Сфингомиелин биологическая роль. Сфингомиелины

Церамиды –самый простой тип сфинголипидов, состоящих из сфингозина (или некоторых его производных) и жирной кислоты(являются важным липидным компонентом клеточной мембраны)

Формула сфингомиелина:
Сфингомиелин - это тип сфинголипида, который находится в клеточной мембране животных. Особенно этим фосфолипидом богата миелиновая оболочка аксонов нервных клеток.
Сфингомиелин представляет собой единственный фосфолипид человека, основа которого не включает глицериновый остаток. Сфингомиелин состоит из сфингозина, соединённого сложноэфирной связью с полярной группой. Полярная группа может быть фосфохолин или фосфоэтаноламин. Ко второму углероду сфингозина за счёт амидной связи присоединена жирная кислота.

2.Реакция образования ацетона.
Ацето́н - органическое вещество, имеющее формулу CH 3 -C(O)-CH 3 , простейший представитель насыщенных кетонов.
Ацетон, который образуется при неферментативном декарбоксилировании ацетоацетата, в организме не используется. Он выводится с выдыхаемым воздухом, секретом потовых желёз и мочой. В норме концентрация ацетона в крови мала и обычными реакциями не определяется.

Кетоновые тела синтезируются в печени, легко проходят через митохондриальные и клеточные мембраны и поступают в кровь. Кровью они транспортируются во все другие ткани. Используются только ацетоацетат и бета-гидроксибутират.

3. Дать общую характеристику строения ацилсинтетазы и ее активных центров.
Реакции синтеза жирных кислот с участием этого фермента.

В биосинтезе насыщенных жирных кислот участвуют два ферментных комплекса: ацетил-КоА карбоксилаза и ацилсинтетаза.
Синтетаза ЖК содержит 7 активных центров.

Ацилсинтетазный мультиферментный комплекс содержит ацилпереносящий белок (АПБ) в качестве своеобразного ядра,активный центр представлен фосфопантотеином . Другими ферментами комплекса являются β-кетоацилсинтетаза (КС) – самый крупный домен ацилсинтетеазы (N-концевой), его ферментная активность обеспечивает единственную необратимую реакцию всего процесса, ацилтрансфераза (АТ) – переносит кислотный остаток с Ацил-КоА на HS-группупантотеиновой части АПБ-домена, β-кетоацилредуктаза (КР) , В-гидроксиацилдегидратаза (ГД) , еноилредуктаза (ЕР) и ацилтрансацетилаза (АТ).

После этого ацил-АПБ вступает в новый цикл синтеза. К свободной SH-группе ацилпереносящего белка присоединяется новая молекула малонил-КоА. Затем происходит отщепление ацильного остатка, и он переносится на малонильный остаток с одновременным декарбоксилированием, и цикл реакций повторяется.

Таким образом, углеводородная цепочка будущей жирной кислоты постепенно растет (за каждый цикл – на два углеродных атома). Это происходит до момента, пока она не удлинится до 16 углеродных атомов (в случае синтеза пальмитиновой кислоты) или более (синтез других жирных кислот). Вслед за этим происходит тиолиз, и образуется в готовом виде активная форма жирной кислоты – ацил-КоА.

Сфинголипиды. В основном они находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань. Сфингомиелины обнаружены также в ткани почек, печени и других органов. При гидролизе сфингомиелины образуют одну молекулу жирной кислоты, одну молекулу двухатомного ненасыщенного спирта сфингозина, одну молекулу азотистого основания (чаще это холин) и одну молекулу фосфорной кислоты. Общую формулу сфингомиелинов можно представить так:

Общий план построения молекулы сфингомиелина в определенном отношении напоминает строение глицерофосфолипидов. Молекула сфин-гомиелина содержит как бы полярную «головку», которая несет одновременно и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток фосфорной кислоты) заряды, и два неполярных «хвоста» (длинная алифатическая цепь сфингозина и ацильный радикал жирной кислоты). В некоторых сфингомиелинах, например выделенных из мозга и селезенки, вместо сфингозина найден спирт дигидросфингозин (восстановленный сфингозин):

7.6 Стероиды

Все рассмотренные липиды принято называть омыляемыми, поскольку при их щелочном гидролизе образуются мыла. Однако имеются липиды, которые не гидролизуются с освобождением жирных кислот . К таким липидам относятся стероиды. Стероиды – широко распространенные в природе соединения. Они часто обнаруживаются в ассоциации с жирами. Их можно отделить от жира путем омыления (они попадают в неомыляемую фракцию). Все стероиды в своей структуре имеют ядро , образованное гидрированным фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (кольцо D) (рис. 24):

Рисунок 24 - Обобщенное стероидное ядро
К стероидам относятся, например, гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и другие соединения. В организме человека важное место среди стероидов занимают стерины (стеролы), т.е. стероидные спирты. Главным представителем стеринов является холестерин (холестерол).

Ввиду сложного строения и асимметрии молекулы стероиды имеют много потенциальных стереоизомеров. Каждое из шестиуглеродных колец (кольца А, В и С) стероидного ядра может принимать две различные пространственные конформации – конформацию «кресла» либо «лодки».

Холестерин – источник образования в организме млекопитающих желчных кислот, а также стероидных гормонов (половых и кортикоидных). Холестерин, а точнее продукт его окисления – 7-дегидрохолестерин, под действием УФ-лучей в коже превращается в витамин D 3 . Таким образом, физиологическая функция холестерина многообразна .

Холестерин находится в животных, но не в растительных жирах. В растениях и дрожжах содержатся близкие по структуре к холестерину соединения, в том числе эргостерин.

Эргостерин – предшественник витамина D. После воздействия на эргостерин УФ-лучами он приобретает свойство оказывать противорахитное действие (при раскрытии кольца В).

Восстановление двойной связи в молекуле холестерина приводит к образованию копростерина (копростанола). Копростерин находится в составе фекалий и образуется в результате восстановления бактериями кишечной микрофлоры двойной связи в холестерине между атомами С 5 и С 6 .

Указанные стерины в отличие от холестерина очень плохо всасываются в кишечнике и потому обнаруживаются в тканях человека в следовых количествах.

8 Химия углеводов

Впервые термин «углеводы» был предложен профессором Дерптского (ныне Тартуского) университета К.Г. Шмидтом в 1844 г. В то время предполагали, что все углеводы имеют общую формулу C m (H 2 O) n , т.е. углевод + вода. Отсюда название «углеводы». Например, глюкоза и фруктоза имеют формулу С(Н 2 О) 6 , тростниковый сахар (сахароза) C 12 (H 2 O) 11 , крахмал [С 6 (Н 2 О) 5 ] n и т.д. В дальнейшем оказалось , что ряд соединений, по своим свойствам относящихся к классу углеводов, содержат водород и кислород в несколько иной пропорции, чем указано в общей формуле (например, дезоксирибоза С 5 Н 10 О 4). В 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры предложила термин «углеводы» заменить термином «глициды», однако старое название «углеводы» укоренилось и является общепризнанным.

Химия углеводов занимает одно из ведущих мест в истории развития органической химии. Тростниковый сахар можно считать первым органическим соединением, выделенным в химически чистом виде. Произведенный в 1861 г. A.M. Бутлеровым синтез (вне организма) углеводов из формальдегида явился первым синтезом представителей одного из трех основных классов веществ (белки, липиды, углеводы), входящих в состав живых организмов. Химическая структура простейших углеводов была выяснена в конце XIX в. в результате фундаментальных исследований Э. Фишера. Значительный вклад в изучение углеводов внесли отечественные ученые А.А. Колли, П.П. Шорыгин, Н.К. Кочетков и др. В 20-е годы нынешнего столетия работами английского исследователя У. Хеуорса были заложены основы структурной химии полисахаридов. Со второй половины XX в. происходит стремительное развитие химии и биохимии углеводов, обусловленное их важным биологическим значением.

СФИНГОМИЕЛИНЫ - сложные липиды, в состав к-рых входит аминоспирт сфингозин или его полиненасыщенные аналоги, холин, остаток фосфорной кислоты и остаток жирной кислоты. Генетически обусловленное нарушение обмена С. лежит в основе тяжелой энзимопатии (см.).

С. были открыты в 1884 г. Туди-хумом (L. J. W. Thudichum) и выделены им же в 1901 г. Они широко распространены в природе, входят в состав мембран животных и растительных клеток. Особенно богата С. нервная ткань. Ок. 20% всех фосфолипидов мозга (см. Фосфатиды) приходится на долю С. В миелине, белом и сером веществе мозга человека С. составляют 7-8% от общего количества липидов (см.). В фосфолипидах мембран эритроцитов обнаружено 15-16% С., причем 80-85% этих С. находятся в наружном слое мембран. В плазме крови человека концентрация С. равна 10-50 мг/100 мл (по другим данным, 10-30 мг/100 мл), что составляет в среднем 18-20% от общего количества фосфолипидов плазмы крови. С. входят в состав липопротеидов (см.) плазмы крови.

Н. В. Гуляева.

Сфингомиелин

Первая часть слова "сфинго" свидетельствует о том, что в состав молекулы входит вместо глицерина двухатомный ненасыщенный спирт - сфингозин. Наиболее широко распространенным в организме представителем этой группы соединений является сфингомиелин Сфингомиелин обнаружен в мембранах растительных и животных клеток; особенно богата сфингофосфолипидами нервная ткань, и в частности, мозг.

Характерной особенностью фосфолипидов является их дифильность, то есть способность растворяться как в водной среде, так и в нейтральных липидах. Это обусловлено наличием у фосфолипидов выраженных полярных свойств. При рН 7,0 их фосфатная группа всегда несет отрицательный заряд. Азотсодержащие группировки в составе фосфатидилхолина (холин) и фосфатидилэтаноламина (этаноламин) при рН 7,0 несут положительный заряд. Таким образом, при рН 7,0 эти глицерофосфолипиды представляют собой биполярные цвиттерионы и их суммарный заряд равен нулю. Остаток серина в молекуле фосфатидилсерина содержит -аминогруппу и карбоксильную группу. Следовательно, при рН 7,0 молекула фосфатидилсерина имеет две отрицательно и одну положительно заряженных группы и несет суммарный отрицательный заряд.

В то же время, радикалы жирных кислот в составе фосфолипидов не имеют электрического заряда в водной среде и таким образом обусловливают гидрофобность части молекулы фосфолипида. Наличие полярности за счет заряда полярных групп обусловливают гидрофильность. Поэтому на поверхности раздела масло-вода фосфолипиды располагаются таким образом, чтобы полярные группы находились в водной фазе, а неполярные группы - в масляной. За счет этого в водной среде они образуют бимолекулярный слой, а при достижении некоторой критической концентрации - мицеллы.]

На этом основано участие фосфолипидов в построении биологических мембран.

Обработка находящегося в водной среде дифильного липида ультразвуком приводит к образованию липосом. Липосома представляет собой замкнутый липидный бислой, внутри которого оказывается часть водной среды. Липосомы находят применение в клинике, косметологии в качестве своеобразных контейнеров и переносчиков лекарств, питательных веществ к определенным органам и для комбинированного действия на кожу.

Функциональная роль фосфолипидов не ограничивается их участием в построении биомембран. Так, они являются регуляторами активности ферментов. К примеру, фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, сфингомиелин активируют или ингибируют активность ферментов, катализирующих процессы свертывания крови. Регуляторная функция липидов заключается в том, что ряд гормонов (половые, гормоны коры надпочечников) являются производными липидов. Кроме того фосфолипиды

Выполняют детергентную функцию в кишечнике и желчном пузыре. Они являются важным структурным компонентом желчи, наряду со свободным холестеролом и с желчными кислотами. Изменение соотношения любого из этих компонентов приводит к осаждению и формированию желчных камней. Фосфолипиды - это также важный компонент смешанных мицелл, которые образуются в ходе переваривания липидов.

Является источником арахидоновой кислоты - предшественника эйкозаноидов

Являются источниками вторичных мессенджеров - диацилглицерола и инозитолтрифосфата, о чем уже упоминалось выше

Обеспечивают прикрепление белков к мембране. Некоторые внеклеточные белки прикрепляются к внешней стороне плазматической мембраны за счет образования ковалентных связей с фосфатидилинозитолом. Примером таких белков могут служить ферменты: щелочная фосфатаза, липопротеин липаза, холинэстераза.

Принимают участие в формировании транспортных форм других липидов

Могут выполнять энергетическую функцию

Явяляются компонентом сурфактанта легких (см. ниже)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ

сфинголипиды.

Их биосинтез и биологическая роль

Никитин Павел 112 группа

Сфинголипидами называется группа сложных липидов, основой молекулы которых являются алифатические аминоспирты, из которых наиболее распространены сфингозин и церебрин.

СH3 (CH2)12 CH CH CH CH CH2OH СH3 ; (CH2)12 CH2 CH CH CH CH2OH

OH NH2 OH OH NH2

сфингозин церебрин (фитосфингозин)

Сфинголипиды делят на 2 основные группы:

Сфингофосфолипиды содержащие остатки фосфорной кислоты и холина (сфингомиелины) или фосфорной кислоты и инозитилгликозида (фитосфинголипиды);

сфингогликолипиды содержащие моносахариды (обычно галактозу), или олигосахариды (цереброзиды); и остатки сиаловых кислот (ганглиозиды).

Сфингомиелины являются наиболее распространенными сфинголипидами. Они в основном находятся в мембранах животных и растительных клеток. Особенно богата ими нервная ткань; сфингомиелины обнаружены также в тканях почек, печени и других органов. При гидролизе сфингомиелины образуют одну молекулу жирной кислоты, одну молекулу жтрной кислоты, одну молекулу двухатомного ненасыщенного аминоспирта сфингозина, одну молекулу азотистого основания (чаще это холин) и одну молекулу фосфорной кислоты, именно поэтому сфингомиелины относятся к классу фосфолипидов. Общая структура сфингомиелинов выглядит так:

Конформация молекулы сфингомиелина в определенном отношении сходна с конформацией глицерофосфолипидов. Молекула сфингомиелина содержит полярную «головку», которая несет одновременно и положительный (остаток холина), и отрицательный (остаток фосфорной кислоты) заряд, и два неполярных «хвоста» (длинная алифатическая цепь сфингозина и этерифицированная жирная кислота). Следует заметить, что в некоторых сфингомиелинах, например выделенных из мозга и селезенки, вместо сфингозина найден спирт дигидросфингозин (восстановленный сфингозин).

Гликолипиды - сложные липиды, содержащие в составе молекулы углевод­ные группы (чаще остаток D-галактозы). Гликолипиды играют существенную роль в функционировании биологических мембран. Они содержатся преимущественно в ткани мозга, но имеются также и в кровяных клетках и других тканях. Известны три ос­новные группы гликолипидов: цереброзиды, сульфатиды и ганглиозиды.

Цереброзиды не содержат ни фосфорной кислоты, ни холина. В их состав входит гексоза (обычно это D-галактоза), которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспирта сфингозина. Кроме того, в состав цереброзида входит жирная кислота. Среди этих жирных кислот чаще всего встречается лигноцериновая, нервоновая и цереброновая кислоты, т. е. жирные кислоты, имеющие 24 углеродных атома. Структура цереброзидов может быть представлена следующей схемой;

Наиболее изученными представителями цереброзидов являются нервон, содержащий нервоновую кислоту, цереброн, в состав которого входит цереброновая кислота, и керазин, содержащий Глигноцириновую кислоту. Особенно велико содержание церебро­зидов в мембранах нервных клеток (в миелиновой оболочке).

Ганглиозиды При гидролизе ганглиозидов можно обнаружить высшую жирную кислоту, спирт сфингозин, D-глюкозу и D-галактозу, а также производные аминосахаров: N-ацетилглюкозамин и N-ацетил-нейраминовую кислоту. Последняя синтезируется в организме из глюкозамина и имеет следующую формулу:

В структурном отношении ганглиозиды в значительной мере сходны с цереброзидами, с той только разницей, что вместо одного остатка галактозы они содержат сложный олигосахарид. Одним из простейших ганглиозидов является гематозид, выделенный из стромы эритроцитов:

В отличие от цереброзидов и сульфатидов ганглиозиды находятся преимущественно в сером веществе мозга и сосредоточены в плазматических мембранах нервных и глиальных клеток.

Все рассмотренные выше липиды принято называть омыляемыми, поскольку при их гидролизе образуются мыла.

Биосинтез сфинголипидов

Сфинголипиды могут синтезироваться из других соединений. Для их синтеза нужен в первую очередь сфингозин, который образуется в ходе нескольких последовательных реакций из пальмитоил-КоА и серина; необходимы активированные жирные кислоты в виде ацил-КоА-производных; необходимы также
или активированный холин в виде ЦДФ-холина для синтеза сфингомиелинов, или активированные мономеры углеводной природы в виде их УДФ-производных для синтеза цереброзидов или ганглиозидов.

Биологическая роль

I. участие в работе иммунной системы

а) Метаболизм сфинголипидов в клетках иммунной системы и образование вторичных липидных мессенджеров - церамида, сфингозина, сфингозин-1-фосфата и церамид-1-фосфата - являются частью единой сигнальной системы, контролирующей созревание, дифференцировку, активацию и пролиферацию лимфоцитов в ответ на антигены и митогены и программированную гибель клеток после осуществления эффекторной функции.

б) Продукты сфингомиелинового цикла, а также ингибитор церамидсинтазы - фумонизин В1 - влияют на экспрессию поверхностных антигенов Т лимфоцитов - CD3 , CD4 , CD8 , CD25 , CD45 , изменяют баланс между субпопуляциями лимфоцитов, ингибируют синтез ДНК в нормальных клетках тимуса и селезенки и пролиферативный ответ на митогены и супрессируют развитие иммунного ответа на Т-зависимые антигены in vivo.

Ранние фазы первичного иммунного ответа характеризуются пролиферацией специфических предшественников в особом микроокружении лимфоидной ткани, дифференцировкой в эффекторные лимфоциты и миграцией из лимфоидных органов в кровь и ткани. Миграция Т лимфоцитов, в частности, зависит от распределения антигена в нелимфоидных органах и локальной активации лимфоцитов молекулами моно нуклеарных систем.

в) Влияет на экспрессию молекул адгезии и МНС, а также на факторы миграции клеток, сфинголипиды регулируют направленное движение активированных лимфоцитов в ткани. Взаимодействие всех типов клеток-эффекторов приводит к выведению чужеродного антигена из организма. Действие сфинголипидов реализуется на уровне мишеней, общих для сигнальных путей ТСR/СD3-комплекса и сфингомиелинового цикла. Сфинголипиды являются важнейшей и незаменимой частью иммунной системы, и как следствие важной частью всего организма.

II- Участие в строении и функционировании клеточных мембран.

Сфинголипиды имеются в мембранах животных и растительных клеток; они - основной компонент миелиновой оболочки мякотных нервов и липидов мозга. В жировых отложениях почти не содержатся.

Применение в медицине

Сфинголипиды применяются для лечения онкологических заболеваний. Многие типы опухолевых клеток и новообразований могут быть уничтожены воздействиями, приводящими к повышению концентрации сфинголипида церамида. Существует много способов увеличить количество cфинголипида церамида в опухоли, но их применение осложняется тем, что cфинголипид церамида выполняет центральную роль в гомеостазе клетки: легко метаболизируется с образованием других сфинголипидов, способствующих росту опухоли, метастазированию и противодействию иммунной системе пациента. Отмечена необходимость предотвращения такой метаболической конверсии на фоне одновременной активации ферментов, участвующих в синтезе cфинголипида церамида, описаны ферменты, которые следует активировать или ингибировать, а также лекарства, метаболиты и компоненты рациона, модифицирующие каждый фермент. Освещена важность аллильной спиртовой группы в молекуле cфинголипида церамида и ряде противоопухолевых агентов, указано, что гидроксильная группа участвует в переносе фосфата от белка к белку путем образования эфира фосфата. Аллильная гидроксильная группа может также сокращать число кетонов в митохондриальных убихинонах с образованием реактивных форм кислорода. Уровень cфинголипида церамида в опухолях может быть повышен за счет прямого введения cфинголипида церамида или его аналогов; стимуляции образования cфинголипида церамида из его предшественников; путем гидролиза сфингомиелина или гидролиза гликосфинголипидов; ацилирования сфингозина. Кроме того, более высокая концентрация cфинголипида церамида может быть обусловлена замедлением его конверсии в сфингомиелин.