В молекуле фосфатидилсерина азотистым соеди-

нением служит остаток аминокислоты серина

Фосфатидилсерины распространены гораздо менее широко, чем фос-

фатидилхолины и фосфоэтаноламины, и их значение определяется в ос-

новном тем, что они участвуют в синтезе фосфатидилэтаноламинов.

Фосфатидилинозитолы. Эти липиды относятся к группе производных

фосфатидной кислоты, но не содержат азота. Радикалом (R

) в этом

подклассе глицерофосфолипидов является шестиуглеродный циклический

спирт инозитол:

Фосфатидилинозитолы довольно широко распространены в природе.

Они обнаружены у животных, растений и микроорганизмов. В животном

организме найдены в мозге, печени и легких.

Плазмалогены. От рассмотренных глицеролипидов плазмалогены от-

личаются тем, что вместо одного остатка высшей жирной кислоты со-

196

Фосфатидилэтаноламин

Фосфатидилсерин

Фосфатидилинозитол

держат остаток α,β-ненасыщенного спирта, который образует простую

связь (в отличие от сложноэфирной связи, образуемой остатком жирной

кислоты) с гидроксильной группой глицерина в положении С-1:

Основными подклассами плазмалогенов являются фосфатидальхолины,

фосфатидальэтаноламины и фосфатидальсерины. В разбавленных кислотах

плазмалогены гидролизуются с образованием альдегида соответствующего

α,β-ненасыщенного спирта, т.е. при кислотном гидролизе плазмалогенов

образуются «жирные» альдегиды, называемые плазмалями, что и легло

в основу термина «плазмалоген».

Кардиолипин. Своеобразным представителем глицерофосфолипидов яв-

ляется кардиолипин, впервые выделенный из сердечной мышцы. По своей

химической структуре кардиолипин можно рассматривать как соединение,

в котором 2 молекулы фосфатидной кислоты связаны с помощью одной

молекулы глицерина. В отличие от остальных глицерофосфолипидов кар-

диолипин является как бы «двойным» глицерофосфолипидом. Кардио-

липин локализован во внутренней мембране митохондрий. Функция его

пока неясна, хотя известно, что в отличие от других фосфолипидов

кардиолипин обладает иммунными свойствами.

В этой формуле R

, R

– радикалы высших жирных кислот.

Необходимо отметить, что в природе встречается свободная фосфатид-

ная кислота, но в относительно небольших количествах по сравнению

с глицерофосфолипидами. Среди жирных кислот, входящих в состав гли-

церофосфолипидов, обнаружены как насыщенные, так и ненасыщенные

(чаще стеариновая, пальмитиновая, олеиновая и линолевая).

Установлено также, что большинство фосфатидилхолинов и фосфати-

дилэтаноламинов содержат одну насыщенную высшую жирную кислоту

в положении С-1 и одну ненасыщенную высшую жирную кислоту в по-

ложении С-2. Гидролиз фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов

197

Фосфатидальхолин (плазмалоген)

Кардиолипин

при участии особых ферментов (эти ферменты относятся к фосфолипазам

), содержащихся, например, в яде кобры, приводит к отщеплению

ненасыщенной жирной кислоты и образованию лизофосфолипидов –

лизофосфатидилхолинов, или лизофосфатидилэтаноламинов, оказыва-

ющих сильное гемолитическое действие:

Сфинголипиды (сфингофосфолипиды)

Сфингомиелины. Это наиболее распространенные сфинголипиды. В ос-

новном они находятся в мембранах животных и растительных клеток.

Особенно богата ими нервная ткань. Сфингомиелины обнаружены также

в ткани почек, печени и других органов. При гидролизе сфингомиелины

образуют одну молекулу жирной кислоты, одну молекулу двухатомного

ненасыщенного спирта сфингозина, одну молекулу азотистого основания

(чаще это холин) и одну молекулу фосфорной кислоты. Общую формулу

сфингомиелинов можно представить так:

Общий план построения молекулы сфингомиелина в определенном

отношении напоминает строение глицерофосфолипидов. Молекула сфин-

гомиелина содержит как бы полярную «головку», которая несет одно-

временно и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток

фосфорной кислоты) заряды, и два неполярных «хвоста» (длинная али-

фатическая цепь сфингозина и ацильный радикал жирной кислоты).

В некоторых сфингомиелинах, например выделенных из мозга и селезенки,

вместо сфингозина найден спирт дигидросфингозин (восстановленный

сфингозин):

198

Лизофосфатидилхолин или лизофосфатидилэтаноламин

основание (холин или этаноламин)

Сфингозин

Фосфорная

кислота

Сфингомиелин

Жирная

кислота

Холин

Сфингозин

Дигидросфингозин

ГЛИКОЛИПИДЫ (ГЛИКОСФИНГОЛИПИДЫ)

Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани,

в частности в мозге. Главной формой гликолипидов в животных тканях

являются гликосфинголипиды. Последние содержат церамид, состоящий из

спирта сфингозина и остатка жирной кислоты, и один или несколько

остатков сахаров.

Простейшими гликосфинголипидами являются галактозилцерамиды и

глюкозилцерамиды.

Галактозилцерамиды * – главные сфинголипиды мозга и других

нервных тканей, но в небольших количествах встречаются и во многих

других тканях. В состав галактозилцерамидов входит гексоза (обычно это

D-галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой

аминоспирта сфингозина. Кроме того, в составе галактозилцерамида име-

ется жирная кислота. Чаще всего это лигноцериновая, нервоновая или це-

реброновая кислота, т.е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома.

Существуют сульфогалактозилцерамиды, которые отличаются от га-

лактозилцерамидов наличием остатка серной кислоты, присоединенного

к третьему углеродному атому гексозы. В мозге млекопитающих сульфо-

галактозилцерамиды в основном находятся в белом веществе, при этом

содержание их в мозге намного ниже, чем галактозилцерамидов.

Глюкозилцерамиды – простые гликосфинголипиды, представлены

в тканях, отличных от нервной, причем главным образом глюкозил-

церамидами. В небольших количествах они имеются в ткани мозга. В от-

личие от галактозилцерамидов у них вместо остатка галактозы имеется

остаток глюкозы.

Более сложными гликосфинголипидами являются ганглиозиды, обра-

зующиеся из гликозилцерамидов. Ганглиозиды дополнительно содержат

одну или несколько молекул сиаловой кислоты. В тканях человека до-

минирующей сиаловой кислотой является нейраминовая. Кроме того,

вместо остатка глюкозы они чаще содержат сложный олигосахарид.

Ганглиозиды в больших количествах находятся в нервной ткани. Они,

* Производные галактозилцерамидов нередко называют цереброзидами.

199

Сфингозин

Галактоза

Структура галактозилцерамида

Жирная кислота

(например, цереброновая кислота)

по-видимому, выполняют рецепторные и другие функции. Одним из прос-

тейших ганглиозидов является гематозид, выделенный из стромы эритро-

цитов. Он содержит церамид (ацилсфингозин), одну молекулу глюкозы,

одну молекулу N-ацетилнейраминовой кислоты.

СТЕРОИДЫ

Все рассмотренные липиды принято называть омыляемыми, поскольку при

их щелочном гидролизе образуются мыла. Однако имеются липиды,

которые не гидролизуются с освобождением жирных кислот. К таким

липидам относятся стероиды. Стероиды – широко распространенные в при-

роде соединения. Они часто обнаруживаются в ассоциации с жирами. Их

можно отделить от жира путем омыления * (они попадают в неомыляемую

фракцию). Все стероиды в своей структуре имеют ядро, образованное

гидрированным фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (коль-

цо D):

* Омылением называется гидролиз жира щелочью. Продуктами омыления являются

глицерин и щелочные соли жирных кислот, которые называют мылами.

200

Галактоза

Глюкоза

Сфингозин

N-ацетилнейраминовая

кислота

Гематозид (ганглиозид)

Фенантрен

Пергидрофенантрен

Циклопентан

Циклопентанпергидрофенантрен

(общая структурная основа стероидов)