ЛИПИДОЛОГИЯ ЛИПИДОЛОГИЯ (Липиды биологических

1
ЛИПИДОЛОГИЯ
(Липиды биологических мембран
Биоэффекторные липиды)
Курс лекций 2016 г.
г
Профессор Владимир Виленович Безуглов
Руководитель
у
д
лаборатории
р
р оксилипинов
ИБХ РАН
ЛЕКЦИЯ 1
ЛЕКЦИЯ
Ц
1
ВВЕДЕНИЕ В ЛИПИДОЛОГИЮ
 Липиды и жизнь
 Абиотические липиды
 Основные компоненты липидов
 Определения. Классы липидов
 Функции липидов в живых системах
 Липидная энергетика
 Биомембраны
Б
б
 Сигнальные липиды
 Программа курса
2
3
ЛИПИДНАЯ
МЕТАГАЛАКТИКА
стерины
NL
PL
FA
CE
OL
nGL
FA – жирные кислоты
CE – эфиры
холестерина
OL – оксилипины
SL – сфинголипиды
nGL – нейтральные
глицеролипиды
PL – фосфолипиды
NL – нейролипины
SL
LX
HETE
PG
изопреноиды
TX
HX
NP
Rv
LT
4
5
ЖИЗНЬ БЕЗ ЛИПИДОВ
6
Л
Липиды
– открытие XXI века
Типы молекул в живом организме
с точки зрения информационных
процессов
• Хранение информации
• Обработка информации
• Передача информации
• Энергетическое обеспечение
• Организация
информационных потоков и
обеспечение целостности и
индивидуальности
АСТРОХИМИЯ
H2, H2O, CO, CO2,
CH4, H2S, NH3,
HCHO CH3OH,
HCHO,
OH
HC3N
7
АБИОТИЧЕСКИЕ ЛИПИДЫ В
КОСМОСЕ
Синтез ууглеводородов
р
из метана
Образование карбоновых кислот по
реакции Фишера-Тропша
р
р р
Синтез метанола из метана и воды
Синтез глицерина
р
из метанола
8
9
ПРОТОПЛАНЕТНОЕ ОБЛАКО –
ГЕНЕРАТОР ОРГАНИЧЕСКИХ
МОЛЕКУЛ
Chem. Rev. 2013, 113, 9016−9042
10
11
The Murchison Meteorite
Бислойные везикулы из
амфифильных веществ
метеорита
Бислойные везикулы из
нонановой кислоты
(компонент амфифилов)
деревня Мурчисон, штат Виктория,
Австралия, 28 сентября 1969
12
Lipid World
• Широкая распространённость амфифилов в природе
• Самоорганизация в супрамолекулярные ансамбли
• Катализ на поверхности
р
((липозимы),
), селективность
реакций
• Рост и деление (активное взаимодействие со средой)
• Гомеостатические
Г
системы с рудиментарными
признаками биологической жизни
Lipid-RNA World
Протеорибосомы
Protein-RNA World
АБИОТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
13
ПРЕБИОТИЧЕСКОЕ
ВОЗНИКНОВЕНИЕ МЕМБРАН
NATURE REVIEWS |
MICROBIOLOGY VOLUME 10 |
JULY 2012 | 507
14
АРХЕИ – ЭКСТРЕМОФИЛЫ
Halquadratum walsbyi.
walsbyi
Strain 121. Живут и
размножаются при
121°C
121
C. Некоторые
штаммы могут жить при
температуре до 150°C.
15
АРХЕИ И МЫ – ДВА ВАРИАНТА
МЕМБРАН
NATURE REVIEWS | MICROBIOLOGY VOLUME 10 | JULY 2012 | 507
16
Жирные
кислоты
17
Пептиды
и белки
Липиды
Химия Жизни
Аминокислоты
Неорганические
ионы и радикалы
Сахара
Низкомолекулярные
биорегуляторы
Углеводы
Гетероциклы
РНК, ДНК
ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
СТРУКТУР ЛИПИДОВ
неполярная
липоид
амфифил
полярная
гидроид
18
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
СТРУКТУРЫ ЛИПИДОВ





Жирные кислоты
кислоты, жирные спирты
Глицерин
Сфингозин
Холестерин
Полярные модификаторы (фосфаты
(фосфаты,
углеводы, аминокислоты и аминоспирты)
19
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИНОВ
20
ЛИПИДЫ – найденные в природе жирные кислоты
(и жирные спирты), их производные и продукты
метаболических превращений с преимущественным
сохранением углеродного скелета.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИНОВ
ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ – карбоновые кислоты с
длинной алифатической цепью.
У большинства живых организмов
организмов.
ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ – вещества, синтезируемые
в природе ферментативной конденсацией
нескольких молекул малонил- кофермента А с
длиной цепи от 4 атомов углерода (до 28 и выше)
ЖИРНЫЕ СПИРТЫ – алифатические спирты с
длиной цепи более 4-х углеродных атомов.
21
СОЗДАНИЕ C2-ЗВЕНА ДЛЯ
СИНТЕЗА ЖИРНЫХ КИСЛОТ
Acetyl CoA
C + 7 malonyl C
CoA + 1
14 NADPH + 14
1 H +→
Palmitate + 7 CO2 + 8 CoA + 14 NADP+ + 6H2O
22
23
ЛИПИДЫ
ПРОСТЫЕ
состоят не более чем
из двух компонентов
Жирные кислоты,
Ж
жиры, воска,
простагландины
простагландины,
эндоканнабиноиды,,
ф
ф ф
сфингозинфосфат
СЛОЖНЫЕ
состоят из трёх и
более компонентов
Глицерофосфолипиды,
ганглиозиды,
сфинголипиды
ЖИРЫ
ЖИРЫ – простые липиды
липиды, полные эфиры
глицерина и жирных кислот, или
ТРИГЛИЦЕРИДЫ или
ТРИГЛИЦЕРИДЫ,
ТРИАЦИЛГЛИЦЕРИНЫ
24
ВОСКА
ВОСКА – простые липиды, эфиры
ф
жирного
спирта и жирных кислот.
25
26
КЛАССЫ ЛИПИДОВ
A. Жирные кислоты
B. Производные
C. Продукты превращений
КЛАССИФИКАЦИЯ
Ц
ЛИПИДОВ
Д
Жирные кислоты
1. насыщенные
1
2. моноеновые
3. полиеновые
4. пентадиеновые
5. разветвленные
6. ц
циклические
7. содержащие гетероатомы в цепи
A
Производные
1. эфиры
2. амиды
3. тиоэфиры
4. альдегиды
5. спирты
B
Продукты превращений
1. сфингоиды
2. простаноиды
3. тромбоксаны
4. гидроксикислоты
5. эпоксикислоты
6. пептолипины (напр., конъюгаты с
глутатионом)
C
27
28
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ
Глицеролипиды (простые или сложные эфиры
глицерина и жирных спиртов или кислот). Могут содержать
полярные компоненты.
Г
Глицериды
(моно-,
(
ди-, три-))
Глицерофосфолипиды (фосфатидилхолин и др.)
Глицерогликолипиды (глюкозил
(глюкозил-, галактозилдиглицериды)
Сфинголипиды (производные сфингозина).
Церамиды, сфингомиелин,
Ц
ф
сфингозинфосфат,
ф
ф ф
гликосфинголипиды.
Эфиры холестерина (сложные эфиры
холестерина и жирных кислот).
29
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ
Оксилипины (продукты ферментативной
окислительной трансформации ненасыщенных жирных
кислот)
Циклооксигеназные, липоксигеназные, эпоксигеназные
метаболиты
Нейролипины (моноэфирные
( о оэф р е и амидные
а
е производные
ро з о
е
жирных кислот)
Эндоканнабиноиды/эндованилоиды
Ацилнейротрансмиттеры
COOH
30
O
O
O
O O
O P
O
HO
O O
-O P
OH
O
O
NH
+
N
OH
O
O
OH
COOH
OH
COOH HO
S
H
N
NH
H2N
O
O
COOH
COOH
O
O
O
COOH
COOH
OH
OH
OH
O
COOH
HO
OH
OH
COOH
OH
OH
OH
OH
COOH
O
O
OH
ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ
ЛИПИДОВ
Энергетическая
(депо метаболического топлива)
Структурная
ру ур
(биомембраны)
Информационная
(
(сигнальные
молекулы))
31
МЕТАБОЛИЗМ
http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/620fattyacid.html
32
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЛИПИДЫ
Энергия/г, ккал
((сырой
р
вес))
Запас энергии,
ккал
Способ
хранения
Белки
4
((1-1,5))
24000
Углеводы
д
4
((1-1,5))
840
Липиды
д
9
((9))
135000
протеины
Гликоген
(печень,
мышцы)
триглицериды
(адипоциты)
Жировая ткань. Запас энергии. Защита и
структурная поддержка внутренних органов. Изоляция
от потери тепла. Подкожный жир используется для
генерации тепла при охлаждении.
охлаждении Синтез и секреция
гормонов.
33
БУРАЯ ЖИРОВАЯ ТКАНЬ ВО
ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ОРГАНИЗМОМ
Nature medicine V.19 N10, 1252, 2013
Brown and beige fat: development, function and therapeutic potential
34
ЛИПИДНЫЕ МЕДИАТОРЫ В
БЕЛОЙ ЖИРОВОЙ ТКАНИ
Lipid signaling in adipose tissue. Biochimica et Biophysica Acta 1851 (2015) 503–518.
35
36
ЛИПИДЫ В КРОВИ
TG,,
CE,
PL
http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/620fattyac
id ht l
ЛИПИДНЫЕ
Д
КАПЛИ –
ОРГАНЕЛЛЫ-ХРАНИЛИЩА ЛИПИДОВ
ВНУТРИ КЛЕТКИ
Chao-Wen Wang. Lipid droplets, lipophagy, and beyond. BBA_2016
37
38
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В
РАБОТАЮЩИХ МЫШЦАХ
СТРУКТУРНАЯ ФУНКЦИЯ
ЛИПИДОВ
O
R
R1
O
O
O O
O P
O
O
N+
R1 =C16:0,
C16:0, R = C18:2 PC
normal
C16:0, C16:0 PC
C18:2, C18:2 PC
39
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ЖИРНЫХ КИСЛОТ
Кислота
С
Стеариновая
Олеиновая
Элаидиновая
Структура
Т. плавления
°С
C18 0
C18:0
69 6
69.6
C18:1 цис
16.0
C18:1 транс
44.0
40
СТРУКТУРНЫЕ ЛИПИДЫ
Образуют барьеры (организуют пространство,
создают
д
градиенты).
р д
)
Формируют «посадочные места» для интегральных
мембранных белков и зоны сродства для мембранномембранно
ассоциированных белков.
Служат источником структур для сигнальных
липидов.
Совместно с белками,
белками олигосахаридами и другими
молекулами образуют динамический интерфейс клетки
и органел.
Создают непрерывность Сред организма и
обеспечивают коммуникацию между компартментами и
клетками.
41
42
БИОМЕМБРАНЫ
 Мембраны
М б
– динамическое образование,
б
а не
статический слой молекул, жёстко зафиксированных
на месте.
месте
 Молекулы в мембране удерживаются вместе
слабыми гидрофобными
р ф
взаимодействиями и
образуют топологический полимер.
 Фактически, биологические мембраны представляют
собой
б й двухмерную жидкость ориентированных
липидов и глобулярных белков.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ
Ц
ЛИПИДЫ
Д
эффекторы
фф
р
(сигнал, сообщение, инициирующее ответ)
вторичные мессенджеры
(передают сигнал, сообщение)
модуляторы
(изменяют проходящий сигнал, сообщение)
рецепторы
(принимают, распознают сигнал, сообщение)
системные интеграторы
(обеспечивают целостность информационной сети
организма)
43
ПРОГРАММА КУРСА
1.
2
2.
3.
4.
5.
6.
Введение в липидологию.
Жирные кислоты.
кислоты
Биомембраны и мембранные липиды.
Доменная организация биомембран.
Сигнальные глицеро- и глицерофосфолипиды.
Нейролипины – семейство липидных нейроактивных
веществ.
веществ
7. Сфинголипиды как биоэффекторы.
8. Оксилипины. Липоксигеназное окисление полиеновых
жирных кислот.
9. Циклооксигеназные продукты окислительного
метаболизма полиеновых жирных кислот.
кислот
10. Эпоксигеназа и ее продукты. Свободнорадикальное
окисление полиеновых жирных кислот.
11 Биохимия
11.
Б
липидных сигналов.
12. Липидомика.
44
ЧТО ЧИТАТЬ?
Москва, Народное
образование 2006
СПб, ПраймЕврознак
2009
Т. 63, вып. 1,
1998
Москва, Мир
1997
Для связи: [email protected], [email protected]
45
http://oxylipin.ibch.ru