Фосфолипиды [1] представляют собой класс липидов , молекула которых имеет гидрофильную «голову», содержащую фосфатную группу, и два гидрофобных «хвоста», полученных из жирных кислот , соединенных спиртовым остатком (обычно молекулой глицерина ). Морские фосфолипиды обычно имеют омега-3 жирные кислоты EPA и DHA, интегрированные как часть молекулы фосфолипида. [2] Фосфатная группа может быть модифицирована простыми органическими молекулами, такими как холин , этаноламин или серин . [ требуется ссылка ]
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, стерол , вкрапленный среди фосфолипидов. Эта комбинация обеспечивает текучесть в двух измерениях в сочетании с механической прочностью на разрыв. Очищенные фосфолипиды производятся в коммерческих целях и нашли применение в нанотехнологиях и материаловедении . [3]
Первым фосфолипидом, идентифицированным в 1847 году как таковым в биологических тканях, был лецитин , или фосфатидилхолин , в яичном желтке кур французским химиком и фармацевтом Теодором Николя Гобли .
Фосфолипиды амфифильны . Гидрофильный конец обычно содержит отрицательно заряженную фосфатную группу, а гидрофобный конец обычно состоит из двух «хвостов», которые представляют собой длинные остатки жирных кислот . [4]
В водных растворах фосфолипиды приводятся в действие гидрофобными взаимодействиями , которые приводят к агрегации жирнокислотных хвостов для минимизации взаимодействия с молекулами воды. Результатом часто является фосфолипидный бислой : мембрана, состоящая из двух слоев противоположно ориентированных молекул фосфолипидов, с головками, обращенными к жидкости с обеих сторон, и с хвостами, направленными внутрь мембраны. Это доминирующий структурный мотив мембран всех клеток и некоторых других биологических структур, таких как везикулы или вирусные покрытия. [ необходима цитата ]
В биологических мембранах фосфолипиды часто встречаются с другими молекулами (например, белками , гликолипидами , стеринами ) в бислое, таком как клеточная мембрана . [5] Липидные бислои возникают, когда гидрофобные хвосты выстраиваются в линию друг против друга, образуя мембрану из гидрофильных головок с обеих сторон, обращенных к воде. [6]
Эти специфические свойства позволяют фосфолипидам играть важную роль в клеточной мембране. Их движение можно описать с помощью модели жидкой 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 вбок через липидную матрицу и мигрировать по мембране. Стерины способствуют текучести мембраны, препятствуя упаковке фосфолипидов вместе. Однако эта модель теперь была заменена, поскольку благодаря изучению липидного полиморфизма теперь известно, что поведение липидов в физиологических (и других) условиях не является простым. [ необходима цитата ]
Фосфолипиды широко использовались для приготовления липосомальных, этосомальных и других наноформулировок местных, пероральных и парентеральных препаратов по разным причинам, таким как улучшенная биодоступность, сниженная токсичность и повышенная проницаемость через мембраны. Липосомы [7] часто состоят из фосфолипидов, обогащенных фосфатидилхолином , и могут также содержать смешанные фосфолипидные цепи со свойствами поверхностно-активного вещества . Этосомальная формула кетоконазола с использованием фосфолипидов является многообещающим вариантом для трансдермальной доставки при грибковых инфекциях. [8] Достижения в исследовании фосфолипидов приводят к изучению этих биомолекул и их конформаций с использованием липидомики [9] . [ необходима цитата ]
Компьютерное моделирование фосфолипидов часто выполняется с использованием молекулярной динамики с силовыми полями , такими как GROMOS , CHARMM или AMBER . [ необходима ссылка ]
Фосфолипиды оптически обладают высокой двупреломляющей способностью , т.е. их показатель преломления отличается вдоль их оси, а не перпендикулярно ей. Измерение двупреломления может быть достигнуто с помощью кросс-поляризаторов в микроскопе для получения изображения, например, стенок везикул или с помощью таких методов, как интерферометрия с двойной поляризацией для количественной оценки липидного порядка или нарушения в поддерживаемых бислоях. [ необходима цитата ]
Не существует простых методов анализа фосфолипидов, поскольку близкий диапазон полярности между различными видами фосфолипидов затрудняет 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. Современное профилирование липидов использует более абсолютные методы анализа с ЯМР-спектроскопией , в частности 31 P-ЯМР , [10] [11], в то время как ВЭЖХ - ELSD [12] обеспечивает относительные значения.
Синтез фосфолипидов происходит в цитозольной стороне мембраны ER [13] , которая усеяна белками, которые участвуют в синтезе ( ацилтрансферазы GPAT и LPAAT, фосфатаза и холинфосфотрансфераза) и распределении ( флиппаза и флоппаза). В конечном итоге от ER отпочковывается везикула, содержащая фосфолипиды, предназначенные для цитоплазматической клеточной мембраны на ее внешнем листке, и фосфолипиды, предназначенные для экзоплазматической клеточной мембраны на ее внутреннем листке. [14] [15]
Распространенными источниками промышленно производимых фосфолипидов являются соя, рапс, подсолнечник, куриные яйца, коровье молоко, икра рыб и т. д. Фосфолипиды для доставки генов, такие как дистеароилфосфатидилхолин и диолеоил-3-триметиламмонийпропан , производятся синтетически. [ необходима цитата ] Каждый источник имеет уникальный профиль отдельных видов фосфолипидов, а также жирных кислот и, следовательно, различные области применения в пищевых продуктах, питании, фармацевтике, косметике и доставке лекарств. [ необходима цитата ]
Некоторые типы фосфолипидов могут быть расщеплены для получения продуктов, которые функционируют как вторичные мессенджеры в передаче сигнала . Примерами являются фосфатидилинозитол (4,5)-бисфосфат (PIP 2 ), который может быть расщеплен ферментом фосфолипазой C на инозитолтрифосфат (IP 3 ) и диацилглицерол (DAG), которые оба выполняют функции типа G q G-белка в ответ на различные стимулы и вмешиваются в различные процессы от долговременной депрессии в нейронах [16] до сигнальных путей лейкоцитов, запускаемых хемокиновыми рецепторами. [17]
Фосфолипиды также вмешиваются в сигнальные пути простагландина как сырье, используемое ферментами липазы для производства предшественников простагландина. В растениях они служат сырьем для производства жасмоновой кислоты , растительного гормона, похожего по структуре на простагландины, который опосредует защитные реакции против патогенов. [ необходима 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 и используется в качестве пищевой добавки во многих продуктах и может быть приобретен как диетическая добавка . Лизолецитины обычно используются для водно-масляных эмульсий, таких как маргарин , из-за их более высокого соотношения ГЛБ . [ необходима цитата ]