Фосфолипиды [1] — класс липидов , молекула которых имеет гидрофильную «головку», содержащую фосфатную группу, и два гидрофобных «хвоста», происходящих из жирных кислот , соединенных спиртовым остатком (обычно молекулой глицерина ). Морские фосфолипиды обычно содержат жирные кислоты омега-3 ЭПК и ДГК , интегрированные как часть молекулы фосфолипида. [2] Фосфатную группу можно модифицировать простыми органическими молекулами, такими как холин , этаноламин или серин . [ нужна цитата ]
Фосфолипиды являются ключевым компонентом всех клеточных мембран . Они могут образовывать липидные бислои из-за своей амфифильной характеристики. У эукариот клеточные мембраны также содержат другой класс липидов, стерины , вкрапленные среди фосфолипидов. Комбинация обеспечивает текучесть в двух измерениях в сочетании с механической прочностью на разрыв. Очищенные фосфолипиды производятся в промышленных масштабах и нашли применение в нанотехнологиях и материаловедении . [3]
Первым фосфолипидом, обнаруженным в 1847 году в биологических тканях французским химиком и фармацевтом Теодором Николя Гобли, был лецитин , или фосфатидилхолин , в курином яичном желтке .
Фосфолипиды амфифильны . Гидрофильный конец обычно содержит отрицательно заряженную фосфатную группу, а гидрофобный конец обычно состоит из двух «хвостов», представляющих собой длинные остатки жирных кислот . [4]
В водных растворах фосфолипиды управляются гидрофобными взаимодействиями , которые приводят к агрегации хвостов жирных кислот, чтобы минимизировать взаимодействия с молекулами воды. В результате часто образуется фосфолипидный бислой : мембрана, состоящая из двух слоев противоположно ориентированных молекул фосфолипидов, головки которых обращены к жидкости с обеих сторон, а хвосты направлены внутрь мембраны. Это доминирующий структурный мотив мембран всех клеток и некоторых других биологических структур, таких как везикулы или вирусные оболочки. [ нужна цитата ]
В биологических мембранах фосфолипиды часто встречаются с другими молекулами (например, белками , гликолипидами , стеролами ) в бислое , таком как клеточная мембрана . [5] Липидные бислои возникают, когда гидрофобные хвосты выстраиваются друг против друга, образуя мембрану из гидрофильных головок с обеих сторон, обращенных к воде. [ нужна цитата ]
Эти специфические свойства позволяют фосфолипидам играть важную роль в клеточной мембране. Их движение можно описать с помощью модели жидкостной мозаики , которая описывает мембрану как мозаику липидных молекул, которые действуют как растворитель для всех веществ и белков внутри нее, поэтому белки и липидные молекулы затем могут свободно диффундировать в поперечном направлении через липидный матрикс. и мигрируют через мембрану. Стеролы способствуют текучести мембран, препятствуя упаковке фосфолипидов. Однако теперь эта модель была заменена, поскольку благодаря изучению полиморфизма липидов теперь известно, что поведение липидов в физиологических (и других) условиях непростое. [ нужна цитата ]
Фосфолипиды широко использовались для приготовления липосомальных, этосомальных и других наноформ препаратов для местного, перорального и парентерального применения по разным причинам, таким как улучшенная биодоступность, снижение токсичности и повышенная проницаемость через мембраны. Липосомы часто состоят из фосфолипидов, обогащенных фосфатидилхолином , а также могут содержать смешанные фосфолипидные цепи, обладающие свойствами поверхностно-активного вещества . Этосомальная форма кетоконазола с использованием фосфолипидов является многообещающим вариантом трансдермальной доставки при грибковых инфекциях. [6] Достижения в исследованиях фосфолипидов привели к изучению этих биомолекул и их конформаций с использованием липидомики. [ нужна цитата ]
Компьютерное моделирование фосфолипидов часто выполняется с использованием молекулярной динамики с силовыми полями , такими как GROMOS , CHARMM или AMBER . [ нужна цитата ]
Фосфолипиды оптически обладают сильным двойным лучепреломлением , то есть их показатель преломления различен вдоль оси, а не перпендикулярно ей. Измерение двойного лучепреломления может быть достигнуто с использованием кросс-поляризаторов в микроскопе для получения изображения, например, стенок везикул или с использованием таких методов, как интерферометрия двойной поляризации , для количественной оценки порядка липидов или разрушения поддерживаемых бислоев. [ нужна цитата ]
Простых методов анализа фосфолипидов не существует, поскольку тесный диапазон полярности между различными видами фосфолипидов затрудняет их обнаружение. Химики-нефтяники часто используют спектроскопию для определения общего содержания фосфора, а затем рассчитывают приблизительную массу фосфолипидов на основе молекулярной массы ожидаемых видов жирных кислот. В современном профилировании липидов используются более абсолютные методы анализа, такие как ЯМР-спектроскопия , особенно 31 P-ЯМР , [7] [8] , тогда как ВЭЖХ - ELSD [9] обеспечивает относительные значения.
Синтез фосфолипидов происходит на цитозольной стороне мембраны ЭР [10] , которая усеяна белками, участвующими в синтезе ( GPAT и LPAAT ацилтрансферазы, фосфатаза и холинфосфотрансфераза) и выделении ( флиппаза и флопаза). В конце концов везикула отпочковывается от ЭР, содержащей фосфолипиды, предназначенные для цитоплазматической клеточной мембраны на ее внешнем листке, и фосфолипиды, предназначенные для экзоплазматической клеточной мембраны на ее внутреннем листке. [11] [12]
Обычными источниками промышленно производимых фосфолипидов являются соя, рапс, подсолнечник, куриные яйца, коровье молоко, рыбные яйца и т. д. Фосфолипиды для доставки генов, такие как дистеароилфосфатидилхолин , диолеоил-3-триметиламмоний пропан и т. д., производятся синтетически. Каждый источник имеет уникальный профиль отдельных видов фосфолипидов, а также жирных кислот и, следовательно, различное применение в продуктах питания, питании, фармацевтике, косметике и доставке лекарств. [ нужна цитата ]
Некоторые типы фосфолипидов можно расщеплять с образованием продуктов, которые действуют как вторичные мессенджеры при передаче сигналов . Примеры включают фосфатидилинозитол (4,5)-бисфосфат (PIP 2 ), который может расщепляться ферментом фосфолипазой C на инозитолтрифосфат (IP 3 ) и диацилглицерин (DAG), которые оба выполняют функции G q типа G. белок в ответ на различные стимулы и вмешивается в различные процессы: от длительной депрессии в нейронах [13] до сигнальных путей лейкоцитов , запускаемых хемокиновыми рецепторами. [14]
Фосфолипиды также вмешиваются в сигнальные пути простагландинов в качестве сырья, используемого ферментами липазы для производства предшественников простагландинов. В растениях они служат сырьем для производства жасмоновой кислоты — растительного гормона , сходного по структуре с простагландинами, который опосредует защитные реакции против патогенов. [ нужна цитата ]
Фосфолипиды могут действовать как эмульгаторы , позволяя маслам образовывать коллоид с водой. Фосфолипиды являются одним из компонентов лецитина , который содержится в яичных желтках, а также извлекается из соевых бобов , используется в качестве пищевой добавки во многих продуктах и может быть приобретен в качестве пищевой добавки . Лизолецитины обычно используются для водно-масляных эмульсий, таких как маргарин , из-за более высокого соотношения ГЛБ . [ нужна цитата ]