![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Вторичная и третичная структуры РНК 2 страница
Природные нейтральные липиды представляют собой смесь простых и смешанных типов глицеридов с преобладанием ненасыщенных триглицеридов. Физико-химические свойства нейтральных липидов определяются их составом. Температура плавления выше у ацилглицеринов, содержащих высшие насыщенные ацилы. В твердых жирах, как правило, присутствуют насыщенные жирные кислоты (например, тристеарин), а в жидких — ненасыщенные (например, триолеин). Все ацилглицерины легче воды. Они растворимы в непалярных жидкостях (хлороформе, бензоле, эфире и горячем этиловом спирте). В воде растворимы только моно- и Ди ацилглицерины, имеющие свободные полярные гндроксильные группы. Они образуют в воде мицеллы. Триацилглицерины не обладают способностью к образованию мицелл и растворимостью в воде. При щелочном гидролизе или омылении ацилглицеринов образуется глицерин и свободные жирные' кислоты. В организме эту функцию выполняют специальные ферменты липазы. Стериды — это эфиры стеринов и жирных кислот. Чаще встречаются эфиры холестерина. Они содержатся в продуктах животного происхождения (сливочном масле, желтках яиц). В организме человека и животных большая часть холестерина тканей (примерно на 60—70%) находится в виде эфиров холестерина. В крови эфиры холестерина составляют основную часть общего холестерина, входя в состав транспортных липопротеидов. Возможно, эфиры холестерина — это своеобразная форма создания запасов холестерина в тканях. Ланолин (жир овечьей шерсти) также является стеридом (смесь жирнокислотных эфиров ланостерина и агностерина) и применяется в фармации в качестве мазевой основы для приготовления лекарственных мазей. Растительные стериды типа жирнокислотиых эфиров стигмастерина, эргостерина, p-ситостерина составляют значительную часть общих стеринов растений. Сложные, или смешанные, липиды В отличие от простых липидов смешанные липиды содержат нелипидный компонент, например фосфат или углевод и т. д. По химическому строению представители смешанных липидов — фосфолипиды и гликолипиды — отнг
R'—I—О—СН О С Нj —О—Р—О—С И j—СН 2—NH2' Рис. |2. Строение ' | фосфоглицеридов О Н Название фосфоглняерида Фосфатидная кислота Фосфатидал этанола мин Фосфатнднлхолин Фосфатидилсернн Фосфа тндилинознт Фосфатидилгли церии Кардиолипин Аце тальф осфатиды (п лаЧма лог ены) сятся к более сложным по организации молекулам и их правильнее рассматривать в главе «Смешанные макромолекулы». Но чтобы получить целостное представление о разновидностях липидов, в этой главе удобнее остановиться на смешанных липидах. Фосфолнпиды — сложные липиды, представляющие собой фосфатзаме- щенные эфиры различных органических спиртов (глицерина, сфингозинов, диолов). Все фосфолипиды являются полярными липидами и содержатся преимущественно в клеточных мембранах. В жировых депо их немного. Фосфоглицериды. В них одна из гидроксильных групп образует эфирную связь не с жирной кислотой, а с фосфатом. Простейший представитель природных фосфоглицеридов — фосфатидная кислота: R'—С—о-'сн о I II 3СН, —О—Р—он Ан Радикалы жирных кислот находятся в транс-конфигурации. Как правило, гидроксил глицерина в положении L этерифицирован насыщенной жирной кислотой, в полйжении 2—ненасыщенной, а в положении 3 образуется фосфо- эфирная связь с фосфорной кислотой. Все фосфоглииериды содержат остаток фосфатндной кислоты (фосфатидил), соединенный с каким-либо спиртовым остатком- На рис. 12 приведены наиболее распространенные фосфоглицериды. Разнообразие фосфолипидов определяется природой не только спиртовых компонентов, но и остатков жирных кислот. При отщеплении одной из жирных кислот образуются производные фос- фоглицеридов, названные лизофосфатидами. В физиологических условиях лизофосфатиды не встречаются. Они очень токсичны — вызывают повреждение и даже разрушение мембран клеток. Физико-химические свойства фосфоглицеридов определяются амфипатическим строением их молекул. Они имеют неполярную часть, т. е. остаток диацилглицерина, и полярную, представленную фосфатом и спиртовыми остатками. Благодаря полярному гидрофильному концу фосфоглицериды не только хорошо растворяются в неполярных жидкостях и их смесях со спиртами, но обладают и некоторой растворимостью в воде, образуя в водной среде мицеллы. В мицеллах гидрофобные радикалы жирных кислот группируются, образуя внутреннюю гидрофобную зону мицеллы. Гидрофильные участки располагаются на внешней поверхности мицеллы, обращенной в водную фазу. Заряд фосфоглицерида зависит от его типа. В их молекулах имеются следующие ионные группы: Фосфоглицерид Ионная группа Фосфатидная фосфатндилхолины (холи нф ос фат иды) Фосфатиди л инозиты (инозитфосфатиды) и карднолипин Плазмалогены Сер н нфос ф ат и ды POj~, N (СН3)3 РО4 + + РО|-, NH3 или N(CH3): Р05-, йн3. соо-
Отдельные представители фосфоглицеридов Фосфа- тидные кислот присутствуют в незначительных количествах в животных и растительных тканях. Они являются важными промежуточными продуктами обмена фосфоглицеридов. Этаноламинфосфатиды относятся к одной из часто встречающихся групп фосфоглицеридов всех внутриклеточных мембран животных и растительных клеток. Составляют примерно 20% от общих липидов мембран. Содержатся во всех тканях и клетках человеческого организма, в составе лкпопротеидов крови. Холинфосфатиды — очень распространенные фосфоглицериды мембран всех типов. Составляют около 50% липидов клеточных мембран. В организме они образуются, как правило, из этаноламинфосфатидов. Холинфосфатиды входят в состав липопротеидов крови. Свринфосфатиды впервые были выделены из головного мозга быка, а затем найдены в большинстве других тканей животных, растений и бактерий. Появились сообщения, что вместо серина в фосфо-лицеридах могут присутствовать другие аминокислоты (треонин, тирозин, гндроксипролин). Однако необходимо доказать, что эти аминокислотные фосфоглицериды действительно имеются в свободном виде, а не являются составным компонентом смешанных макромолекул — фосфоглицеридпептидов мембран. Инозитфосфатиды впервые выделены из туберкулезных палочек, а затем найдены в растениях и животных тканях. Они делятся на три основные группы: монофосфоинозртфосфатиды (где имеется один остаток фосфата, соединенный с инозитом), полифосфоинозитфосфатиды (имеется несколько фосфатов, присоединенных к гидроксильным группам инозита) и сложные инозитфосфатиды (в которых к инозиту присоединяются другие вещества — аминокислоты, фитосфингозин, моносахариды). Полифосфорные инозитфосфатиды обнаружены преимущественно в головном мозге человека и животных, 1*де, как считают, они играют важную роль в нервной деятельности. В растительном мире этими ценными веществами богата соя. Сложные инозитфосфатиды распространены в бактериях. Они были также получены из семчн подсолнечника, арахиса, сои и других культур. Кардиолипан впервые выделен из сердца быка, отчего и получил свое название. Впоследствии обнаружен во многих тканях животных и человека, в зеленых листьях высших растений, дрожжах. Содержание его в клетках 2—5% от массы липидов. Однако в митохондриальных мембранах он является главным компонентом фосфолипидов. Ацетальфосфатиды, или плазмалогены (их называют также фосфати- далями). Плазмалогены содержатся во всех тканях организма человека и составляют примерно 20% от всех фосфолипидов. Особенно много их содержится в головном и спинном мозге, где 50—90% от всех фосфолипидов приходится на плазмалогены. Особенностью их структуры является образование простой эфирной связи с высшим алифатическим альдегидом. nAAAAAA/VV" Рис. 13 Схема строения некоторых сфннголнпндов, производных церамнда (N-ацнл- Диольные фосфатиды (фосфолипиды) — новая, недавно открытая группа соединений. Они являются производными двухатомных спиртов, у которых одна спиртовая группа этерифицирована жирнокислотным остатком, а другая •связана с фосфатом и каким-либо остаточным спиртом (например, с холи- ном). В организме диольные фосфолипиды могут связываться с клеточными мембранами, изменяя их функцию. Они обладают выраженными поверхностно-активным и свойствами. Большие концентрации их вызывают гемолиз эритроцитов. Диольные фосфолипиды влияют на иммунные реакции и снимают влияние медиатора ацетилхолина на клетки (это действие называют холи- нолитическим). Сфингофосфатиды (сфинголипиды). £ качестве спирта в группе сфин- голипидов выступает сфингозин. Его N-ацильное производное церамид является родоначальником всех сфинголипидов. Сфинголипиды делятся на сфинго- миелины, или сфингофосфатиды, и глико сфинго липиды. Их строение показано на рис. 13. Различие между ними состоит в том, что у сфингомиелинов, как у всех фосфолипидов, заместителем спиртовой группы являются фосфат и остаточный спирт (чаще холин), а гликолипиды не содержат фосфата. Вместо него заместителями являются или один из моносахаридов (в цереброзидах), или олигосахарид (в ганглиозидах), содержащий галактозу и ряд амино- сахаров.
Сфингомиелины в больших количествах содержатся в нервной ткани, входя в состав миелина, который является оболочкой нервных волокон (отсюда и произошло их название). Однако сфингомиелины встречаются не только в элементах нервной системы. Они обнаружены в легких, печени, почках, селезенке, крови и других органах. Характерно, что появление и накопление сфингомиелина в нервной ткани связано с эволюционным развитием головного мозга. Например, у низших представителей животного мира (мухи, мидии) типичный сфингомиелин позвоночных, содержащий холин, отсутствует. Его заменяет этаноламин. У брюхоногих моллюсков и дождевого червя в нервной системе сфингомиелины отсутствуют, у низших позвоночных их количество не более 4% от всех липидов, а у высших позвоночных достигает 10—12% Та же картина наблюдается в ходе индивидуального развития организма. В развитии мозга человека и животных, даже специально выделяют период, когда образуется миелин, — период миелиниэации. У человека период миели- низацки, т. е. образование сфингомиелинз в оболочках нервов и нервной системц, начинается сразу после рождения н продолжается примерно первые четыре месяца. Дальнейшая миелинизация и накопление сфингомиелина и других сфннголипидов происходит по мере роста массы мозга и развития высшей нервной деятельности. Много сфннгомиелинов в плазме крови и оболочке эритроцитов: соответственно 8—15 и 30—40% от общей массы липидов. Очевидно, это связано с функцией мембран эритроцитов.
Гликолипиды — смешанные липиды, содержащие углеводный компонент. К ним можно отнести простейшие гликолипиды — гликозилдиацилглицерины, где моносахарид замещает одну из спиртовых групп глицерина. В животных тканях гликосфинголипиды содержатся в большом количестве. Особенно много их в нервных клетках, где они, видимо, необходимы для нормальной электрической активности и передачи нервных импульсов. К этим липидам относятся цереброзиды, ганглиозиды, сульфолипиды. Цереброзиды были впервые обнаружены в головном мозге, от которого они и получили свое название. Углеводная часть их представлена чаще всего галактозой, очень редко глюкозой. Разнообразны жирные кислоты, входящие в цереброзиды: это лигноцериновая, цереброновая, нервоиовая и гидроксинервоно- Сульфолипиды — сульфатные производные цереброзидов. Сульфат присоединяется к третьему гидроксилу галактозы. Они обладают резко выраженными кислыми свойствами н легко связывают катионы. Считают, что они участвуют в транспорте катионов через мембраны нервных клеток и волокон. Поэтому сульфолипиды нужны для нормальной электрической деятельности нервной системы. Ганглиозиды в отличие от других гликосфинголипидов содержат олиго- сахарид, состоящий из разных моносахаридов (см. рис. 13). Компоненты и молекулярная масса их сильно варьируют. Богаты ганглнозидами клетки коры головного мозга. 4. Основные биологические функции лнпидов Биологические функции липидов определяются их строением и физико-химическими свойствами. Основные функции липидов суммированы в табл. 15. ГЛАВА 7. СМЕШАННЫЕ МАКРОМОЛЕКУЛЫ (ГЕТЕРОМАКРОМОЛЕКУЛЫ) Смешанные макромолекулы представляют собой макромолекулярный комплекс двух веществ, относящихся к разным химическим классам. Эти вещества прочно соединены ковалентными или нековалентными связями, поэтому смешанные макромолекулы выделяются и функционируют как единое целое. Гетеромакромолекулы можно разделить на две группы: сложные белки, или белок-небелковые комплексы, и прочие (небелковые) смешанные макромолекулы. Первая группа особенно обширна. В ней можно выделить нуклеопротеи- ды, или ну клеи ново-белковые комплексы (они рассматривались ранее), углевод- белковые комплексы, липид-белковые комплексы, фосфопротеиды, кофактор- протеиды, металлопротеиды. Ко второй группе относятся углевод-липидные комплексы и металлопроизводные небелковых макромолекул. I. Углевод-белковые комплексы Смешанные макромолекулы этого типа делятся, как указывалось в гл. «Углеводы», на гликопротеиды и протеогликаны, или полисахарид-белковые комплексы Углеводная часть гликопротеидов представлена небольшими гетерололисаха- 98 ридами нерегулярного строения. Белок составляет 80—90% массы макромолекулы. В качестве исключения к группе гликопротеидов, а не протеогликанов, относятся вещества группы крови, у которых полисахарид составляет до 80% массы макромолекулы, но нерегулярное строение отличает его от протеогликанов. Для гликопротеидов типична ковалентная углевод-пептидная связь. Существуют следующие разновидности такой связи: гликозиламидная, когда моносахарид связан с амидной группой аспарагина (в иммуноглобулинах, глико- протеидных ферментах и гормонах), О-гликозидная — моносахарид связан с ОН-группой серина или треонина (в муцине слюны, групповых веществах крови), а иногда с ОН-группой гидроксилизина или гидроксипролина (в коллэ- геновых белках). Углеводный компонент, даже небольшой по массе, сообщает качественно новые свойства молекуле белка гликопротеидов. Для гликопротеидов характерна термостабильность в отличие от протеинов. Глнкопротенды выдерживают высокие и низкие температуры без изменения физико-химических свойств. Если какой-либо белок устойчив к температурной денатурации, то есть основания считать, что он является гликопротеидом. Гликопротеиды в отличие от других белков с трудом перевариваются протеолитическими ферментами (трипсином, пепсином). Углеводная часть придает белку большую специфичность. Это своего рода векторные группы протеидов, «узнающие» участки других структур (макромолекул, поверхности клеток). Гликопротеиды быстрее выводятся из клетки и находятся, как правило, вне клетки (в биологических жидкостях, на внешней поверхности клеток). Биологические функции некоторых гликопротеидов. Особенно много гликопротеидов находится в крови; имеются они также на клеточной мембране и внутри клеток. Гликопротеиды осуществляют такие важные функции, как транспорт гидрофобных веществ и ионов металлов (транскортин, церуллоплазмнн, гапт^глобин, трансферрин), свертываемость (протромбин, фибриноген) и иммунитет (иммуноглобулины). К гликопротеидам относится ряд ферментов (холин- эстераза, рибонуклеаза В), гормонов (гонадотропины, кортнкотропин). Клеточные гликопротеиды, находящиеся на поверхности мембран, обеспечивают специфичность межклеточных контактов, влияют на дифференцировку тканей. Антигенная функция принадлежит так называемым веществам групп крови, которые имеются на поверхности эритроцитов и в растворимом виде содержатся в некоторых жидкостях и секретах. Антигенность этих гликопротеидов определяется строением полисахаридных цепей. Замена одного моно- сахаридного звена молекулы существенно влияет на специфичность всего, гликопротеида, определяющего группу кров». Гликопротеиды обладают термостабильностью. Например, у микроорганизмов, обитающих в водах горячих источников, клеточная мембрана содержит гликопротеиды. В капсулах спороносных бактерий, устойчивых к внешним химическим и термическим воздействиям, имеются гликопептиды и глнколипо- протеиды. У антарктических рыб гликопротеиды играют роль антифризов, препятствуя образованию кристаллов льда во внутренних средах их организма. 2. Липид-белковые комплексы Лип ид-белковые комплексы условно делятся на свободные липопротеиды (липопротеиды плазмы крови, молока и др.), растворимые в воде, и структурные протеолипиды (входят в биомембраны), являющиеся жирорастворимыми Классификация и свойства. Липопротеиды имеют низкую плотность (от 0, 92 до 1, 21 кг/л) благодаря липидному компоненту, Поэтому при ультра- центрифугировании они флотируют (всплывают). Скорость флотации S/ зависит от размера липидной части молекулы*. По скорости флотации различают четыре класса липопротеидов, характеристика которых приводится в табл. 16. Чем выше молекулярная масса липопротеида, тем больше содержание в нем К липопротеидам можно отнести комплекс неэтерифицированных жирных кислот с альбумином. Белковые компоненты липопротеидов — аполипОпротеины — отличаются друг от друга по структуре и аминокислотному составу. Различают аполипо- протеины А, В, С, которые тоже неоднородны по составу. Тип А имеет два вида белков, обозначаемых А-1, A-I1; тип В представлен только одним видом белка, а тип С — тремя; C-I, C-Il, C-I1I. В табл. 17 приведены примерные соотношения разных аполипопротеинов, составляющих белковую часть молекулы липопротеида. Недавно обнаружены и другие аполипопротеины: Е (богатый аргинином), D и Р. Лишь у p-липопротеида белковая часть относительно гомогенна, остальные аполипопротеины весьма гетерогенны. Структура молекулы липопротеида еще полностью не ясна, но, исходя из состава этих частиц и среды, в которой
Таблица 17 Распределение аполипопротеннов среди липопротеидов
А-1 [ A-II I В C-l j С Ti С-ТТТ
они находятся, предложено два варианта ее строения. Липопротеиды, содер жащие менее 30% белка, т. е. хнломикроны, пре-р-липопротеиды и р-липопро- тенды, должны иметь строение типа мицеллы, ядро которой состоит из липидов (преимущественно триглицеридов и эфиров холестерина, не обладающих гидрофильными полярными группами), а наружный слои состоит из белка, фосфолипидов и холестерина (имеющих полярные группы). Такое строение обеспечивает растворимость в водной среде плазмы крови, в которой циркулируют липопротеиды. о-Липопротеиды, содержащие около 50% белка, могут иметь субъединичное строение, липиды каждой из субъединиц связаны с гидрофобной частью молекулы белка. Предполагается, что в а-лнпопротеидах белок имеет спиральную, а в Р-липопротеидах складчатую конфигурацию. Структурные липопротеиды входят в состав биологических мембран. Ввиду особенностей их физико-химических свойств их называют протеолипи- дами, поскольку они растворяются в неполярных растворителях (смеси хлороформ — метанол 1: 1), Причина такого поведения протеолипчдов в том, что белок составляет сердцевину их молекулы, а оболочку образует липидный компонент. Содержание белка в протеолипидах 65— 85%. Они обнаружены в сердце, почках, легких, скелетных мышцах, в клетках растений, но больше всего их в миелиновых оболочках нервов. В клетках перечисленных органов они погружены в липидиую фазу мембран организмов. Состав протеолипндов из различных органов неодинаков. Предполагается, что они обеспечивают физиологическую функцию нервного волокна и участвуют в переносе веществ. Некоторые функции свободных (плазменных) липопротеидов. Свободные липопротеиды играют транспортную роль, поэтому все четыре типа липопротеидов называют транспортными формами липидов. Благодаря своей растворимости в.водной среде они могут переносить липиды, поступающие в кровь при всасывании из кишечника, а также распределять липиды между тканями, одни из которых их синтезируют, а другие используют. К транспортным формам липидов иногда относят комплекс альбумин —г свободные жирные кислоты, хотя если подходить строго, то комплекс любого белка крови, который адсорбирует липофильную молекулу, можно отнести к транспортным формам липидов. Поэтому правилБнее говорить о специфической транспортной функции липидов только четырех пока известных липопротеидов. Липопротеиды переносят глицериды, фосфолипиды, стероиды, а также небольшое количество жирорастворимых витаминов, р-каротина,. ациклических спиртов. Разное содержание отдельных липидов в липопротеидах указыва 3. Фосфопротеиды Фосфопротеиды представляют собой белки, у которых остаток фосфата соединен эфирной связью с гидроксильной группой серина. К фосфопротеидам относятся казенны — белкн молока. Фосфопротеиды клеток весьма распространены. Фосфорилнрование белка меняет его функцию. С помощью специальных ферментов акт фосфорилирования и дефосфорилирования белков (например, фосфорилированиё и дефосфорилирование гликогенфосфорилазы, липазы) регулирует их функцию в клетке. Фосфорилированиё гистонов снижает их способность связываться с ДНК и регулировать матричную активность ДНК. 4. Кофакторпротеиды Смешанные макромолекулы этого типа состоят из белка и функциональной небелковой части — кофактора. В качестве кофактора могут выступать витамины и их производные коферменты, порфиринсодержащие макроциклы, а в простейшем случае — биометаллы. Кофакторпротеиды могут быть окрашены или бесцветны. Окрашенные сложные белки называются хромопротеидами (от греч. chromos — краска). К ним относятся: гемпротеиды (небелковая часть — гем), хлорофиллпротеиды (небелковая часть — хлорофилл), кобамидпротеиды (небелковая часть — витамин В12), ретинальпротеиды (небелковая часть — витамин А альдегид), флавопротеиды (небелковая часть — флавины). Большую часть всех кофакторпротеиДов составляют ферменты. Строение их небелковых компонентов изложено ниже в гл. «Ферменты». К порфиринсодержащим протеидам относятся гемпротеиды, хлорофилл- протеиды и кобамидпротеиды. В основе химической структуры порфиринов лежит макроцикл — порфин, состоящий из четырех пиррольных колец, соединенных метнленовыми мостиками (строение кольца витамина В, 2 тоже напоминает этот макроцикл).
|