Фосфолипидные продукты функционального назначения

Теоретические основы конструирования фосфолипидных продуктов функционального назначения

Фосфолипиды представляют собой входящие в состав липидов сложные эфиры фосфорной кислоты. Молекулы фосфолипидов построены из остатков спиртов (глицерина, сфингозина), жирных кислот, фосфорной кислоты (Н₃Р0₄), а также содержат азотистые основания (чаще всего холин или этанол амин), остатки аминокислот и некоторых других соединений.

В молекуле фосфолипидов имеются заместители двух типов: гидрофильные и гидрофобные. В качестве гидрофильных (полярных) группировок выступают остатки фосфорной кислоты и азотистого основания («голова»), а гидрофобных (неполярных) — углеводородные радикалы («хвосты»). Пространственная структура фосфолипидов представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Пространственная структура фосфолипидов

Фосфолипиды — обязательные компоненты растительной клетки. Содержание фосфолипидов в семенах и зернах разных культур может быть различным (в сое — 1,8%; хлопчатнике — 1,7; подсолнечнике — 1,7; клещевине — 0,3; льне — 0,6; пшенице — 0,54; ржи — 0,6; кукурузе — 0,9%).

Фосфолипиды вместе с белками и углеводами участвуют в построении мембран (перегородок) клеток и субклеточных структур (органелл), выполняя роль несущих конструкций мембран, и регулируют поступление в клетку и ее структуры разнообразных соединений.

Состав жирных кислот фосфолипидов и ацилглицеринов, выделенных из одного и того же сырья, неидентичен. Подавляющее большинство фосфолипидов имеет в своем составе остатки одной насыщенной (обычно в положении 1) и одной ненасыщенной (в положении 2) кислоты.

Построенные амфифильные (обладающие двойным сродством) молекулы фосфолипидов легко ориентируются. Гидрофобные хвосты (см. рис. 5.1) стараются попасть в масляную фазу, гидрофильные группы создают границу раздела между водой и гидрофобной фазой.

В маслах фосфолипиды в зависимости от концентрации могут присутствовать в виде индивидуальных молекул, а также в виде групп ассоциированных молекул — мицелл (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Структура мисцелл фосфолипидов в жировой и водной фазах

При низкой концентрации получаются сферические мицеллы, в которых гидрофильные (полярные) части молекул образуют внешний слой, а гидрофобные — внутренний; при повышенной концентрации мицеллы группируются в длинные цилиндры.

При дальнейшем росте концентрации образуется сферический тип жидкокристаллической структуры — слоистая, состоящая из бимолекулярных слоев липидов, разделенных слоями воды. Последующее объединение мицелл приводит к их осаждению. Эта особенность фосфолипидов используется для их выделения — гидратации. Процесс гидратации заключается в обработке нерафинированных масел водой или паром. При этом находящиеся в маслах фосфолипиды присоединяют воду (гидратируются) и выделяются в виде осадка, называемого фосфатидной эмульсией. Воды в эмульсии — 45—75%, остальное — фосфолипиды и увлеченное в осадок растительное масло. После сушки фосфатидной эмульсии в вакууме получают фосфатидный концентрат (ФК), представляющий собой ценный пищевой и кормовой продукт. Его добавляют в пищевые продукты в количестве 0,1—2% в качестве эмульгатора и увлажняющего вещества при выпечке хлеба, приготовлении пирогов, пирожных, печенья, заменителя яиц и молока в детском питании, а также антиразбрызгивателя в маргарине и для устранения ломкости в шоколаде и карамели.

Особенности перехода одной структуры в другую определяются не только концентрацией фосфолипидов, но и их составом, температурой и т. д. Для понимания физиологического поведения фосфолипидов (ФЛ) рассмотрим их физические свойства.

Фосфолипиды относят к дифильным веществам, т. е. их молекулы характеризуются наличием неполярных (гидрофобных) и полярных (гидрофильных) областей.

На поверхности раздела фаз «воздух — вода» ФЛ образуют различные упорядоченные структурные элементы: при низкой концентрации — сферические мицеллы, в которых полярные части молекул образуют внешний слой, а гидрофобные — внутренний; при повышенной концентрации мицеллы группируются в длинные цилиндры (гексагональная кристаллическая структура), а далее образуется специфический тип жидкокристаллической структуры — ламеллярная (слоистая), состоящая из бимолекулярных слоев липидов, разделенных слоями воды.

В неполярных и малополярных растворителях (маслах, хлороформе и др.) фосфолипиды проявляют себя как коллоидные неионогенные поверхностно-активные вещества, образующие мицеллы различных порядков.

Фосфолипиды в неполярных растворителях способны к солюбилизации воды в пределах их полярной внутренней части вплоть до молярного соотношения воды и фосфолипидов 5:1. Этот факт имеет огромное практическое значение, так как фосфолипидные мицеллы могут служить амфотерными центрами солюбилизации различных лекарственных растворов, что может быть использовано в производстве аэрозольных препаратов.

Химическая структура молекул фосфолипидов определяет такие важные их свойства, как полярность и поляризуемость.

Поляризуемость — способность приобретать или увеличивать свою полярность под воздействием внешних факторов. В целом молекулы фосфолипидов более полярны, чем молекулы нейтральных липидов, и, следовательно, энергия связи молекул фосфолипидов между собой больше энергии их связи с молекулами триацилглицеринов и гораздо больше энергии связи между молекулами триацилглицеринов. Этим объясняется факт мицеллообразования.

Свойства фосфолипидов не только обусловлены дифильным характером их молекул, но и являются функцией структурных компонентов последних. Такие группы фосфолипидов, как фосфатидные кислоты, фосфатидилсерины и фосфатидилинозитолы, способны образовывать соединения со щелочными и щелочно-земельными металлами вследствие ярко выраженных кислотных свойств.

Фосфолипиды взаимодействуют с редуцирующими углеводами и продуктами их распада, в результате чего образуется целый ряд разнообразных темноокрашенных соединений (меланофосфолипидов). Со времени открытия М. Гоблеем в 1847 г. лецитина интерес к полярным липидам не ослабевает, но лишь в последние десятилетия изучено физиологическое значение фосфолипидов. Их роль заключается в том, что они являются важнейшими структурными компонентами биологических мембран.

Существует определенная избирательность в локализации различных фосфолипидов в бислое мембран. Установлено, что особенности структуры и состава полярных липидов биологических мембран тесно связаны со спецификой выполняемых ими функций (регуляцией проницаемости для различных соединений, образованием комплексов ДНК и РНК с мембраной, локализацией специфических рецепторов). Жирно-кислотный состав и ориентация пространственной структуры жирных кислот в 1-й и 2-й позициях молекулы фосфолипидов имеют решающее значение при определении таких свойств, как мембранная текучесть и мембранная проницаемость.

В окислительных процессах фосфолипиды являются природными антиоксидантам или синергистами антиоксидантов.

Активация процессов пероксидного окисления фосфолипидов приводит к уменьшению плотности упаковки липидного бислоя и способствует повышению проницаемости мембран.

Полярные липиды, а именно фосфолипиды, являются субстратом или составной частью мембраносвязанных ферментов. Общепринятым стал термин «липидзависимые» и «липидтребующие» ферменты. Установлено, что активность ферментов влияет на структурное состояние липидного бислоя мембраны.

Известно, что фосфолипиды играют важную роль на отдельных этапах цепи реакций, ведущих к фибринообразованию. Интенсификация свободнорадикального окисления фосфолипидов мембран вызывает усиление коагуляционного потенциала крови.

Установлена корреляция между степенью окисленности фосфолипидов и активностью коагуляционных реакций, отвечающих за свертывающие свойства крови.

Благодаря своему строению фосфолипиды обладают поверхностноактивными и эмульгирующими свойствами, что определяет их значение среди прочих факторов в процессах, развивающихся при жировой эмболии (образовании тромбов — агрегатов холестерина и триацилглицеринов). Окислительная деструкция мембранных фосфолипидов может вызвать заметные, подчас необратимые изменения стабильности мембраны и формы клетки.

Фосфолипиды являются важными компонентами всех липопротеидов, представляющих собой комплекс белков и липидов, который образован нековалентными связями и белки в котором совместно с полярными липидами формируют поверхностный гидрофильный слой, окружающий и защищающий внутреннюю гидрофобную липидную сферу от водной среды и обеспечивающий транспорт липидов в кровяном русле и доставку их в органы и ткани.

Наименее склонные к образованию атеросклеротических бляшек (атерогенные) липопротеиды высокой плотности (ЛПВП) обогащены фосфолипидами и обеспечивают транспорт холестерина из периферических тканей обратно в печень. В отличие от них липопротеиды низкой плотности (ЛПНП) — самый богатый холестерином класс липопротеидов, содержание фосфолипидов в них в 1,5 раза ниже, чем и ЛПВП, и они чаще приводят к атеросклерозу сосудов в организме человека.

Многочисленные клинические и популяционные данные свидетельствуют о положительной корреляции между уровнем ЛПНП в крови и распространенностью и выраженностью ишемической болезни сердца (ИБС).

Между риском ИБС и уровнем ЛПВП, напротив, существует четкая отрицательная корреляция. Согласно современным представлениям процессы перекисного окисления липидов рассматривают в качестве этиологического фактора атеросклероза. Считают, что атеросклеротические поражения артерий обусловлены пенистыми клетками, образующимися в результате превращений макрофагов при их индукции с перекисно-модифицированными ЛПНП. Все типы модифицированных ЛПНП имеют сниженное содержание фосфолипидов. Внутривенное введение фосфолипидных препаратов способствует снижению уровня холестерина в макрофагах и уменьшению агрегации тромбоцитов. Усилия, направленные на снижение уровня модифицированных ЛПНП и предотвращение их образования, например при применении а-токоферола (а-ТФ), (3-каротина, значительно задерживают развитие атеросклероза. Антиатерогенные ЛПВП задерживают перекисную модификацию ЛПНН, что приводит к снижению риска развития атеросклероза.

На основании вышеизложенного видно, что особенности строения и функции биологических мембран теснейшим образом связаны с процессами пероксидного окисления фосфолипидов, составляющих структурную основу бислоя.

Нативные фосфолипиды улучшают вязкостно-эластические свойства форменных элементов и оказывают тем самым влияние на микроциркуляцию крови. Кроме того, они снижают способности эритроцитов и тромбоцитов к агрегации. Установлено защищающее печень (гепатопротекторное) действие фосфолипидов при различных неблагоприятных, в том числе токсических, воздействиях. Предполагают, что фосфолипиды выполняют определенную роль в механизме передачи нервного импульса в биосинтезе белков как факторов активации тромбоцитов.

Установлено также, что фосфолипиды обладают способностью понижать содержание липидов в крови (гиполипидомический эффект).

Правильное функционирование половых желез и улучшение половых функций в целом зависят от содержания фосфолипидов в рационе питания.

Установлено, что липиды нормальных тканей и липиды опухолей не отличаются по качественному составу, т. е. не существует липидов, специфичных для опухоли. В субклеточных фракциях опухолей нарушается специфическое распределение фосфолипидов, характерное для нормальных тканей; их состав выравнивается и становится близким к фосфолипидному составу клетки в целом, т. е. происходит дифференцировка мембран, наблюдается появление фосфолипидов с необычным распределением жирных кислот.

Фосфолипиды благоприятно влияют на процессы кроветворения, регулируют действие гемолитических ядов, влияют на работу сердечной мышцы и т. д. Биологическая активность фосфолипидов проявляется, например, в иммуномодулирующем действии «Эссенциале», основным действующим веществом которого являются полиненасыщенные фосфолипиды.

В настоящее время интерес к фосфолипидам как к классу лекарственных препаратов значительно возрос. Появилось значительное количество лекарственных средств, содержащих фосфолипиды, эффективно понижающих содержание холестерина, защищающих печень от вредных воздействий, улучшающих адаптационные возможности организма, корректирующих негативное влияние антибиотиков на почки, эффективных при лечении атеросклероза, улучшающих память и внимание, корректирующих состояние нервной системы при стрессах и переутомлении.

Фосфатидилхолин является основным компонентом терапевтического средства для лечения расстройства сознания, восприятия и движения, ишемической болезни сердца и инсулиннезависимого сахарного диабета.

Для настоящего времени радиопротекторная активность является одним из наиболее актуальных свойств фосфолипидов. Доказано, что в патогенезе лучевых поражений живых систем важнейшую роль играет интенсификация процессов свободно-радикального окисления липидов. При этом система биологических мембран, основным структурным элементом которых выступают фосфолипиды, представляет собой вторую после дезоксирибонуклеиновой кислоты и хроматина клеточного ядра «мишень» лучевого поражения.