БИОХИМИЯ_ЧЕЛОВЕКА_Лекция_5_Липиды_Мембраны_2025 (1)

1.

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ БИОХИМИИ
И БИОФИЗИКИ
БИОХИМИЯ ЧЕЛОВЕКА
Лекция 5
ХИМИЯ ЛИПИДОВ.
СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ
БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН
лектор – Емельянов Виктор Владимирович,
к.м.н., доцент, зав. кафедрой медицинской биохимии и биофизики
30 сентября 2025 г.

2. ЛИПИДЫ:

• Природные органические соединения
• Плохо растворимы в воде
• Хорошо растворимы в неполярных
органических растворителях
• Содержат длинные углеводородные
радикалы

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ

ЛИПИДЫ
ОМЫЛЯЕМЫЕ
O
C
O
НЕОМЫЛЯЕМЫЕ
СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ
ТЕРПЕНЫ
ТРИГЛИЦЕРИДЫ, ВОСКИ,
ЭФИРЫ СТЕРОИДОВ
СТЕРОИДЫ
ФОСФОЛИПИДЫ
ЖИРНЫЕ К-ТЫ, ВЫСШИЕ СПИРТЫ,
УГЛЕВОДОРОДЫ
ГЛИКОЛИПИДЫ
O
C N
H
ЦЕРЕБРОЗИДЫ,
ГАНГЛИОЗИДЫ

4. ВЫСШИЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ

• Карбоновые кислоты с числом атомов
углерода 10 и более
• Четное число атомов углерода
• Неразветвленные боковые радикалы
• Насыщенные, моно- и
полиненасыщенные
• Ненасыщенные в цис-конфигурации
• Двойные связи не ранее 9 атома

5.

6. ВАЖНЕЙШИЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ

Тривиальное
название
Число атомов С,
число и
положение
F-связей
Пальмитиновая
16 : 0
Стеариновая
18 : 0
Олеиновая
18 : 1; 9
ω-9
Линолевая
18 : 2; 9,12
ω-6
Линоленовая
18 : 3; 9,12,15
ω-3
Арахидоновая
20 : 4; 5,8,11,14
ω-6
Структурная формула
COOH
COOH
10
13 12
16 15
15 14
13 12
12
11
10
9
COOH
9
COOH
10
9
9
8
COOH
6
5
COOH

7. ω-3 ω-6

8. ЦИС – ТРАНС ИЗОМЕРИЯ

COOH
H C
C
H
COOH
COOH
HOOC
C
H
C
H

9. ЦИС – ТРАНС ИЗОМЕРИЯ

Транс-ненасыщенные ЖК по
вытянутой форме
углеводородных «хвостов»
аналогичны насыщенным ЖК
Цис-ненасыщенные ЖК имеют
изогнутые углеводородные
«хвосты» и занимают больше
места, чем «хвосты» насыщенных
ЖК
H
H
H
H
COOH
COOH
COOH
COOH
CH3

10. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

1. Структурные компоненты омыляемых
липидов.
2. Энергетический материал.
3. Пластический материал.
4. Сигнальные молекулы: производные
жирных кислот – ЭЙКОЗАНОИДЫ простагландины, тромбоксаны,
лейкотриены и др.

11. ТРИГЛИЦЕРИДЫ (триацилглицериды, триацилглицеролы)

O
O
R2
C
CH2 O C
O
C
R1
O
H
CH2 O C
R3
O
O
O
O
O
O
ЖИРЫ – твердые (кроме рыбьего),
МАСЛА – жидкие (кроме пальмового и масла какао)

12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

1. Резерв ЖК.
2. Теплоизоляция.
3. Механическая
амортизация.
4. Депонирование
жирорастворимых
витаминов.

13. ФОСФОЛИПИДЫ

• I. ФОСФАТИДОВЫЕ КИСЛОТЫ.
• II. ФОСФАТИДЫ.
1. Фосфатидилэтаноламины (кефалины).
2. Фосфатидилхолины (лецитины).
3. Фосфатидилсерины.
4. Фосфатидилинозитолы.
• III. СФИНГОЛИПИДЫ.
• IV. ПЛАЗМАЛОГЕНЫ.
• V. КАРДИОЛИПИНЫ.

14. СТРУКТУРА ФОСФАТИДА

O
O
CH2O C R1
R2 C O C H O
CH2O P O CH2 CH2
OH
ФОСФАТИДОВАЯ КИСЛОТА
CH
+ 3
N CH3
CH3
АМИНОСПИРТ ХОЛИН

15. СТРУКТУРА ФОСФАТИДА

O
C
O
C
O
CH2
O
C
O
O
CH2
H
P
O
CH2
O
+
CH2
N
H3C
CH3
H3C
Неполярный хвост
Фосфатидилхолин ( лецитин)
Полярная
часть

16. ФОСФАТИДИЛХОЛИН (МОДЕЛЬ СТЮАРТА)

R1
R2
ГИДРОФИЛЬНАЯ
ОБЛАСТЬ
Х

17. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

1. Структурное: главная составная
часть мембран, липосом,
липопротеинов.
2. Регуляторное.
3. Пластическое.

18. ФОСФОЛИПИДЫ В ВОДЕ самоорганизуются без добавления эмульгатора

Ламеллярная (бислойная) структура

19. СФИНГОЛИПИДЫ

сфингозин
H3C (CH2)12 C
H
OH
C
CH CH NH C R
H
остаток
фосфорной
кислоты
O
CH2
O
O
жирная кислота
P
_
O
O
CH2 CH2 N+ CH3
CH3
CH3
холин

20. ГЛИКОЛИПИДЫ

сфингозин
H3C (CH2)12 C
H
OH
C
CH CH NH C R
H
жирная кислота
CH2OH
O
ОН
галактоза
O
OН
OH
O CH2
ГЛИКОЛИПИДЫ

21. Кардиолипин

22. СТЕРОИДЫ – производные циклопентанпергидрофенантрена (стерана, гонана). СТЕРОЛЫ (СТЕРИНЫ) – стероидные спирты

21 CH
3
11
HC
CH3
CH2 CH2 CH2 CH
CH3
CH3
17
CH3
3
HO
5
• СТЕРОИДНЫЙ СПИРТ ХОЛЕСТЕРИН
(холестерол) – ОСНОВНОЙ СТЕРОИД В
ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНЫХ

23. Нумерация атомов в молекулах стероидов

Растительные стерины
(фитостерины):
Эргостерин,
Ситостерин,
Стигмастерин и др.

24. ЭФИРЫ - ЗАПАСНАЯ ФОРМА ХОЛЕСТЕРИНА

CH3
HC
CH3
17
CH3
3
O
C=O
CH2
CH2
CH2
CH
CH3
CH3

25. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

1. Структурное: компоненты мембран.
2. Регуляторная: стероидные гормоны,
витамин D.
3. Пластическое: желчные кислоты.

26. СТРОЕНИЕ МЕМБРАНЫ (жидкостно-мозаичная модель Зенгера и Николсона, 1972)

27.

ФУНКЦИИ МЕМБРАН
1. Отграничение клетки от внешней среды.
Функция липидов
2. Контролируемый транспорт веществ.
3. Рецепция и передача сигналов.
4. Метаболические процессы.
5. Межклеточные контакты.
6. Фиксация цитоскелета.
Функции белков
и гликопротеинов

28.

ЛИПИДЫ МЕМБРАН
ФОСФОЛИПИДЫ
СФИНГОЛИПИДЫ
ХОЛЕСТЕРИН
ФОСФАТИДИЛЭТАНОЛАМИН
ЦЕРАМИД
ФОСФАТИДИЛХОЛИН
СФИНГОМИЕЛИН
ФОСФАТИДИЛСЕРИН
ГАНГЛИОЗИДЫ
ФОСФАТИДИЛИНОЗИТОЛ
ЦЕРЕБРОЗИДЫ
КАРДИОЛИПИН
Функции липидов мембран:
1. Формируют липидный бислой – структурную основу мембраны
2. Создают оптимальное окружение для мембранных белков
3. Служат «якорем» для поверхностных белков
4. Регулируют активность ферментов
5. Участвуют в передаче гормональных сигналов

29. ЛИПИДЫ МЕМБРАН

Отношение ФОСФОЛИПИДЫ / ХОЛЕСТЕРИН
(2-3:1) характеризует микровязкость мембран.
Максимальное содержание ХС в плазматической
мембране, занчительно меньше его в мембранах
клеточных органелл

30.

В настоящее время модель мембраны по
Зенгеру и Николсону существует с дополнениями Симонса и Ван Меера (рубеж 80 – 90-х годов):
Поперечная асимметрия липидного бислоя по
липидному составу:
ФХ, гликолипиды
и
сфинголипиды
преобладают в
наружном
монослое,
ФЭА,ФИ и ФС –
во внутреннем.

31.

Соотношение
ХС/ФЛ в
мембранах
различных
клеточных
органелл
https://biomolecula.ru/articles/lipidnyi-fundament-zhizni

32. Липиды перемещаются в пределах мембраны:

• кинки,
• вращения,
• латеральная
диффузия
• флип-флоп.

33.

Некатализируемая трансмембраная диффузия
При физиологической То
диффузия молекул липидов из
одного монослоя в другой
(«флип-флоп»), посредством
некатализируемой диф-фузии –
происходит крайне редко и
очень медленно (сутки).
Латеральная
некатализируемая диффузия
происходит постоянно и очень
быстро (до 1 мкм/с).

34.

Катализируемый трансмембранный перенос

35.

Поперечная асимметрия липидного бислоя
возможна благодаря селективным энергозависимым переносчикам липидов. К их числу
относится семейство белков (флоппазы,
флиппазы и скрэмблазы), которые облегчают
перемещение молекул липидов поперёк бисля
мембраны (катализируемый трансмембранный
перенос):
А. Флиппазы. Катализируют перенос ФЭА и ФС
из внешнего монослоя во внутенний. Перенос 1
молекулы ФЛ требует затраты 1 моле-кулы АТФ.
По структуре флиппазы родственны транспорным
АТФазам.

36.

Б. Флоппазы. Перемещают ФЛ в обратном
направлении – из внутреннего монослоя во
внешний.
В. Скрамблазы. Переносят через липидный
бислой любые ФЛ вдоль градиента концентрации, не требуют АТФ, но активируются в
присутствии ионов Са2+.

37. Липидные рафты (плоты, плотики) и кавеолы

• Особая фракция мембранных липидов, богатая
ХС и сфинголипидами с насыщенными ЖК.
• Играют роль в процессах рецепции,
синаптической передачи, эндо- и экзоцитоза

38.

2. Рафты и сигнальные платформы.
Представления о рафтах в липидной фазе цитоплазматических мембран были сформированы Симонсом, Ван
Меером и Айконеном на рубеже 80-90-х годов про-шлого
столетия.
Рафты - (10 – 200 нм) небольшие микродомены цитоплазматической мембраны, содержащие холестерол,
гликолипиды и сфингомиелин. Сохраняя свой липидный
состав, рафты «плавают» в глицерофосфолипидном
«озере» (латеральная диффузия), подобно плотам (от
англ. «raft» - плот).
Рафты четко отграничены от их глицерофосфолипидного
окружения в пределах мембранного бислоя и не
смешиваются с ним, имеют большую степень упорядоченности.

39.

В составе рафтов типично присутствие рецепторов,
обладающих собственной тирозинкиназной активностью и
других белков, участвующих в передаче внешнего сигнала
внутрь клетки (10 – 15 различных мемб-ранных белков).
В зависимости от типа клеток, рафты могут занимать 20%
- 50% поверхности плазматической мембраны.
При воздействии на клетку биологических (гормон) и
физических факторов происходит слияние рафтов в более
крупные
липидные
макродомены
–
сигнальные
«платформы». Активация рецептора сопряжено с активацией кислой СМазы. Мембранный сфингомиелин
превращается в церамид. Резкое увеличение содержания
церамида в составе рафта заставляет их сливаться,
образуя платформу.

40.

В пределах образующейся сигнальной платформы в
течение нескольких секунд происходит кластеризация
рецепторов, что является эффективным способом
усиления внешнего регуляторного сигнала и облегче-ния
его проведения внутрь клетки.
В состав платформы могут входить: адренорецеп-тор, Gбелок, аденилатциклаза, протеинкиназа А и
протеинфосфатаза PP2 и др.
В составе платформы содержатся молекулы, образующие высокоинтегрированную сигнальную единицу.
Платформа способна инициировать и завершить ответ
клетки на внешний сигнал.

41.

Образование сигнальных платформ из
предсуществующих рафтов и кластеризация рецепторов

42.

Слияние рафтов с образованием сигнальных платформ
и кластеризация рецепторов

43.

Благодаря кавеолину (формирование димеров) участок
мембраны изгибается – роль в
образовании инвагинации
мембраны.
ФУНКЦИИ КАВЕОЛ
1. Участие в метаболизме.
2. Уастие в сигнализации.
3. Участие в эндоцитозе и в
экзоцитозе.
4. Процесс слияния эндосом
с лизосомами и формирование вторичных лизосом.
5. Проникновение вирусов и
других инфекционных
агентов в клетки.

44. БЕЛКИ МЕМБРАН

• Соотношение
БЕЛКИ/ ЛИПИДЫ = 1:1
• Локализация:
интегральные,
погруженные,
периферические
• Функции:
ферменты,
рецепторы,
транспортеры

45. Интегральные белки мембран

Внутримембранный домен трансмембранного белка имеет строение
α-спирали и содержит много гидрофобных остатков
Правило «положительные остатки - внутри» - внутриклеточный домен
несет много Arg, Lys, His
Внеклеточный домен гликозилирован

46. Интегральные белки мембран

• Мотив «β-бочонок» в супервторичной стуктуре
типичен для белков, образующих мембранные
поры (каналы)
• Отсутствие воды в липидном слое облегчает
образование межцепочечных водородных
связей и способствует формированию βскладчатых листов

47. Ковалентное связывание с липидами – заякоривание периферических белков в мембране

липидный компонент присоединяется к белку N – амидной
(миристоилированные, пальмитоилированные)
или S-тиоэфирной связями (пренилированные белки)

48.

Внеклеточное
пространство
Гликозилфосфатидилинозитольный
(ГФТИ)
якорь

49.

БЛАГОДАРЮ ЗА
ВНИМАНИЕ!