c^^c^c^^%/^

н н2

н,

?

н,

сн.

н,

сн,

н,

сн,

сквален

Используя сокращения, принятые в химии терпенов с открытой цепью, формулу сквалена можно изобразить следующим образом:

стевален

В этом случае атомы углерода и водорода не указываются, а метальные группы обозначаются как ответвления от основной цепи.

Особый интерес представляют каротиноиды — растительные пигменты. Структура ?-каротина изображена ниже. Известны также а- и ?-каротины (гл. 51).

Как видно из формулы, молекула ?-каротина симметрична. Значение этих соединений определяется тем, что каротины являются предшественниками витаминов группы А (гл. 51) и участвуют в фотосинтезе (гл. 16).

78

I. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ

Благодаря наличию большого числа двойных связей в цепи оказывается возможным существование г^нс-гранс-изомерных форм каротиноидов. Большая часть природных каротиноидов обладает полностью транс-конфигурацией, как это показано для витамина Аь В природе встречается небольшое число каротиноидов, у которых одна или несколько двойных связей имеют г^нс-конфигу-рацию; кроме того, в животных тканях может осуществляться изомеризация. г^ыс-Форма витамина А обнаружена в печени крысы, а каротиноид, содержащий одну двойную цис-связъ, присутствует в зрительном пигменте глаза (гл. 40).

Некоторые другие соединения, являющиеся необходимыми компонентами пищи, также химически родственны терпенам. Так, вещества группы витамина ? (гл. 51) являются липидрастворимыми ароматическими соединениями, имеющими боковую цепь терпено-вого типа. Антигеморрагический фактор — витамин К (гл. 51), а также кофермент Q, функционирующий как переносчик электронов (гл. 12), — являются фитил-1,4-нафтохинонами.

3.4.5. Стероиды

Соединения этой большой группы имеют некоторое структурное сходство с терпенами. Разнообразие биологических свойств, присущих этим соединениям, сделало их одним из наиболее интересных и вследствие этого наиболее изученных классов веществ биологического происхождения. Соединения этой группы могут рассматриваться как производные восстановленных конденсированных циклических систем — циклопентанофенантренов, состоящих из трех конденсированных циклогексановых колец (А, В и С) в нелинейном или фенантреновом сочленении и циклопентанового кольца (D).

лергидроциклопентанфенангпрен фенангпрен

Некоторые общие характеристики этих соединений могут быть рассмотрены на примере типичного представителя этой группы веществ— холестанола. Удобный способ нумерации углеродных ато-

3. липиды

79

мов показан в приведенной ниже структурной формуле холестанол а

холестанол

Следует отметить, что все циклы в молекуле являются насыщенными. В используемой системе сокращенного обозначения положение двойных связей указывается особо.

3.4.5.1. Общая характеристика

Некоторые общие положения могут быть высказаны в связи с приведенной выше структурной формулой. Присутствие кислородсодержащего заместителя у атома С-3 является характерной особенностью почти всех природных стероидов. Другой характерной особенностью является наличие «ангулярных» метильных групп 19 и 18, связанных с углеродными атомами 10 и 13. Однако, как будет показано ниже, у эстрогенов кольцо А является ароматическим, поэтому углеродный атом 10 не может быть связан с метильной группой. У углеродного атома 17 часто имеется алифатический заместитель. Структура этого заместителя является удобным критерием для классификации; таким образом, стероиды могут быть объединены в группы в соответствии с числом углеродных атомов в боковой цепи. Боковая цепь у стеринов содержит 8, 9 или 10 углеродных атомов (общее число атомов углерода 27, 28 или 29 соответственно), у желчных кислот — 5 углеродных атомов (общее число атомов углерода 24), у адренокортикостеропдов и прогестерона-—2 (общее число атомов углерода 21). В природных эстрогенах и андрогенах (общее число атомов углерода 18 или 19j вообще отсутствует боковая цепь.

3.4.5.2. Основы стереохимии и конформационного анализа

Из информационной формулы холестанола следует, что молекула является жесткой. Буквами а и е обозначены аксиальные и экваториальные заместители соответственно. Не все атомы водорода указаны в формуле, некоторые из них обозначены сплошными или пунктирными линиями. Для самого ипклогексана копформация кресла является более устойчивой, чем конформация ванны. В мо-

80

I. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ

лекуле холестанола кольца В и С жестко зафиксированы в конформации кресла благодаря гране-конденсации с кольцами А и D. Кольцо А может принять кон-формацию ваниы, однако нестабильность такой формы, присущая самому цик-логексану, возрастала бы в результате сильного взаимодействия метильной и гидроксидной групп, находящихся в «носовом» (С-10) и «кормовом» (C-3) положениях ванны.

конерортиационная структура холестанола

В молекуле холестанола имеется девять центров асимметрии, которые находятся у 3·, 5, 8, 9, 10, 13, 14, 17 и 20-го углеродных атомов. При написании структурных формул стероидов заместители, имеющие ?-ориентаиию (обращенные вперед), обозначаются сплошной линией, а имеющие ?-ориентацию (обращенные назад) пунктирной линией. Так, ангулярные метальные группы у атомов С-10 и С-13 имеют ?-ориентацию, так же как и 3-гидроксидная группа, водород у атома С-8 и боковая цепь у атома С-17.

Относительно положений двух центров асимметрии следует сделать дополнительные замечания. Атом водорода у атома С-5 может располагаться либо на той же стороне (относительно плоскости молекулы), что и метильная группа у С-10, либо на противоположной стороне. В первом случае кольца А и В находятся в цые-ориентации относительно друг друга и в этом случае говорят, что молекула имеет нормальную конфигурацию. Если же протон и метильная группа находятся на противоположных сторонах, а кольца А и В находятся в трансориентации, то молекула имеет алло-конфигурацию.

? ?

Л/В цис-нормальная А/В транс-алло

Гидроксидная группа у С-3 также может находиться в а- и ?-ориентации.

СН3 СН,

??, алло ргалло

Стероиды, содержащие Зр-гидроксидную группу, осаждаются дигитоиином, который сам является гликозидом стероида. Многие аналитические методы on-

3. липиды

81

ределення холестерина основаны на осаждении его дигитонином. Высокая специфичность реагента позволяет использовать его для определения конфигурации других стероидов.

3.4.5.3. Стерины

Стероиды, имеющие от 8 до 10 углеродных атомов в боковой цепи, находящейся в положении 17, и спиртовую гидроксидную группу в положении 3 (объединяются в отдельный класс, называемый стеринами. В животных тканях наиболее распространенным представителем стеринов является холестерин.

Кроме ?-гидроксидной группы в положении 3 в этом соединении имеется одна двойная связь в 5,6-положении. Холестерин присутствует почти во всех животных липидах, а также в крови и желчи. В крови только одна треть холестерина существует в виде свободного спирта, тогда как две трети его этерифицировано главным образом ненасыщенными жирными кислотами (гл. 17). Восстановление двойной связи приводит к образованию двух продуктов— копростанола (?, нормальная конфигурация) и холестанола (?, алло), которые также встречаются в природе. Первый из них является основным стерином фекалий, тогда как второй является минорным стерином крови и некоторых тканей. 7-Дегидрохолесте-рин, образующийся при окислении холестерина, содержит пару конъюгированных двойных связей. Этот стерин обнаружен в коже (гл. 18 и 51).

1- дегидрсхолесглерин

6-1148

82

I. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ

Такое же расположение двойных связей характерно и для дрожжевого стерина — эргостерина,

эргосгперин

который, как и ряд других растительных стеринов, имеет 8 углеродных атомов и одну двойную связь в боковой цепи. Ультрафиолетовое облучение обоих этих соединений вызывает разрыв кольца В, что приводит к образованию продуктов, обладающих активностью витамина D (гл. 51).

Другой тип биологически важных стеринов представлен лано-стерином, впервые обнаруженном в лнпндах шерсти

Н3С СН3

ланостерин

Отличительной структурной особенностью этого стерина является наличие гем (двойного) -диметильного заместителя у атома С-4 и ангулярной метальной группы у С-14. Одна нз двойных связен находится в боковой цепи в 24,25-положенин, а вторая — в ядре молекулы в 8,9-положении. Ланостерин является промежуточным продуктом биосинтеза холестерина (гл. 18).

3.4.5.4. Желчные кислоты: С24-стероиды

В желчных кислотах боковая цепь у С-17 состоит нз пяти углеродных атомов и оканчивается карбоксильной группой. Четыре такие кислоты выделены из желчи человека.

холева кислота

дезоксихоле ая кислота

3. липиды

83

НО'^^^??

хенодезоксихолевая кислота

СН, I

СН—СН2—СН2—соон

НО'

H-CHj—сн,-соон

литохолевая кислота

В этих соединениях все гидроксидные группы имеют ?-конфигурацию, а А и В кольца — цис- или нормальную конфигурацию. В желчи человека преобладающей желчной кислотой является хо-левая кислота (За,7а,12а-триоксихолановая кислота), хотя обнаружены значительные различия в соотношении желчных кислот.

В желчи эти кислоты обычно связаны амидными связями с аминокислотами — глицином и таурином, как, например, в глико-холевой и таурохолевой кислотах.

О

Q3H26(OH)3i

С—?—СН,—СООН

,С—?—СН,—СН,—

CHj-SOsH

тликохолевая кислота (Холилглицин)

таурохолевая кислота (холилтаурин)

Соли этих конъюгированных кислот растворимы в воде и являются эффективными детергентами.

3.4.5.5. Прогестерон и адренокортикостероиды: С24-стероиды

Поскольку стероиды, имеющие важное эндокринологическое значение, подробно рассмотрены в части пятой, остановимся здесь лишь на некоторых химических особенностях этих соединений. К числу стероидов, содержащих два углеродных атома в боковой цепи у атома С-17, относится прогестерон, продуцируемый желтым телом яичников.

СНЯ

с=о

прогестерон

Много стероидов выделено из коры надпочечников. В принятой номенклатуре за исходное соединение принят кортикостерон. Сре-

6*

84

I. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ

ди различных физиологически активных п