Краткие сведения о строении биологических мембран

Мембрана отделяет цитоплазму клетки от окружающей среды, а также служит барьером, ограничивающим функциональные единицы органелл от других клеточных компонентов. Ее основной структурный материал метаболизма — липиды, белки и углеводы. Мембранные липиды — это, главным образом, фосфолипиды, у которых одна или две жирнокислотные цепи эстерифицированы глицерином или сфингозином. Ацилглицериды — сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. Ацильные остатки могут существенно отличаться по длине цепи, разветвленности и степени ненасыщенности. Из насыщенных жирных кислот в состав липидов входят миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, арахиновая, бегеновая и лигноцериновая. Ненасыщенные ацильные цепи присоединяются, как правило, ко второму углеродному атому глицерина и содержат двойные связи у девятого атома углерода или еще дальше к концу цепи. В месте нахождения двойной связи реализуется г<мс-конфигурация. В составе мембранных липидов встречаются ненасыщенные пальмитоолеиновая, олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты. Присоединение к ацилглицериду полярной группы (например, остатка фосфорной кислоты) придает веществу специфические свойства. Липиды, содержащие такую полярную группу, называют амфипатическими. Эта группа может нести заряд или быть незаряженной. Наличие гидрофобного хвоста в виде остатков жирных кислот и полярной головки позволяет фосфолипидам вступать как в гидрофильные, так и в гидрофобные взаимодействия, что делает их идеальными компонентами биологических мембран. Так, при избытке воды липиды образуют мицеллы, в которых гидрофобные хвосты находятся внутри сферической капли, а полярные головки расположены на ее поверхности и контактируют с водой. Когда же в избытке находятся липиды, наблюдается обратная картина: полярные головки обращены внутрь сферы, включающей в себя и воду, а жирнокислотные цепи располагаются снаружи. Такие «обращенные мицеллы» образуют эмульсию. Часто к фосфатной группе присоединено азотсодержащее основание. При этом головка имеет одновременно и положительный, и отрицательный заряды, однако при физиологических значениях рН является электронейтральной. Наиболее часто среди мембранообра- зующих фосфолипидов встречаются производные холина (1.1), эта- ноламина (1.2), серина (1.3) [4—6]. Неглицериновые липиды обнаружены во многих типах мембран вместе с липидами, образованными на основе глицерина. Особенно богаты ими нервные ткани, в частности, мозг. Существует три класса неглицериновых липидов: цереброзиды, фосфосфинголипиды и ганглиозиды (рис. 1.5). В основе их структуры лежит сфингозин (1.4). Последний имеет определенное сходство в строении с моноацилглицерином, однако является аминоспиртом и содержит негидролизуемую ненасыщенную углеводородную цепь. Фосфосфинголипиды — церамиды, эстерифицированные фосфорной кислотой с азотсодержащим основанием. Они напоминают фос- фоглицериды и являются амфипатическими. Типичный представитель веществ этого класса — сфингомиелин (1.7). Ганглиозиды (1.8) — церамиды, связанные гликозидной связью р-типа с коротким кислотным, как правило, разветвленным олигосахаридом. Носителем кислотных свойств является нейраминовая кислота (1.9), присутствующая в качестве одной из ветвей саха- ридной цепи. В тканях человека аминогруппа всегда ацетилирована [4, 6]. Простые липиды — это липиды, не содержащие остатков жирных кислот. Их еще называют «неомыляемыми» липидами, поскольку они не содержат эфирных связей. К этой группе принадлежат стероиды, жирорастворимые витамины и терпены. Стероиды — соединения, главным структурным фрагментом которых является циклопентанопергидрофенантреновая система (рис. 1.6). Так, в составе мембран грибов присутствует эргостерин (1.10), а наиболее распространенным представителем стероидов в животном мире является холестерин (1.11). Последний у человека — предшественник всех стероидных гормонов и основная составная часть желчных кислот. Размеры молекулы холестерина и присущие ему слабые амфипатические свойства делают его распространенным компонентом мембран многих животных клеток. Он составляет от 40 до 60% всех липидов эритроцитов млекопитающих.