Сфигнолипиды и гликолипиды, строение. Биологическая роль.

Сложные липиды – сложные эфиры жирных кислот и спиртов, содержащие другие компоненты.

1. Фосфолипиды – сложные эфиры, содержащие остаток фосфорной кислоты и другие компоненты:

а) глицерофосфолипиды (содержат спирт глицерин) б) сфингофосфолипиды (содержат спирт сфингозин).

2. Гликолипиды (гликосфинголипиды).

В группу фосфолипидов входят вещества, отщепляющие при гидролизе фосфорную кислоту, например глицерофосфолипиды и некоторые сфинголипиды. В целом фосфолипидам свойственно достаточно высокое содержание ненасыщенных кислот.

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.

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)

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 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.

Сфинголипиды представляют собой структурные аналоги глицерофосфолипидов, в которых вместо глицерина используется сфинго- зин. Другим примером сфинголипидов служат рассмотренные выше церамиды

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.

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

Неомыляемые липиды. Понятие о стероидах: общий скелет стероидов, типы заместителей в стероидном скелете. Биологическая роль холестерина, желчных кислот, кортикостероидов, половых гормонов, витамина D, сердечных гликозидов. Понятие о простагландинах.

Неомыляемые липиды выполняют в организме роль низкомолекулярных биорегуляторов, к ним относятся терпены, стероиды, жирорастворимые витамины, простагландины.

Терпены

Соединения, построенные из фрагментов изопрена, имеют общее

название изопреноиды. Под названием терпены объединяют ряд

углеводородов и их производных (спиртов, альдегидов, кетонов), углеродный

скелет которых построен из двух, трех и более звеньев изопрена. Сами

углеводороды называют терпеновыми, а их кислородсодержащие производные

– терпеноидами. Терпенами богаты эфирные масла растений (герань, роза,

лимон, лаванда и др.), смола хвойных деревьев, каучуконосы. Изопреноидная

цепь включена в структуру многих биологически активных соединений

(витамин А, каротины, витамины группы К, Е и др.).

В большинстве терпенов изопреновые фрагменты соединены друг с

другом по принципу «голова к хвосту» – изопреновое правило Ружичка (1921).

Общая формула большинства терпеновых углеводородов (С5Н8)n. Они

могут иметь ациклическое и циклическое (би-, три- и полициклические)

строение. Терпены, содержащие две изопреновые группировки, называют

монотерпенами, три – сесквитерпенами, четыре, шесть и восемь – ди-, три- и

тетратерпенами соответственно. Среди терпенов наиболее распространены

моно- и бициклические

Пинен – бициклический непредельный углеводород – важная составная часть скипидара, получаемого из хвойных деревьев. Камфора – бициклический кетон, применяется в медицине как стимулятор сердечно-сосудистой деятельности, получают из эфирного масла камфорного дерева. Тритерпен – ациклический сквален (С30Н50) – промежуточный продукт в биосинтезе холестерина. Особую группу тетратерпенов составляют каротиноиды – растительные пигменты. Некоторые из них (каротины) являются предшественниками витамина А. Каротин – растительный пигмент желто-красного цвета, в большом количестве содержится в моркови, томатах и сливочном масле. Известны три его изомера (α-, β- и γ-каротины), различающиеся химическим строением и биологической активностью. Все они являются предшественниками витамина А. Наибольшей биологической активностью обладает β-каротин, содержащий два β-иононовых кольца, поэтому при распаде в организме из него образуется две молекулы витамина А.

Стероиды

К стероидам относится обширный класс природных веществ, в основе которых лежит остов, конденсированный из четырех циклов, называемый стераном (циклопентанпергидрофенантреном).

В настоящее время известно около 20000 стероидов, более 100 из них применяются в медицине.

основные скелеты стероидов обозначают следующими тривиальными названиями: – холестан – корневое название скелета стеринов, – холан – название желчных кислот, – прегнан – название скелетов гестагенов и кортикостероидов, – эстран – название скелета эстрогенов, – андростан – название скелета мужских половых гормонов.

Стерины. Как правило, клетки очень богаты стеринами (стеролами). В их основе лежит скелет холестана. В качестве обязательного заместителя стерины содержат гидроксильную группу у С-3 (поэтому их называют стеролами).

Холестерин Наиболее распространенным стеролом является холестерин (холестерол), все кольца которого находятся в транс-сочленении. У него имеется двойная связь между С-5 и С-6, следовательно, он является вторичным циклическим ненасыщенным одноатомным спиртом.

Холестерин находится в животных, но не растительных жирах. В организме холестерин является источником образования желчных кислот, стероидных гормонов (половых и кортикостероидов). Продукт окисления холестерина – 7-дегидрохолестерин под действием УФ-лучей в коже превращается в витамин D3. Являясь компонентом клеточных мембран, неэтерифицированный холестерин вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны. В цитоплазме холестерин находится преимущественно в виде сложных эфиров с жирными кислотами. Таким образом, физиологические функции холестерина весьма разнообразны. Из общего количества холестерина, содержащегося в организме, только, примерно, 20% проступает с пищей, а основное его количество синтезируется в организме из активного ацетата. Нарушение обмена холестерина приводит к отложению его на стенках артерий, что ведет к уменьшению эластичности сосудов (атеросклерозу). Холестерин может накапливаться в виде желчных камней (желчнокаменная болезнь).

Желчные кислоты

В печени холестерин превращается в холановую кислоту, алифатическая боковая цепь которой у С-17 состоит из пяти атомов углерода и включает концевую карбоксильную группу. Холановая кислота подвергается гидроксилированию. В зависимости от числа и локализации гидроксильных групп различают четыре вида кислот: холевая (3,7,12-триоксихолановая), дезоксихолевая (3,12-диоксихолановая), хенодезоксихолевая (3,7-диокси-холановая) и литохолевая (3-оксихолановая). Наиболее распространена холевая кислота.

Стероидные гормоны

К стероидным гормонам относятся кортикостероиды и половые гормоны

(мужские и женские). Предшественником стероидных гормонов является

холестерин.

Кортикостероиды вырабатываются корой надпочечников (всего около

46, но физиологически активных – восемь). Кортикостероиды содержат скелет

прегнана, для них характерно наличие кетогруппы у С-3, кратной связи у С-4–

С-5 и гидроксила у С-11. У кортизола в положении С-17 находится второй

гидроксил. У альдостерона, в отличие от кортикостерона, метильная группа у

С-13 окислена в альдегидную. Кортикостерон и кортизон регулируют

углеводный обмен и, являясь антагонистами инсулина, повышают уровень

сахара в крови. Альдостерон регулирует водно-солевой обмен.

Мужские половые гормоны вырабатываются в основном в семенниках

и частично в яичниках и надпочечниках. В основе лежит скелет андростана,

поэтому гормоны называют андрогенами. Они стимулируют развитие вторичных половых признаков и сперматогенез. Главными мужскими

половыми гормонами являются андростерон и более активный тестостерон.

Тестостерон обладает также и выраженным анаболическим (тканеобразующим)

эффектом, обуславливая характерную мужскую мускулатуру. Препараты,

подобные по строению тестостерону, например, 19-нортестостерон,

используются культуристами и тяжелоатлетами для наращивания мышечной

ткани, т.к. они усиливают синтез белков. Однако 19-нортестостерон подавляет

сперматогенез.

Женские половые гормоны в настоящее время делят на две группы,

различающиеся химический структурой и биологической функцией: эстрогены

(главный представитель – эстрадиол) и прогестины (главный представитель –

прогестерон). Основным местом синтеза эстрогенов (от греч. oistros – страстное

влечение) являются яичники. Доказано также их образование в надпочечниках,

семенниках и плаценте. В основе эстрогенов лежит скелет эстрана.

Агликоны сердечных гликозидов Сердечные гликозиды – соединения стероидного ряда, у которых стероидная часть молекулы играет роль агликона (в этом случае его называют генином) некоторых моно- или олигосахаридов. В небольших количествах они возбуждают сердечную деятельность и используются в кардиологии, а в больших дозах являются сердечными ядами. Выделяют эти соединения из различных видов наперстянки (дигиталиса), ландыша, горицвета и др. растений. К генинам сердечных гликозидов растительного происхождения относятся дигитоксигенин и строфантидин.

Простагландины - это 20-углеродные жирные кислоты, содержащие пятичленное углеводородное кольцо. Различают несколько групп простагландинов, которые отличаются друг от друга наличием кетоносвой и гидроксильной групп в 9-м и 11-м положениях.