Фосфолипиды: строение, свойства и функции¶

Фосфолипиды — класс сложных липидов, молекулы которых содержат остаток фосфорной кислоты, связанный со спиртовой (глицериновой или сфингозиновой) основой, и одну или две углеводородные (жирнокислотные) цепи. Благодаря сочетанию гидрофильной фосфатной «головки» и гидрофобных «хвостов» фосфолипиды являются амфифильными соединениями и образуют основу биологических мембран всех живых клеток. Они относятся к полярным липидам и составляют значительную долю липидов клеточных мембран, плазмы крови и липопротеинов.

¶Химическое строение

Основу большинства фосфолипидов составляет трёхатомный спирт глицерол (глицерин), к двум гидроксильным группам которого присоединены остатки жирных кислот, а к третьей — фосфатная группа. Такие соединения называют глицерофосфолипидами (фосфоглицеридами). Общая схема: глицерол — жирная кислота — жирная кислота — фосфат — полярный заместитель.

Фосфатная группа обычно связана с дополнительным полярным соединением, которое определяет тип фосфолипида:

• фосфатидилхолин (лецитин) — с остатком холина;
• фосфатидилэтаноламин — с этаноламином;
• фосфатидилсерин — с серином;
• фосфатидилинозитол — с инозитом;
• фосфатидилглицерол и дифосфатидилглицерол (кардиолипин).

Вторая группа — сфингомиелины — построена на основе аминоспирта сфингозина, а не глицерола. Они входят в состав миелиновых оболочек нервных волокон.

Жирнокислотные остатки различаются по длине цепи (обычно 14–24 атома углерода) и степени насыщенности. Насыщенные кислоты (пальмитиновая, стеариновая) делают мембрану более плотной, ненасыщенные (олеиновая, линолевая, арахидоновая) повышают её текучесть.

¶Физико-химические свойства

Амфифильность — ключевое свойство фосфолипидов. В водной среде их молекулы самопроизвольно упорядочиваются: гидрофобные хвосты скрываются внутрь, а гидрофильные головки обращаются к воде. Это приводит к образованию бислоёв, мицелл и липосом.

Фосфолипиды практически нерастворимы в воде, но растворимы в органических растворителях (хлороформе, эфире, этаноле). Они способны к гидратации, набуханию и образованию эмульсий, что лежит в основе их роли эмульгаторов. При нагревании и окислении жирнокислотных остатков происходит прогоркание с образованием перекисей и альдегидов.

¶Биологическая роль

Главная функция фосфолипидов — структурная. Из них построен липидный бислой плазматических мембран и мембран органелл: митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи. Бислой обеспечивает избирательную проницаемость, отделяет клетку от среды и разделяет внутренние компартменты.

Другие функции:

• Барьерная и транспортная — регулируют прохождение веществ и работу мембранных белков-переносчиков.
• Сигнальная — фосфатидилинозитол участвует в передаче сигнала через фосфоинозитидный каскад; продукты его расщепления служат вторичными посредниками.
• Регуляторная — фосфатидилсерин выставляется на поверхности клеток при апоптозе и служит сигналом для фагоцитов.
• Свёртывание крови — фосфолипиды тромбоцитов и эндотелия необходимы для сборки факторов свёртывания.
• Эмульгирующая — в составе жёлчи фосфолипиды участвуют в переваривании и всасывании жиров.

¶Фосфолипиды в организме человека

В теле взрослого человека содержится несколько сотен граммов фосфолипидов. Они синтезируются главным образом в печени и кишечнике, а также входят в состав пищи. Основной пищевой источник — яйца, соя, подсолнечное и другие растительные масла, печень, молоко, орехи.

В плазме крови фосфолипиды транспортируются в составе липопротеинов — комплексов с белками (аполипопротеинами). Нарушения обмена фосфолипидов связаны с рядом заболеваний: жировой дистрофией печени, атеросклерозом, некоторыми наследственными болезнями (например, дефицит ферментов лизосомального распада приводит к накоплению сфингомиелина при болезни Ниманна — Пика).

¶Применение

Фосфолипиды широко используются в промышленности и медицине.

Лецитин (фосфатидилхолин) — наиболее распространённый коммерческий фосфолипид; его получают преимущественно из соевого масла и яичного желтка.

¶Методы исследования

Для изучения фосфолипидов применяют тонкослойную и высокоэффективную жидкостную хроматографию, масс-спектрометрию, ядерный магнитный резонанс. Липосомы — искусственные везикулы из фосфолипидов — служат моделью биологических мембран и одновременно средством доставки лекарств. Метод рентгеноструктурного анализа позволяет определять упаковку молекул в бислое.

¶Классификация

По строению выделяют глицерофосфолипиды и сфингомиелины. По заряду полярной головки различают нейтральные (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин) и отрицательно заряженные (фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол, кардиолипин). По происхождению — природные, полусинтетические и синтетические.

Фосфолипиды остаются объектом активных исследований в биохимии, биофизике и медицине: изучаются их роль в мембранных процессах, механизмы перекисного окисления и возможности направленного изменения состава мембран.