Основы биохимии - Филиппович Ю. Б. 1999

Липиды и их обмен
Общая характеристика и классификация липидов

К липидам относят природные органические соединения, не растворимые в воде, но растворимые в жирорастворителях (бензин, петролейний эфир, серный эфир, ацетон, хлороформ, сероуглерод, метиловый и этиловый спирты и т. п.), являющиеся производными высших жирных кислот и способные утилизироваться живыми организмами.

Название одной из групп липидов, а именно — жиров (от греч. липос — жир) взято для обозначения класса в целом. Липиды — сборная группа ор­ганических соединений и поэтому не имеют единой химической характеристи­ки. Однако в известной мере их можно рассматривать как класс органических соединений, большинство из которых принадлежит к сложным эфирам много­атомных или специфически построенных спиртов с высшими жирными кисло­тами. В зависимости от состава, строения и роли в организме сложилась следующая классификация липидов.

1. Простые липиды представлены двухкомпонентными веществами — слож­ными эфирами высших жирных кислот с глицерином, высшими или полицикли­ческими спиртами. Сюда относятся: жиры (триглицериды) — сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта — глицерина; воски — слож­ные эфиры высших жирных кислот и высших спиртов; стериды — сложные эфиры высших жирных кислот и полициклических спиртов — стеролов.

2. Сложные липиды имеют многокомпонентные молекулы, компоненты которых соединены химическими связями различного типа. К ним принад­лежат: фосфолипиды, состоящие из остатков высших жирных кислот, глицери­на или других многоатомных спиртов, фосфорной кислоты и азотистых оснований той или иной природы; гликолипнды, включающие в свой состав наряду с многоатомным спиртом и высшей жирной кислотой также углеводы.

В последнее время открыты две новые группы липидов, в составе которых представлены и простые и сложные липиды. К ним относятся: диольные липиды — простые и сложные эфиры двухатомных спиртов с высшими спирта­ми и высшими жирными кислотами, содержащие в ряде случаев фосфорную кислоту, азотистые основания и углеводы; орнитинолипиды, построенные из остатков высших жирных кислот, аминокислоты орнитина (или лизина) и включающие в некоторых случаях двухатомные спирты.

Простые и сложные липиды легко омыляются. Однако в суммарной фрак­ции липидов, выделенной из природного материала экстракцией жирораст­ворителями, всегда присутствуют вещества, обладающие такой же раство­римостью, как и липиды, но не способные омыляться. Они называются неомыляемой фракцией липидов. В ее состав входят свободные высшие жирные кислоты, высшие спирты и полициклические спирты (стеролы), производные стеролов — стероиды, жирорастворимые витамины, высшие гомологи предельных углеводородов и другие соединения. Это дало повод некоторым авторам рассматривать неомыляемую фракцию липидов как одну из групп липидов. Однако для такого расширения границ класса липидов нет достаточ­ных оснований.

Рис. 120. Модель структурной организации внутриклеточной мембраны

Из указанных веществ жиры, стериды, фосфолипиды и диольные липиды распространены повсеместно, их участие в построении клеточных структур и в биохимических процессах весьма велико. Воски представляют в этом смысле менее важную группу соединений. Долгое время считали, что гликоли­пиды присутствуют только в нервной ткани, однако впоследствии их нашли в хлоропластах растений. Орнитинолипиды присущи микроорганизмам.

Липиды обладают способностью образовывать со многими другими органиче­скими соединениями (особенно с высокомолекулярными — белками, углеводами) комплексы, которым в настоящее время придают большое значение в осуществле­нии ряда важнейших биохимических функций. В виде таких комплексов, особенно с белками, липиды входят в состав цитоплазматических мембран, субклеточных частиц и бактериальных мембран. Так, в ядрах клеток липиды составляют около 15% от сухого вещества, в митохондриях — ~ 20, в эндоплазматическом ретикулу­ме — ~30 и в гиалоплазме — ~ 10%. Только в гиалоплазме в составе липидов преобладают триглицериды (~70%), тогда как в остальных субклеточных элементах более 90% приходится на фосфолипиды, стериды и гликолипиды.

Широко известно значение липидов, особенно жиров, как субстратов для окисления и обеспечения организма энергией: при распаде 1 г жира до СО₂ и Н₂О ее выделяется 38,9 кДж, тогда как при распаде 1 г углеводов или белков — всего 16,1 кДж. Естественно, что при окислении липидов возникают метаболиты, широко вовлекаемые в биосинтез других соединений (см. гл. XIII). Важнейшей функцией липидов является также структурная. Образуя матрикс мембран в виде двойных липидных слоев, липиды являются основой любой биологической мембраны. Из рис. 120 видно, что липидный бислой образует ее самую существенную часть, составляя от 15 до 50% ее сухого вещества. Перечисленные функции липидов (энергетическая, запасная, постав­щика метаболитов и структурная) получили название канонических.

Благодаря участию в деятельности мембранного аппарата клетки реализу­ются такие важнейшие биологические функции липидов, как регуляция дея­тельности ряда гормонов и активности ферментов (сейчас известно несколько сотен липидзависимых ферментов), влияние на процессы транспорта метабо­литов и макромолекул, контроль реакций биологического окисления и энерге­тического обмена, связь с репликацией ДНК и ее матричной активностью, компартментализация обменных процессов в клетке вплоть до формирования мембранных машин (хлоропластов, митохондрий), участие в межклеточных взаимодействиях (особенно в эмбрио- и онтогенезе), обеспечение молекуляр­ной памяти и пиктографического механизма записи информации. Перечислен­ные функции липидов характеризуют как неканонические. За выяснение неко­торых из них большой группе советских ученых (Е. М. Крепе, Л. Д. Бергель­сон, Р. П. Евстигнеева и др.) в 1985 г. присуждена Государственная премия.

Свойства мембран как надсистем регуляции клеточного метаболизма, их конформационные перестройки, изменение их вязкости зависят от соотноше­ния различных видов липидов в мембране, степени окисленности последних, состояния межмембранного и внутримембранного переноса липидов и т. п. Все названные явления столь важны для понимания процессов жизнедеятель­ности, что биохимия мембран постепенно перерастает в биологию мембран, объясняющую ряд фундаментальных закономерностей в развитии организма.