a505b559_bioorganika_metodich_posobie-2013

Примерно 25% цереброзидов сульфатировано в третьем положении (остаток серной кислоты вместо R) поэтому их иногда называют сульфатидами. Задание: напишите полный гидролиз галактоцереброзида с остатком цереброновой кислоты, назовите все составные части.

Ганглиозиды – богатые углеводами сложные липиды, впервые выделенные из серого вещества мозга. По строению они сходны с цереброзидами, отличаются от них лишь тем, что вместо моносахарида содержат олигосахарид, в состав которого входит сиаловая (N-ацетилнейраминовая) кислота (NANA).

Ганглиозиды придают жесткость мембранам, что позволяет сохранить форму нейронов, практически лишенных соединительнотканной опоры. Кроме того, гликолипиды являются антигенными маркерами нервных клеток; принимают участие в дифференцировке невральных клеток; регулируют нормальный рост клеток и препятствуют их трансформации в опухолевые.

Итак, значение сложных липидов в том, что они принимают участие в построении клеточных мембран и оказывают большое влияние на функции мембранных белков. В молекуле любого сложного липида можно выделить гидрофобную и гидрофильную части (т.е. они амфифильны).

71

На рисунке представлено расположение липидов в мембране:

А – фосфатидилэтаноламин, Б – сфингомиелин, В – ганглиозид, Г – холестерин (см. следующее занятие).

Гидрофобные части молекул контактируют друг с другом, образуя липидный бислой, а гидрофильные обращены в цитоплазму и во внешнюю среду. Кроме того, липиды контактируют с мембранными белками.

Белки, пронизывающие мембрану насквозь, называются интегральными и выполняют функции рецепторов или транспортных белков. Белки, прилежащие к мембранной поверхности, называются периферическими и связаны, например, с функционированием цитоскелета.

Изменение состава липидов мембраны ведѐт за собой изменение активности мембранных белков. Так накопление в мембранах избытка насыщенных ВЖК (пальмитата) приводит к понижению текучести мембран, нарушает сборку белков-рецепторов в группы («кластеры») и может привести к нарушению передачи гормонального сигнала. Транс-жирные кислоты, образующиеся из цис- в процессе промышленной гидрогенизации жиров, также вредны. Фосфолипиды, в состав которых входят транс-ВЖК, разрушаются медленнее обычного, и зачастую провоцируют перекисное окисление липидов мембраны.

72

Перекисное окисление липидов мембраны (ПОЛ).

ПОЛ представляет собой разветвлѐнную цепную реакцию, протекающую неферментативно и запускаемую обычно кислородсодержащими радикалами ( также «первичные радикалы» или «активные формы кислорода»).

К активным формам кислорода относят:

ОН• - гидроксильный радикал;

- супероксидный анион;

Н2О2 - пероксид водорода.

Активные формы кислорода образуются во многих клетках в результате последовательного одноэлектронного присоединения 4 электронов к 1 молекуле кислорода в процессе тканевого дыхания. Конечный продукт этих реакций - вода, но по ходу реакций образуются химически активные формы кислорода. Наиболее активен гидроксильный радикал, взаимодействующий с большинством органических молекул. Он отнимает от них электрон и инициирует таким образом цепные реакции окисления. Эти свободнорадикальные реакции окисления могут выполнять полезные функции, например, когда лейкоциты с участием активных форм кислорода разрушают фагоцитированные клетки бактерий. Но в остальных клетках свободнорадикальное окисление приводит к разрушению органических молекул, в первую очередь липидов, и, соответственно, мембранных структур клеток, что часто заканчивается их гибелью.

Стадии перекисного окисления липидов 1) Инициация: образование свободного радикала (L•)

LH + ·OH L· + Н2О

Инициирует реакцию чаще всего гидроксильный радикал, отнимающий водород от СН2-групп полиеновой кислоты, что приводит к образованию липидного радикала.

2) Развитие цепи:

L • + О2 → LOO •

LOO• + L1H → LOOН + L1•

Развитие цепи происходит при присоединении О2, в результате чего образуется липопероксирадикал LOO• или гидропероксид жирной кислоты

LOOH.

ПОЛ представляет собой свободнорадикальные цепные реакции, т.е. каждый образовавшийся радикал инициирует образование нескольких других. Так, в присутствии ионов железа Fe2+ , образуется очень

реакционноспособный радикал жирной кислоты:

LOOH + Fe2+ LO· +OH- + Fe3+

Часть органических пероксидов распадается на два радикала:

LOOH LO· +OH·

73

Таким образом, происходит возрастание скорости реакции в геометрической прогрессии.

3)Завершение ПОЛ:

Обрыв цепи - взаимодействие радикалов между собой:

L· + L· →L-L

LOO• + L• → LOOL

L• + vit E → LH + vit E•

vit E• + L• → LH + vit Еокисл.

Развитие цепи может останавливаться при взаимодействии свободных радикалов между собой или при взаимодействии с различными антиоксидантами, например, витамином Е, который отдаѐт электроны, превращаясь при этом в стабильную окисленную форму.

Cледствие ПОЛ: разрушение структуры липидов

Конечные продукты перекисного окисления полиеновых кислот - малоновый диальдегид и гидропероксид кислоты. По количеству малонового диальдегида в моче оценивают интенсивность перекисного окисления липидов в организме больного.

Значение ПОЛ в организме.

По современным представлениям, ПОЛ лежит в основе повреждения клеток при облучении, а также является причиной развития атеросклероза, приводящего к инсульту и инфаркту миокарда. Изменение структуры белков и ДНК, вызванные свободными радикалами могут приводить к увеличению мутаций, и, как следствие, перерождению нормальных клеток в опухолевые. Правда, в процессе воспаления организм продуцирует свободные радикалы для окисления мембран микробов, но в целом, от ПОЛ необходимо наши клетки защищать. Поэтому система антиоксидантов работает в клетках постоянно.

Антиперекисная защита (антиоксиданты).

1.Ферменты-антиоксиданты.

К ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супероксиддисмутазу, каталазу и глутатионпероксидазу; Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, и пероксисом особенно велико, следовательно, велик риск повреждения клеток свободными радикалами.

Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидные анионы в пероксид водорода:

74

2 + 2H+ → H2O2 + O2

Пероксид водорода, который может инициировать образование самой активной формы ОН•, разрушается ферментом каталазой:

2Н2О2 → 2 Н2О + О2.

Каталаза находится в основном в пероксисомах, где образуется наибольшее количество пероксида водорода, а также в лейкоцитах.

Глутатионпероксидаза - важнейший фермент, обеспечивающий инактивацию активных форм кислорода, так как он разрушает и пероксид водорода и гидропероксиды липидов. Он катализирует восстановление пероксидов с помощью трипептида глутатиона (γ- глутамилцистеинилглицин). Сульфгидрильная группа глутатиона (GSH) служит донором электронов и, окисляясь, образует дисульфидную форму глутатиона, в которой 2 молекулы глутатиона связаны через дисульфидный мостик.

Н2О2 + 2 GSH → 2 Н2О + G-S-S-G.

Окисленный глутатион восстанавливается глутатионредуктазой: GS-SG + глутатионредуктаза (восст.форма) →

2 GSH + глутатионредуктаза (окисл.форма) Глутатионпероксидаза, которая восстанавливает гидропероксиды

липидов в составе мембран, в качестве кофермента использует селен (необходимый микроэлемент пищи). При его недостатке активность антиоксидантной защиты снижается.

2.Витамины-антиоксиданты.

Витамин Е (α-токоферол) - наиболее распространѐнный антиоксидант в природе - является липофильной молекулой, способной инактивировать свободные радикалы непосредственно в гидрофобном слое мембран и таким образом предотвращать развитие цепи перекисного окисления. Различают 8 типов токоферолов, но α-токоферол наиболее активен.

Витамин Е отдаѐт атом водорода свободному радикалу пероксида липида (LOO•), восстанавливая его до гидропероксида (LOOH) и таким образом останавливает развитие ПОЛ :

vit EH+ LOO• → LOOH + vit E•

Свободный радикал витамина Е, образовавшийся в результате реакции, стабилен и не способен участвовать в развитии цепи. Наоборот, радикал витамина Е непосредственно взаимодействует с радикалами, восстанавливая их, а сам превращается в стабильную окисленную форму - токоферолхинон.

vit E• + L• → LH + vit Еокисл.

Витамин С (аскорбиновая кислота) также является антиоксидантом и участвует с помощью двух различных механизмов в ингибировании ПОЛ. Во-первых, витамин С восстанавливает окисленную форму витамина Е и

75

таким образом поддерживает необходимую концентрацию этого антиоксиданта непосредственно в мембранах клеток. Во-вторых, витамин С, будучи водорастворимым витамином и сильным восстановителем, взаимодействует с водорастворимыми активными формами кислорода - , Н2О2, ОН• и инактивирует их.

β-Каротин, предшественник витамина А, также обладает антиоксидантным действием и ингибирует ПОЛ. Показано, что растительная диета, обогащѐнная витаминами Е, С, каротиноидами, существенно уменьшает риск развития атеросклероза и заболеваний ССС, подавляет развитие катаракты - помутнения хрусталика глаза, обладает антиканцерогенным действием. Имеется много доказательств в пользу того, что положительное действие этих компонентов пищи связано с ингибированием ПОЛ и перекисного окисления других молекул и, следовательно, с поддержанием нормальной структуры компонентов клеток.

Ситуационные задачи

Задания в тестовой форме для самоконтроля:

1.Связь между остатком жирной кислоты и глицерином в молекуле жира называется: А.простой эфирной связью Б. сложноэфирной связью В. С–С связью Г. С–Н связью

2.Не относятся к липидам:

А. диацилглицерид Б. лецитин В. холестерин Г. лейцин

Д. фосфатидная кислота

3.Расположите жирные кислоты по мере увеличения числа двойных связей:

1арахидоновая

2линолевая

3олеиновая

4линоленовая

4.В состав лецитина входит основание:

А. этаноламин Б.инозит В. холин

Г. витамин В6

5. Сфингозин – это: А. одноатомный спирт Б. аминоспирт В. аминокислота Г. оксикислота

76

6.Ганглиозиды – это: А.фосфолипиды Б. триглицериды В. стероиды Г.гликолипиды

7.К фосфолипидам относится: А.цереброзид Б.сфингомиелин В. сульфатид Г.ганглиозид

8.К гликолипидам относится: А.лецитин Б. фосфатидная кислота

В. фосфатидилсерин Г. цереброзид

9.Соединение гидролизующееся на глицерин, жирные кислоты, фосфат и холин назыфвается _______________

10.К полиненасыщенным относится кислота:

А. олеиновая Б. пальмитоолеиновая В. линолевая Г.стеариновая

Занятие №7 Тема: Стероиды. Холестерин и его производные.

Структура, биологическая роль

Цель: Раскрыть взаимосвязь строения и функционирования одного из наиболее важных классов биологически активных соединений – стероидов.

После изучения темы студент должен:

-Знать структуру основных групп стероидов, их регуляторную роль; -Уметь обосновывать принципы рационального питания и здорового образа жизни, исходя из значения стероидов для организма.

План занятия:

7.Классификация стероидов.

8.Структура и роль холестерина. Транспортная форма холестерина.

9.Структура и функции производных холестерина: а) желчных кислот б) стероидных гормонов в) витамина Д

Стероиды – циклические углеводороды, состоящие из трех конденсированных циклогексановых колец в нелинейном сочетании и

77

циклопентанового кольца. Каждое из колец обозначается латинскими буквами A,B,C и D (циклопентановое кольцо). Вот структура представителя стероидов - холестерина с принятой нумерацией:

Упрощѐнно холестерин можно изображать так:

Стеринами называется группа cтероидных спиртов. Все стерины содержат β- гидроксильную группу при С-3 и одну или несколько двойных связей в кольце В и боковой цепи.

В организме животных холестерин является наиболее важным стерином. В растениях и микроорганизмах содержится множество родственных соединений, например эргостерин, β-фитостерин, стигмастерин.

Холестерин присутствует во всех животных тканях. Он является важнейшей составной частью клеточных мембран, где регулирует их текучесть. Запасной и транспортной формами холестерина служат его эфиры с жирными кислотами.

78

Задание: Напишите синтез сложного эфира холестерина и пальмитиновой кислоты. Будет ли это вещество амфифильным? Ответ обоснуйте.

Нарушение обмена холестерина играет важную роль в развитии атеросклероза, заболевания связанного с отложением холестерина (бляшек) на стенках кровеносных сосудов из-за повышенного уровня холестерина в крови, а также желчекаменной болезни. Для предупреждения атеросклероза важно, чтобы в пищевом рационе прeoблaдaли продукты растительного происхождения. Напротив, пищевые продукты животного происхождения содержат много холестерина, особенно яичный желток, мясо, печень, мозг.

Желчные кислоты

Из холестерина в печени образуются желчные кислоты . По химическому строению эти соединения близки к холестерину. Для желчных кислот характерно наличие укороченной разветвленной боковой цепи с карбоксильной группой на конце. Двойная связь в кольце В отсутствует, стероидный кор содержит в положениях 3, 7 и 12 от одной до трех гидроксильных групп.

Желчные кислоты обеспечивают растворимость холестерина в желчи и выведению его избытка из организма, а также способствуют эмульгированию липидов, что ускоряет процесс переваривания липидов в кишечнике. Желчные кислоты необходимы для активации липазы поджелудочной железы, нормального всасывания продуктов переваривания липидов и жирорастворимых витаминов. В печени вначале образуются первичные желчные кислоты — холевая и хенодезоксихолевая, а также коньюгированные желчные кислоты. Дегидроксилирование этих соединений по С-7 микрофлорой кишечника приводит к образованию вторичных желчных кислот — литохолевой и дезоксихолевой.

79

80