главная > справочник > химическая энциклопедия:

Липиды

Липиды (от греч. lipos - жир), жироподобные вещества, входящие в состав всех живых клеток. Определение понятия липидов неоднозначно. Иногда к липидам относят любые прир. вещества, извлекаемые из организмов, тканей или клеток такими неполярными орг. растворителями, как хлороформ, диэтиловый эфир или бензол. В некоторых случаях липиды рассматривают как производные жирных кислот и родственных им соед. или как любые прир. амфифильные вещества (их молекулы содержат как гидрофильные, так и гидрофобные группировки). Ни одно из этих определений не является исчерпывающим. Следует ли причислять к липидам терпеноиды, жирорастворимые витамины и гормоны, остается спорным.

Исторический очерк. Некоторые липиды (жиры животные, растительные масла) используют с древнейших времен как продукты питания, для приготовления лек. и косметич. препаратов, лакокрасочных материалов, а также для освещения. С нач. 18 в. липиды стали использовать для мыловарения, а в 20 в. - для приготовления моющих ср-в, эмульгаторов, детергентов, пластификаторов и технол. смазок. Первый элементный анализ липида выполнен в нач. 19 в. А. Лавуазье, а первые исследования по выяснению хим. строения Л. принадлежат К. Шееле и М. Шеврёлю. Впервые синтезы триглицеридов осуществили М. Бертло в 1854 и Ш. Вюрц в 1859. Фосфолипиды выделены М. Гобли в 1847, а затем получены в более чистом виде Ф. А. Хоппе-Зейлером в 1877. К этому времени уже было установлено строение ряда важнейших жирных кислот. Дальнейшую историю изучения липидов можно разделить на три периода, различающиеся по методич. уровню исследований. На первом этапе (1880-1950) липиды исследовали традиционными методами орг. химии, второй этап (1950-1970) характеризуется широким применением методов хроматографии, а последний (70-80-е гг.) - использованием таких физ.-хим. методов, как масс-спектрометрия, оптич. спектроскопия и радиоспектроскопия, флуоресцентный анализ и др.

Классификация липидов В соответствии с хим. строением различают три осн. группы липидов: 1) жирные кислоты и продукты их ферментативного окисления, 2) глицеролипиды (содержат в молекуле остаток глицерина), 3) липиды, не содержащие в молекуле остаток глицерина (за исключением соед., входящих в первую группу). В первую группу входят наряду с жирными кислотами простагландины и др. гидроксикислоты; во вторую - моно-, ди- и триглицериды и их алкил- и 1-алкенил (плазмалогены)замещенные аналоги, а также гликозилдиглицериды и большинство фосфолипидов; в третью группу входят сфинголипиды, стерины и воски. По др. классификации (она приведена на схеме), липиды подразделяют на нейтральные Л., фосфолипиды и гликолипиды. В организмах встречаются также многочисл. типы минорных липидов - фосфатидилглицерин, липопептиды, липополисахариды, диольные липиды и др. В липидных экстрактах часто присутствуют продукты частичного гидролиза липидов - лизофосфолипиды и своб. жирные кислоты, а также продукты автоокисления и ферментативного окисления последних, в т.ч. разнообразные продукты превращ. арахидоновой кислоты - т. наз. эйкозаноиды (простагландины, лепкотриены и др.).

Структура. Наиб. распространенные типы липидов - глицеролипиды и производные сфингозина СН₃(СН₂)₁₂СН=CHCH(OH)CH(NH₂)CH₂OH. В нейтральных глицеролипидах гидроксильные группы глицерина замещены остатками жирных кислот, алифатич. спиртов или альдегидов. В полярных глицеролипидах две гидроксильные группы глицерина замещены чаще всего жирными кислотами, а третья связана либо с остатком ортофосфорной кислоты (свободной или этерифицированной холимом, этаноламином, серином, глицерином или миоинозитом), либо с остатками сахаров, как у гликозиллиглицеридов.

Положение заместителей в молекуле глицерина обозначают по т. наз. системе стереоспецифич. нумераций: если в фишеровской проекции вторичная гидроксигруппа глицеринового остатка находится слева, то углеродным атомам, расположенным выше и ниже этой группы, присваивают соотв. номера 1 и 3, снабдив их индексом sn (напр., sn-1-ацил-3-глицерофосфохолин, см. ф-лу). Наряду с диацилглицерофосфолипидами распространены глицсрофосфолипиды, содержащие в положении sn-1-алкильные или 1-алкенильные заместители. В водных средах липиды образуют бислойные, гексагональные или мицеллярные структуры. В бислоях (см. Липидный бислой) насыщ. углеводородные цепи липидов, как правило, находятся в зигзагообразной конформации и расположены параллельно друг другу.

Ось sn-1-ацильной цепи совпадает с осью глицеринового остатка, тогда как sn-2-цепь на начальном СО—СН₂-участке отходит от глицеринового остатка под прямым углом и, резко изгибаясь у a-углеродного атома, становится далее параллельной sn-1-цепи. Ненасыщ. углеводородные цепи липидов содержат одну или неск. этиленовых связей, которые, как правило, имеют цис-конфигурацию. При наличии двойных связей зигзагообразная конформация нарушается. В молекулах цвиттерионных фосфолипидов (напр., фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина) полярная группировка ("головка") расположена перпендикулярно осям ацильных цепей, а в молекулах отрицательно заряженных фосфолипидов (напр., фосфатидилсерина) полярные головки направлены параллельно оси ацильных цепей. У фосфосфинголипидов оси ацильных цепей и сфингозинового остатка также расположены параллельно друг другу. В случае сфингомиелина амидная группа, соединяющая эти остатки, расположена перпендикулярно к ним, а жирно-кислотная цепь изгибается у a-углеродного атома, подобно sn-2-цепи фосфоглицеридов. Иную пространственную структуру имеют гликосфинголипиды. У цереброзидов параллельное расположение алифатич. цепей обеспечивается в результате изгибов цепи сфингозина при первом и шестом атомах С, а кольцо остатка моносахарида ориентировано почти перпендикулярно к углеводородным цепям. У гликосфинголипидов с олигосахаридной цепью последняя ориентирована преим. по направлению осей углеводородных цепей.

Получение липидов Прир. липиды выделяют из животных или микробных источников, комбинируя экстракцию орг. растворителями с хроматографич. методами очистки. При этом отдельные группы липидов получают в виде смеси однотипных веществ, имеющих одинаковые полярные головки, но различающихся по длине и степени ненасышенности алифатич. цепей. Широко распространены полусинтетич. методы - переацилирование прир. липидов и превращ. одних классов липидов в другие. В первом случае прир. липиды, например фосфатидилхолины, подвергают деацилированию или ферментативному гидролизу с помощью фосфолипазы А₂, а затем полученный глицерофосфохолин или лизофосфатидилхолин реацилируют индивидуальными жирными кислотами. При использовании для реацилирования синтетич. кислот, несущих флуоресцентные, спиновые, фотореактивные группировки или радиоактивные метки, получают липидные зонды. Для превращ. одних групп прир. глицерофосфолипидов в другие используют реакцию трансфосфатидилирювания с помощью фосфолипазы D. Этим путем из фосфатидилхолина в присутствии воды, избытка этаноламина, серина или глицерина получают соотв. фосфатидовую кислоту, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин или фосфатидилглицерин. Фосфатидовая кислота, в свою очередь, м.б. этерифицирована холином, этаноламином или серином в присутствии разл. конденсирующих агентов. По др. схеме осуществляется неполный синтез сфинголипидов. Напр., для превращ. доступных сфингомиелинов в гликосфинголипиды исходный сфингомиелин гидролизуют в цсрамид CH₃(CH₂)₁₂CH=CHCH(OH)CH[NH(О)CR']CH₂OH, который превращают в 3-О-бензоильное производное. Последнее затем гликозилируют с помощью соответствующих бромзамещенных ацетилсахаров, после чего защитные бензоильную и ацетильные группы удаляют метанолизом в щелочной среде. Получение индивидуальных фосфолипидов и сфинголипидов обычно осуществляют полным хим. синтезом. Таким же путем получают также простагландины и др. эйкозаноиды.

Биосинтез глицеролипидов и сфинголипидов. Центр. промежут. продукты биосинтеза глицеролипидов - 1,2-диглицериды и фосфатидовые кислоты. Последние образуются главным образом двумя путями: ацилированием sn-глицеро-3-фосфата с участием ацилкофермента А и ферментативным ацилированием дигидроксиацетонфосфата с послед. восстановлением его коферментом никотинамидадениндинуклеотидом (НАДН) с образованием лизофосфатидовой кислоты, которая далее ацилируется до фосфатидовой кислоты. Гидролиз последней под влиянием фосфатазы приводит к 1,2-диглицеридам, реагирующими с ацилкоферментом А с образованием триглицеридов или с АТФ с образованием фосфатидовой кислоты. Диглицериды вступают во взаимод. с цитидинтрифосфатом, цитидиндифосфохолином или цитидиндифосфоэтаноламином, образуя соотв. фосфатидовую кислоту, фосфатидилхолин или фосфатидилэтаноламин, например:

Фосфатидилэтаноламин, в свою очередь, может превращ. в фосфатидилхолин путем метилирования S-аденозилметионином или реагировать с серином, образуя в результате переэтерификации фосфатидилсерин. У бактерий осуществляется др. путь биосинтеза фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина; фосфатидовая кислота, взаимодействуя с цитидинтрифосфатом, образует цитидиндифосфодиацилглицерин, который реагирует с серином, образуя фосфатидилсерин. Его декарбоксилирование приводит к фосфатидилэтаноламину, а реакция с глицерофосфатом - к фосфатидилглицерину Последний вновь может взаимод. с цитидиндифосфодиацилглицерином, превращаясь в дифосфатидилглицерин. В биосинтезе сфинголипидов ключевое соед. - церамид, образующийся в результате N-ацилирования сфингозина ацилкоферментом А. Р-ция церамида с цитидиндифосфохолином приводит к сфингомиелину, а его взаимод. с производными уридина (уридиндифосфоглюкозой или уридиндифосфогалактозой) - к цереброзидам. Возможен и др. путь биосинтеза цереброзидов, основанный на реакции производных уридина со сфингозиновыми основаниями с образованием психозина (галактозид сфингозина) и его последующем N-ацилировании ацилкоферментами А. Из цереброзидов путем последоват. присоединения остатков моносахаридов и сиаловой кислоты под влиянием соответствующих гликозилтрансфераз образуются гликосфинголипиды с более длинными сахарными цепями.

Биологические функции липидов В полной мере биол. роль липидов еще не выяснена. Нейтральные липиды (жиры) представляют собой форму депонирования метаболич. энергии. Фосфолипиды, гликолипиды и стерины - структурные компоненты мембран биологических; оказывают влияние на множество мембранных процессов, в т. ч. на транспорт ионов и метаболитов, активность мембраносвязанных ферментов, межклеточные взаимод. и рецепцию. Некоторые гликолипиды -рецепторы или корецепторы гормонов, токсинов, вирусов и др. Фосфатидилинозиты участвуют в передаче биол. сигналов. Эйкозаноиды - высокоактивные внутриклеточные регуляторы, межклеточные медиаторы и иммуномодуляторы, участвующие в развитии защитных реакций и воспалит. процессов. Лит.: Кейтс М., Техника липидологии, пер. с англ., М., 1975; Крепc Е. М., Липиды клеточных мембран. Л., 1981; Химия липидов, М., 1983; Препаративная биохимия липидов, под ред. Л. Д. Бергельсона, М., 1981. © Л. Д. Бергельсон.