Липиды

Липиды — обширная группа природных органических соединений, вместе с белками, углеводами и нуклеиновыми кислотами составляющих главные классы веществ, из которых построено все живое на Земле. Название, их происходит от греческого слова lipos — жир, так как они включают жиры и жироподобные вещества.

К липидам относятся вещества, различные по структуре, обычно растворимые в органических растворителях (эфир, бензол, хлороформ и т. д.). Липиды — один из основных компонентов биологических мембран. Они играют также важную роль в биоэнергетике, гормональной регуляции, участвуют в создании иммунитета, образуют термоизоляционные покровы тела. Расскажем о важнейших группах липидов.

Стероиды — производные пергидроциклопентанофенантрена. Некоторые стероиды служат биорегуляторами — гормонами (гормоны надпочечников, женские и мужские половые гормоны). Наиболее распространены в живых клетках стерины, в частности холестерин (рис. 1), один из главных компонентов мембран животных клеток, регулирующий их вязкость. В организме он разносится специальными частицами, состоящими из белков и липидов,— липопротеидами. О важности холестерина говорит тот факт, что малейшее нарушение равновесия между различными липопротеидами в нашем организме приводит к отложениям холестерина на стенках сосудов, а это вызывает тяжелую болезнь — атеросклероз.

Из холестерина синтезируются многие другие стероиды.

Нейтральные липиды (жиры) — эфиры глицерина и жирных кислот. В зависимости от того, сколько гидроксильных групп в молекуле глицерина этерифицировано, различают моно-, ди- и триглицериды. Нейтральные липиды (жиры) обычно откладываются в клетках в виде капелек и служат запасом питательных веществ. При необходимости клетки используют их, отщепляя жирные кислоты.

Фосфолипиды — это тоже в основном производные глицерина, у которых одна из гидроксильных групп этерифицирована не жирной, а фосфорной кислотой. Получившаяся фосфатидовая кислота может быть соединена со спиртовым компонентом Х-ОН. Так устроен, например, самый распространенный из фосфолипидов — фосфатидилхолин, или лецитин (рис. 1). Похожие по структуре фосфолипиды могут строиться на основе не глицерина, а другого спирта — сфингозина. Как и у глицерофосфолипидов, у сфинголи-пидов два жирных «хвоста», одним из которых служит цепь самого сфингозина, а другим — этерифицированная жирная кислота. Пример такого фосфолипида — сфингомиелин (рис. 1).

Основу гликолипидов обычно составляет сфингозин, хотя некоторые из них построены на основе глицерина. Гликолипиды не содержат фосфорной кислоты, их полярная головка состоит из простых или разветвленных цепочек углеводов. Гликолипиды, содержащие сиаловую кислоту, называются ганглио-зидами. Они играют ключевую роль в узнавании клетками некоторых гормонов, в межклеточных взаимодействиях, определяют некоторые группы крови и участвуют в иммунных процессах (см. Иммунитет).

Глико- и особенно фосфолипиды замечательны тем, что природа соединила в них, казалось бы, несоединимое. Действительно, с одной стороны из молекулы торчит длинный незаряженный жирный «хвост» (а обычно два «хвоста»), совершенно нерастворимый в воде. С другой стороны расположены заряженные группы, так называемая полярная головка. Если ее отрезать, она легко растворится в воде. Поэтому, оказавшись в водной среде, молекула фосфо-липида стремится раствориться своей полярной головкой и одновременно не замочить жирный «хвост». Чтобы выполнить эти противоречивые требования, липидные молекулы объединяются в группы так, что их заряженные головки смотрят наружу, а концы спрятаны внутрь. Такие структуры называются мицеллами (рис. 2). Но мицеллы могут образовать не все фосфо- и гликолипиды. Некоторым из них с двумя длинными «хвостами», как у лецитина, не удается сблизиться настолько, чтобы внутри комплекса не оставалось воды. Избегая касаться воды жирными «хвостами», молекулы объединяются в другие конструкции — липосомы (рис. 3). В этом случае не страшно, что внутри есть вода. Молекулы образуют двойной слой (бислой), замкнутый в пузырек. Заряженные головки смотрят в воду, а жирные «хвосты» обращены друг к другу и воды не касаются. Липидный бислой надежно отделяет внутренность липосомы от внешней среды.

Фосфолипиды объединяются в липосомы сами, и можно предположить, что именно так возникли и мембраны первых клеток. Во всяком случае бислой составляет основу клеточных мембран, правда, в последние включены еще белки и углеводы. На модели бислойной липидной мембраны изучают в упрощенных условиях многие процессы, происходящие в мембранах клеток. Так логика исследования ведет ученых от химии отдельных молекул к изучению их групп, соединений и дальше — к устройству живой клетки.

Многие липиды входят в состав продуктов питания человека и животных, используются в промышленности и медицине.