Б. Функции и обмен сфинголипидов

Сфинголипиды - производные церамида, образующегося в результате соединения ами-носпирта сфингозина и жирной кислоты. В группу сфинголипидов входят сфингомиелины и гликос-финголипиды (см. табл. 8-4, рис. 8-61).

Сфингомиелины находятся в мембранах клеток различных тканей, но наибольшее их количество содержится в нервной ткани. Сфин-гомиелины миелиновых оболочек содержат в основном жирные кислоты с длинной цепью: лигноцериновую (24:0) и нервоновую (24:1) кислоты, а сфингомиелин серого вещества мозга содержит преимущественно стеариновую кислоту.

Гликосфинголипиды - гликолипиды, в состав которых входят церамид и один или несколько остатков углеводов, и сиаловая (N-ацетилнейра-миновая) кислота (см. рис. 8-5, 8-8, 8-61).

Рис. 8-61. Структуры гликосфинголипидов. А - общая схема строения гликосфинголипидов; Б - структура радикалов, связанных с церамидом, и названия отдельных гликосфинголипидов. Обозначения: цер - церамид; глк - глюкоза; гал - галактоза; гал-Naц - N-ацетилгалактозамин; N-АНК - N-ацетилнейраминовая кислота.

Гликосфинголипиды локализованы в плазматических мембранах клеток таким образом, что углеводная часть молекулы располагается на поверхности клеток и часто обладает антигенными свойствами. Эта часть молекул обеспечивает взаимное узнавание клеток и их взаимодействие. Интересно, что углеводная часть структуры антигенов на поверхности эритроцитов (по системе АВ0) может быть связана как с церамидом, так и с белками. В последнем случае структура антигена является не гликолипидом, а глико-протеином.

Некоторые ганглиозиды - рецепторы бактериальных токсинов. Например, G_M1, находящийся на поверхности клеток кишечного эпителия, является местом прикрепления холерного токсина - белка, секретируемого возбудителями холеры.

Функции гликосфинголипидов можно суммировать следующим образом: Взаимодействие между:

• клетками;

• клетками и межклеточным матриксом;

• клетками и микробами. Модуляция:

• активности протеинкиназ;

• активности рецептора фактора роста;

• антипролиферативного действия (апопто-за, клеточного цикла).

Обеспечение:

• структурной жёсткости мембран;

• конформации белков мембран.

Синтез церамида и его производных. Синтез сфин-голипидов начинается с образования церамида. Серин конденсируется с пальмитоил-КоА. Продукт их взаимодействия сначала восстанавливается коферментом NADPH, затем к аминогруппе дигидросфингозина амидной связью присоединяется жирная кислота, содержащая, как правило, 24 атома углерода. После окисления FAD-зависимой дегидрогеназой образуется церамид. Церамид служит предшественником в синтезе большой группы сфинголипидов: сфингомиелинов, не содержащих углеводов, и гликосфинголипидов (рис. 8-62). Последующие реакции синтеза катализируются специфическими трансферазами, набор которых отличается в разных тканях. Соединение фосфорилхолина с церамидом сфингомиелин-синтазой приводит к образованию сфингомиелина. Присоединение углеводных компонентов катализируется специфическими гликозилтрансферазами. Донорами

углеводных компонентов служат активированные сахара: УДФ-галактоза и УДФ-глюкоза. Галактоцереброзид - главный липид миелино-вых оболочек; глюкоцереброзид входит в состав мембран многих клеток и служит предшественником в синтезе более сложных гликолипидов или продуктом на пути их катаболизма.

Катаболизм сфингомиелина и его нарушения. В лизосомах находятся ферменты, способные гидролизовать любые компоненты клеток. Эти ферменты называют кислыми гидролазами, так как они активны в кислой среде. Значение рН = 5, оптимальное для работы ферментов, создаётся протонным насосом, который, используя энергию АТФ, накачивает ионы водорода в лизосо-мы. Катаболизм сфингомиелинов и гликоли-пидов происходит в лизосомах. В распаде сфин-гомиелинов участвуют 2 фермента - сфингоми-елиназа, отщепляющая фосфорилхолин, и цера-мидаза, продуктами действия которой являются сфингозин и жирная кислота (рис. 8-63).

Генетический дефект сфингомиелиназы - причина болезни Ниманна-Пика. Дети с таким дефектом погибают в раннем возрасте. Симптомы заболевания: увеличение печени и селезёнки (гепатоспленомегалия), в лизосомах которых накапливается сфингомиелин; умственная отсталость. Генетический дефект другого фермента (церамидазы) приводит к развитию болезни Фарбера, симптомами которой также являются гепато- и спленомегалия, а также поражение суставов (болезненность, отёчность).

Катаболизм гликосфинголипидов. Катаболизм гликосфинголипидов начинается с перемещения их с поверхности клетки в цитоплазму по механизму эндоцитоза. В результате молекулы, расположенные на поверхности мембран, оказываются в эндоцитозных везикулах в цито-плазме и сливаются с лизосомами. В лизосомах находятся все ферменты, необходимые для гидролиза сложных молекул гликосфинголипидов: α- и β-галактозидазы, β-глюкозидазы, нейрамини-даза (сиалидаза) и церамидаза. В результате последовательных реакций гидролиза сложные молекулы гликосфинголипидов распадаются до мономеров: глюкозы, галактозы, жирной кислоты, сфингозина и других метаболитов.

Генетические дефекты лизосомных ферментов катаболизма гликосфинголипидов. В норме синтез и катаболизм гликосфинголипидов сбалансированы таким образом, что количество этих

Рис. 8-62. Синтез сфинголипидов из церамида. Обозначения: гал - галактоза; глк - глюкоза; гал - Naц-N-ацетилгалактозамин; N-АНК - N-ацетилнейраминовая кислота; УДФ-галактоза, УДФ-глюкоза - активные формы углеводов, присоединяемые специфическими гликозилтрансферазами; ЦМФ-N-AHK - активная форма N-ацетилнейраминовой кислоты; ФАФС - фосфоаденозилфосфосульфат - активная форма серной кислоты. Фосфохолин или углеводы присоединяются по месту гидроксиметильной группы церамида (выделена пунктиром). Каждый остаток углевода присоединяется специфической гликозилтрансферазой в цистернах шероховатого ЭР и аппарате Гольджи.

Рис. 8-63. Гидролиз сфингомиелина.

компонентов в мембранах постоянно. Если имеется генетический дефект какого-либо лизосомного фермента, участвующего в катаболизме гликосфинголипида, то в лизосомах

накапливается недеполимеризованный субстрат, так называемые «остаточные тельца», размеры лизосом увеличиваются, их мембрана может разрушаться, ферменты выходят в цитозоль, и функции клеток нарушаются. Генетические заболевания вследствие дефекта какого-либо из ферментов катаболизма гликосфинголипидов называют сфинголипидозами, или лизосомными болезнями. Эти заболевания редки, но среди некоторых популяций людей их частота очень высока. Так, болезнь Гоше вследствие дефекта фермента β-глюкозидазы (рис. 8-64) у евреев встречается с частотой 166:100 000, болезнь Тея-Сакса (дефект фермента β-гексозаминида-зы) - с частотой 33:100 000. Сфинголипидозы обычно приводят к смерти в раннем возрасте, так как происходит поражение клеток нервной ткани, где сконцентрированы гликосфинго-липиды. Однако при болезнях Гоше и Фабри больные живут относительно долго.

Рис. 8-64. Катаболизм гликосфинголипидов. На схеме указаны ферменты, генетические дефекты которых являются причиной наследственных заболеваний - сфинголипидозов.