Липиды: Часть 1

Видео

Конспект

Липиды – это один из четырех основных классов биологических макромолекул. Липиды довольно сильно отличаются от остальных макромолекул: белков, углеводов и нуклеиновых кислот. Единственным их общим свойством является гидрофобность, причем не все липиды полностью гидрофобны. Некоторые обладают как гидрофобными, так и гидрофильными частями, например, таковыми являются мембранные липиды. В лекциях будут рассмотрены разные группы липидов по отдельности.

Триглицериды (триацилглицериды, жиры)

В быту триглицериды называют жирами. Иногда под жирами подразумеваются все липиды, однако правильнее называть жирами только триглицериды.

В составе триглицеридов имеется остаток трехатомного спирта глицерина, к которому по его гидроксильным группам с помощью сложноэфирных связей прикрепляются остатки жирных кислот. Триглицериды могут содержать как насыщенные жирные кислоты, которые не содержат двойных связей, так и ненасыщенные жирные кислоты, содержащие одну или несколько двойных связей (обычно ненасыщенные жирные кислоты оказываются присоединенными ко второму кислороду глицерина).

Рассмотрим триглицерид следующего строения. Такой триглицерид называется трипальмитоилглицерином.

1.jpeg

Данное соединение содержит остаток глицерина и три остатка жирной кислоты, называемой пальмитиновой. Его брутто-формула: c_{16}H_{32}O_2 Аналогичным образом, по остаткам жирных кислот, можно давать названия другим триглицеридам.

Функции триглицеридов:

1) Запасная

В отличие от углеводов, жиры запасаются надолго и расходуются для получения энергии в случае длительного голодания или при интенсивной физической нагрузке. Для расщепления жиров требуется гормональный сигнал, потсупающий, например, от адреналина, вырабатываемого при интенсивной физической нагрузке.

Кроме того, жиры являются источником метаболической (эндогенной воды). Например, верблюды, обитающие в жарком климате, запасают в своих горбах жиры. В ходе катаболизма жиров, в результате работы электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) в митохондриях, образуется вода. Так, на 1 кг трипальмитоилглицерина можно получить около 3 кг эндогенной воды.

2) Энергетическая

В целях получения энергии расщепляются сложноэфирные связи триглицерида. В результате образуются свободные жирные кислоты и глицерин, которые далее могут быть запущены в процессы катаболизма для получения энергии.

полностью гидрофобны

в составе три сложноэфирные связи

Воски

Образованы остатком жирного спирта и жирной кислоты. Воски отличаются по остаткам жирных кислот и спиртов, входящих в их состав.

Функции восков:

1) Защитная (изоляционная)

Кутин – главный компонент растительной кутикулы, покрывающей листья и стебли молодых растений. За счет своих гидрофобных свойств препятствует излишней потере влаги.

2) Строительная

Пчелы используют воск для строения сот.

Кроме того, пчелиный воск выполняет защитную функцию: служит пчелам для защиты личинок, запечатывании ячеек с медом и т.д.

3) Регуляция плавучести

У китов в регуляции плавучести задействован спермацетовой орган. Данный орган заполнен спермацетом - смесью липидов, большая часть которых представлена восками. У восков, как и у других липидов, низкая температура плавления. Путем регуляции кровоснабжения спермацетового органа возможно изменение положения животного в толще воды: при увеличении кровоснабжения теплая кровь приводит к плавлению липидов => плотность кита уменьшается, что позволяет ему всплывать; при уменьшении кровоснабжения происходит кристаллизация липидов => плотность кита увеличивается => плавучесть кита будет уменьшаться.

2.jpeg

4) Энергетическая

При недостатке триглицеридов и углеводов происходит расщепление восков для получения энергии.

полностью гидрофобны

в составе одна сложноэфирная связь

Изопреноиды (терпеноиды)

Липиды, которые представляют собой полимеры С5 соединений. Эти С5 мономерные звенья напоминают по строению изопрен, что и дало название классу липидов. Они могут быть представлены двумя изомерами:

а) диметилаллилпирофосфат

3.jpeg

б) изопентенилпирофосфат

4.jpeg

С5 звенья могут полимеризоваться друг с другом за счет двойной связи. Так, если соединить друг с другом два пятиуглеродных соединения, получится С10 соединение, называемое терпеном или монотерпеном, далее можно получить С20-изопреноид – дитерпен, C30 – тритерпен и тд.

Стоит упомянуть, что возможно два варианта полимеризации:

<<голова к хвосту>>

5.jpeg

В данном случае головой считается конец, содержащий пирофосфат. Такой способ полимеризации позволяет получать довольно длинные цепочки, однако обычно в клетке терпены длиннее С40 не встречаются.

<<хвост к хвосту>>

Этот способ позволяет получить монотерпен, однако далее такой вариант полимеризации использовать затруднительно: полимеризация останавливается на уровне монотерпена или по двум свободным <<головам>> происходит прикрепление соединений путем полимеризации <<голова к хвосту>>.

Изопреноиды распространены среди всех живых организмов. Многие изопреноиды растений и грибов являются вторичными метаболитами. Стоит объяснить разницу между первичными и вторичными метаболитами. Первичный метаболит – вещество, необходимое для важнейших биохимических процессов в клетке (белки, углеводы и тд), такие вещества являются универсальными для данной группы организмов. Вторичные метаболиты не являются необходимыми для жизни растений или грибов, они индивидуальны для определенного рода или семейства растений/грибов. Они синтезируются отдельными биохимическими путями и выполняют сигнальную, защитную и другие функции. Одними из самых известных вторичных метаболитов являются ментол и кофеин.

Рассмотрим различные производные изопреноидов.

Каротиноиды

Растительные пигменты, представляющие собой тетратерпены. Выделяют ксантофиллы и каротины.

Жирорастворимые витамины: K, E, D, A

Например, витамин E (токоферол), известный своими антиоксидантными свойствами, имеет следующее строение:

6.jpeg

Гидрофобный хвост токоферола является примером соединения по типу <<голова к хвосту>>.

Хиноны

Представляют собой переносчики электронов в ЭТЦ митохондрий и хлоропластов.

Долихолфосфат

Расположен в мембране ЭПР, на нем собирается первичное углеводное дерево для осуществления дальнейшего гликозилирования белков.

Стероиды

Самым известным представителем стероидов является холестерин. Холестерин содержится только в животных клетках, в растениях вместо холестерина имеются фитостерины, у бактерий есть похожие на холестерин соединения, называемые гопаноидами (строго говоря, не являются стероидами, так как не содержат кислорода).

Предшественником холестерина является СЗО-терпен – сквален. Он в большом количестве накапливается в печени акул, позволяя им регулировать плавучесть наподобие спермацета китов. Далее сквален циклизуется и возникает структура с тремя шестичленными и одним пятичленным кольцами, называемая циклопентанпергидрофенантреновое ядро. Помимо этого ядра у холестерина имеется гидрофобный хвост. Далее с помощью фермента – сквален эпоксидазы – в гидрофобное ядро вводится атом кислорода. Таким образом, холестерин является амфифильным липидом, что позволяет ему встраиваться в мембрану клеток.

Холестерин является предшественником многих соединений, рассмотренных ниже.

Стероидные гормоны

Минералокортикоиды (альдостерон), глюкокортикоиды (кортизол), половые гормоныы (андрогены и эстрогены).

Желчные кислоты

Также являются амфифильными. Участвуют в эмульгировании жиров в тонком кишечнике: своей гидрофобной частью присоединяются к крупным жировым каплям, а за счет своей гидрофильной части формируют водородные связи с другими полярными молекулами. Получается, что желчные кислоты растягивают жировую каплю в разные стороны и приводят к ее распаду на мелкие капли, которые могут быть обработаны панкреатическими и кишечными липазами.