Файл: Липиды и их обмен_2006.doc

1.6.2 Терпены

В основе строения терпенов находится молекула изопрена:

Это мономер, из которого построены олигомерные или полимерные цепочки неомыляемых липидов. Терпены, молекулы которых представляют собой соединения из 2, 3, 4, 6, 8 молекул изопрена, называют соответственно моно-, сескви-, ди-, три- и тетратерпенами. Молекулы терпенов могут иметь линейную или циклическую структуру, содержать гидроксильные, карбонильные и карбоксильные группы.

Монотерпены. это летучие жидкие вещества с приятным запахом. Они являются основными компонентами душистых эфирных масел, получаемых из растительных тканей – цветов, листьев, плодов.

В качестве типичного представителя алифатических монотерпенов является мирцен. От 30 до 50% мирцена содержится в эфирном масле хмеля. Представителями кислородных производных алифатических терпенов являются линалоол, гераниол и цитронеллол. Все они представляют спирты. Линалоол содержится в цветках ландыша, в апельсиновом и кориандровом масле. По-видимому, аромат персиков обусловлен различными сложными эфирами линалоола – уксуснокислым, муравьинокислым и др. Гераниол встречается в масле эвкалипта. Цитронеллол обладает запахом розы и содержится в розовом, гераниевом и других маслах.

Среди моноциклических терпенов наиболее распространенным и важным являются лимонен, ментол, карвон. Лимонен содержится в скипидаре, тминном масле; ментол составляет главную (до 70%) эфирного масла перечной мяты, а карвон содержится в эфирных маслах тмина и укропа.

Сесквитерпены. Эта группа терпенов также входит в состав эфирных масел. Одно из наиболее интересных соединений – ароматический сесквитерпен димер госсипол – специфический пигмент хлопковых семян.

Дитерпены. Наиболее широко представлены соединениями, входящими в состав многих биологически важных соединений. Так, дитерпеновый спирт фитол входит в состав хлорофилла.

Хлорофилл – это пигмент, придающий растениям зеленый цвет. Он содержится в листьях и стеблях, в колосьях и зернах. Хлорофилл находится в особых образованиях протоплазме, называемых хлоропластами. В растениях существуют два вида хлорофилла: хлорофилл а (сине-зеленый) и хлорофилл в (желто-зеленый)

Большой интерес представляет сходство строения хлорофилла с красящим веществом крови гемином. В состав хлорофилла и гемина входят четыре остатка пиррола, соединенных в виде порфиринового ряда, которое в гемине связано с железом, а в хлорофилле – с магнием. Хлорофилл принимает активное участие в процессе фотосинтеза. В результате этого процесса диоксид углерода под влиянием солнечного света поглощенного хлорофиллом, восстанавливается до гексозы и выделяется свободный кислород. Фотосинтез – это единственный процесс, в ходе которого лучистая энергия солнца в виде химических связей запасается в органических соединениях.

Дитерпеновые цепи входят в состав витаминов Е и К₁; витамин А – это моноциклический дитерпен. Трициклическим дитерпеном служит абиетиновая кислота – главный компонент смоляных кислот, известный в технике как канифоль. Натриевые соли канифоли – это один из компонентов хозяйственного мыла. Многие дитерпены являются компонентами эфирных масел – камфорен, каурен, стевиол и агатовая кислота.

Тритерпены. Представлены наиболее известным тритерпеном скваленом. Сквален – исходное соединение, из которого у животных и дрожжей, синтезируются стероиды, например, холестерол. Тритерпеновая цепь входит в состав витамина К₂. К более сложным тритерпенам относятся лимонин и кукурбитацин А – соединения, обуславливающие горький вкус лимона и тыквы.

Тетратерпены. Это пигменты – каротиноиды. Они придают растениям желтую или оранжевую окраску разных оттенков. Наиболее известные представители каротиноидов – каротин, лютеин, цеаксантин и криптоксантин.

Каротины впервые выделены из моркови (от лат. «карота» – морковь). Известно три типа каротинов: α-, β- и γ-каротины, отличающиеся как по химическому строению, так и по биологическим функциям. Наибольшей биологической активностью обладает β-каротин, так как он содержит два β-иононовых кольца и при его гидролитическом распаде под действием фермента каротиназы образуется две молекулы витамина А₁:

При гидролитическом расщеплении α- и γ-каротина образуется по одной молекуле витамина А, так как они содержат по одному β-иононовому кольцу. Степень усваяемости каротиноидов и свободного витамина А зависит от содержания жиров в пище. β-Каротин придает моркови, тыкве, апельсинам, персикам и другим овощам и фруктам характерный для них цвет. Каротины наряду с хлорофиллом содержатся во всех зеленых частях растений.

Лютеин – желтый пигмент, содержащийся наряду с каротинами в зеленых частях растений. Окраска семян желтой кукурузы зависит от присутствующих в них каротинов и каротиноидов, получивших название цеаксантина и криптоксантина. Окраска плодов томата обусловлена каротиноидом ликопином.

Лютеин, цеаксантин и криптоксантин также обнаруживают активность витамина А.

Каротиноиды играют большую роль в обмене веществ у растений, участвуя в процессе фотосинтеза. Также каротиноиды имеют большое значение в пищевой промышленности. Пигментация каротиноидами зерна хлебных злаков влияет на их технологическое достоинство. Кремовый цвет, характерный для хорошей пшеничной муки, объясняется главным образом содержанием каротиноидов. Пигментирование зерна особенно высоко ценится у твердой пшеницы, идущей на выработку макаронной муки и манной крупы. Каротиноиды используются как природные красители в кондитерской и масло – жировой промышленностях.

Пентатерпены. Представители этой группы – убихинон Q, пластохиноны выполняют роль переносчиков электронов в окислительно – восстановительных реакциях, связанных с синтезом АТФ.

1.7 Биологические мембраны

Мембраны – это универсальная форма структурной организации живой материи. Биологические мембраны или биомембраны, формируют внешнюю границу клетки, делят объем цитоплазмы клетки на отсеки, или компарменты, в которых осуществляются метаболические реакции.

Мембрана содержит липиды и белки, а также небольшое количество углеводов в составе гликосфинголипидов и гликопротеинов. Биомембраны имеют жидкостно-мозаичную структуру, согласно которой мембрана состоит из бислоя сложных липидов (фосфолипидов, гликолипидов, стеролов), в которых находятся глобулярные белки.

Рисунок 6 – Схема строения двойного липидного слоя в биомембране

Липиды в бислое расположены так, что их гидрофобные хвосты (углеводородные остатки жирных кислот) направлены внутрь мембраны на встречу друг другу и частично перекрываются, обе поверхности бислоя составлены гидрофильными головками липидов – фосфолипидов. Белки, встроенные в липидный бислой мембраны, могут быть перефирийными или интегральными. Перефирийные белки связаны с полярной поверхностью бислоя относительно слабыми водородными связями и легко извлекаются из мембраны. Интегральные белки погружены в липидный слой, иногда пронизывают ее насквозь. Удерживаются они значительно прочнее за счет большего числа гидрофобных взаимодействий, водородных и других связей.

Биомембраны ассиметричны, их наружная поверхность отличается по свойствам от внутренней поверхности. Ассиметричность биомембраны обусловлена главным образом различием в природе белков, располагающихся на внешней и внутренней поверхности биомембраны.

Все биомембраны имеют принципиально одинаковую структуру, отличаясь только в деталях. Они могут иметь различные по химическому составу липиды в бислое, разные жирно-кислотные остатки в составе фосфолипидов, разные типы (по химическому строению, гидрофильным и гидрофобным свойствам) встроенных белков. Соотношение липид:белок в биомембране также может варьировать.

Биомембраны представляют собой не просто оболочки клеток и субклеточных структур, но и выполняют ряд важнейших разнообразных функций:

1. Играют роль механического барьера. Участвуют в формировании клеточных структур, ограничивают их от внешней среды;

2. Выполняют транспортную функцию. Транспортные системы, локализованные в мембранах, обеспечивают перенос определенных соединений. В качестве транспортных систем в мембранах выступают специфические транспортеры. К ним относят ионофоры, которые увеличивают скорость диффузии ионов через мембрану, и представляют собой токсины, синтезирующиеся грибами и бактериями. Также специфическими транспортерами являются белки. Перенос небольших молекул и ионов через мембраны обеспечивается следующими типами интегральных мембранных белков: каналами и порами; пассивными и активными транспортерами. Белки, формирующие каналы и поры, содержат гидрофильный проход, который позволяет молекулам и ионам с подходящим размером, зарядом и геометрической конфигурацией проникать через мембрану в каком-либо направлении. Активные и пассивные транспортеры, в отличие от каналов и пор, специфически связывают субстрат и транспортируют его через мембрану, изменяя свою конформацию. Пассивные транспортеры способны перемещать молекулы по концентрационному градиенту и не требуют затрат энергии. Для функционирования активных транспортеров, переносящих субстраты против концентрационного градиента, необходимы затраты энергии. При первичном активном транспорте энергия поставляется непосредственно за счет гидролиза АТФ, энергии света или электронного транспорта. Вторичный активный транспорт обеспечивается с помощью ионных градиентов.

3. Выполняют разделительную функцию. Биомембраны регулируют поток веществ внутрь клетки и из нее, что важно для сохранения постоянства внутриклеточной среды.

4. Имеют избирательную проницаемость, которая основана на системах специфичности транспортных белков, способных узнавать определенное соединение и проводить его через мембрану.

5. Важнейшая функция биомембран – генерирование биоэлектрического потенциала, аккумулирование и трансформация энергии. Мембраны являются теми клеточными структурами, благодаря которым возможна трансформация осмотической и электрической форм энергии в энергию макроэргической фосфатной связи (~) АТФ. Так, процессы фотосинтеза и дыхания осуществляются, соответственно, в мембранах хлоропластов и митохондрий. Например, при дыхании энергия освобождается в мембранах митохондрий и используется в процессах биосинтеза различных веществ.

6. Выполняют рецепторную функцию. В связи с наличием в мембранах специфических белковых рецепторов клетки способны воспринимать внешние сигналы и в ответ на них перестраивать свой обмен веществ.