Строение и св-ва стероидов. Холестерол и его эфиры. Соединения липидов с друг. биомолекулами. Липопротеины

Стероиды – сложные жирорастворимые соединения, молекулы которых состоят из четырех конденсированных колец, представляющих собой базовое ядро, называемое циклопентанпергидрофенантреном. Подавляющее большинство стероидных соединений являются производными циклопентанпергидрофенантрена, метилированного по 10-му и 13-му положениям базового ядра

Важную группу среди них составляют стероиды, несущие в положении С₃ гидроксильную группу и отличающиеся только содержанием атомов углерода в боковой цепи, присоединяющейся к атому С₁₇ в кольце D. Это так называемые стеролы или стероидные спирты. Данную группу стероидов подразделяют на:

1) стерины, или собственно стеролы, имеющие боковую цепь, состоящую из 8 атомов углерода, к ним относится, например, холестерин (холестерол);

2) стериды, представляющие собой сложные эфиры стеринов и высших жирных кислот;

3) желчные кислоты и их соли, обладающие мощным эмульгирующим действием на жиры и, соответственно, принимающие непосредственное участие в процессах переваривания липидов;

4) половые гормоны – стероиды-регуляторы, не имеющие боковой цепи;

5) кортикостероиды, содержащие боковую цепь из двух атомов углерода.

Основная масса стеринов в организме человека представлена холестерином – одноатомным циклическим спиртом, содержащим 27 атомов углерода и способным образовывать с жирными кислотами сложные жиры (холестериды). Холестерин (рис. 10.4) содержится в желчи, в плазме крови (3,9–6,5 ммоль/л), входит в состав клеточных мембран, определяя их вязкость, является компонентом липопротеинов.

ЛИПОПРОТЕИНЫ (липопротеиды), комплексы, состоящие из белков (аполипопротеинов; сокращенно - апо-липопротеины) и липидов, связь между к-рыми осуществляется посредством гидрофобных и электростатич. взаимодействий. Липопротеины подразделяют на свободные, или р-римые в воде (липопротеины плазмы крови, молока, желтка яиц и др.), и нерастворимые, т. наз. структурные (липопротеины мембран клетки, миелиновой оболочки нервных волокон, хлоропластов растений). Нековалентная связь в липопротеинах между белками и липидами имеет важное биол. значение. Она обусловливает возможность своб. обмена липидов и модуляцию св-в липопротеинов в организме. Среди своб. липопротеинов (они занимают ключевое положение в транспорте и метаболизме липидов) наиб. изучены липопротеины плазмы крови, к-рые классифицируют по их плотности. Чем выше содержание в них липидов, тем ниже плотность липопротеинов (табл. 1). Различают липопротеины очень низкой плотности (ЛОНП), низкой плотности (ЛНП), высокой плотности (ЛВП) и хиломикроны. Каждая группа липопротеинов очень неоднородна по размерам частиц (самые крупные - хиломикроны) и содержанию в ней апо-липопротеинов. Все группы липопротеинов плазмы содержат полярные и неполярные липиды в разных соотношениях.

Во всех липопротеинах плазмы имеется ядро, состоящее из эфиров холестерина и триацилглицеринов, к-рое покрыто мономолекулярным слоем холестерина, фосфолипидов и гидрофильной частью молекул апо-липопротеинов. Предполагают, что домены апо-липопротеинов имеют две грани, одна из к-рых гидрофобная, а другая - гидрофильная. Первая грань контактирует с жирно-кислотными цепями фосфолипидов, вторая - ассоциирована с полярной группой фосфолипидов на пов-сти раздела липид - вода. Хиломикроны и ЛОНП образуются соотв. в кишечнике и печени, ЛВП - в кишечнике, печени, а также в крови из др. липопротеинов.

42) Образование мицелл, монослоёв, бислоёв и липосом фосфолипидами. Их роль. Структура, св-ва и функционирование биологических мембран.

Когда амфипатические вещества смешиваются с водой, их молекулы спонтанно организуются таким способом, который удовлетворяет одновременно двум противоположным требованиям. Они организуются так, что их гидрофильные «головки» погружаются в воду в то время как гидрофобные «хвосты» в контакт с водой не вступают, а контактируют только между собой, с воздухом или гидрофобными средами, например маслом. По существу, таким путем могут образовываться три разные структуры: однослойные (монослои), мицеллы и двуслойные (бислои).

При встряхивании в воде или водных растворах фосфолипиды и гликолипиды спонтанно формируют мицеллы, в которых углеводородные «хвосты» липидов спрятаны внутри структуры, а электрически заряженные гидрофильные «головки» располагаются на поверхности частиц, взаимодействуя с водным окружением (рис. 11.12). Такие мицеллы могут состоять из многих тысяч липидных молекул. Фосфолипиды и гликолипиды способны спонтанно образовывать мицеллы.

Мицелла

Агрегация молекул солей желчных кислот в минимальные мицеллы и последующее образование смешанных мицелл, содержащих продукты гидролиза жиров, облегчают всасывание липидов из тонкого кишечника.

Полярные липиды способны также растекаться по поверхности водных растворов, образуя слой толщиной в одну молекулу – монослой. В этих системах углеводородные «хвосты» обращены к воздушной среде и избегают, таким образом, контакта с водой, а гидрофильные «головки» погружены в полярную водную фазу (рис. 11.13). Соответственно, на поверхности раздела фаз масло – воздух молекулы полярных липидов располагаются таким образом, чтобы полярные группы находились в воздушной среде, а неполярные гидрофобные группы – в масляной фазе.

Возможен и еще один способ организации полярных липидов, удовлетворяющий гидрофильным и гидрофобным требованиям фосфолипидов и гликолипидов, – это образование бимолекулярного слоя, или липидного бислоя. Оказывается, в водной среде большинство фосфолипидов и гликолипидов образуют именно бислои, а не мицеллы. Такое предпочтительное образование структуры бислоев имеет огромное значение в биологии. Бислои, образованные такими полярными липидами, считают основой структуры биологических мембран. Действительно, размеры мицелл обычно невелики – менее 20 нм в диаметре. Бимолекулярные слои, напротив, достигают макроскопических размеров, вплоть до миллиметра (10⁶ нм). Именно фосфолипиды и гликолипиды являются ключевыми компонентами биологических мембран, т.к. они легко образуют бимолекулярные слои. В зависимости от природы содержащихся в них жирных кислот липидные бислои имеют толщину от 6 до 7 нм. Важно и то, что эти бислои, несмотря на жидкое состояние, могут выполнять функцию барьеров проницаемости.

Клеточная мембрана - это неотъемлемый компонент любой клетки. Ее роль в первую очередь состоит в том, чтобы отграничить внутреннее пространство клетки от внешней среды, а у эукариот, кроме того, разделить внутреннюю часть клетки на функционально значимые отсеки: ядро и митохонодрии. Во внешней клеточной мембране (цитолеме) функционируют транспортные белки, рецепторы. Структурной основой всех мембран являются липиды, в частности фосфолипиды, представленные двумя соединениями фосфодиацилглициринами и сфингомиелинами.

Мембраны представляют собой плоские образования толщиной в несколько молекул (60-100 Å). Основу составляет липидный бислой, где гидрофильные головки обращены к воде внутри и снаружи клетки, а гидрофобные хвосты из жирных кислот как бы выталкиваются из воды и сливаются между собой внутри мембраны (рис. 4.7.1.). Отдельные участки мембраны, липиды которых содержат больше насыщенных ЖК находятся в жестком состоянии, другие, где содержится больше ненасыщенных ЖК, в более расплавленном. Между ацилными цепями липидного бислоя содержится холестерол, он препятствует их кристаллизации, т.е. поддерживает состояние текучести.

Мембрана не статическое образование, а благодаря жидкокристаллической структуре она является двухслойным раствором, в котором липиды способны диффундировать как параллельно поверхности мембраны, так и из одного монослоя в другой.

В структуру мембран обязательно входят белки и их состав варьирует в зависимости от функции той или иной мембраны. В зависимости от прочности связи с мембраной различают периферические и интегральные белки. Интегральные белки располагаются между липидами монослоя или пронизывают весь бислой, часто возвышаясь над поверхностью мембраны. Периферические белки связаны с мембранами электростатическими и водородными связями и часто взаимодействуют таким образом с интегральными белками

Белки выполняют следующие функции:

1) транспорт (трансмембранный перенос веществ);

2) преобразование энергии (ферменты дыхательной цепи);

3) коммуникативную (рецепторные белки связывают клетку с окружающей средой);

4) и ряд специфических функций.

Дикий пробел!