Биохимия 1 (1984) (1128709), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Как будет показано далее, от длины и степени ненасыщенностн жирно- кислотных цепей в сильнейшей степени зависит текучесть мембран. На рис. 10.3 показана структура ионизированных форм двух широко распространенных жирных кислот — пальмитиновой (Спп насыщенная жирная кислота) и оленновой (С, а, одна двойная связь). Мы будем называть их в дальнейшем пальмитат и олеат, подчеркивая тот факт. что в физиологических условиях они нахо- !О. Введение в проблему биологических мембран 201 Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н ! ! ! ! ! 1 ! ! ! ! (,,О нс — с — с — с — с — с — с — с — с — ~ — с — с — с — с — с — с ! ! ((((! НННННйННйННННН Памъммтат фтоммамроааммал фортта малмВнтмноаоа хнолотВВ) Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! р н,с †с †с †с †с †с †с †с †с=с †с †с †с †с †с †с †с †с ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ",ОН Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Оплат рнтмнемроааннал фортта алаиноаВнт нмоаоты) дятся в ионизированном состоянии.
Номенклатура жирных кислот приводится в гл. 18. В фосфоацилглицеролах гидроксильные группы при С-1 и С-2 в глицероле этерифицированы карбоксильными группами двух жирных кислот. Третйй гидроксил глицерола этерифицирован фосфорной кислотой. Образующееся в результате соединение, на- О Фосфетидат тдмацилглнцерол.ачросфат) НН,' НΠ— СН вЂ” С вЂ” СОО 2 Н Сермм ОН ОН Н НΠ— СН вЂ” С вЂ” СН вЂ” -ОН 2 ! 2 ОН НΠ— СН,— СН,— Й(СНВ)2 НО -СН,— СН,— НН, Этаноланмн Н ОН Иноемтол Холин Глмцерол Н,С вЂ” 2СН цт — С вЂ” Π— СНВ Н,С ~СНВЬ С-- С- 2СНО, С вЂ” Π— С вЂ” Н О О СН 2 Н С вЂ” Π— Р--О -СН .-СН, -Мг- СН, О СН Фосфатидмлхолнн 11-пальмнтоил-ячтлеонлфосфатнднлхолнн) Часть ! 202 )Вонфттрмацня н динамика зываемое фосртапВидап2ом (или диацилглицерол-З-фосфатом), представляет собой простейший фосфоацилглицерол.
В мембранах фосфатидат содержится в минимальном количестве. Однако это соединение является ключевым промежуточным продуктом при биосинтезе других фосфоацилглицеролов. Все основные фосфоацилглицеролы являются производными фосфатидата. Они Угпееодородные — В С вЂ” Π— СН цепи жирных кислот В и,. С вЂ” Π— С вЂ” Н О Н С вЂ” Π— Р—.О 2 образуются путем этерификации фосфатной группы фосфатидата с гидроксильной группой спиртов, таких, как серии, этаноламин, холин, глицерол и инозитол. Соединив теперь между собой некоторью из этих компонентов,мы получим фосфатидилхолин фосфоацилглицерол, присутствующий практически в любой мембране высших организмов.
Н Н Н Н,С (СН,),2 С--С -С-С- СН,— 0 Н ОНН- Н Остаток жирнси кислоты 0 )! Н С вЂ” 0 — С вЂ” й 0 НС вЂ” 0 — С вЂ” й' )! — Р— 0 — СН2 0 0 Фосфатмдмлатамоламмм ОН ОН Н Н ОН Фесфатмдмлммоамтол Фосфатмдмлхолмм 0 )! й — С вЂ” 0 — СН й' — С вЂ” 0 — СН 0 Н 0 )! 0 Н2С вЂ” 0 — Р— 0 — СН2 — С вЂ” СН,— 0 — Р— 0 ! 0 ОН 0- Дмфосфатмдмлглмаерол Рнс.
10.5. Формулы некоторых фосфоацилглицеролов. 0 Н,С вЂ” 0 — С вЂ” й НС вЂ” 0 — С вЂ”. й' ! — СН О 203 Н Сфм На рис. 10.5 приведены структурные формулы других важнейших фосфоацилглнцеролов, а именно фосфатидилэтаноламина, фосфатндилсерина, фосфатидилхолина, фосфатидилинозитола и дифосфатидилглицерола. Н Н Н Н С вЂ” (СН ) — С вЂ”.— С вЂ” С вЂ” С вЂ” СН,ОН ! ОН Нн, Сфммгоамм Единственный фосфолипид мембран, не являющийся производным глицерола,— зто сфингомиелин. Основу его структуры составляет сфингозин-аминоспирт с длинной ненасыщенной углеводородной цепью. В сфингомиелине сфингозин связан с жирной кислотой амидной связью.
Кроме того, первичная гндроксильная группа в сфннгозине этерифи- 0 й — С вЂ” Π— СН й' — С вЂ” 0--СН 0 Н )! 0 Н,С вЂ” 0 — Р— 0 — СН2 — С вЂ” МН," 0 СОО Фссфатмдмлсермм 0 й — С вЂ” 0 — СН й' — С вЂ” 0 — СН 0 ! )! 0 Н С вЂ” 0 — Р— 0 — СН вЂ” СН,— М(СН2)2 2 2 2 0' Остаток фосфорипхопина нгоммелмн цирована с фосфорилхолином.
Как мы уви- дим далее, сфингомиелин по конформации сходен с фосфатидилхолином. 10.3. В большинстве мембран имеются также глнколшщны н холесгерол Гликолипиды, как следует из названия,— это линиды, содержащие сахар. Гликолипиды животных клеток, подобно сфингомиелину, являются производными сфингозина. Аминогруппа сфингозина, как и в сфингомиелине, ацилирована жирной кислотой. Отличие гликолнпидов от сфингомиелина заключается в природе компонента, присоединенного к первичному гидроксилу сфингозинового скелета. В глнколипидах в этом положении стоит один или несколько остатков сахара (а не фосфорилхолин). Простейший гликолнпид-это иереброзид, содержащий только один остаток сахара (глюкозу 0 й — С вЂ” 0 — СН й' — С вЂ” 0 — СН 0 )! 0 Н,С вЂ” 0 — Р— 0 — СН,— Снт--ннт.
0 1О. Введение в проблему биологических мембран Остаток сахара Н Н Н Н,С НСН,)м С= С вЂ” С вЂ” С вЂ” СН, Н НО Н Н Остаток жириои киелоты и Церебровид (глнколнпид) илн галактозу). В более сложных гликолипидах, таких, как ганглнозиды, имеется разветвленная цепь из нескольких (вплоть до семи) остатков сахара. К числу важных липидных компонентов многих мембран относится и холестерол. Он присутствует у эукариот, и его нет у большинства прокариот, Как правило, холестеролом богаты плазматические мембраны клеток эукариот, тогда как мембраны клеточных органелл содержат относительно мало этого нейтрального липида.
н СН,— СН, -С вЂ” СН, СН, СН, Н -С вЂ” СНН Холестерси Час~ь 1 204 Конформация и динамика ! 0.4. Фосфолипиды и гликолипиды легко образуют бислои Свойства мембранных липцдов настолько разнообразны, что при знакомстве с ними можно прийти в смятение. Однако существует общий принцип их структурной организации: мембранные лнпиды являются амфипптичеслимн соединениями. Их молекулы имеют как гидрифильные, так и гидрофобные группы (табл.
10.1). Рассмотрим пространственную модель какого-либо фосфоацнлглицерола, например фосфатидилхолина (рис. !О.б). По общей форме он напоминает прямоугольник. Две цепи жирных кислот расположены почти параллельно друг другу, а остаток фосфорнлхолина направлен в противоположную от них сторону. Аналогичная конформация свойственна и сфингомиелину (рис. 10.7). В гликолипидах остаток сдщра Таблица !ОЛ Гилрофобные и гицрофильные ~руппы в липидвх мембран Липни мембраны Гилрофобнвя группв Гидрофильивя группе Фосфоглицери- лы Цепи жирньо кислот Фосфорилировхиный спирт Фссфорилхолин Цепь жирной «ис.юты и у~ля волороднвя цепь сфию отпив Сфингомиелии Гликалипид То же Один или не- сколько углеволиых осгхт- ков Холестерол ОН-группв ири с-з Ися молекулх, кроме ОН-груп.
пы Рис. 10.6. Пространственная модель молекулы фосфатидилхолина. Рис. 10.7. Пространственная модель молекулы сфингомиелина. расположен практически так же, как остаток фосфорилхолина в сфингомнелине. Все этгг позволило прибегнуть к следующему способу изображения мембранных липидов: гидрофильную часть, называемую также полярной головкой, рисуют в виде кружочка, тогда как углеводородные хвосты -в виде прямых или волнистых линий (рис.
10.8). Посмотрим теперь, как ведут себя фосфолипиды и гликолипиды в водной среде. Вполне очевидно, что их полярные головки обладают сродством к воде, тогда как углеводородные хвосты отталкивают воду. Следовательно, в водной среде фосфолипиды полярная головка ! Углеводородный хвост Рнс. 10.8. Символическое изображение молекулы фосфолипида или гликолипида. Ф ф , '.- ° ° = .==--=-е 7' '. Ф Э Рис. 10.9. Схематическое изображение отрезка мицеллы, образованной молекулами фосфолипида.
ложена в структуре липилных молекул и определяется ~лавным образом их амфипатическими свойствами. Формирование в воде липидных бислоев из гликолипидов или фосфолипндов идет быстро и спонтанно. Основная сила, обеспечивающая салтсборку бислоя;это гидрофобиые взаимодействия. Вспомним, что гидрофобные взаимодействия играют также главную роль в складывании белковых молекул в водном растворе. По мере того как углеводородные хвосты мембранных липидов попадают во внутреннюю, неполярную часть бислоя, они теряют окружавшие их молекулы воды.
Такое выделение воды приводит к большому увеличению энтропии. Кроме того, между углеводородными хвостами возникают вандерваальговы взаимодействия, способствующие плотной упаковке углеводородных хвостов липидов внутри бислоя. И наконец, образованию бислоев способствует возникновение электростатических гил и водородных связей между полярными годовками и молекулами воды. Итак, в стабилизации липидных бислоев участвуют все те силы, которые обеспечивают молекулярные взаимодействия в биологических системах. и гликолипнды могут образовать мичеллы, у которых полярные головки находятся на поверхности, а углеводородные хвосты спрятаны внутрь (рнс. !0.9).
Возможен и другой способ организации, удовлетворяющий пщрофильным и гилрофобным требованиям мембранных липидов, а именно образование бимолекуляриого слоя, или иначе липидиигп бислоя (рис. !О.!О). Оказалось, что в водной среде болыиияство фосфолипидов и гликолипидов образуют имеяно бимолекуляриый слой. а не миреллу. Такое предпочтительное образование структуры бислоев имеет огромное значение в биологии. Дело в том, что размеры мицелл обычно невелики — менее 200 А в диаметре. Бимолекулярные слои, напротив, достигают макроскопических размеров, вплоть до миллиметра (107 А). Фосфои гликолипиды являются ключевыми компонентами мембран именно потому, что они легко образуют бимолекулярные слои.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
