Введение

Класс липидов

Фосфолипиды – это класс липидов, молекула которых имеет гидрофильную "головку", содержащую фосфатную группу, и два гидрофобных "хвоста", производных от жирных кислот, соединенных остатком спирта (обычно молекулой глицерина). Морские фосфолипиды обычно содержат омега-3 жирные кислоты ЭПК и ДГК, встроенные в структуру молекулы фосфолипида. Фосфатная группа может быть модифицирована простыми органическими молекулами, такими как холин, этаноламин или серин. Фосфолипиды являются ключевым компонентом всех клеточных мембран. Благодаря своим амфифильным свойствам они способны образовывать липидные бислои. У эукариот клеточные мембраны также содержат другой класс липидов – стеролы, распределенные среди фосфолипидов. Такое сочетание обеспечивает текучесть в двух измерениях в сочетании с механической прочностью и устойчивостью к разрыву. Очищенные фосфолипиды производятся в промышленных масштабах и находят применение в нанотехнологиях и материаловедении. Первым фосфолипидом, идентифицированным в 1847 году в биологических тканях, был лецитин, или фосфатидилхолин, обнаруженный в яичном желтке курицы французским химиком и фармацевтом Теодором Николасом Гобли.

Соглашение

Фосфолипиды амфифильны. Гидрофильный конец обычно содержит отрицательно заряженную фосфатную группу, а гидрофобный конец обычно состоит из двух "хвостов", представляющих собой длинные остатки жирных кислот. В водных растворах фосфолипиды стремятся к минимизации взаимодействия с молекулами воды посредством гидрофобных взаимодействий, что приводит к агрегации жирнокислотных хвостов. В результате часто формируется фосфолипидный бислой: мембрана, состоящая из двух слоев фосфолипидных молекул, ориентированных противоположно друг другу, с гидрофильными головками, обращенными к водной среде с обеих сторон, и гидрофобными хвостами, направленными внутрь мембраны. Это основной структурный элемент мембран всех клеток и некоторых других биологических структур, таких как везикулы или вирусные оболочки. В биологических мембранах фосфолипиды часто встречаются вместе с другими молекулами (например, белками, гликолипидами, стеролами), образуя бислой, например, клеточную мембрану. Липидные бислои образуются, когда гидрофобные хвосты выстраиваются друг напротив друга, формируя мембрану с гидрофильными головками, обращенными к воде с обеих сторон.

Динамика

Эти специфические свойства позволяют фосфолипидам играть важную роль в клеточной мембране. Их движение можно описать моделью текучей мозаики, которая представляет мембрану как мозаику липидных молекул, служащих растворителем для всех веществ и белков, находящихся внутри неё, благодаря чему белки и липидные молекулы могут свободно диффундировать латерально в липидном матриксе и перемещаться по мембране. Стерины способствуют текучести мембраны, препятствуя плотной упаковке фосфолипидов. Однако эта модель устарела, поскольку изучение полиморфизма липидов показало, что поведение липидов в физиологических (и других) условиях не является простым.

Приложения

Фосфолипиды широко используются для приготовления липосомальных, этосомальных и других наноформ лекарственных средств для местного, перорального и парентерального применения по различным причинам, таким как улучшенная биодоступность, снижение токсичности и повышение проницаемости через мембраны. Липосомы часто состоят из фосфолипидов, обогащенных фосфатидилхолином, и могут также содержать смешанные фосфолипидные цепи, обладающие свойствами поверхностно-активных веществ. Этосомальная форма кетоконазола на основе фосфолипидов является перспективным вариантом трансдермальной доставки при лечении грибковых инфекций. Достижения в исследовании фосфолипидов способствуют изучению этих биомолекул и их конформаций с помощью липидомики.

Симуляции

Компьютерное моделирование фосфолипидов часто проводят с помощью молекулярной динамики, используя силовые поля, такие как GROMOS, CHARMM или AMBER.

Характеристика

Фосфолипиды обладают высокой оптической бирефракцией, то есть их показатель преломления различается вдоль оси, в отличие от направления, перпендикулярного ей. Измерение бирефракции можно осуществить с помощью скрещенных поляризаторов в микроскопе для получения изображения, например, стенок везикул, или с использованием таких методов, как интерферометрия двойной поляризации, для количественной оценки упорядоченности липидов или нарушения структуры в поддерживаемых бислоях.

Анализ

Не существует простых методов анализа фосфолипидов, так как близкий диапазон полярности между различными видами фосфолипидов затрудняет их обнаружение. Химики, работающие с маслами, часто используют спектроскопию для определения общего содержания фосфора, а затем рассчитывают приблизительную массу фосфолипидов, исходя из молекулярной массы предполагаемых видов жирных кислот. Современное липидное профилирование использует более точные методы анализа, такие как спектроскопия ЯМР, в частности 31P ЯМР, в то время как ВЭЖХ с детекцией по рассеянию света на испаряющихся растворителях (ELSD) предоставляет относительные значения.

Синтез фосфолипидов

Синтез фосфолипидов происходит на цитозольной стороне мембраны ЭПР, усеянной белками, участвующими в синтезе (GPAT и LPAAT ацилтрансферазы, фосфатазы и холинфосфотрансферазы) и транспорте (флиппазы и флоппазы). В конечном итоге от ЭПР отпочковывается везикула, содержащая фосфолипиды, предназначенные для цитоплазматической клеточной мембраны во внешней прослойке, и фосфолипиды, предназначенные для экзоплазматической клеточной мембраны во внутренней прослойке.

В передаче сигнала

Некоторые типы фосфолипидов могут расщепляться с образованием продуктов, функционирующих как вторичные мессенджеры в передаче сигнала. Примером является фосфатидилинозитол (4,5)-бисфосфат (PIP2), который фермент фосфолипаза С расщепляет на инозитолтрифосфат (IP3) и диацилглицерол (DAG). Оба этих соединения реализуют функции Gq-типа G-белка в ответ на различные стимулы и участвуют в разнообразных процессах – от долговременной депрессии в нейронах до сигнальных путей лейкоцитов, запускаемых рецепторами хемокинов. Фосфолипиды также участвуют в сигнальных путях простагландинов, являясь исходным материалом для ферментов липаз, производящих прекурсоры простагландинов. У растений они служат исходным материалом для синтеза жасмоновой кислоты – растительного гормона, структурно схожего с простагландинами и опосредующего защитные реакции против патогенов.

Пищевая технология

Фосфолипиды могут выступать в роли эмульгаторов, позволяя маслам образовывать коллоидные растворы в воде. Фосфолипиды являются одним из компонентов лецитина, который содержится в яичном желтке, а также извлекается из соевых бобов и используется в качестве пищевой добавки во многих продуктах; его также можно приобрести в качестве диетической добавки. Лизолецитины обычно применяются для создания эмульсий типа «вода в масле», таких как маргарин, благодаря их более высокому значению HLB.

Используемые аббревиатуры и химическая информация о глицерофосфолипидах

Сокращение Название CAS Тип DDPC 3436 44 0 1,2 Дидеканоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин DEPA NA 80724 31 8 1,2 Диэрукоил-sn-глицеро-3-фосфат (натриевая соль) Фосфатидная кислота DEPC 56649 39 9 1,2 Диэрукоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин DEPE 988 07 2 1,2 Диэрукоил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин Фосфатидилэтаноламин DEPG NA 1,2 Диэрукоил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (натриевая соль) Фосфатидилглицерол DLOPC 998 06 1 1,2 Дилинолеоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин DLPA NA 1,2 Дилауроил-sn-глицеро-3-фосфат (натриевая соль) Фосфатидная кислота DLPC 18194 25 7 1,2 Дилауроил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин DLPE 1,2 Дилауроил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин Фосфатидилэтаноламин DLPG NA 1,2 Дилауроил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (натриевая соль) Фосфатидилглицерол DLPG NH4 1,2 Дилауроил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (аммонийная соль) Фосфатидилглицерол DLPS NA 1,2 Дилауроил-sn-глицеро-3-фосфосерин (натриевая соль) Фосфатидилсерин DMPA NA 80724 3 1,2 Димиристоил-sn-глицеро-3-фосфат (натриевая соль) Фосфатидная кислота DMPC 18194 24 6 1,2 Димиристоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин DMPE 988 07 2 1,2 Димиристоил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин Фосфатидилэтаноламин DMPG NA 67232 80 8 1,2 Димиристоил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (натриевая соль) Фосфатидилглицерол DMPG NH4 1,2 Димиристоил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (аммонийная соль) Фосфатидилглицерол DMPG NH4/NA 1,2 Димиристоил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (натрий/аммонийная соль) Фосфатидилглицерол DMPS NA 1,2 Димиристоил-sn-глицеро-3-фосфосерин (натриевая соль) Фосфатидилсерин DOPA NA 1,2 Диолеоил-sn-глицеро-3-фосфат (натриевая соль) Фосфатидная кислота DOPC 4235 95 4 1,2 Диолеоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин DOPE 4004 5 1 1,2 Диолеоил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин Фосфатидилэтаноламин DOPG NA 62700 69 0 1,2 Диолеоил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (натриевая соль) Фосфатидилглицерол DOPS NA 70614 14 1 1,2 Диолеоил-sn-глицеро-3-фосфосерин (натриевая соль) Фосфатидилсерин DPPA NA 71065 87 7 1,2 Дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфат (натриевая соль) Фосфатидная кислота DPPC 63 89 8 1,2 Дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин DPPE 923 61 5 1,2 Дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин Фосфатидилэтаноламин DPPG NA 67232 81 9 1,2 Дипальмитоил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (натриевая соль) Фосфатидилглицерол DPPG NH4 73548 70 6 1,2 Дипальмитоил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (аммонийная соль) Фосфатидилглицерол DPPS NA 1,2 Дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфосерин (натриевая соль) Фосфатидилсерин DSPA NA 108321 18 2 1,2 Дистеароил-sn-глицеро-3-фосфат (натриевая соль) Фосфатидная кислота DSPC 816 94 4 1,2 Дистеароил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин DSPE 1069 79 0 1,2 Дистеароил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин Фосфатидилэтаноламин DSPG NA 67232 82 0 1,2 Дистеароил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (натриевая соль) Фосфатидилглицерол DSPG NH4 108347 80 4 1,2 Дистеароил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (аммонийная соль) Фосфатидилглицерол DSPS NA 1,2 Дистеароил-sn-глицеро-3-фосфосерин (натриевая соль) Фосфатидилсерин EPC Яичный ПК Фосфатидилхолин HEPC Гидрированный яичный ПК Фосфатидилхолин HSPC Гидрированный соевый ПК Фосфатидилхолин LYSOPC MYRISTIC 18194 24 6 1 Миристоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Лизофосфатидилхолин LYSOPC PALMITIC 17364 16 8 1 Пальмитоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Лизофосфатидилхолин LYSOPC STEARIC 19420 57 6 1 Стеароил-sn-глицеро-3-фосфохолин Лизофосфатидилхолин Milk Sphingomyelin MPPC 1 Миристоил 2 пальмитоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин MSPC 1 Миристоил 2 стеароил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин PMPC 1 Пальмитоил 2 миристоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин POPC 26853 31 6 1 Пальмитоил 2 олеоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин POPE 1 Пальмитоил 2 олеоил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин Фосфатидилэтаноламин POPG NA 81490 05 3 1 Пальмитоил 2 олеоил-sn-глицеро-3[фосфо рак (1 глицерол)] (натриевая соль) Фосфатидилглицерол PSPC 1 Пальмитоил 2 стеароил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин SMPC 1 Стеароил 2 миристоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин SOPC 1 Стеароил 2 олеоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин SPPC 1 Стеароил 2 пальмитоил-sn-глицеро-3-фосфохолин Фосфатидилхолин