Роль липидов в регуляции активности мембранносвязанных ферментов

Биологические мембраны, являясь чрезвычайно активными, постоянно функционирующими ферментными комплексами, обеспечивают протекание и регуляцию ряда метаболических путей, а также основные проявления жизнедеятельности клетки и организма в целом.

Прежде всего существенное значение для течения обменных процессов имеет пространственное разделение или компартментализа-ция субстратов, кофакторов, эффекторов и ферментов внутри клетки, включающее механизмы проницаемости клеточных мембран.

Будучи кооперативными системами, для которых характерна связь структуры и функции, а структурная организация в свою очередь определяется физико-химическими свойствами составных ком­понентов, биомембраны регулируют активность ферментов не только путем компартментализации, но и состоянием липидного матрикса, рецептативных и контактных свойств клеточных поверхностей и др.

Переменными параметрами липидного матрикса являются длина углеводородных цепей жирных кислот, степень их разветвленности, природа связи с полярной частью липидной молекулы, степень окисленности жирнокислотных остатков, а также степень метилированности, фосфорилированности и других постсинтетических модификаций. Поскольку липиды участвуют в закреплении ферментов в мембране и служат неполярной средой для жирорастворимых субстратов, носителей и кофакторов, то они могут определять ориентацию, обусловливать конформационные изменения ферментов и выступать в качестве модуляторов или регуляторов ферментативной активности. Выдвинута гипотеза о роли липидов как материала, передающего вдоль поверхности мембран возбуждение, которое возникает при изменении конформации белков. Для отдельных ферментов существуют почти специфические фосфолипиды, которые обеспечивают проявление функций ферментов. Так, Na+, К+-АТФаза почек и мозга кроликов, полученная в делипидированной растворимой в дезоксихолате натрия форме, практически неактивна и реактивируется фосфатидилсерином. Фосфатидилинозитиды меняют чувствительность аденилатциклазы к норадреналину, а фосфатидилсерин восстанавливает ее реактивность к глюкагону. Следовательно, мембраны оказывают существенное влияние на кинетические параметры мембраносвязанных ферментов.

Биологическая ценность жиров объясняется содержанием в них полиненасыщенных жирных кислот. В мясе их мало. В большом количестве они присутствуют в околопочечном жире и в наружном слое хребтового жира.

Жирные кислоты — структурные компоненты большинства липидов.

Жирные кислоты — это длинноцепочечные органические кислоты, содержащие от 4 до 24 атомов углерода. Они имеют одну карбоксильную группу СОО- и длинный неполярный углеводородный «хвост».

Из-за этого «хвоста» большинство жиров (липидов) нерастворимы в воде.

В клетках и тканях жирные кислоты встречаются не в свободном состоянии, а в ковалентно связанной форме в составе липидов различных классов.

Практически все встречающиеся в естественных условиях жирные кислоты содержат четное число атомов углерода, причем чаще всего — 16 или 18 углеродных атомов.

Длинная углеводородная цепь может быть полностью насыщена (содержит только одинарные связи), или ненасыщена (одна или несколько двойных связей). Ненасыщеннные жирные кислоты встречаются в два раза чаще, чем насыщенные.

Жизненно важными и незаменимыми жирными кислотами являются:

Линолевая—СООН-(СН₂)₇-СН=СН-СН₂-СН=СН-(СН₂)₄-СН₃

Линоленовая—

СООН-(СН₂)₇-СН=СН-СН₂-СН=СН-СН₂-СН=СН-СН₂-СН₃

Существует несколько классов липидов:

триацилглицеролы;

воска;

фосфоглицериды;

сфинголипиды;

стеролы и их липиды с жирными кислотами.

Триацилглицеролы (ТАГ) — глицероловые эфиры жирных кислот. Наиболее простые и широко распространенные липиды.

ТАГ — основной компонент жировых депо клеток. Это эфир спирта глицерола и трех молекул жирных кислот. В мембранах не содержится. Это — неполярные, гидрофобные вещества. Не растворяются в воде.

По удельному весу легче воды (Þ в подливках масло плавает сверху).

Растворяется в неполярных растворителях — хлороформ, бензол, эфир.

В специализированных клетках соединительной ткани — адипоцитах (или жировых клетках) огромное количество ТАГ может запасаться в виде жировых капелек, заполняющих почти весь объем клетки. У тучных животных в жировых клетках накапливаются килограммы ТАГ под кожей.

Воска. Это сложные эфиры, образуемые жирными кислотами и длинноцепочечными спиртами.

У позвоночных животных воска вырабатываются кожными железами и выполняют функцию защитного покрытия, смазывающего и смягчающего кожу и предохраняющего ее от воды.

Восковым секретом покрыты волосы, шерсть и мех. У птиц, особенно водоплавающих, выделяемые копчиковой железой воска придают перьевому покрову водоотталкивающие свойства.

3. Фосфолипиды — основные компоненты мембран и никогда не запасаются в больших количествах. Липиды этой группы содержат фосфор в виде остатков фосфорной кислоты.

4. Сфинголипиды — второй важный компонент мембранных липидов.

Тоже имеют полярную голову и два неполярных хвоста, но не содержат глицерола. Вместо него — спирт сфиногзин.

5. Стеролы.

Все вышеперечисленные липиды — омыляемые, то есть при нагревании с щелочами подвергаются гидролизу и из остатков их жирных кислот образуются мыла.

Стеролы — неомыляемые. Они не содержат остатков жирных кислот.

Основной стерол в тканях животных — холестерол — компонент плазмы.