MASTNÉ KYSELINY, LIPIDY (BIOSYNTÉZA)

Transkript

1 MASTNÉ KYSELINY, LIPIDY (BISYNTÉZA)

2 BSAH Syntéza mastných kyselin cholesterolu žlučové kyseliny isoprenoidy steroly

3 Rozdíly mezi odbouráváním a syntézou mastných kyselin 1. Syntéza mastných kyselin probíhá v cytoplasmě, odbourávání v matrix mitochondrií. Acetyl-oA vstupuje do cytoplasmy ve formě citrátu. 2. Meziprodukty syntézy mastných kyselin jsou kovalentně vázány na sulfhydrylové skupiny AP (acyl carrier protein), kdežto meziprodukty degradace jsou vázány na SH skupinu oa. 3. Enzymy syntézy mastných kyselin vyšších organismů jsou spojeny do polypeptidového řetězce zvaného synthasa mastných kyselin. Enzymy degradace jsou v matrix volně.

4 Rozdíly mezi odbouráváním a syntézou mastných kyselin 4. Řetězec mastných kyselin se prodlužuje o dva uhlíky z acetyl-oa. Aktivovaným donorem dvou uhlíků je malonyl-oa a prodlužování řetězce je poháněno odštěpováním Redukčním činidlem při syntéze je NADPH, oxidačními činidly při degradaci jsou FAD a NAD Prodlužování řetězce na synthase mastných kyselin končí tvorbou palmitátu ( 16 ). Další prodlužování řetězce a tvorba nenasycených kyselin probíhá na jiných enzymech.

5 Srovnání syntézy a odbourávání mastných kyselin

6 Trikarboxylátový transportní systém Vstup acetyl-oa do cytoplasmy Membrána je nepropustná pro acetyl-oa Vstup do cytosolu ve formě citrátu ytosolová ATP-citrátlyasa (připomíná obrácenou reakci citrátsyntasy) Transport citrátu do cytosolu je v rovnováze s transportem pyruvátu do mitochondrií Reakce malát na pyruvát je zdrojem NADPH

7 Zdroj NADPH pro syntézu mastných kyselin xaloacetát je redukován za účasti NADH na malát cytosolovou malátdehydrogenasou: xaloacetát + NADH + H + malát + NAD + Malát je oxidačně dekarboxylován NADP + -malátovým enzymem (také jablečný enzym): Malát + NADP + pyruvát NADPH Konečně pyruvát vstupuje do mitochondrie, kde je karboxylován pyruvátkarboxylasou: Pyruvát ATP + H 2 oxaloacetát + ADP + P i + 2 H + Sumární rovnice: NADP + + NADH + ATP + H 2 NADPH + NAD + + ADP + P i + H +

8 Transfer acetyl-oa do cytosolu

9 Biosynéza mastných kyselin

10 Acetyl-oA-karboxylasa Klíčovým krokem syntézy mastných kyselin je tvorba malonyl-oa Acetyl-oA + ATP + H 3 - malonyl-oa + ADP + P i + H + Katalyzuje acetyl-oa-karboxylasa (obsahuje biotin). Reakce probíhá ve dvou stupních:

11 Acetyl-oA-karboxylasa Struktura: U E.coli dvě podjednotky (biotinkarboxylasa a transkarboxylasa), biotin vázán na 3. podjednotce tj. protein přenášející biotinový karboxyl U savců a ptáků jeden polypeptidický řetěze má obě enzymové aktivity biotinkarboxylasa a transkarboxylasa

12 Acetyl-oA-karboxylasa Ptačí a savčí acetyl-oa-karboxylasa je regulačním enzymem metabolismu mastných kyselin. U savců a ptáků rychlost biosyntézy MK je regulována rovnováhou reakce: Protomer (neaktivní) polymer (aktivní) Tvorbu polymerů pozitivně ovlivňuje citrát (aktivuje biosyntézu MK) Rozpad polymerů iniciuje palmitoyl- oa a AMP zpětnovazebný inhibitor

13 Acetyl-oA-karboxylasa Ptačí a savčí acetyl-oa-karboxylasa je regulačním enzymem metabolismu mastných kyselin. Hormonální regulace Glukagon, adrenalin, noradrenalin spouští camp fosforylaci enzymu, která posouvá rovnováhu ve prospěch neaktivního protomeru Inzulin stimuluje syntézu mastných kyselin aktivací karboxylasy Insulin (glukagon a adrenalin mají opačný účinek). Poznámka U prokaryontních organismů je enzym acetyl-oa-karboxylasa regulován prostřednictvím guanidinových nukleotidů MK jsou syntetizovány v odpovědi na požadavky buněčného růstu. MK nejsou skladovány jako tuky, fungují jako prekursory fosfolipidů.

14 Místa regulace metabolismu mastných kyselin

15 Biosynéza mastných kyselin

16 Jednotlivé kroky syntézy mastných kyselin 1 Syntéza malonyl-oa acetyl-oa-karboxylasa 2 Navázání acetyl-oa na E 3 Navázání malonyl-oa na AP acetyltransacylasa malonyltransacylasa 4 Kondenzační reakce: acylmalonyl-ap-kondenzační enzym Acetyl-E + malonyl-ap acetoacetyl-ap + (E) První redukce b-ketoacyl-ap-reduktasa Acetoacetyl-AP + NADPH + H + D-3-hydroxybutyryl-AP + NADP 6 Dehydratace 3-hydroxyacyldehydratasa D-3-Hydroxybutyryl-AP krotonyl-ap + H 2 7 Druhá redukce enoyl-ap-reduktasa Krotonyl-AP + NADPH + H + butyryl-ap + NADP +

17 Savčí synthasa mastných kyselin

18 Savčí synthasa mastných kyselin Doména 1 (modrá): AT-acetyltransferasa, MT-malonyltransferasa, Ekondenzační enzym. Doména 2 (žlutá): AP, b-ketoacylreduktasa (KR), dehydratasa (DH), enoylreduktasa (ER). Doména 3 (červená): thioesterasa (TE). Flexibilní raménka (zelená). AT MT DH ER KR AP TE E ys SH HS TRANSLKAE SH SH ys REDUKE KNDENZAE E TE AP KR ER DH Uvolnění palmitátu MT Vstup substrátu AT

19 AP fosfopanteteinové raménko AP fosfopanteteinové raménko, na kterém jsou vázány meziprodukty syntézy mastných kyselin.

20 Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce Funguje jako dimer. Ke kondenzaci dochází mezi malonylem zavěšeným na jedné podjednotce AP a acetylem na SH kondenzačního enzymu druhé podjednotky. E AP E AP S SH HS SH H 3 H 2 - KNDENZAE H 2 S SH 2 S SH AP E AP E

21 Elongace řetězce Elongace řetězce je zahájena spojením acetylu na kondenzačním enzymu(e), který je součástí synthasy mastných kyselin, s malonylem na AP H 3 S E + - H 2 S AP KNDENZAE H 3 H 2 S AP Acetyl-E Malonyl-AP E + 2 Acetoacetyl-AP

22 Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce bě redukce a dehydratace na fosfopantheteinovém raménku AP E AP E AP HS SH HS SH REDUKE H 2 H--H H 2 H 2 S SH S SH AP E AP E

23 První redukce H 3 H 2 S AP REDUKE H 3 H H H 2 S AP Acetoacetyl-AP H + + NADPH NADP + D-3-Hydroxybutyryl-AP

24 Dehydratace H H DEHYDRATAE H H 3 H 2 S AP D-3-Hydroxybutyryl-AP H 2 H 3 S H Krotonyl-AP AP

25 Druhá redukce H 3 H S H Krotonyl-AP AP REDUKE H + + NADPH NADP + H 3 H 2 H 2 Butyryl-AP S AP

26 Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce Translokací se přenese řetězec z AP na SH skupinu kondenzačního enzymu stejné podjednotky E AP E AP HS SH HS SH H 2 H 2 TRANSLKAE H 2 H 2 S SH SH S AP E AP E

27 Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce Další malonyl se naváže na raménko AP druhé podjednotky. Probíhá druhá kondenzace na protilehlou podjednotku dimeru E AP E AP HS SH HS S H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 - SH S Malonyl-oA oa SH S AP E AP E

28 Pokračování syntézy V dalším kole syntézy se kondenzuje malonyl-ap s butyryl- AP za tvorby 6 -b-ketoacyl-ap. Poté následuje první redukce, dehydratace a druhá redukce za tvorby 6 acyl AP. Prodlužování řetězce se opakuje až do délky 16 palmitát. Thioesterasa je enzym, který odštěpuje palmitát z AP a tím je syntéza ukončena.

29 Biosyntéza mastných kyselin

30 Savčí synthasa mastných kyselin

31 Stechiometrie syntézy mastných kyselin Stechiometrie syntézy palmitátu: Acetyl-oA + 7 malonyl-oa + 14 NADPH + 20 H + palmitát NADP oa + 6 H 2 Stechiometrie syntézy malonyl oa: 7 Acetyl-oA ATP 7 malonyl-oa + 7 ADP + 7 P i + 14 H + elkově: 8 Acetyl-oA + 7 ATP + 14 NADPH + 6 H + palmitát + 14 NADP oa + 6 H ADP + 7 P i

32 Prodlužování mastných kyselin Prodlužování řetězce a tvorba nenasycených mastných kyselin probíhá na cytosolární straně membrány endoplasmatického retikula. Aktivace s ATP Tvorba dlouhých MK zejména v mozku Biosyntéza v oddělených krocích (rozdíl od základní biosyntézy MK) Acyl je vázán na oa místo na AP

33 Desaturace mastných kyselin Nutný molekulární kyslík Tvorba oleoyl-oa (cis D 9 -dvojná vazba) ze stearoyl-oa: Stearoyl-oA + NADPH + H oleoyl-oa + NADP H 2 Savci nemají enzymy katalyzující vstup dvojné vazby za uhlík -9 řetězce mastných kyselin. Savci nemohou syntetizovat linoleát (18 : 2 cis D 9, D 12 ) a linolenát (18 : 3 cis D 9, D 12, D 15 ). bě mastné kyseliny jsou pro savce esenciální musí být dodány s potravou.

34 Desaturace mastných kyselin

35 Desaturace a prodloužení mastných kyselin Polynenasycené MK - potřebné pro tvorbu signálních molekul Zdroj jsou rostlinné oleje Ryby nedokáží syntetizovat, ale akumulují je z potravy

36 Biosyntéza složených lipidů Většina enzymů je asociována s membránou endoplazmatického retikula Glycerol-3-P vzniká v játrech redukcí glyceron-3-p nebo fosforylací glycerolu, který játra vychytávají z krve pomocí glycerolkinasy v tukové tkání redukcí meziproduktů glykolýzy nebo glyceroneogenezí z např alaninu kys. asparagové a malátu (není přítomna glycerolkinasa)

37 Souhrn metabolismu lipidů.

38 Glyceroneogeneze Novotvorba glycerol-3-fosfátu z pyruvátu, která je nutná pro reesterifikaci mastných kyselin, zejm. v tukové tkáni. Až na poslední krok (redukci dihydroxyacetonfosfátu) se shoduje s první fází glukoneogeneze, klíčovým enzymem (limitujícím rychlost) je fosfoenolpyruvátkarboxykináza. Dihydroxyacetonfosfát pro tvorbu glycerol-3-fosfátu pro syntézu triacylglycerolů má původ v glykolýze nebo z oxaloacetátu glyceroneogeneze. Při hladovění je asi 30 % mastných kyselin vstupujících do jater reesterifikováno na triacylglycerol a ten poté transportován VLDL. Adipocyty v situaci hladovění vykazují také glyceroneogenezi. Nemají glukoneogenezi, ale mají enzym glukoneogeneze fosfoenolpyruvátkarboxykinasu (PEPK), který je aktivován při nízkých hladinách glukosy. Převádí oxaloacetát na fosfoenolpyruvát (GTP).

39 Eikosanoidy (20) Eikosanoidy (z řec. eikosi dvacet) jsou sloučeniny odvozené od polyenových nenasycených mastných kyselin s řetězcem dlouhým 20 uhlíků (deriváty arachidonové kyseliny). Řadíme sem leukotrieny prostanoidů: prostaglandiny, prostacykliny a tromboxany. Vznikají především účinkem enzymů cyklooxygenázy cytochromu P450 lipogenázy

40 Eikosanoidy (20)

41 Prostaglandin E 2 PGE bjeveny v seminální plazmě. Vyskytují se téměř ve všech tkáních (ledviny, myokard, plíce, stěny arterií a jinde), ve kterých působí jako místní hormony. Thromboxany, objevené v trombocytech (dále leukocyty a žírné buňky). Leukotrieny - poprvé popsány v leukocytech.

42 Eikosanoidy (20) Eikosanoidy jsou vnitrobuněčné signalizační molekuly (tzv. autokrinní), které ovlivňují svalový stah, srážení krve, bolest či například zánět. Poločas eikosanoidů je mimořádně krátký, v řádu minut. Eikosanoidy působí při velmi nízkých koncentracích a způsobují bolest a horečku. Regulují tlak krve, srážení krve a reprodukci. Nejsou transportovány krví, ale působí lokálně v blízkosti buněk ve kterých se tvoří. Rozpadají se řádově v minutách a sekundách.

43 Eikosanoidy (20) Hlavním enzymem syntézy prostaglandinů je prostaglandin H 2 synthasa. Má dvě katalytické aktivity: cyklooxygenasa a peroxidasa. značuje se X! Aspirin inhibuje syntézu prostaglandinů acetylací specifického Ser prostaglandin H 2 synthasy. Další nesteroidní protizánětlivé látky jako ibuprofen a acetaminophen se nekovalentně váží na enzym a podobně blokují aktivní místo. H 3 H 3 H H H 2 H Ibuprofen = NH H Acetaminofen

44 Eikosanoidy (20)

45 Biosyntéza isopentenyldifosfátu a cholesterolu

46 Biosyntéza isopentenyldifosfátu v cytoplasmě Meziprodukty jsou 3-hydroxy-3-methylglutaryl-oA (HMG-oA) a HMG-oA se převádí v mitochondriích na acetyl-oa a acetoacetát (ketolátky) H 3 v cytosolu na mevalonát H 3 H 2 + S Acetyl-oA S Acetoacetyl-oA oa oa H 2 oa - H 3 H 2 H H 2 S oa 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-oA (HMG-oA) YTSL 2 H NADPH oa + 2 NADP + - H 3 - H 3 H 2 H Mevalonát S Acetyl-oA + H 2 H 2 oa H H 2 MITHNDRIE Acetoacetát

47 Biosyntéza isopentenyldifosfátu v cytoplasmě Syntéza mevalonátu je klíčovým stupněm syntézy cholesterolu. Redukce HMG-oA enzymem HMG-oA-reduktasou je ireversibilním stupněm, kontrolním bodem syntézy. Reduktasa je integrální součástí membránových proteinů v endoplasmatickém retikulu. HMG-oA + 2 NADPH + 2 H + mevalonát + 2 NADP + + oa

48 Biosyntéza isopentenyldifosfátu v cytoplasmě

49 Rozvětvená dráha metabolismu isoprenoidů v savčích buňkách

50 holesterol: Modulátor fluidity živočišných membrán Prekurzor steroidních hormonů Prekurzor žlučových kyselin Prekurzor vitaminu D holesterol má 27 uhlíkových atomů a všechny mají původ v acetyl-oa. Biosyntéza cholesterolu 21H H A 4 5 B D

51 Syntéza isopentenyldifosfátu Syntéza cholesterolu se uskutečňuje ve třech stupních: A) Syntéza isopentenyldifosfátu, jako aktivní isoprenové jednotky. B) Kondenzace šesti molekul isopentenyldifosfátu za tvorby skvalenu. ) yklizace skvalenu řadou reakcí na tetracyklický produkt, který je bezprostředně převeden na cholesterol H 2 H ATP ADP H ATP ADP H ATP ADP 2- P P i H 2 H H 2 + P 2- H 2 + P + P 2- H 2 + P + P 2- H 2 + P + P Mevalonát 5-Fosfomevalonát 5-Difosfomevalonát 3-Isopentenyldifosfát

52 Izomerizace isopentenyldifosfát dimethylallyldifosfát H 2 H 3 3- H 2 P 2 P 3 3-Isopentenyldifosfát 3- H 2 P 2 P 3 Dimethylallyldifosfát

53 Biosyntéza cholesterolu

54 Mechanismus kondenzace allylového substrátu Mechanismus kondenzace allylového substrátu (dimethylallyldifosfát) s 3-isopentenyldifosfátem. Kondenzace hlava ocas. 3-Isopentenyldifosfát P 2 P 3 3- P 2 P 3 3- H 2 H 2 R H 2 R + H 2 - H Allylový substrát PP i H Allylový karbanion

55 Geranyl, farnesyl Geranyl = dimethylallyldifosfát + isopentenyldifosfát Farnesyl = geranyl + isopentenyldifosfát P 2 P 3 3- P 2 P 3 3- R H H 2 H 2 + H 2 H 2 H + R H H 2 H 2 H H 2 Geranyl(10)-(farnesyl-15)-difosfát

56 Geranyldifosfát H 3 3- P 2 P 3 Dimethylallyldifosfát H 2 3- P 2 P 3 3-Isopentenyldifosfát PP i P 2 P 3 3- H 3 Geranyldifosfát

57 Farnesyldifosfát P 2 P 3 3- H 3 Geranyldifosfát Dimethylallyldifosfát H 2 P 2 P Isopentenyldifosfát PP i P 2 P 3 3- H 3 Farnesyldifosfát Farnesyldifosfát

58 Skvalen Skvalen = 2 x farnesyldifosfát + NADPH Kondenzace hlava ocas. P 2 P 3 3- H 3 Farnesyldifosfát Farnesyldifosfát + NADPH PP i + NADP + + H + H 3 Skvalen

59 yklizace skvalenu yklizace skvalenu na lanosterol přes skvalen epoxid a protosterolový kationt 2 + NADPH + H + H 2 + NADP + Skvalen Skvalen epoxid H + H 3 H H + H 3 H H H H 3 H H + H H H Lanosterol Protosterolový kation

60 Základní struktura Lanosterol peroxisomu Lanosterol přechází řadou reakcí na cholesterol. odstranění tří methylů (3x 2 ) redukce jedné dvojné vazby NADPH přesun druhé dvojné vazby H 3 H 3 H 3 19 KRKŮ H 3 HH H H H 3 Lanosterol holesterol

61 Regulace biosyntézy a transportu cholesterolu. Regulace aktivity HMG-oA reduktasy Krátkodobá regulace katalytické aktivity 1. kompetitivní inhibicí (úplná suprese vyžaduje dva regulátory cholesterol z LDL a nesteroidní produkt syntetizovaný endogenně z mevalonátu) 2. allosterické efekty 3. kovalentní modifikace reverzibilní fosforylace 4. Hormonální Dlouhodobá regulace na úrovni koncentrace enzymu jeho syntézy a odbourání

62 Regulace HMG-oA reduktasy vratnou fosforylací

63 Inhibitory syntézy cholesterolu Syntéza cholesterolu může být efektivně blokována třídou sloučenin zvaných statiny (např. lovastatin také s názvem mevacor). Jedná se o silné inhibitory (K i = 1 nm) HMG-oA reduktasy. H H 3 - H H H 3 Atherosklerosa!! Lovastatin

64 Inhibitory syntézy cholesterolu

65 Regulace biosyntézy a transportu cholesterolu. cholesterol z LDL snižuje rychlost syntézy HMG-oA reduktasy zvyšuje rychlost syntézy acyl-oa-cholesterol-acyltransferasy (AAT) (esterifikace)

66 Regulace transportu cholesterolu. Regulací syntézy receptorů pro LDL. Vysoké koncentrace cholesterolu uvnitř buňky potlačují syntézu receptorů pro LDL, nízké stimulují Regulace rychlostí esterifikace tedy i rychlostí odbourávání volného cholesterolu. AAT (cholesterolacyl-transferasa) enzym katalyzuje esterifikaci cholesterolu je regulován vratnou fosforylací i dlouhodobou kontrolou

67 Syntéza žlučových kyselin Polární deriváty cholesterolu vysoce efektivní detergenty holesterol H H 3 - H H 3 SoA H 3 H H H H Trihydroxykoprostanoát holyl-oa Glycin Taurin H H 3 NH - H H 3 NH - S 3 H H H H Glykocholát Taurocholát

68 Steroidní hormony holesterol je prekurzorem pěti hlavních tříd steroidních hormonů: progestageny glukokortikoidy mineralokortikoidy androgeny estrogeny. Biosyntetická cesta tříd steroidních hormonů.

69 Základní steroidní hormony Testosteron androgeny Kortizol glukokortikoidy Aldosteron mineralokortikoid Estradiol estrogeny

70 Funkce steroidních hormonů Progestagen jako progesteron připravuje dělohu pro přijetí vajíčka. Androgeny jako testosteron vývoj sekundárních pohlavních znaků mužů. Estrogeny jako estron vývoj sekundárních pohlavních znaků žen, ovariální cyklus. Glukokortikoidy jako kortisol ovlivňují metabolismus sacharidů, proteinů a lipidů, inhibice zánětů. Mineralokortikoidy jako aldosteron regulace vylučování vody a solí ledvinami (zvýšení reabsorbce Na + a vylučování K + a H + což vede ke zvýšení objemu a tlaku krve).

71 Místo syntézy steroidních hormonů Hlavními místy syntézy steroidních hormonů jsou: Žluté tělísko (orpus luteum) pro progestageny. Vaječníky pro estrogeny. Varlata pro androgeny. Kůra nadledvinek pro glukokortikoidy a mineralokortikoidy.

72 Kontrola hladiny a 2+ a fosfátů. Aktivním hormonem je kalcitriol. Nejedná se o pravý steroid Vitamin D H 3 H 3 H 3 H 3 Ultrafialové záření H H 7-Dehydroxycholesterol Provitamin D 3 H 3 H 3 H 3 H H 3 H 2 H 2 H H Kalcitriol (1,25-Dihydroxycholekalciferol) H Vitamin D 3 (holekalciferol)

73 Vitamin D 2 (ergokalciferol) má shodnou strukturu s vitaminem D 3 až na vedlejší řetězec v poloze 17! Struktura vitaminu D 2 H 3 Vytváří se v kůži působením UV záření z rostlinného ergosterolu (je v mléce). H 9 10 Ergosterol Vitaminy D se ukládají v tucích. Vysoké hladiny vedou k intoxikaci - kalcifikují se měkké tkáně, tvoří ledvinové kameny. H 2 H 3 Pigmentace chrání před intoxikací vitaminy D. H Vitamin D 2 (ergokalciferol)

74 Prekurzorem terpenů řetězců ubichinonu chlorofylu karotenoidů vitaminu K Isopentenyldifosfát Myrcen (bobkový list) Limonen (citronová silice) Zingiberen (zázvor)

75 Je syntetizován - rostlinami jako fylochinon - bakteriemi jako menachinon (střevní bakterie) Je rozpustný v tucích Vitamin K Je nezbytný - pro funkci několika proteinů podílejících se na srážení krve - v procesu mineralizace kostí, buněčného růstu a metabolismu proteinů cévní stěny. Denní doporučený příjem je 0,5-1 mg Díky jeho syntéze ve střevě je jeho nedostatek vzácný. Zdroj: Zelené části rostlin, játra, rostlinné oleje, maso, pistáciové oříšky

76 Ubichinon (Q10) Podobnost s vitamínem K 2 Za výzkum koenzymu Q10 byla v roce 1978 Angličanu Peteru Mitchellovi udělena Nobelova cena. Je obsažen ve většině lidských buněk, vyjma červených krvinek a buněk v čočce, kterým chybí mitochondrie. Dvě základní funkce. 1. pomáhá v přeměnách v elektronovém transportním řetězci na membráně mitochondrií, například u akceptoru zvaného cytochrom bc1. 2. antioxidant v mitochondriích a lipidových membránách, brání tyto struktury před volnými radikály. Koenzym Q10 je z části syntetizován v těle, z části je přijímám potravou. S věkem klesá podíl vlastní syntézy. V orgánech dochází k poklesu tkáňové koncentrace Q10.

77 Vitamin E Vitamin E je souhrnné pojmenování přírodních chemických látek (jinak též tokoferoly). Patří mezi vitamíny rozpustné v tucích. V organismu slouží jako důležitý antioxidant, chrání buněčné membrány před poškozením volnými radikály. Tokoferol α-tokoferol β-tokoferol γ-tokoferol δ-tokoferol chemický název 5,7,8-trimethyltokol 5,8-dimethyltokol 7,8-dimethyltokol 8-methyltokol

78 Vitamin A (retinol) Je rozpustný v tucích Dvě přirozené formy vitamín A1 (retinol) a vitamín A2 (3- dehydroretin). Je nutný pro 1. tvorbu rodopsinu, zrakového pigmentu používaného za nízkého osvětlení. Nedostatek vede k šerosleposti 2. důležitý antioxidant 3. je nezbytný pro vývoj epitelií, při jeho nedostatku buňky rohovatí (xeróza). Zdrojem vitaminu A je alfa-karoten, beta-karoten a lykopen, což jsou oranžová a červená barviva. Vitamín A vzniká z provitamínu A, tedy především z beta-karotenu.

79 Fytol (20) Fytol (20) = diterpenový alkohol Je složen ze čtyř isoprenových jednotek. Fytol-vedlejší řetězec chlorofylu je Prekurzor vitaminu E a K1

80 Karotenoidy Karotenoidy barviva rajčat a mrkve. Absorbují světlo, protože obsahují konjugované dvojné vazby (mezi 400 až 500 nm). Jejich 40 uhlíkatý řetězec je skládán z 5 jednotek až po geranylgeranyldifosfát 20, jehož dvě molekuly kondenzují způsobem hlava-ocas za tvorby fytoenu 40. Fytoen přejde po dehydrogenaci na lykopen. yklizací obou konců lykopenu získáme b-karoten prekurzor retinalu. Lykopen b-karoten

81 Triacylglyceroly z potravy Triacylglyceroly ze střevní sliznice jsou z důvodu nerozpustnosti převáděny na micely za účasti žlučových kyselin. Žlučové kyseliny jsou amfipatické (obsahují polární i nepolární části), jsou syntetizovány v játrech a uvolňovány ze žlučníku. Žlučové kyseliny obalí triacylglyceroly a usnadní tak funkci hydrolytickým lipasam. Např. glykocholát. H H 3 N H - H H H H H H Glykocholát

82 Lipoproteiny Lipidy vázané na proteiny kovalentní vazba, na proteiny je navázána mastná kyselina, glykolipidový zbytek, fosfolipid, kotví proteiny v membráně Lipoproteiny částice tvořené z nekovalentně asociovaných lipidů a proteinů, působí jako přenašeče triacylglycerolů a cholesterolu v krevní plazmě Stavba krevního lipoproteinu

83 Lipoproteiny hylomikrony transportují exogenní triacylglyceroly do střev Lipoproteiny s velmi nízkou (VLDL), nízkou (LDL) a střední hustotou (IDL) přenášejí endogenní triacylglyceroly a cholesterol z jater do tkání Lipoproteiny s vysokou hustotou (HDL) přenášejí endogenní cholesterol z tkání do jater Třída lipoproteinů hylomikrony VLDL IDL LDL HDL triacylglyceroly Hlavní lipidy endogenní triacylglyceroly, estery cholesterolu, cholesterol estery cholesterolu, triacylglyceroly, cholesterol estery cholesterolu, cholesterol, triacylglyceroly estery cholesterolu, cholesterol

84 LDL hlavní transportér cholesterolu krví

85 Model transportu triacylglycerolů a cholesterolu u lidí

86 hylomikrony Funkce lipoproteinů íl - dopravit triacylglyceroly z potravy do svalu a adipozní tkáně a cholesterol z potravy do jater. Vznikají ve střevní sliznici, uvolněny do střevní lymfy a do cév. Adherese na vnitřním povrchu kapilár kosterního svalstva a tukové tkáně. Hydrolýza triacylglycerolů lipasami Monoacylglyceroly a MK jsou přijímány tkáněmi. hylomikronové zbytky s cholesterolem vstupují do oběhu a jsou vychytány játry.

87 Funkce lipoproteinů VLDL syntetizovány v játrech transport lipidů a cholesterolu do tkání receptorová endocytoza vstup LDL do jater a dalších tkání HDL opačná funkce než LDL odstraňují cholesterol z tkání HDL receptory játra likvidují cholesterol přes žlučové kyseliny

88 Receptorová endocytoza

89 Ateroskleroza Progresivní choroba začínající ukládáním lipidů v buňkách hladkého svalstva vnitřních tepen stávají se fibrózními, zužují se a mohou se uzavřít Vznik souvisí s hladinou cholesterolu v plasmě Snížení rozkladu plasmových LDL v důsledku nedostatku LDL receptorů Zvýšená rychlost tvorby IDL Epidemiologické studie vysoká hladina plasmových HDL má úzkou souvislost s nízkým výskytem kardiovaskulárního onemocnění

90 Úloha LDL receptorů Hypercholesterolemie plyne z nadprodukce nebo nedostatečného využití LDL a je vyvolána 1. Geneticky familiární hypercholesterolemie (FH) nedostatek receptorů pro LDL 2. Potravou s vysokým obsahem cholesterolu podobný účinek jako FH nadbytečný cholesterol z potravy potlačuje syntézu LDL receptorů

91

92 Vlastnosti biologických membrán Membrány tvoří vrstvené struktury o síle dvou molekul. Tloušťka membrán je mezi 6 nm až 10 nm. Membrány obsahují hlavně lipidy a proteiny v poměru od 1 : 4 až 4 : 1. Membránové lipidy jsou malé molekuly s částmi hydrofilními a hydrofobními. Vytváří lipidové dvojvrstvy. Specifické proteiny zprostředkovávají různé funkce membrán. Proteiny slouží jako pumpy, kanály, receptory, přenašeče energie a enzymy. Membrány jsou nekovalentní seskupení. Membrány jsou asymetrické. Dvě strany biologické membrány se od sebe liší. Membrány vytváří fluidní mozaiku. Většina membrán je elektricky polarizována.

93 Struktura plasmatické membrány

94 Složení membrán

95 Model tekuté mozaiky Vlastnosti - redistribuce a inzerce proteinů, fúze biomembrán, plasticita membrán, exocytóza, endocytóza, transport Lipidy Hydrofilní doména Hydrofobní doména

96 Steroly Rostlinné membránové lipidy

97 Pohyb fosfolipidů v membáně rychlý - v jedné vrstvě (2mm/s) pomalý - mezi vrstvami molekuly nejsou vázány kovalentně postranní difúze poskakování kmitání rotace přepínání - flippasa - přepínač Pohyb sterolů - pomalá difúze ve vrstvě lipidů, - rychlý přesun mezi vrstvami lipidů (bez enzymu)

98 Proteiny - podle asociace s lipidovou dvojnou vrstvou

99 Proteiny periferní a integrované 4 třídy membránových proteinů - vázané na: 1. mastné kyseliny 2. prenylové skupiny 3. fosfatidylinositol 4. cholesterol (u rostlin nejsou známy)

100 Funkce biologických membrán kompartmentace (oddělení) určitých složek transport molekul (permeabilní bariera) specifita membrány (informační procesy) metabolické děje transformace energie možnost změny tvaru

101 Funkce proteinů plasmatické membrány Transport Enzymatická aktivita Signální přenos Mezibuněčné spoje (živ.b.) Vzájemné rozpoznávání buněk(živ. b.) Připojení k cytoskeletu Funkční třída Příklad proteinu Specifická funkce Přenašeče Sodná pumpa (Na + /K + -ATPáza Aktivně čerpá Na + ven z buněk a K + do buněk Spojníky Integriny Spojuje aktinová filamenta uvniř buňky s proteiny extracelulární matrix Receptory Receptor destičkového růstového faktoru Enzymy Váže příslušný růstový faktor a generuje intracelulární signál pro růst a dělení buňky Adenylátcykláza Tvorba camp, odpověď na extracelulární signály