GaINAc-(l-^)-p^Gal-(l-*.i) H-GlcNAc4I-^3)-p-Gal-(I-^4Hi-GlcNAc-(l-^3>-GelNAc—R

If tf \t

н-Fuc a NeuNAc a-NeuNAc

a-GalNAc-fl-.3)-f!-Gel-(I—3)-p-GlcNAc .

h 4

I;

a-Fuc

a-NeuNAc-(2— tj)-ti-G«l-( I -.41-P-G IcNAc

(i-GeJ-П—4)-p-GlcNAt41-.3)-G»lNAc— R

/3

\2 a-NeuNAc

a-GBlNAc-(l—j)-p-Ge1-(l-».^p-GlcNAc ,

If 44

()-Gol-(l^-4)-p-GlcNAc-(l — 3)-GalNAc— R

a-GalNAc-fl—3)-p-Gal-(l—4)-0-GlcNAc 1

[6

a-NeuNAc

А-активность

А-активность

А активность

508

Углеводы

Готтшвлк |Gottschalkl Альфред

(1894—1973) немецкий кимии и биохимик. Образование получил в Бонне (1920). с 1963 г. работал в Институте биохимии Общества М. Планка в Тюбингене. Ему принадлежат широко известные работы по изучению структуры углеводных цепей гликопротеинов.

лектины клеток печени и макрофагов участвуют в утилизации комплексов антиген — антитело.

Углеводные цепи гликопротеинов играют важную роль в процессах межклеточного узнавания.

Убедительные данные были получены для слизевика Dictyoslelium discoideum. Этот мкксомнцет может существовать в виде одноклеточного или многоклеточного организма, причем переход от первого ко второму сопровождается экспрессией на клеточной поверхности двух лектинов, специфичных к углеводам галакто-рнда, а также лиганда с соответствующим углеводным компонентом Эти лектины — дне кои дины | и II — обладают достаточно высокой углеводной специфичностью, позволяя клеткам Dictyoslelium discoideum отличать собственные клетки от клеток других видов слизевиков, также несущих галактозо-специфичные лектины. Таким образом, наличие экспонированных остатков углеводов галакто-ряда является необходимым, но не достаточным условием образования межклеточного контакта; достаточным условием служит наличие уникальной сети углеводных детерминант определенной структуры. Названные лектины не являются интегральными мембранными белками, а связаны с гликопротеиновыми рецепторами поверхности клеток.

Углеводные детерминанты используются бактериями для адгезии нв животных тканях. Примером могут служить грамотрица-тельные бактерии, в частности Е. coli, имеющие на поверхности маннозо специфичные лектины, а также бактерии Streptococcus sangius, связывающие гликопротеины с a-NeuNAc-(2 —»- 3)-P-D-Gal-U -*- 3)-П-Са1ГчАс-звеном. Бактерии S. sangius ответственны за развитие перидонтитв, а приведенный выше структурный фрагмент характерен для муцннов слюны.

У глеводсо держащие смешанные биополимеры

Углевод-белковые биополимеры чрезвычайно широко распрост-рвнены в природе: большинство природных полипептидов несет ковалентно связанные углеводы. Помимо уже рассмотренных гликопротеинов, к таким биополимерам относятся пептидогликаны и протеогликвны.

Пептидогликаны представляют собой макромолекулы, у которых сравнительно короткие оли го пептидные фрвгменты присоединены к полиевхаридной цепи. Эти фрагменты могут связывать между собой полисахаридные цепи, в результате чего образуется жесткий каркве. Примером служит пептидогликан клеточной стенки бактерий, построенный из остатков N-ацетилглюкозамнна и N-ацетилмурамовой кислоты, соединенных 0(1 -*-4)-связями (см. с. 728). Линейный полисахарид связвн с полипептидными цепями через лактильные оствтки мурвмовой кислоты, образуя прочную двумерную решетку. Это — каркас, окружающий бвкте-риальную клетку и обеспечивающий ей защиту от физических воздействий, в том числе шокв прн попадании в гипотоническую среду. Расщепление протеогликана приводит к смеси гликопептидов, обладающих адъювантной (усиливающей образование антител) и противоопухолевой активностями. Наименьшей структурной единицей, проявляющей твкого рода активности, является мурамилди-пептид (МДП) — MurNAc-L-Ala-D-GluNH*.

Отдельные представители углеводов и углеводсодержащих биополимеров

,

Благодари этим свойствам гликопептиды клеточной стенкн бактерий привлекают пристальное внимание исследователей как потенциальные компоненты синтетических вакцин и противоопухолевые средства. Нежелательное свойство гликопептидов клеточной стенки, ограничивающее их применение в медицине,— пирогенность: попадание их в кровоток вызывает заметное повышение температуры тела. В связи с этим в ряде стран мира, прежде всего во Франции, Японии и СССР, ведутся работы по синтезу апирогенных гликопептидов, а также анвлогов МДП с ярко выраженными иммуномодули-рующими свойствами. Французскими учеными Э Ледерером, Л. Шедидом получен апирогенный аналог МДП — его бутиловый эфнр, мурабутид, который в настоящее время применяется как компонент синтетической вакцины против стрептококковых инфекций. Не менее известны МТП-кефалин (фирма «США — GEIGY», Швейцария) и препарвт В-30 (Т. Шиба, Япония).

он I

MurNAc—Ala—D-Glr—Ale—NH—СНЭ—CHj—О—P—О—CH3—CH—СН2ОСОС,БН21

о сл

ОСОС.бНэ, МТП — кефолнн

CHaСИ—СО— MurNAc—Alu—D-Oln-NH;

CH3(CHJ„/

510

Углеводы

Молекулы

хондроитинсульфата

Белковый нор

Ряд гликопептидов синтезировен в СССР (В. Т. Иванов). Среди них ГМДП — fi-D-GlcNAc-U 4)-MurNAc-L-Ala-D-GluNH.. — аналог МДП с более выраженными адъювантными и противоопухолевыми свойствами, промышленный синтез которого налажен в СССР. Молекулярный механизм действия подобных гликопептидов пока не ясен. В 1984 г. Э. Ледерером высказано предположение, что гликопептиды клеточных стенок являются незаменимыми веществами типа витаминов, которые попадают в организм из пищи нли кишечной флоры и поддерживают необходимый иммунный статус, в следовых количествах они найдены в мозге н моче здоровых людей.

Протеогликаны, в отличие от гликопротеинов, несут на полипептидном коре не олигосахаридные, в полисвхаридные цепи. Связь между углеводным и белковым компонентами может быть как О-, так и N гликозиднои причем наряду с рассмотренными фрагментами GlcNAc-GlcNAO-Asn и GalNAc-Ser/Thr в протео-гликанах часто встречвется фрагмент Gal-Gal-Xyl-Ser.

Свойства протеогликанов в большой степени определяются углеводным компонентом. Как и полисахариды, они полидисперсны. Молекулярная массв протеогликанов колеблется в широких пределах: так, низкомолекулярная форма гепарина'имеет молекулярную мвссу 10 000— 15 000, в протеогликан хрящв — 4 000 000. Для ннх хврактерно образование крупных межмолекулярных вгре-гвтов. Молекула протеогликанв содержит от одной (как в низкомолекулярном гепарине) до нескольких десятков полисахаридных цепей, причем к поли пептидному кору могут быть присоединены полисвхаридные цепи как одного, твк и рвзных типов. Например, молекула протеогликанв хряща напоминает ершик для мытья бутылок: полисвхаридные цепочки в нем представлены молекулами хондроитин- и кервтансульфата (табл. 21).

При установлении строения углеводных цепей протеогликанов используются методы, характерные для химии полисахаридов: после выделения индивидуальной полиса «.аридной цепи устанавливается структура повторяющегося звена и степень полимеризации. Дли определения типа связи углевод белок и структуры фраг мента, участвующего в образовании этой связи, как и при исследовании гликопротеинов, используется щелочной гидролиз в присутствии боргидрнда натрия или деградация полипептидной цепи протеиназами.

Наиболее хорошо изучены протеогликаны соединительной ткани: гепарины, хондроитннсульфаты, дерматансульфат, кератвнеульфат. Эти соединения встречаются прежде всего в межклеточном пространстве соединительной ткани, однако нх обнаруживают н внутри клеток. Так, гепарин находится во внутриклеточных гранулах тучных клеток, при получении клеткой определенного сигнала содержимое гранул выбрасывается в межклеточное пространство. Углеводная составляющая протеогликанов соединительной ткани представляет собой гликозамнногликан, построенный из повторяющихся блоков, чаще всего дисахаридных, в состав которых входят остатки уроновых кислот и аминосахаров (табл. 21).

Важная структурная особенность, существенно влияющая на свойства протеогликанов соединительной ткани,— наличие в поли-сахаридной цепи сульфатных групп, придающих молекуле характер полианиона. Локализуясь на внешней поверхности клеток и образуя таким образом дополнительную оболочку, эти биополимеры заметно влияют на транспорт нонов и белков в клетки.

Помимо пептидогликана, основу клеточной стенки грамположн-тельных бактерий составляют тейхоевые кислоты. Они представляют собой биополимеры с молекулярной массой около 2 000 000, построенные нз остатков Сахаров, D-аланина, многоатомных спиртов и фосфорной кислоты. В клеточной стенке грамотрнцательных

Структура полисахаридных фрагментов протеоглмканов соединительной тнанм

Таблица 21

бактерий тейхоевые кислоты ковалентно связаны фосфодиэфирной связью с остатками мурамовой кислоты протеогликанв. Они являются антигенами, обладающими групповой и видовой специфичностью.

512

Углеводы

По типу многоатомного спирта различают рибит- и глицеринтей-хоевые кислоты. Основа рибиттейхоевой кислоты — полири-бит-1,5 дифосфатная цепь

Углеводы в рибиттейхоевых кислотах представлены ее- и р1 связан ными D глюкозой и N ацетилглюкозамином Как правило, это моносахариды, однако встречаются тейхоевые кислоты с олигосахарид ными (в основном дисахаридными) фрагментами, построенными только из остатков D глюкозы или L глюкозы и N-ацетилглюкозами на.

Глицеринтейхоевые кислоты имеют аналогичное строение

_ n L Jn

В одних из них заместителями при вторичных гидроксильных группах глицерина выступают остатки D аланина, в других — чередующиеся остатки D аланина D глюкозы или N ацетилглюкозамина Клеточные стенки грамотрицательных бактерий тейхоевых кислот не содержат.

липиды

Липиды

Общие принципы построения липидных молекул

Отдельные классы липидов

Пространственная структура липидов

Химический синтез липидов

514

Липиды

Шееле [Scheele. Кврл Вильгельм

(1742—1786), шведский химик, один из основателей современной химии. Образование получил самостоятельно, работал аптекарем в Гетеборге, Мальме, Стокгольме, Упсале. Впервые выделил и описал большое число органических соединений, в том числе щавелевую, мочевую, бензойную, лимон ную и яблочную кислоты. Открыл фторид водорода (1768); получил в чистом виде хлор, марганец, сероводород, перманганат калия; в продуктах гидролиза оливкового масла обнаружил глицерин (1779)

Бертпо [Berth lot) Пьер Эжен Марселей [1В27—1907), французский химик, иностранный член Петербургской АН (1876). Окончил Парижский университет (1849). С 1в95 г.— министр иностранных дел Франции. Основные направления научных исследований — органическая и аналитическая химия Впервые синтезировал нафталин (1851), бензол, фенол, ряд жиров, этиловый спирт (1854), муравьиную кислоту (1862)

Липиды (от греческого слова «липос» — жир) — низкомолекулярные органические вещества, которые извлекаются из клеток животных, растений и микроорганизмов неполярными растворителями, такими, как хлороформ, эфир, бензол. Долгое время считалось, что ли пилам принадлежит довольно скромная роль в жизнедеятельности клеток — служить формой депонирования запасов метаболического топлива, принимать участие в некоторых защитных реакциях и т. п. Но в последние годы выявилось кардинальное значение липидов как активных компонентов биологических мемб ран.

Исторический очерк. С липидами в форме животных жиров и растительных масел человек имел дело с незапамятных времен. В Древнем Египте уже умели получать масло из коровьего молока, а в Ассирии масла выделяли путем обработки измельченных семян кипящей водой. Жиры издавна использовались народами многих стран не только в качестве продуктов питания, но и для освещения, приготовления лечебных и косметических средств. Основным источником жиров для жителей Средиземноморья служило оливковое масло, в странах Северной Европы более распространенными были льняное масло и молоко.

Техническая переработка жиров началась в XVIII в. прежде всего в связи с развитием мыловаренного производства. В течение последних столетий жиры все шире применялись для получения моющих средств, пищевых эмульгаторов, смазочных материалов, лакокрасочных покрытий и т. п. В частности, использование жиров для приготовления высыхающих масляных красок сыграло важную роль в истории живописи, позволив сохранить для грядущих поколений шедевры мирового искусства.

Первый элементный анализ жиров был выполнен А. Лавуазье, показавшим, что жиры и масла состоят в основном из углерода и водорода. Он полагал, что сахара и крахмал являются «окислами жиров», а в растениях углекислый газ соединяется с водой с образованием жиров и выделением кислорода. Первые работы по химии липидов были выполнены К. Шееле, который открыл глицерин и установил, что это вещество содержится в животных жирах и растительных маслах. М Шеврёль в 1811 г. при кислотной обработке мыла, полученного из свиного жира, выделил кристаллическую жирную кислоту, а затем охарактеризовал большое число разнообразных жирных кислот — от масляной до стеариновой. В [812 г. он открыл холестерин (в желчных камнях) и разделил все жиры на два класса — омыляемые и неомыляемые, доказав, что омыляемые жиры представляют собой сложные эфиры жирных кислот и гли церина. М Шеврёль ввел в практику метод разделения жирных кислот на основе их различной растворимости в органических растворителях. Итоги этих исследований были опубликованы им в 1823 г. в книге под названием «Химическое изучение жировых тел».

Продолжая исследования М. Шеврёля, П. Бертло впервые осуществил синтез жира из глицерина и жирной кислоты (1854). Он показал, что холестерин является спиртом; необходимо отметить, что к этому периоду немецкий врач Ю. Фогель уже обнаружил холестерин в атероматозных бляшках артерий человека. Синтетические жиры были получены в скором времени и Ш. Вюрцем (1859) путем нагревания трибромпропана с серебряными солями жирных кислот.

Примерно в этот же период были получены из природных источников первые фосфолипиды и гликолипиды Вначале М. Гобли (1847), а затем Ф. А. Хоппе-ЗайЛер (1877) выделили из желтка куриных яиц и мозга липид, который был назван лецитином (от греческого «лекитос» — яичный желток). В 1884 г. английский врач

Дж. Тудикум в своей книге «Руководство по химическому составу мозга» развивает представления об универсальном биологическом значении фосфолипидов. В частности, он писал, что «фосфатиды составляют химическую душу любой биоплазмы, животной или растительной. Они способны выполнять разнообразнейшие функции в результате того, что объединяют в себе сильно контрастирующие свойства. Среди их физических свойств наиболее достойна дальнейших исследований способность к образованию коллоидов. Без этой способности мозг не мог бы существовать, да и всякая биоплазма зависит от коллоидного состояния». Из мозга Дж. Тудикум выделил липидную фракцию, содержащую азот и фосфор, которую он назвал кефалином, и обнаружил в продуктах его гидролиза этаноламин. Им же впервые описаны два сфинголипида — сфинго-миелин и цереброзид.

В дальнейшем химия липидов развивалась медленно, что было связано с трудностями выделения и очистки индивидуальных липидов; не случайно наука о ли пи да х получила в это время название Schmierchemie («грязная химия»). Лишь начиная с 50-х годов наш