Фосфолипиды: строение, свойства и функции¶

Фосфолипиды — класс сложных липидов, молекулы которых содержат остаток фосфорной кислоты, связанный со спиртом (обычно глицерином или сфингозином), а также одну или две длинноцепочечные жирные кислоты. Благодаря сочетанию гидрофильной фосфатной «головы» и гидрофобных углеводородных «хвостов» фосфолипиды являются амфифильными соединениями и служат основным структурным компонентом биологических мембран всех живых клеток.

¶Химическое строение

Основу большинства фосфолипидов составляет трёхатомный спирт глицерин, этерифицированный жирными кислотами и фосфорной кислотой. Общая схема молекулы включает:

• гидрофильную часть — остаток фосфорной кислоты, к которому присоединён дополнительный полярный радикал (холин, этаноламин, серин, инозитол);
• гидрофобную часть — две цепи жирных кислот, чаще всего одна насыщенная и одна ненасыщенная;
• связующее звено — глицериновый или сфингозиновый скелет.

Именно такая двойственность (амфифильность) определяет способность фосфолипидов самопроизвольно образовывать в воде бислои, мицеллы и липосомы.

¶Классификация

Фосфолипиды делят на две большие группы в зависимости от типа спирта.

¶Глицерофосфолипиды

Производные глицерина, наиболее распространённые в природе:

¶Сфингомиелины

Производные аминоспирта сфингозина. Входят в состав мембран животных клеток, особенно abundant в миелиновых оболочках нервных волокон. К этой же группе по строению близки гликолипиды, у которых вместо фосфатной группы присутствует углеводный остаток.

¶Физико-химические свойства

Фосфолипиды — бесцветные или слабоокрашенные вещества, хорошо растворимые в органических растворителях (хлороформе, эфире, этаноле) и практически нерастворимые в воде. В водной среде они образуют упорядоченные структуры:

• липидный бислой — двойной слой молекул, полярные головы которого обращены к воде, а хвосты — внутрь;
• липосомы — замкнутые везикулы с водной полостью внутри;
• мицеллы — агрегаты, характерные для лизофосфолипидов с одной жирной кислотой.

Температура фазового перехода зависит от длины и степени ненасыщенности жирных кислот: ненасыщенные цепи повышают текучесть мембраны.

¶Биологическая роль

Фосфолипиды выполняют в клетке несколько ключевых функций:

1. Структурная — формируют основу клеточных и внутриклеточных мембран, обеспечивают их барьерные свойства.
2. Транспортная — участвуют в переносе веществ через мембраны, в составе липопротеинов транспортируют холестерин и триглицериды в крови.
3. Сигнальная — фосфатидилинозитол и его производные служат предшественниками вторичных посредников (инозитолтрифосфат, диацилглицерин).
4. Эмульгирующая — лецитин желчи эмульгирует жиры в кишечнике, облегчая их переваривание.
5. Свёртывание крови — фосфатидилсерин и другие анионные фосфолипиды участвуют в активации факторов свёртывания на поверхности тромбоцитов.

¶Обмен и метаболизм

Синтез фосфолипидов происходит главным образом в эндоплазматическом ретикулуме клеток. Ключевые пути:

• путь Кеннеди — последовательное присоединение полярной группы к диацилглицерину;
• реакции обмена оснований — взаимопревращение фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина;
• ремоделирование — замена жирнокислотных остатков под действием фосфолипаз и ацилтрансфераз.

Расщепление фосфолипидов осуществляют ферменты фосфолипазы A1, A2, C и D, каждый из которых гидролизует определённую связь в молекуле.

¶Применение

¶Пищевая промышленность

Фосфатидилхолин (лецитин) используется как эмульгатор (пищевая добавка E322) в производстве шоколада, маргарина, хлебобулочных изделий. Источником промышленного лецитина служат соевые бобы и яичный желток.

¶Медицина и фармацевтика

• липосомы применяются как контейнеры для доставки лекарств (противоопухолевых препаратов, вакцин);
• фосфолипидные препараты назначают при заболеваниях печени (гепатопротекторы);
• лецитин входит в состав средств для лечения атеросклероза.

¶Косметология

Фосфолипиды добавляют в кремы и сыворотки как компоненты, восстанавливающие липидный барьер кожи и улучшающие проникновение активных веществ.

¶Значение в диагностике

Нарушения обмена фосфолипидов связаны с рядом заболеваний: жировой гепатоз, атеросклероз, наследственные лизосомные болезни накопления (болезнь Ниманна — Пика, болезнь Тея — Сакса). Определение спектра фосфолипидов в крови и тканях применяется в клинической биохимии для оценки состояния мембран и функции печени.

¶Распространение в природе

Фосфолипиды обнаружены во всех живых организмах — от бактерий до человека. Их содержание в мембранах достигает 40–60 % от общей массы липидов. Особенно богаты фосфолипидами нервная ткань, печень, сердце и яичный желток. В растительных тканях преобладают глицерофосфолипиды, тогда как сфингомиелины характерны преимущественно для животных клеток.