РОЛЬ ХОЛЕСТЕРИНА В БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАНАХ
Биомембранология Болдырев А.А., Кяйвяряйнен Е.И., Илюха В.А.
Было показано, что холестерин влияет на подвижность жирнокислотных хвостов мембранных липидов. Если мембрана слишком ригидна и существует опасность «застывания» жирнокислотных цепей, холестерин вызывает ее разжижение, поскольку цепи в его присутствии становятся более подвижными. Если же мембрана слишком «жидкая», то холестерин ее уплотняет. Таким образом, холестерол играет роль регулятора, обеспечивающего правильную упаковку липидной части мембраны, необходимую для ее нормальной работы. Для мутантных клеток, которые не могут синтезировать холестерол, необходимо его присутствие в культуральной среде. В его отсутствии мембраны быстро разрушаются.
Один из возможных способов взаимной укладки молекул фосфолипида и холестерина показан на рис. 11. Предполагается, что неполярные цепи молекулы лецитина вытянуты, а ее полярная головка изгибается так, что образуется фигура, напоминающая трость. В образующуюся при этом полость помещается молекула холестерина. Некоторые исследователи оспаривают обоснованность этой модели и полагают, что молекулы холестерина плавают в мембране более или менее свободно, или что в мембранах имеются островки, представляющие собой мультимолекулярные комплексы холестерина с липидами.
Какова же природа уплотняющего действия холестерина? Обычно углеводородные хвосты фосфолипидов располагаются не перпендикулярно к плоскости мембраны, а под некоторым углом. В присутствии холестерина наклон хвостов становится меньше. Каждая молекула лецитина занимает в присутствии холестерина меньшую площадь на поверхности мембраны, в результате чего происходит ее уплотнение. В организм человека холестерин поступает с пищей и всасывается в кишечнике (300-500 мг/сут). Кроме того, в дополнение к потребляемому с пищей в печени синтезируется 700-1000 мг/сут холестерина. В процессе обмена холестерина возникает возможность образования ряда важных биохимических соединений: витаминов группы D, половых гормонов, минералокортикоидов (альдостерона), глюкокортикоида кортизола, противовоспалительного фактора кортизона. Обмен холестерола в организме связан с образованием и взаимопревращениями целого ряда биологически активных веществ, в частности, желчных кислот. Распад холестерина приводит к образованию желчных кислот: холевой, таурохолевой, и гликохолевой. Изменение содержания холестерина в органах и тканях может привести к тяжелым заболеваниям. При желчнокаменной болезни в желчном пузыре и печени образуются отложения холестерина – камни.
При атеросклерозе повышается содержание холестерина в крови. Он аккумулируется на мембранах гладкомышечных стенок сосудов, вызывая сужение их просвета или даже закупорку. Липидный состав различных мембран у различных животных существенно отличается (рис. 12). В субклеточных фракциях преобладают ФХ и ФЭ, а в цитоплазматических – холестерин. Наблюдаются также различия индивидуальные (между отдельными особями) и сезонные (связанные со сдвигами в липидном обмене). При сравнении липидного состава мембран разного происхождения следует принимать во внимание лишь выраженные различия.
Помимо того, что липиды являются основным структурным компонентом мембран, они выполняют и другие клеточные функции. Они входят в состав внутриядерных структур, таких как хромосомы, хроматин, ДНК-мембранный комплекс и ядерный матрикс. Они также принимают участие в регуляции репликации, репарации и транскрипции ДНК за счет изменения активности ферментов, принимающих участие в процессах биосинтеза нуклеиновых кислот. Фосфолипиды ядерного матрикса, в основном, состоят из сфингомиелина и фосфатидилхолина. В регенерирующей печени крыс сфингомиелин принимает участие в регуляции синтеза ДНК на ядерном матриксе.
Особенности липидного состава бактерий часто используют для их классификации. Деление их на грам-отрицательные и грамположительные основано на отсутствии или наличии окраски по Граму генцианфиолетовым в соответствии с наличием или отсутствием в составе клеточной стенки пептидогликанов и тейхоевых кислот. Особенностями строения бактериальной оболочки объясняется и тот факт, что на грам-положительные бактерии действует пенициллин, а на грам-отрицательные – стрептомицин.