Фосфоглицериды

Фосфоглицериды

Фосфоглицериды являются производными фосфатидной кислоты: в их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодержащие соединения. Общая формула фосфоглидеридов выглядит так:

 

где R₁ и R₂ — радикалы высших жирных кислот, a R₃- чаще радикал азотистого соединения. Для всех фосфоглицеридов характерно, что одна часть их молекулы (радикалы R_x и R₂) обнаруживает резко выраженную гидрофобность, тогда как другая часть гидрофильна благодаря отрицательному заряду остатка фосфорной кислоты и положительному заряду радикала R₃.

Из всех липидов фосфоглицериды обладают наиболее выраженными полярными свойствами. При помещении фосфоглицеридов в воду в истинный раствор переходит лишь небольшая их часть, основная же масса липида находится в водных системах в форме мицелл. Существует несколько групп (подклассов) фосфоглицеридов.

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. Таким образом, в молекуле фосфатидилхолина соединены глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорная кислота и холин:

 

Фосфатидилэтаноламины. Основным различием между фосфатидилхолинами и фосфатидилэтаноламинами является наличие в составе последних азотистого основания этаноламина:

 

Из фосфоглицеридов в организме животных и высших растений в наибольшем количестве встречаются фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины. Эти две группы фосфоглицеридов метаболически связаны друг с другом и являются главными липидными компонентами мембран клеток.

Фосфатидилсерины. В молекуле фосфатидилсерина азотистым соединением служит остаток аминокислоты серина:

 

Фосфатидилсерины распространены гораздо менее широко, чем фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины, и их значение определяется в основном тем, что они участвуют в синтезе фосфатидилэтаноламинов.

Плазмалогены. Отличаются от рассмотренных выше фосфоглицеридов тем, что вместо одного остатка высшей жирной кислоты содержат остаток а, Р-ненасыщенного спирта, который образует простую эфирную связь (в отличие от сложноэфирной связи, образуемой остатком жирной кислоты) с гидроксильной группой глицерина в положении С—1:

 

Основными подклассами плазмалогенов являются фосфатидальхолины¹, фос- фатидальэтаноламины и фосфатидальсерины.

Фосфатидилинозитолы. Также относятся к группе производных фосфатидной кислоты, но не содержат азот. Радикалом (R₃) в этом подклассе фосфоглицеридов является шестиуглеродный циклический спирт — инозитол:

 

Фосфатидилинозитолы довольно широко распространены в природе. Обнаружены у животных, растений и микроорганизмов. В животном организме они найдены в мозге, печени и легких.

Кардиолипины. К фосфоглицеридам, точнее к полифосфоглицеридам, относятся кардиолипины. Остов молекулы кардиолипина включает три остатка глицерина, соединенных друг с другом двумя фосфодиэфирными мостиками через С-1 и С-3; гидроксильные группы внешних остатков глицерина этерифицированы жирными кислотами. Кардиолипины входят в состав мембран митохондрий и бактерий.

 

где R,; R₂; R3; R₄ — радикалы высших жирных кислот.

Необходимо отметить, что в природе встречается и свободная фосфатидная кислота, хотя по сравнению с другими фосфоглицеридами в относительно небольших количествах.

Среди жирных кислот, входящих в состав фосфоглидеридов, обнаружены как насыщенные, так и ненасыщенные жирные кислоты (чаще стеариновая, пальмитиновая, олеиновая и линолевая).

Установлено также, что большинство фосфатидилхолинов и фосфатидилэтано- ламинов содержат одну насыщенную высшую жирную кислоту в положении С-1 и одну ненасыщенную высшую жирную кислоту в положении С-2. Гидролиз фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов при участии особых ферментов \ содержащихся, например, в яде кобры, приводит к отщеплению ненасыщенной жирной кислоты и образованию лизофосфолипидов - лизофосфатидилхолинов или лизофосфати- дилэтаноламинов, обладающих сильным гемолитическим действием:

Сфинголипиды

Существуют три подкласса сфинголипидов: сфингомиелины, цереброзиды и ганглиозиды. Все сфинголипиды в своей структуре не содержат глицерин.

Сфингомиелины. Наиболее распространенные сфинголипиды. Они в основном 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 аминоспирта 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 молекул фосфоглицеридов. Молекула сфингомиелина содержит как бы полярную «головку», которая несет одновременно и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток фосфорной кислоты) заряд, и два неполярных «хвоста» (длинная алифатическая цепь сфингозина и ацильный радикал жирной кислоты). Следует заметить, что в некоторых сфингомиелинах, например выделенных из мозга и селезенки, вместо сфингозина найден спирт дигидросфингозин (восстановленный сфингозин):

 

Цереброзиды. Цереброзиды не содержат ни фосфорной кислоты, ни холина. В их состав входит гексоза (обычно это D-галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспирта сфингозина. Кроме того, в состав цереброзида входит жирная кислота. Среди этих жирных кислот чаще всего встречается лигноцериновая, нервоновая и цереброновая кислоты, т. е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома. Структура дереброзидов может быть представлена следующей схемой:

 

Наиболее изученными представителями дереброзидов являются нервон, содержащий нервоновую кислоту, цереброн, в состав которого входит цереброновая кислота, и керазин, содержащий лигнонириновую кислоту, Особенно велико содержание цереброзидов в мембранах нервных клеток (в миелиновой оболочке).

Существуют цереброзидсульфатиды (сульфаты дереброзидов), которые отличаются от цереброзидов наличием в молекуле остатка серной кислоты, присоединенного к третьему углеродному атому гексозы. В мозге млекопитающих цереброзидсульфатиды находятся в белом веществе. Однако содержание их в мозге намного ниже, чем цереброзидов.

Ганглиозиды. При гидролизе ганглиозидов можно обнаружить высшую жирную кислоту, спирт сфингозин, D-глюкозу и D-галактозу, а также производные аминосахаров: N-ацетилглкжозамин и N-ацетилнейраминовую кислоту. Последняя синтезируется в организме из фосфоенолпирувата и N-ацетилманнозамин-6-фосфата и имеет следующую формулу, которую можно изобразить двумя различными способами:

 

В структурном отношении  ганглиозиды в значительной мере сходны с церебро- зидами, с той  только разницей, что вместо одного остатка галактозы они содержат сложный олигосахарид. Одним из простейших ганглиозидов является гематозид, выделенный из стромы эритроцитов:

 

В отличие от цереброзидов и цереброзидсульфатидов ганглиозиды  находятся преимущественно в сером веществе мозга и сосредоточены в плазматических мембранах нервных и глиальных клеток. 

Метаболизм фосфолипидов

В отличие от ТГ и ЖК, ФЛ не служат существенным энергетическим материалом. Функция их в организме многообразна и до конца еще не выяснена. В порядке перечисления можно отметить, что ФЛ или их отдельные представители играют важную роль в структуре и функции клеточных мембран, в активации мембранных и лизосомальных энзимов, в проведении нервных импульсов, в свертывании крови, в иммунологических реакциях, в процессах клеточной пролиферации и регенерации тканей, в переносе электронов в реакциях дыхательной цепи, во всасывании продуктов расщепления жиров. Наконец, особая роль принадлежит ФЛ в формировании липопротеидных комплексов.

В настоящем разделе мы рассмотрим кратко узловые вопросы биосинтеза и распада ФЛ в организме и расскажем об участии ФЛ в структуре и функции мембран.

Биосинтез и распад фосфолипидов. Образование ФЛ наиболее интенсивно происходит в печени, стенке кишечника, семенниках, яичниках, молочной железе и других тканях. Реакции синтеза ФЛ локализованы главным образом в эндоплазматической сети клетки. Центральную роль в синтезе ФЛ играют а, (3-ДГ (в синтезе фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов), фосфатидная кислота (в синтезе фосфатидилинозитов) и сфингозин (в синтезе сфингомиелинов); цитидиновый нуклеотид — цитидинтрифосфат (ЦТФ) — участвует в синтезе практически всех ФЛ.

Рассмотрим отдельно синтез ФЛ, содержащих азотистые основания — холин и этаноламин. Для этого необходима активация холина и этаноламина, которая происходит путем их фосфорилирования при участии АТФ и соответствующих энзимов — киназ. Затем фосфорилированное азотсодержащее соединение (возьмем для примера фосфохолин) взаимодействует с ЦТФ, что приводит к образованию цитидиндифосфохолина. Последний при участии энзима фосфохолиндиглицеридтрансферазы (КФ 2.7.8.2) реагирует с молекулой α,β-ДГ, в результате чего образуется фосфатидилхолин (лецитин) и освобождается цитидинмонофосфат (ЦМФ). Аналогично осуществляется синтез фосфатидилэтаноламина.

В целом синтез содержащих холин ФЛ можно представить в следующем виде (схема 9).

Образование сфингомиелина также протекает с участием ЦЦФ-холина, и, кроме того, в процесс вовлекаются сфингозин и жирнокислотный ацил-КоА (см. схему 9).

Затем ЦДФ-ДГ реагирует с инозитом, образуя фосфатидилинозит. Различие в синтезе холин- и этаноламинсодержащих ФЛ, с одной стороны, и инозитсодержащих ФЛ — с другой,

При синтезе другого ФЛ — фосфатидилинозита — на первом этапе происходит взаимодействие фосфатидной кислоты с ЦТФ и образование цитидиндифосфатдиглицерида (ЦДФ-ДГ):

заключается в том, что в первом случае при участии ЦТФ образуются ЦДФ-холин или ЦДФ-этаноламин — реакционноспособные азотистые основания, а во втором случае при участии ЦТФ образуется ЦДФ-ДГ — реакционноспособная форма ДГ.

Другой путь синтеза фосфатидилхолинов (лецитинов) осуществляется в печени путем последовательного переноса ме- тильной группы от трех молекул S-аденозилметионина к фос- фатидилэтаноламину:

 

В целом для синтеза фосфатидилхолинов, в меньшей степени— сфингомиелинов, требуется холин или метионин, потребность которых в значительной степени покрывается за счет пищевых источников. При длительном недостатке в пище холина и метионина наблюдается развитие жировой инфильтрации печени, при которой содержание липидов, главным образом ТГ, может достигать в расчете на сухую массу ткани 45 % против 7-14 % в норме.

Механизм развития жировой инфильтрации печени связан с недостаточным синтезом фосфатидилхолинов и сфингомиелинов, необходимых для формирования в этом органе ЛП. На образование последних, наряду с фосфатидилхолинами и другими ФЛ, используются значительные количества ТГ и ХС — составных компонентов ЛП-части. Сформированные в печени ЛП, в частности богатые триглицеридами ЛПОНП, поступают в кровяное русло. Образование ЛП, следовательно, можно рассматривать как важнейший путь утилизации печеночных липидов. Поэтому недостаточный синтез в печени содержащих холин ФЛ — фосфатидилхолинов и сфингомиелинов — нарушает образование ЛП и ведет к накоплению в этом органе ТГ, в меньшей степени — ХС. По этой причине холин, метионин, а также лецитин относятся к группе липотропных вёществ, прием которых с пищей предотвращает развитие жировой инфильтрации печени.

Между отдельными ФЛ может происходить обмен азотистыми основаниями. Обмен этот протекает в микросомах гепа- тоцитов и является Са²⁺-зависимым (схема 10).

Фосфатидилхолин и фосфатидилсерин являются субстратами для обмена холина, серина и этаноламина, тогда как фосфа- тидилэтаноламин может обмениваться этаиоламином и сери- ном, но не холином. Указанным путем в печени млекопитающих в составе глицеро-ФЛ обменивается от 2 до 9 % азотистых оснований. Считается, что фосфатидилсерин в организме млекопитающих образуется именно таким путем,-а не за счет самостоятельного синтеза.

В митохондриях гепатоцитов содержится энзим — декарбоксилаза фосфатидилсерина, катализирующий декарбоксили- рование этого ФЛ с образованием фосфатидилэтаноламина:

Таким образом, в животном организме, помимо путей синтеза индивидуальных ФЛ, имеются пути взаимопревращений отдельных ФЛ, целесообразность которых, очевидно, связана с необходимостью обеспечения тканей в нужный момент требуемыми ФЛ.

 

 

Хотя ФЛ активно распадаются в животных тканях, скорость расщепления отдельных компонентов молекулы ФЛ неодинакова. Кроме того, некоторые продукты распада ФЛ тут же используются для их ресинтеза. По этой причине, например, скорость обновления фосфатной группы ФЛ намного выше скорости обновления жирно-кислотных ацилов.

Распад ФЛ может происходить при участии нескольких энзимов, каждый из которых катализирует гидролитический разрыв строго определенной связи (схема 11).

К сожалению, мы не располагаем достаточными данными о фосфолипазном спектре той или иной ткани. Известно, что фосфолипаза А, (КФ 3.1.1.32) обнаружена в печени и мозге. Фосфолипаза А₂ (КФ 3.1.1.4) содержится во многих органах и тканях, в частности в клеточных мембранах. Выделяется с соком поджелудочной железы в виде проэнзима (см. раздел «Переваривание и всасывание жиров в желудочно-кишечном тракте»). Фосфолипаза А₂ является скорость-лимитирующим энзимом в образовании эйкозаноидов. В последние годы установлено, что она имеет прямое отношение к патогенезу ряда воспалительных заболеваний, таких как острый панкреатит, воспалительные-артриты, перитонит, септический шок; актив-