Фосфатиды, воски, стероиды и жирорастворимые пигменты

1. ПРЕЗЕНТАЦИЯ К ЛЕКЦИЯМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «БИОХИМИЯ» Тема «Фосфатиды, воски, стероиды и жирорастворимые пигменты»

КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ И БИООРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
ПРЕЗЕНТАЦИЯ К ЛЕКЦИЯМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«БИОХИМИЯ»
Тема «Фосфатиды, воски, стероиды и
жирорастворимые пигменты»
Разработал:
Доцент кафедры к.б.н. Суслянок Георгий Михайлович
.

2. Фосфолипиды (фосфатиды)

Фосфолипиды — это жироподобные вещества, которые отличаются от других
липидов тем, что содержат в своём составе остаток фосфорной кислоты. Они
являются обязательным компонентом всех тканей и клеток любого живого
организма.
Фосфолипиды, построенные на основе фосфатидных кислот, называют
фосфатидами.
Общая формула фосфатидов:
где R1, R2, R3 — углеводородные радикалы жирных кислот.

3. Фосфатиды (продолжение)

В качестве дополнительного соединения фосфатиды чаще всего содержат
азотистое основание — холин или этаноламин (коламин), представляющие собой
аминоспирты, либо гидроксиаминокислоту серин. В зависимости от присутствия
в составе фосфатида того или иного дополнительного соединения различают
соответственно фосфатидилхолины (лецитины), фосфатидилэтаноламины
(кефалины) и фосфатидилсерины (серинфосфатиды):

4. Амфифильность фосфатидов

В отличие от жиров, молекулы фосфатидов полярны. Тот конец
фосфатида, на котором расположен остаток фосфорной кислоты,
соединённый с азотистым основанием или серином, обладает
гидрофильными свойствами. Другой же его конец, содержащий
остатки жирных кислот, проявляет гидрофобные свойства. Такое
одновременное сочетание как гидрофильных, так и гидрофобных
свойств в одной молекуле называют амфифильностью (греч. “ἀμφί” —
двоякий + “φιλέω” — люблю).

5. Амфифильность фосфатидов (продолжение)

6. Структура биологических мембран

Жидкостно-мозаичная модель клеточной мембраны:

7. Структура биологических мембран (продолжение)

Активными компонентами мембран являются белки. В зависимости от
степени связанности с мембраной их делят на:
Интегральные
Периферические
Молекулы интегральных белков частично втянуты в мембрану или
полностью погружены в её гидрофобную часть. Некоторые интегральные
белки как бы прошнуровывают мембрану насквозь, часто образуя каналы.
Такие белки называют трансмембранными.
Периферические белки располагаются на поверхности мембраны,
прикрепляясь своими гидрофильными участками к полярным «головам»
фосфолипидов.

8. Функции мембранных белков

Белковые каналы и переносчики осуществляют транспорт веществ через
мембраны, т. к. фосфолипидный бислой является непроницаемым
барьером для большинства водорастворимых молекул и ионов.
Белки-ферменты, располагаясь на мембранах строго упорядоченно,
создают высокоорганизованные системы, катализирующие в клетках
многостадийные процессы биосинтеза и деградации многих веществ.
Белки-рецепторы улавливают изменения физических и химических
факторов в окружающей среде и передают внутрь клетки сигналы,
позволяющие ей адаптироваться к этим изменениям. Эту функцию
выполняют, как правило, гликопротеиды мембран.
Структурные белки обеспечивают мембранам механическую опору,
служа им динамическим каркасом.

9. Гидролиз фосфатидов

где R1 и R2 — углеводородные радикалы жирных кислот, R3 — остаток
дополнительного соединения: холина, этаноламина, серина.

10. Гидролиз фосфатидов (продолжение)

Фосфолипаза А2 катализирует реакцию отщепления от фосфатидов
ненасыщенных жирных кислот. В результате образуются токсичные
лизофосфатиды, вызывающие разрушение биологических мембран:
Фосфолипаза А2 содержится в ядах змей, пчёл, ос. Яды разных животных
воздействуют на мембраны различных клеток. Так, например, яд гремучих
змей разрушает мембраны эритроцитов крови, а яд кобр — мембраны
нервных клеток.
В клетках в процессе обмена веществ лизофосфатиды практически не
образуются, так как фосфолипазы А1 и А2 работают синхронно. Кроме того, в
клетках присутствует ещё один фермент — лизофосфолипаза,
катализирующий гидролиз лизофосфатидов, тем самым обезвреживая их.
Например:

11. Биосинтез фосфатидов

Холин синтезируется из этаноламина, а этаноламин — из серина:
У человека и животных холин синтезируется в недостаточном количестве и поэтому
должен поступать с пищей. Холин относят к витаминоподобным веществам. При
его дефиците развивается жировое перерождение и цирроз печени, кровоизлияния
в почках и др. Суточная потребность в холине — 0,25-4 г. Наиболее богаты холином
желток куриного яйца, печень и почки животных, рыбные продукты, капуста,
соевая мука.

12. Биосинтез фосфатидов (продолжение)

Лецитин синтезируется в результате следующей цепи реакций:
ЦМФ снова превращается в ЦТФ под действием АТФ:
Биосинтез кефалинов протекает аналогичным образом, а фосфатидилсерины
образуются в клетках из кефалинов в результате реакции обмена
этаноламина на серин:

13. Роль фосфатидов в пищевых технологиях

Фосфатиды являются природными поверхностно-активными веществами
(ПАВ). Поэтому они (в первую очередь лецитины) нашли широкое применение
в пищевой промышленности в качестве эмульгаторов — веществ, способных
образовывать и стабилизировать эмульсии.
Фосфатиды используют при производстве:
майонеза (прямая эмульсия — масло в воде)
маргарина (обратная эмульсия — вода в масле)
шоколада
кремов
в хлебопечении — для улучшения качества хлеба
в парфюмерной промышленности
в фармацевтической промышленности

14. Воски

Воски — это жироподобные вещества, родственные жирам. По
химической природе они представляют собой смеси сложных эфиров,
образованных, как правило, высокомолекулярными жирными
кислотами и высокомолекулярными одноатомными спиртами жирного
ряда.
Общая формула восков такова:
где R1 — углеводородный радикал жирной кислоты, R2 —
углеводородный радикал высокомолекулярного спирта.

15. Функции восков

Воски широко распространены в растительном мире, где они, в
подавляющем большинстве случаев, выполняют защитную функцию:
образуют тонкий восковой налёт на поверхности стволов, стеблей,
листьев и плодов растений, предохраняя их от высыхания или
излишнего смачивания водой, а также от поражения вредителями и
микроорганизмами.
Наличие восков в семенах масличных культур затрудняет получение
высококачественных растительных масел. Поэтому для получения,
например, прозрачного подсолнечного масла проводят
вымораживание восков.
При перемещениях плодов и семян восковая плёнка быстро
разрушается.

16. Функции восков (продолжение)

У животных и человека воски также выполняют преимущественно
защитную функцию: совместно с жирами они смазывают и смягчают
волосы человека, шерсть животных, перья птиц, кожу позвоночных,
поверхности насекомых, образуя тонкий водонепроницаемый слой и
препятствуя испарению влаги. Наиболее распространённые животные
воски — пчелиный и ланолин, получаемый при промывке овечьей
шерсти.
В редких случаях воски играют роль запасного питательного
вещества: они накапливаются в плодах и семенах некоторых
растений, а также планктонными организмами.

17. Стероиды

Стероиды (греч. “στερεός” — твёрдый + “εἶδος” — вид) — жироподобные
вещества, сильно отличающиеся по своему строению от других липидов. В
основе образования их молекул лежит полициклическая углеводородная
структура, состоящая из пергидрофенантрена (полностью восстановленного
фенантрена) и циклопентана. Эту структуру называют
циклопентанопергидрофенантреном, или стераном:
Стероиды — это производные циклопентанопергидрофенантрена. Они широко
распространены в природе. Стероиды являются биологически активными
веществами. Среди них есть витамины, гормоны, сердечные гликозиды и
другие вещества.
Большую группу стероидов образуют полициклические одноатомные спирты —
стеролы (стерины) и их сложные эфиры — стериды.

18. Эргостерол

Характерным представителем стеролов является эргостерол, который имеет
следующее строение:
С растительной пищей эргостерол поступает в организм человека и
животных. В коже под воздействием солнечных лучей он превращается в
витамин группы D — эргокальциферол. Таким образом, эргостерол является
предшественником витамина D в обмене веществ. Предшественники
витаминов называют провитаминами. Эргостерол — это провитамин D.

19. Холестерин

Важнейшим представителем стеролов животного происхождения является
холестерин:
В организме человека и животных холестерин преобразуется в
дегидрохолестерин. В значительном количестве дегидрохолестерин
содержится в коже, где под воздействием солнечных лучей превращается в
витамин группы D — холекальциферол. Таким образом, дегидрохолестерин
является провитамином D.
При избытке холестерина в пище он откладывается на стенках кровеносных
сосудов, что способствует развитию атеросклероза (сужение и закупорка
сосудов).

20. Холевая кислота

В печени из холестерина образуются жёлчные кислоты, поступающие в
жёлчный пузырь, а оттуда — в двенадцатиперстную кишку. Примером
жёлчных кислот может служить холевая кислота:
Жёлчные кислоты обладают амфифильными свойствами и являются
мощными эмульгирующими агентами, необходимыми для переваривания
жиров. Поскольку жиры нерастворимы в воде, а липаза — в жирах,
ферментативный гидролиз жиров может протекать лишь на границе раздела
этих фаз.
Осаждение холестерина в кристаллическом состоянии из жёлчи ведёт к
жёлчнокаменной болезни.

21. Половые гормоны

Из холестерина синтезируются половые гормоны, например: мужской —
тестостерон и женский — эстрадиол:
Половые гормоны отвечают за регуляцию полового созревания, беременности,
родов, лактации.

22. Пигменты, растворимые в жирах

К жирорастворимым пигментам относятся хлорофиллы и
каротиноиды.
1. Хлорофиллы (греч. “χλωρός” — зелёный + “φύλλον” — лист) — это
зелёные пигменты растений, играющие ключевую роль в процессе
фотосинтеза. Они локализуются в хлоропластах клеток, где
связываются с белками, образуя хромопротеидные комплексы.
Длинную боковую цепь в молекуле хлорофилла образует
углеводородный радикал одноатомного непредельного спирта
фитола. Он обуславливает липидную природу хлорофилла,
придаёт ему способность встраиваться в липидные слои мембран
хлоропластов.

23. Хлорофилл

24. Каротиноиды

2. Каротиноиды (лат. “carota” — морковь + греч. “εἶδος” — вид) — это
природные пигменты, окрашенные в жёлтый или оранжевый цвет.
Каротиноиды имеют липидную природу. Их структурной единицей
является непредельный углеводород изопрен. Каротиноиды
состоят из восьми молекул изопрена. Производными изопрена
также являются витамины А, D, Е, К, стероиды, фитол и др.
Структурная формула изопрена такова:

25. Каротины

Самые распространенные каротиноиды в природе — это каротины. Известны
три главных типа каротинов: