Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
рода (хирального центра) в глицериновом остатке, что приводит к появлению L- и D-стереоизомеров:
'СН2-ОН
21
3сн2-о-ро3н2
сн2-он
СН2ОН
sn-Глицерил-З-фосфат _ . , ,
(L-глицерил-З-фосфат, srvr ™Церил-1 -фосфат
0-глицерил-1-фосфат)
Углеродный атом на вершине проекции Фишера обозначается С-1, если углеводородная цепь или ОН-группа, присоединенная к С-2, направлены влево. У большинства глицерофосфо-липидов фосфатная группа находится в sn-3-положении глицерина. Производные глицерофосфолипидов, утратившие в результате гидролиза одну из двух ацильных групп, получили название лизоформ или лизофосфолипидов. Глицерофосфолипиды широко представлены в мембранах эу- и прокариотических клеток, за исключением архебактерий. Фосфатидилхолин — основной компонент мембран животных клеток, фосфатидилэтаноламин часто входит в состав бактериальных мембран. К глицеро-фосфолипидам относятся также кардиолипины — димерные формы фосфолипидов. В большом количестве они содержатся во внутренней мембране митохондрий, в мембране хлоропластов и некоторых бактериальных мембранах. Глицерофосфолипиды, у которых одна из углеводородных цепей представляет собой виниловый эфир, называются плазмалогенами. Этаноламиновые плазмалогены содержатся в миелине и саркоплазматическом ретикулуме сердца.
Сфингофосфолипиды построены на основе длинноцепочечного ненасыщенного аминоспирта сфингозина. Наиболее распространенный сфингофосфолипид плазматических мембран животных клеток (особенно клеток мозга) — сфингомиелин. В мембранах растительных и бактериальных клеток сфингофосфолипиды встречаются редко.
Гликолипиды содержат моно- или олигосахаридный остаток, соединенный с липидной частью гликозидной связью без участия фосфата. Они локализованы, как правило, на наружной поверхности плазматической мембраны и определяют ее антигенные, рецепторные и, возможно, механические свойства. Глико-
липиды делятся на цереброзиды и ганглиозиды. Головку молекулы цереброзидов образует полярная гидрофильная углеводная группа, чаще всего галактоза, а неполярная часть представлена остатками сфингозина и этерифицированной жирной кислотой. Это нейтральные липиды, в значительных количествах содержащиеся в миелиновых оболочках нервных стволов. Сульфоэфиры цереброзидов, образованные при участии ОН-группы углеводного компонента, называют сульфоцереброзидами или сульфатида-ми. Ганглиозиды представляют собой сиалогликосфинголипиды, которые включают в свой состав один или несколько остатков сиаловой кислоты (N-ацетилнейраминовой кислоты). Они содержатся преимущественно в мембранах нервных клеток и являются кислыми липидами.
Гликосфинголипиды мембран эритроцитов несут антигены групп крови. В клетках аденокарциномы накапливаются фукози-лированные гликосфинголипиды, которые можно использовать для обнаружения этих клеток и контроля за развитием опухоли.
Стероиды присутствуют во многих мембранах растений, животных, микроорганизмов. Широко распространен среди них холестерин. Его молекула состоит из четырех колец (гидрофобное ядро), одно из которых соединено с гидроксильной группой, выполняющей роль полярной головки, а пятичленное кольцо связано с разветвленной углеводородной цепочкой из восьми атомов углерода. Холестерин содержится в плазматических мембранах животных клеток (составляет около 30 % массы мембранных липидов), лизосомах, аппарате Гольджи. Нарушение содержания холестерина в тканях может приводить к развитию ряда патологических состояний человека (желчнокаменной болезни, атеросклероза). В высших растениях обнаружены другие стероиды, чаще всего ситостерин и стигмастерин.
Как правило, при нейтральных значениях pH молекулы липидов электронейтральны или заряжены отрицательно. Поэтому удобно классифицировать липиды по заряду полярной группы, что особенно важно для изучения функционирования биомембран, так как зарядовое состояние поверхностных участков мембраны влияет на активность мембранных белков-ферментов. В связи с этим выделяют: нейтральные липиды, полярные головки которых не несут заряда (триглицериды, холестерин, цереброзиды); цвиттерионные липиды, в полярных головках которых положительный и отрицательный заряды нейтрализуют друг
друга (сфингомиелин, фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин); кислые липиды с отрицательно заряженными головками (фосфа-тидилсерин, фосфатидилглицерин, фосфатидилинозитол, кардио-липин, ганглиозиды).
Жирные кислоты, входящие в состав мембранных липидов, представлены насыщенными — стеариновой (18:0), пальмитиновой (16:0), миристиновой (14:0) и ненасыщенными — олеиновой (18:1), линолевой (18:2), линоленовой (18:3), арахидоновой (20:4) — жирными кислотами. Почти все природные жирные кислоты характеризуются цис-конфигурацией двойных связей. Углеводородная цепь в такой конфигурации имеет излом, что нарушает упаковку липидных молекул в бислое. Огромное разнообразие фосфолипидов и различия в их физико-химических свойствах обусловлены возможностью комбинирования полярных головок с различными кислотами. Лизоформы липидов, имеющие одну углеводородную цепь, при высоких концентрациях действуют подобно детергентам и способны разрушать клеточные мембраны. Примером является лизолецитин (1- или 2-ацилглицерофосфо-холин), образующийся из фосфатидилхолина (лецитина) под действием фосфолипаз Aj и А2. В его присутствии происходит распад клеточных мембран, что может служить одной из причин смерти при укусе змей. В молекулах одноцепочечных диольных липидов вместо глицерина содержатся более простые спирты — этиленгликоль или пропандиол. Предполагают, что они способны выполнять регуляторную роль в функционировании биомембран. Синтез этих липидов резко усиливается в случае возрастания функциональной активности клеток (например, в созревающих семенах и клетках регенерирующих тканей).
