Основы биохимии (90

внутрь двойной спирали, а углеводно–фосфатные группы расположены снару- жи спирали. Азотистые основания аденин и тимин, гуанин и цитозин, принад- лежащие двум цепям, соединяются за счёт водородных связей и образуют ком- плементарные пары оснований:

Основания, располагающиеся внутри спирали, прочно упакованы и не контактируют с водой. Вода контактирует лишь с ОН – группами углевода и фосфатными группами.

5.4.Третичная структура ДНК

Увсех живых организмов двухспиральные молекулы ДНК плотно упако- ваны с образованием сложных трехмерных структур. Двухцепочечные ДНК прокариот и эукариот суперспирализированы. Суперспирализация необходима для компактной упаковки молекулы в небольшом объеме пространства, что не- маловажно для начала процессов репликации (“снятия копии”), а также для процесса биосинтеза белка (транскрипция). Третичная структура ДНК эукариот

вотличие от прокариот функционирует только в комплексе с белками хромо- сом. Они могут быть представлены как гистоновыми, так и негистоновыми белками. Гистоны представляют собой простые белки ,в аминокислотном со- ставе которых преобладают аргинин и лизин. Это придает им основный харак-

тер и обеспечивает их способность взаимодействовать с кислотными группами ДНК.

41

6. ЛИПИДЫ (ЖИРЫ)

Липиды представляют собой обширную группу соединений, существенно различающихся по своей химической структуре и функциям. В связи с этим, для соединений этого класса не существует единственного определения. В ос- новном, липиды характеризуются нерастворимостью в воде, растворимостью в неполярных растворителях, содержанием высших алкильных радикалов и т. д. Однако среди липидов имеются представители, которые довольно хорошо рас- творяются в воде.

Липиды играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Они влияют на проницаемость биологических мембран, являясь основным их ком- понентом, участвуют в передаче нервного импульса, а также служат эффектив- ным источником энергии в организме либо при ее непосредственном использо- вании, либо в форме запасов жировой ткани. Наряду с этим, важная функция

липидов заключается в создании термоизоляционных покровов у животных и растений, защите органов и тканей от механических воздействий.

6.1. Классификация липидов

Наибольшее распространение получила классификация, основанная на структурных особенностях липидов. По этой классификации различают два ос- новных класса:

-простые липиды (глицериды, воска), представляющие собой сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами;

-сложные липиды (фосфолипиды, гликолипиды, стероиды, сульфолипиды и

аминолипиды), представляющие собой сложные эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно содержащими другие группы.

Кроме того, выделяют предшественники и производные липидов (жирные ки-

слоты, альдегиды жирных кислот, углеводороды, жирорастворимые витамины, гормоны).

6.2. Глицериды

Глицериды представляют собой сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Если жирными кислотами этерифициро- ваны все три гидроксильные группы глицерина (ацильные радикалы R1, R2, R3 могут быть одинаковы или различны), то такое соединение называют триглице- ридом, если две – диглицеридом и, наконец, если этерифицирована одна группа

– моноглицеридом.

Наиболее распространенными являются триглицериды, которые называ- ются нейтральными жирами или просто жирами. Жирные кислоты в триглице- ридах могут быть насыщенными и ненасыщенными. Из жирных кислот чаще

42

встречаются пальмитиновая, стеариновая и олеиновая. Если все три кислотных радикала принадлежат одной и той же жирной кислоте, то такие триглицериды называют простыми (например, трипальмитин, тристеарин, триолеин и т.д.), если разным жирным кислотам, то смешанными.

Глицериды способны вступать во все химические реакции, свойственные сложным эфирам. Наибольшее биологическое значение имеет реакция гидроли- за, в результате которой из триглицеридов образуются глицерин и жирные ки- слоты. Этот процесс может происходить как при ферментативном гидролизе, так и при действии кислот или щелочей.

6.3. Воска

Воска являются сложными эфирами высших жирных кислот и высших одноатомных или двухатомных спиртов с числом углеродных атомов от 16 до 22. Их общие формулы имеют вид:

Воска могут входить в состав жира, покрывающего кожу, шерсть, перья. У растений 80% от всех липидов, образующих пленку на поверхности листьев и плодов, составляют воска. Известно также, что воска являются нормальными метаболитами некоторых микроорганизмов. Природные воска (например, пче- линый воск, спермацет, ланолин) обычно содержат, кроме указанных сложных эфиров, некоторое количество свободных жирных кислот, спиртов и углеводо- родов с числом углеродных атомов 21–35.

43

6.4. Фосфолипиды

Фосфолипиды представляют собой сложные эфиры многоатомных спир-

тов глицерина или сфингозина с высшими жирными кислотами и фосфорной кислотой. В состав фосфолипидов входят также азотсодержащие соединения, такие как холин, этаноламин или серин. Если в качестве многоатомного спирта в образовании фосфолипида принимает участие глицерин, то такой фосфоли- пид называется глицерофосфолипидом, если же в качестве многоатомного спирта выступает сфингозин, то фосфолипид принято называть сфингофосфо-

липидом.

Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. В их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодержащие соединения. Общая формула глицерофосфолипидов имеет следующий вид:

В этих формулах R1 и R2– радикалы высших жирных кислот, a R3 – чаще радикал азотистого соединения. Для всех глицерофосфолипидов характерно, что одна часть их молекул (радикалы R1 и R2 ) обладает выраженной гидрофоб- ностью, в то время как другая часть гидрофильна благодаря отрицательному заряду фосфорной кислоты и положительному заряду радикала R3.

Из всех липидов глицерофосфолипиды обладают полярными свойствами.

При помещении глицерофосфолипидов в воду в истинный раствор переходит лишь небольшая их часть, основная же масса липидов находится в виде мицелл.

Сфингофосфолипиды (к числу наиболее распространенных относятся сфингомиелины) в основном находятся в мембранах животных и растительных клеток. Они обнаружены также в почках, печени и других органах. Особенно богата ими нервная ткань. При гидролизе они в основном образуют одну моле-

кулу жирной кислоты и одну молекулу двухатомного ненасыщенного спирта (сфингозина). Кроме того, образуются азотистое основание (холин) и молекула фосфорной кислоты. Исходя из этого, их общую формулу представляют сле- дующим образом:

44

сфингомиелин

Общий план построения молекулы сфингомиелина напоминает строение глицерофосфолипидов. Молекула сфингомиелина содержит в своем составе своеобразный фрагмент, который несет положительный (остаток холина) и от- рицательный (остаток фосфорной кислоты) заряды, а также два неполярных “хвоста” (алифатическая цепь сфингозина и ацильный радикал жирной кисло- ты). В некоторых сфингомиелинах, например выделенных из мозга и селезенки, вместо сфингозина найден спирт дигидросфингозин (восстановленный сфинго- зин):

6.5. Гликолипиды (гликосфинголипиды)

Гликолипиды особенно широко представлены в нервной ткани головного мозга. Простейшими гликосфинголипидами являются галактозилцерамиды и глюкозилцерамиды. В состав галактозилцерамидов входит гексоза (D- галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминос- пирта сфингозина. Кроме того, в составе галактозилцерамида имеется жирная кислота. Структурная формула галактозилцерамида имеет вид:

45

Глюкозилцерамиды в отличие от галактозилцерамидов вместо остатка га- лактозы имеют остаток глюкозы.

6.6.Стероиды

Вотличие от вышеперечисленных подклассов липидов, стероиды не гид- ролизуются с освобождением жирных кислот. Общая структурная основа сте- роидов имеет вид:

Кстероидам относятся гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и другие соеди- нения. В организме человека важное место среди стероидов занимают стерины. Главным представителем стеринов является холестерин:

Кольцевая структура холестерина отличается значительной жесткостью, тогда как боковая цепь - относительной подвижностью. Холестерин содержит спиртовую гидроксильную группу при С-3 и разветвленную алифатическую цепь из 8 атомов углерода при С-17. Гидроксильная группа при С-3 может быть этерифицирована высшей жирной кислотой. При этом образуются эфиры холе-

стерина (холестериды):

46

Каждая клетка в организме млекопитающих содержит холестерин. Нахо- дясь в составе мембран клеток, неэтерифицированный холестерин вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость кле- точной мембраны и оказывает регулирующее влияние на её состояние и на ак- тивность связанных с ней ферментов. В цитоплазме холестерин находится пре- имущественно в виде эфиров с жирными кислотами. Холестерин является важ- нейшим источником образования в организме желчных кислот, а также стеро- идных гормонов (половых и кортикоидных). Не менее важная функция холе- стерина заключается в том, что под действием УФ-лучей он превращается в ор- ганизме в витамин D3. Холестерин находится только в жирах животного проис- хождения. В растениях и дрожжах содержатся близкие по структуре к холесте- рину соединения, в том числе эргостерин, который является предшественни- ком витамина D:

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Кнорре Д. Г., Мызина С. Д. Биологическая химия. М.: Высш. шк., 1998. 479 с.

2.Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 1998. 704 с.

3.Комов В. П., Шведова В. М. Биохимия. М.: Дрофа, 2004. 639 с.

4.Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. М.: Высш. шк., 1983. 470 с.

5.Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987. 816 с.

6.Тюкавкина Н. А., Бауков Ю. И. Биоорганическая химия. М.: Дрофа, 2008. 543 с.

47

Учебное издание

Петров Олег Александрович Клюева Мария Евгеньевна Малкова Ольга Васильевна

ОСНОВЫ БИОХИМИИ

Учебное пособие

Редактор О. А. Соловьёва Подписано в печать 16.12.2008.Формат 60×84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 2,79. Уч.-изд. л. 3,10. Тираж экз. Заказ

ГОУ ВПО Ивановский государственный химико-технологический университет

Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и финансов ГОУ ВПО «ИГХТУ» 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7

48