Витамин Е (токоферол, антистерильный или антиоксидантный)

Витамин Е представляет собой группу, состоящую по меньшей мере из трех соединений - α-, β-, γ-токоферола; из них наиболее активен α-токоферол. Токоферолы содержатся в растительных маслах, особенно богаты ими проростки пшеницы.

Суточная потребность 10-30 мг.

Витамин Е является единственным жирорастворимым антиоксидантом. Встраиваясь в состав клеточных мембран, он предотвращает перекисное окисление полиненасыщенных жирных кислот, входящих в состав мембранных фосфолипидов. В своей антиоксидантной активности витамин Е взаимодействует с витамином С.

Основным симптомом дефицита витамина Е является снижение осмотической стойкости эритроцитов у недоношенных детей.

Витамин К (нафтохинон, антигеморрагический)

Витамин K₁ содержится в зеленых растениях (капусте, шпинате), фруктах, корнеплодах.

Витамин К₂ синтезируется бактериями кишечника. В настоящее время производятся водорастворимые синтетические аналоги витамина К - викасол, менадион, синкавит.

Суточная потребность 2 мг.

Механизм действия: витамин К участвует в поддержании нормальных уровней факторов свертывания крови: фактора II (протромбина), фактора VII (проконвертина), фактора IX (фактора Кристмаса), фактора X (фактора Стюарта), синтезирующихся в печени в виде неактивных предшественников. Активация последних происходит в результате посттрансляционной модификации белков по остаткам Glu. Эта модификация заключается в γ- карбоксилировании и фермент (микросомальная карбоксилаза), катализирующий эту реакцию, нуждается в витамине К как кофакторе.

Карбоксилирование протромбина приводит к образованию белка, способного связывать ионы кальция за счет образования дополнительных карбоксильных групп. После хелатирования ионов кальция протромбин связывается с фосфолипидами мембран, запуская в конечном итоге каскадную систему свертывания крови с образованием фибринового сгустка.

Недостаточность витамина К наблюдается крайне редко, так как этот витамин синтезируется кишечными бактериям. Однако длительный прием антибиотиков или кумариновых антикоагулянтов может давать клинику недостатка этого витамина у взрослых. Признаком недостаточности витамина К у взрослых является повышенная кровоточивость (вследствие нарушения свертывания крови), а у новорожденных проявляется в виде геморрагического синдрома (ввиду отсутствия бактерий в кишечнике).

Мембраны: их строение и функционирование

Мембраны - это чрезвычайно вязкие и вместе с тем пластичные структуры, окружающие все живые клетки. Функции клеточных мембран:

1. Плазматическая мембрана является барьером, с помощью которого поддерживается различный состав вне- и внутриклеточной среды.

2. Мембраны формируют специализированные компартменты внутри клетки, т.е. многочисленные органеллы - митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, эндоплазматический ретикулум, ядерные мембраны.

3. В мембранах локализованы ферменты, участвующие в преобразовании энергии в таких процессах, как окислительное фосфорилирование и фотосинтез.

Строение и состав мембран

Основу мембраны составляет двойной липидный слой, в формировании которого участвуют фосфолипиды и гликолипиды. Липидный бислой образован двумя рядами липидов, гидрофобные радикалы которых спрятаны внутрь, а гидрофильные группы обращены наружу и контактируют с водной средой. Белковые молекулы как бы “растворены” в липидном бислое.

Структура липидов мембран

Мембранные липиды - амфифильные молекулы, т.к. в молекуле есть как гидрофильный участок (полярные головки), так и гидрофобный участок, представленный углеводородными радикалами жирных кислот, самопроизвольно формирующие бислой. В мембранах присутствуют липиды трех главных типов - фосфолипиды, гликолипиды и холестерол.

Липидный состав различен. Содержание того или иного липида, по- видимому, определяется разнообразием функций, выполняемых этими липидами в мембранах.

Фосфолипиды. Все фосфолипиды можно разделить на две группы - глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды. Глицерофосфолипиды относят к производным фосфатидной кислоты. Наиболее распространенные глицерофосфолипиды - фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины. Сфингофосфолипиды построены на основе аминоспирта сфингозина.

Гликолипиды. В гликолипидах гидрофобная часть представлена спиртом церамидом, а гидрофильная - углеводным остатком. В зависимости от длины и строения углеводной части различают цереброзиды и ганглиозиды. Полярные “головки” гликолипидов находятся на наружной поверхности плазматических мембран.

Холестерол (ХС). ХС присутствует во всех мембранах животных клеток. Его молекула состоит из жесткого гидрофобного ядра и гибкой углеводородной цепи. Единственная гидроксильная группа в 3-положении является “полярной головкой”. Для животной клетки среднее молярное отношение ХС/фосфолипиды равно 0,3-0,4, но в плазматической мембране это отношение гораздо выше (0,8-0,9). Наличие ХС в мембранах уменьшает подвижность жирных кислот, снижает латеральную диффузию липидов и поэтому может влиять на функции мембранных белков.

Свойства мембран:

1. Избирательная проницаемость. Замкнутый бислой обеспечивает одно из основных свойств мембраны: он непроницаем для большинства водорастворимых молекул, поскольку они не растворяются в его гидрофобной сердцевине. Способностью легко проникать в клетку обладают газы, такие как кислород, СО₂ и азот вследствие малого размера молекул и слабого взаимодействия с растворителями. Также без труда проникают через бислой молекулы липидной природы, например, стероидные гормоны.

2. Жидкостность. Для мембран характерна жидкостность (текучесть), способность липидов и белков к перемещениям. Возможны два типа перемещений фосфолипидов - это кувырок (в научной литературе называется “флип-флоп”) и латеральная диффузия. В первом случае противостоящие друг другу в бимолекулярном слое молекулы фосфолипидов переворачиваются (или совершают кувырок) навстречу друг другу и меняются местами в мембране, т.е. наружная становится внутренней и наоборот. Такие перескоки связаны с затратой энергии. Чаще наблюдаются повороты вокруг оси (ротация) и латеральная диффузия - перемещение в пределах слоя параллельно поверхности мембраны. Скорость перемещения молекул зависит от микровязкости мембран, которая, в свою очередь определяется относительным содержанием насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в составе липидов. Микровязкость меньше, если в составе липидов преобладают ненасыщенные жирные кислоты, и больше при высоком содержании насыщенных жирных кислот.

3. Асимметрия мембран. Поверхности одной и той же мембраны различаются по составу липидов, белков и углеводов (поперечная асимметрия). Например, в наружном слое преобладают фосфатидилхолины, а во внутреннем - фосфатидилэтаноламины и фосфатидилсерины. Углеводные компоненты гликопротеинов и гликолипидов выходят на наружную поверхность, образуя сплошное поурытие, называемое гликокаликсом. На внутренней поверхности углеводы отсутствуют. Белки - рецепторы гормонов располагаются на наружной поверхности плазматической мембраны, а регулируемые ими ферменты - аденилатциклаза, фосфолипаза С - на внутренней и т.д.

Мембранные белки

Мембранные фосфолипиды играют роль растворителя для мембранных белков, создавая микроокружение, в котором последние могут функционировать. На долю белков приходится от 30 до 70% массы мембран. Число разных белков в мембране варьирует от 6-8 в саркоплазматическом ретикулуме до более чем 100 в плазматической мембране. Это ферменты, транспортные белки, структурные белки, антигены, в том числе антигены основной системы гистосовместимости, рецепторы для различных молекул.

По локализации в мембране белки подразделяются на интегральные (частично или полностью погруженные в мембрану) и периферические (расположенные на ее поверхности). Некоторые интегральные белки пронизывают мембрану один раз (гликофорин), другие прошивают мембрану

многократно. Например, фоторецептор сетчатки глаза и β₂-адренорецептор пересекает бислой 7 раз.

Периферические белки и домены интегральных белков, расположенные на наружной поверхности всех мембран, почти всегда гликозилированы. Олигосахаридные остатки защищают белок от протеолиза, а также участвуют в узнавании лигандов или адгезии.

Перенос вещества и информации через мембраны

Клеточные мембраны не являются наглухо закрытыми перегородками. Одной из основных функций мембран является регуляция переноса веществ и информации. Трансмембранное перемещение малых молекул осуществляется 1) путем диффузии, пассивной или облегченной и 2) путем активного транспорта. Трансмембранное перемещение крупных молекул осуществляется

1. путем эндоцитоза и 2) путем экзоцитоза. Передача сигнала через мембраны осуществляется с помощью рецепторов, локализованных на наружной поверхности плазматической мембраны. При этом сигнал либо подвергается трансформации (например, глюкагон → цАМФ), либо происходит его интернализация, сопряженная с эндоцитозом (например, ЛНП - рецептор ЛНП).

Простая диффузия - это проникновение в клетку веществ по электрохимическому градиенту. При этом никаких энергетических затрат не требуется. Скорость простой диффузии определяется 1) трансмембранным концентрационным градиентом вещества и 2) его растворимостью в гидрофобном слое мембраны. Легче всего проходят простой диффузией через липидную мембрану малые неполярные молекулы, такие как 0₂, стероиды, жирные кислоты. Малые полярные незаряженные молекулы такие как С0₂, NH₃, этанол, мочевина также диффундируют с достаточно большой скоростью. Для всех заряженных молекул, независимо от размера, липидная мембрана непроницаема. Транспорт таких молекул возможен благодаря наличию в мембранах либо белков, формирующих в липидном слое каналы (поры), через которые могут проходить вещества определенного размера простой диффузией, либо специфических белков которые избирательно взаимодействуя с определенными лигандами, облегчают их перенос через мембрану (облегченная диффузия). При облегченной диффузии вещества переносятся через мембрану также по градиенту концентрации и без энергетических затрат.

Одни транспортные белки просто переносят какое-либо вещество с одной стороны мембраны на другую. Такой простой перенос называется пассивным унипортом. Примером унипорта могут служить ГЛЮТ - транспортеры глюкозы, осуществляющие транспорт глюкозы через клеточные мембраны. Другие белки функционируют как ко-транспортные системы, в которых перенос одного вещества зависит от одновременного или последовательного переноса другого вещества либо в том же направлении - такой перенос называется пассивным симпортом, либо в противоположном направлении - такой перенос называется пассивным антипортом.