Обучающие упражнения

Задание 1. Привести формулы важнейших высших жирных кислот с учетом индекса кислоты.

1.1 олеиновая кислота (18:1)	1.3 арахидоновая кислота (20:4)
1.2 линолевая кислота (18:2)	1.4 эйкозапентаеновая кислота (20:5)

Ответ:формулы высших жирных кислот, входящих в структуру природных липидов, могут быть приведены с учетом сведений, приведенных в табл. 1.

Таблица 1

Высшие жирные кислоты, входящие в состав природных липидов

 

N п/п	Историческое (травиальное) название кислоты	Индекс ЖК (кол-во атомов С:количество p-связей)	Семейство ЖК*	Положение p-связей D**
	Пальмитиновая	16:0
	Стеариновая	18:0
	Олеиновая	18:1	w9	D9
	Линолевая	18:2	w6	D9,12
	Линоленовая	18:3	w3	D9,12,15
	Арахидоновая	20:4	w6	D5,8,11,14
	Эйкозапентаеновая	20:5	w3	D5,8,11,14,17
			w6	D2,5,8,11,14
	Докозапентаеновая	22:5	w6	D4,7,10,13,16
	Докозагексаеновая	22:6	w3	D4,7,10,13,16,19

*-w-число атомов углерода в концевой углеводородной цепи после последней p-связи

**-номера углеродных атомов, после которых расположены p-связи

Формула олеиновой кислоты (18:1) может быть изображена

СН₃-(СН₂)₇-СН=СН-(СН₂)₇-СООН

Формула линолевой кислоты с индексом (18:2)

СН₃-(СН₂)₄-СН=СН-СН₂-СН=СН-(СН₂)₇-СООН

Аналогично изобразить формулы остальных жирных кислот.

Задание 2. Привести структурные формулы линоленовой кислоты семейства w₃(омега-3), w₆ (омега-6) ряда.

Ответ: символом w обозначается количество углеродных атомов с конца молекулы, после которых начинаются двойные связи. В биологическом отношении наибольшее значение имеют кислоты w₃ ряда.

18 17-14 13 12 11 10 9 8 6 2-5 1

СН₃-(СН₂)₄-СН=СН-СН₂-СН=СН-СН₂-СН=СН-(СН₂)₄-СООН

линоленовая кислота (18:3 w₆) цис-цис-цис-октадекатриен-6,9,12-овая кислота

18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 2-8 1

СН₃-СН₂-СН=СН-СН₂-СН=СН-СН₂-СН=СН-(СН₂)₇-СООН

линоленовая (18:3 w₃) цис-цис-цис-октадекатриен-9,12,15-овая кислота

Задание 3. Привести формулы p-диастереомеров высших жирных кислот с индексом 18:1 (олеиновой и элаидиновой кислот)

 

Ответ:

олеиновая кислота (цис-изомер или Z-диастереомер)

 

элаидиновая кислота (транс-изомер или Е-диастереомер)

Задание 4.Изобразить формулы нейтральных липидов и фосфолипидов по их названию.Написать следующие структурные формулы:

4.1) 2-О-линоленоил-3-О-олеил-1-пальмитоилглицерол

4.2) 2-докозагексаеноил-1-О-миристоил-3-О-олеоилглицерол

4.3) дипальмитоилфосфатидилэтаноламина.

Ответ:названия высших жирных кислот приводятся в алфавитном порядке с указанием их положения у атомов углерода в глицериновом фрагменте молекулы. Символ"О" обозначает замещение у атома кислорода.

 

2-О-Линоленоил-3-О- олеоил- 2-докозагексаеноил-1-О-миристоил-

1-О-пальмитоилглицерол 3-О-олеоилглицерол

 

ионизированная форма неионизированная форма

дипальмитоилфосфатидилэтаноламин

Задание 5. Приведите механизм зарождения свободных радикалов.

Ответ: в активном центре гемоглобина в результате переноса электрона от катиона железа к кислороду образуются супероксид-ион радикалы

Fe²⁺ - e ¾®Fe³⁺, О₂ + е ¾¾¾® О₂^·

При диспропорционировании супероксид-иона образуется пероксид водорода.

О₂ ^· + О₂ ^· + 2 Н⁺ ¾¾® Н₂О₂ + О₂

При реакции супероксид-иона и пероксидом водорода образуется гидроксил-радикал.Н₂О₂ + О₂ ^· ¾¾® 2 ОН^· + О₂

В реакции супероксид-иона с гидроксил-радикалом образуется синглентный кислород:

ОН^· + О₂ ^·¾¾® *О₂(синглентный) + ОН^- Образование высокоактивного ОН^· радикала происходиттакже по реакции Фентона:H₂O₂ + Fe²⁺¾® Fe³⁺+ OH^- + ОН^·

Гидроксил-радикал атакует молекулы фосфолипидов (R-Н) - основных структурных компонентах биологических мембран, при этом появляются радикалы нового сорта - алкильные, которые мгновенно присоединяют кислород и превращаются в пероксидные радикалы (RO₂^·).

R-H + OH^· ¾¾® R^· + H₂O

R^· + O₂ ¾¾® RO₂^·

Задание 6. Приведите механизм действия ферментативной антиоксидантной системы.

Ответ:ферменты каталаза и глутатионпероксидаза защищают аэробные клетки от окисления, предотвращая возможность радикального разрушения пероксидов. Субстратом для каталазы преимущественно служит пероксид водорода.

2 Н₂О₂ ¾¾® 2Н₂О + О₂

В состав простетической группы каталазы входит гемовое железо, в активном центре происходит окисление (Fe²⁺ - e ¾® Fe³⁺).

Глутатионпероксидаза вместе с глутатионом разрушают пероксид водорода и гидропероксиды, защищая клетки от повреждающего действия радикалов, образующихся при гомолитическом разрыве связей RО-ОH.

Глутатион представляет собой трипептид, образованный глутаминовой кислотой, цистеином и глицином :

 

Реакционоспособной группой глутатиона(R-SH)является тиольная группа. Глутатион взаимодействует с пероксидом водорода и гидропероксидами липидов:

2 R-SH + H₂O₂ ¾® 2 H₂O + R-S-S-R

2 R-SH + R₁OOH ¾® H₂O +R₁OH + R-S-S-R

Окисленный глутатион способен восстанавливаться:

R-S-S-R + 2H⁺ + 2 e 2 R-S-H

Активный центр глутатионпероксидазы содержит остаток селеноцистеина, в котором атом серы цистеина заменен на атом селена:

Полагают, что действие глутатионовой ферментной системы может быть описано совокупностью реакций:

R-Se-H +H₂O₂ ¾¾® R-Se-OH + H₂O(I)

R-Se-OH + 2 R-S-H ¾¾® R-Se-H + R-S-S-R + H₂O(II)

R-S-S-R + НАДФ-Н ¾¾® 2 R-S-H + НАДФ⁺(III)

Задание 7. Написать схему реакции пероксидного окисления на примере олеиновой и линолевой кислоты.

Ответ:в молекулах фосфолипидов связи С-Н, расположенные между двумя p-связями (в a-положении к ним), атакуются гидроксильными или пероксильными радикалами. Рассмотрим этот процесс на примере линоленовой кислоты:

 

В результате образуются новые радикалы, существующие в двух мезомерных формах:

 

 

Радикал стабилизируется за счет делокализации электронной плотности в сопряженной системе: СН₃-(СН₂)₄-СН^{. . .} СН^{. . .} СН^{. . .} СН^{. . .}СН-(СН₂)₇-СООН

Схематично описанный выше процесс представляется как

RH + OH^· ¾® H₂O + R^· инициирование (0)

Таким образом, инициируется процесс неферментативного окисления липидов биологических мембран.

Образующийся алкильный радикал присоединяет молекулу кислорода (за время 10^-6сек) и превращается в очень активный пероксидный (пероксильный) радикал:

R^·+ O₂ ¾® RО₂^· рост цепей (1)

Пероксидный радикал RО₂^· взаимодействует с соседними углеводородными фрагментами молекулы фосфолипидов, что приводит к образованию гидропероксидов (RООН) и новому алкильному радикалу R^·, вновь присоединяющему молекулу О₂ согласно реакции 1.

RО₂^· + RH ¾® RООH + R^·продолжение цепей (2)

Гидропероксиды способны разрушаться с разрывом О-О связей, что приводит к вторичному иницированию и, как следствие, ускорению окисления:

RООH ¾® RО^· + ОН^· вырожденное разветвление (3)

Последняя реакция крайне нежелательна для организма. Поэтому существуют ферментативные антиоксидантные системы, регулирующие в организме концентрацию активных кислородсодержащих ионов и радикалов.

Свободные радикалы взаимодействуют между собой, обрывая цепи окисления в соответствии с элементарными реакциями :

RO₂^·+ RO₂^· ¾® молекулярные продукты

RO^· + RO^· ¾® молекулярные продукты

R^· + R^· ¾¾® молекулярные продукты

Задание 8. Показать механизм действия антиоксидантов

Ответ:в присутствии относительно низких концентраций ингибиторов фенольного типа (IпН) (10^-6 - 10^-3 моль/л) обрыв цепей происходит на молекулах антиоксидантов согласно реакции:

IпН +RO₂^·¾¾¾¾®ROOH + Iп^· (обрыв цепей) (VII)

Радикал ингибитора(Iп^·)обычно неактивен и не участвует в продолжении цепей, в связи с чем антиоксидант выполняет роль ловушки свободных радикалов и способствует значительному торможению окисления.

формула основного липидного антиоксиданта - a-токоферола:

 

 

В последние годы антиоксиданты применяются в клинической практике (антиоксидантотерапия).

Задание 9. Показать схему этерификации холестерина (холестерола) с участием фермента фосфатидилхолинхолестеринацетилтрансферазы (ЛХАТ).

Ответ:остатки ненасыщенных и полиненасыщенных высших жирных кислот, входящих в структуру фосфолипидов, например, фосфатидилхолина, этерифицируют -ОН группу холестерина с участием фермента ЛХАТ. При этом образуются эфиры холестерина, в форме которых холестерин выводится из организма.