Фосфатидилхолин и клеточные мембраны¶

Фосфатидилхолин — фосфолипид класса глицерофосфолипидов, ключевой структурный компонент биологических мембран и основной фосфолипид плазмы крови человека. Молекула построена на основе глицерина, к которому присоединены две жирные кислоты, фосфатная группа и остаток холина. Благодаря амфифильной природе — гидрофильной «головке» и гидрофобным «хвостам» — фосфатидилхолин самопроизвольно формирует бислойные структуры в водной среде.

¶Химическое строение

Фосфатидилхолин (ФХ), или лецитин, относится к фосфоглицеридам. В позиции sn-1 глицеринового остова обычно находится насыщенная жирная кислота (чаще пальмитиновая или стеариновая), в позиции sn-2 — ненасыщенная (олеиновая, линолевая, арахидоновая). К sn-3 через фосфат присоединён холин. Такая конфигурация обеспечивает геометрию цилиндрического типа, оптимальную для образования плоских бислоёв, а не мицелл или гексагональных фаз.

¶Роль в клеточных мембранах

Мембраны клеток представляют собой липидный бислой толщиной около 5 нм, в который погружены белки. Фосфатидилхолин — самый распространённый фосфолипид эукариотических мембран: на его долю приходится значительная часть липидов плазматической мембраны, а также мембран эндоплазматического ретикулума и митохондрий. Функции ФХ в мембранах включают:

• структурную — поддержание целостности и текучести бислоя;
• барьерную — изоляция внутриклеточного содержимого;
• матричную — обеспечение среды для работы мембранных белков и рецепторов;
• сигнальную — служит источником вторичных мессенджеров.

Асимметрия распределения липидов между двумя слоями мембраны — важная особенность: фосфатидилхолин преимущественно локализуется во внешнем (экзоплазматическом) монослое. Нарушение асимметрии служит сигналом для распознавания клеток и их удаления.

¶Метаболизм

Синтез фосфатидилхолина у млекопитающих идёт двумя основными путями. Первый — реакция Кеннеди (CDP-холиновый путь): холин фосфорилируется, затем активируется до CDP-холина и переносится на диацилглицерол. Второй — путь метилирования фосфатидилэтаноламина с участием фермента PEMT, преимущественно в печени. Расщепление ФХ фосфолипазами высвобождает арахидоновую кислоту и другие сигнальные молекулы.

¶Биологическое и медицинское значение

Фосфатидилхолин участвует в синтезе липопротеинов, эмульгировании жиров в кишечнике, входит в состав лёгочного сурфактанта, снижающего поверхностное натяжение альвеол. Дефицит сурфактанта у недоношенных детей приводит к респираторному дистресс-синдрому. ФХ применяется как пищевая добавка (лецитин, E322), в фармацевтике — для создания липосом, доставляющих лекарства, и в косметологии. Нарушения обмена фосфолипидов связывают с неалкогольной жировой болезнью печени и некоторыми нейродегенеративными состояниями.

¶Методы исследования

Содержание и распределение фосфатидилхолина в мембранах изучают методами тонкослойной и высокоэффективной жидкостной хроматографии, масс-спектрометрии, а также с помощью флуоресцентных зондов и ЯМР-спектроскопии. Модельные бислои — липосомы и бислойные липидные мембраны — позволяют исследовать физико-химические свойства ФХ вне клетки.