Metabolismus lipidů. lipoproteiny. Josef Tomandl, 2013

Transkript

1 Metabolismus lipidů Mastné kyseliny, cholesterol, lipoproteiny Josef Tomandl,

2 Typy lipidů triacylglyceroly fosfolipidy steroidy prostanoidy leukotrieny glycerofosfolipidy sfingofosfolipidy 2

3 Lipidy v krevní plazmě 3 Esterifikovaný Celkový

4 TG jako zásoba energie nejefektivnější forma ukládání energie TG jsou ukládány bez vazby vody, zatímco gram gy glykogenu g váže 2 gramy vody Sloučenina Spalné teplo (kj/g) Glykogen 17 TG 38 4

5 Metabolismus triacylglycerolů O O CH2 O C R R C O CH CH2 O C R O 1. Hydrolytické odštěpování mastných kyselin 2. Metabolismus mastných kyselin a glycerolu 5

6 Lipasy katalyzují hydrolýzu triacylglycerolů R O C O O CH2 O C CH CH2 O C R O R Štěpí esterovou vazbu mezi glycerolem a MK 6

7 Lipasy Extracelulární pankreatická ká (slinivka tenké střevo) lipoproteinová i (stěna cévního endotelu) jaterní (na povrchu sinusoidů) Intracelulární hormon senzitivní (adipocytární) (tukové buňky) kyselá (lyzosomy) 7

8 Lipoproteinová lipasa působí na chylomikrony a VLDL v krvi TG glycerol + 3 MK CH2O-CO-R CO R-CO-OCH CH2O-CO-R 8

9 Hormon senzitivní lipasa působí v tukových buňkách závisí na působení hormonů glukagon - klidové hladovění ě adrenalin - stres uvolňuje mastné kyseliny do krve TG glycerol + 3 MK 9

10 Pankreatická lipasa (+ kolipasa) působí v tenkém střevě, štěpí tuky přijaté potravou TG 2-monoacylglycerol + 2 MK R-CO-OCH OCH CH2O-CO-R CH2O-CO-R 10

11 Emulgace lipidů je podmínkou účinného trávení hydrofobních lipidů umožnění přístupu enzymů Emulgátory v tenkém střevě soli žlučových kyselin fosfolipidy soli mastných kyselin 11

12 Resorpce lipidů buňkami střevní sliznice Směsné micely Kartáčový lem Epitelové buňky MK do 10 C nevstupují do micel, jsou absorbovány přímo 12

13 Transport lipidů z buněk střevní sliznice AK apoproteint i B-48 (apoprotein A-I) CHE PL TG MK s krátkým řetězcem glycerol gy Portální žíla chylomikron Lymfatické cévy 13

14 Transport volných MK v ECT Uvolnění ě z TG v ECT (CM, VLDL) Uvolnění z TG v adipocytech Lipoproteinová lipasa Adipocytární lipasa MK v krvi - vazba na albumin (~ 1 mmol/l, poločas č 2 min) 14

15 Transport MK v buňkách přes buněčnou membránu speciálními proteiny v cytoplazmě pomocí FABP (fatty acid binding protein) 15

16 Pro transport MK do mitochondrie je potřebný karnitin CH 3 * H 3 C N CH 2 CH CH 2 COOH CH 3 OH MK s krátkým řetězcem karnitin nevyžadují Doplněk stravy zlepšení fyzického výkonu, zhubnutí 16

17 Transport mastné kyseliny do mitochondrie mezimembránový prostor vnitřní mitoch. membrána matrix acyl-coa karnitin karnitin acyl-coa CoA acyl-karnitin karnitin/acylkarnitin výměník acyl-karnitin CoA dvě formy karnitinacyltransferasy 17

18 β-oxidace O mastných kyselin Význam: zisk energie Probíhá prakticky ve všech buňkách (ne v erc) Lokalizace: matrix mitochondrie Průběh: postupné odštěpování acetyl-coa 18

19 β-oxidace mastných kyselin hlavní cesta odbourání MK do reakce vstupuje acyl-coa oxiduje se β-uhlík (C-3) obecný mechanismus opakování čtyř reakcí: dehydrogenace hydratace dehydrogenace odštěpení acetyl-coa 19

20 (1) Dehydrogenace acylu nasycený acyl-coa β α O R CH 2 CH 2 CH 2 C S CoA Vznik dvojné vazby v acyl-coa FAD Vznik redukovaného kofaktoru FADH 2 FADH 2 α,β-nenasycený acyl-coa O R CH 2 CH CH C S CoA 20

21 (2) Hydratace dvojné vazby α,β-nenasycený acyl-coa O R CH 2 CH CH C S CoA Vazba vody na dvojnou vazbu Vznik hydroxylovaného acylu H 2 O β-hydroxyacyl-coa y y y β O R CH 2 CH CH 2 C OH S CoA 21

22 (3) Dehydrogenace hydroxyacylu β-hydroxyacyl-coa O R CH 2 CH CH 2 C OH S CoA Oxidace hydroxylu na oxo-skupinu Vznik redukovaného kofaktoru NADH NAD + NADH + H + β-oxoacyl-coa O R CH 2 C CH 2 C O S CoA 22

23 (4) Thiolytické odštěpení acetyl-coa R CH 2 C O CH 2 O C S CoA Odštěpení acetyl-coa Zkrácení acylu o 2 C S H CoA thiolasa O R CH 2 C S CoA acyl-coa (o dva C kratší) H 3 C 3 O C S CoA acetyl-coa CC 23

24 Energetický výtěžek oxidace palmitoyl-coa 7 β-oxidace Palmitoyl-CoA 8 acetyl-coa + 7 FADH NADH (16 C) 8 12 ATP 7 2 ATP 7 3 ATP Celkem = 129 ATP / palmitát 2 ATP je potřeba na vznik palmitoyl-coa Srovnej Glukosa pyruvát/laktát zisk 2 ATP Glukosa CO 2 + H 2 O zisk ATP 24

25 β-oxidace MK je významným zdrojem energie Kdy probíhá? Jestliže buňka potřebuje energii a nemá dost glukosy. β-oxidace probíhá v postresorpční fázi a při hladovění zejména ve svalech, myokardu a v játrech 25

26 Lipidy v postresorpční p fázi Játra CO 2 +H 2 O+energie TG ketolátky Chol Svaly, myokard CO 2 +H 2 O+energie Acetyl CoA Acetyl CoA β oxidace MK MK albumin β oxidace MK + glycerol P lipasa účinek glukagonu TG tuková tkáň 26

27 Ketolátky (ketonové) látky Acetacetát, 3-hydroxybutyrát - využitelné rozpustné tuky produkovány játry, aceton - odpadní produkt utilizovány pouze extrahepatálními tkáněmi syntéza se zvyšuje při hladovění, diabetu (poměr glukagon/inzulin >>> 1) 27

28 Příčiny vzniku ketolátek Zvýšená mobilizace MK z tukové tkáně ě transport t do jater zvýšená produkce acetyl-coa (β-oxidací) kapacita citrátového cyklu převýšena (resp. nedostatek oxalacetátu) syntéza ketolátek z jater vyloučeny č do cirkulace 28

29 Vzájemný vztah ketolátek OH O H 3 C CH CH 2 C OH - 2H + 2H O O O H 3 C C CH 2 C H 3 C C CH 3 O H - CO 2 β-hydroxymáselná kyselina acetoctová kyselina aceton Kyselina pk A Acetoctová 3,5 β-hydroxymáselná 4,7 Dvě ketolátky jsou středně silné kyseliny Jejich zvýšená produkce spojena s ketoacidózou 29

30 Syntéza mastných kyselin z acetyl-coa Kde probíhá: hlavně játra, limitovaně adipocyty, laktující mléčná žláza (b.střevní sliznice) Kdy probíhá? je-li dostatek acetyl-coa, který není třeba metabolizovat na energii po jídle, je-li dostatek glukosy, která je odbourávána na acetyl-coa? 30

31 Syntéza mastných kyselin z acetyl-coa probíhá v cytoplazmě buněk, je-li dostatek acetyl CoA zdroje acetyl-coa: - glykolýza - odbourání proteinů (ketogenní AK) acetyl-coa palmitát (16 C) postupné prodlužování řetězce o 2 C 8 Acetyl-CoA + 14 NADPH + 7 ATP palmitát 31

32 Elongace MK endoplazmatické retikulum malonyl-coa, NADPH mitochondrie - zvrat β-oxidace Desaturace v ER hepatocytů Δ 9, Δ 6, Δ 5 desaturasy (rostliny též Δ 12, Δ 15 desaturasy) 32

33 Polynenasycené MK Polynenasycené MK (n-3) a (n-6) jsou nezbytné pro výstavbu membrán Linolová (18:2, n-6) a linolenová (18:3, n-3) kyselina jsou pro člověka esenciální (chybí Δ 12, Δ 15 desaturasy) Zdrojem jsou rostlinné oleje a rybí tuk Arachidonová (20:4, n-6) a eikosapentaenová (20:5, n-3) kyselina jsou nezbytné pro syntézu ikosanoidů Deficit polynenasycených MK (n-3) a (n-6) u pokusných zvířat vyvolává poruchy permeability kůže, ztráty na váze, akumulace cholesterolu 33

34 Obecná struktura lipoproteinu Apoproteiny Fosfolipidy Triacylglyceroly Apoproteiny Estery cholesterolu l Cholesterol neesterifikovaný jádro obal 34

35 Typy lipoproteinů TG 84% 54% PL CH Chylomikron CM VLDL Prot 45% 50% LDL HDL 35

36 Charakteristika lipoproteinů Třída Průměr (nm) Poločas přeměny Hlavní lipid CM ~5-15 min TG VLDL ~2h TG IDL ~2h TG/CHE LDL ~2-4 dny CHE HDL 5-12 ~10 h PL/CHE

37 Apoproteiny proteinová složka lipoproteinů funkce: aktivátory a inhibitory enzymů interakce s receptory strukturní (transportní) 37

38 Metabolismus chylomikronů (CM) vznikají v absorpčních buňkách střevní sliznice nesou TG, CH a lipofilní vitaminy přijaté potravou obsahují apo-b 48, syntéza apob-48 limituje tvorbu CM prostřednictví lymfatických cév jsou transportovány do krve (hrudní dučej) 38

39 Jaký je osud chylomikronů vkrvi? do krve vstupují přes ductus thoracicus 1-2 h po zahájení jídla z HDL jsou na CM přenášeny apo E a apo C-II v krevních kapilárách na CM působí lipoproteinová lipasa (LPL) 39

40 Chylomikron v krvi krev ApoCII ApoE lymfa LPL Tuková, svalová tkáň buňky střevní sliznice játra ApoCII apoe Mastné kyseliny Glycerol apoe receptor chylomikronový zbytek 40

41 Metabolismus VLDL vznikají v hepatocytech nesou CH převážně přijatý potravou nesou TG syntetizované v játrech obsahují apo-b 100, malá množství Apo-A A a Apo-C z HDL jsou na VLDL přenášeny apo E a apo CII v krevních kapilárách působí na VLDL LPL VLDL se postupně mění na IDL IDL jsou buď vychytány játry nebo přeměněny na LDL 41

42 Přeměny VLDL-přehled játra VLDL Apo-C,E HDL Tkáně LPL Apo C MK Glyceroll LDL IDL CHE HDL 42

43 Role HDL v metabolismu reverzní transport cholesterolu HDL přejímají cholesterol z periferních tkání a zprostředkují jeho transport do jater existuje několik typů HDL liší se velikostí, tvarem, obsahem lipidů a apoproteinů p mají i různé funkce hlavní subfrakce dle denzity: HDL2, HDL3 HDL podléhají v cirkulaci přeměnám (remodelace HDL) 43

44 Cholesterol HO Význam 5-cholesten-3β-ol nezbytná komponenta membrán zdroj pro syntézu žlučových kyselin, steroidů, vitaminu D 3 Zdroje příjem potravou (žloutek, živočišné tuky, tučné maso, tučné mléčné výrobky, majonéza) biosyntéza 44

45 Biosyntéza cholesterolu kde v těle: obecně většina buněk, hlavně játra, kůra nadledvin, enterocyty, gonády. kde v buňce: cytoplazma, některé enzymy na povrchu ER z čeho: acetylcoa bilance syntézy: 18 acetylcoa, 36 ATP, 16 NADPH 45

46 1. Fáze syntézy cholesterolu - syntéza 3-HMG-CoA ER 3 Acetyl-CoA 3-Hydroxy-3-methyl- glutaryl-coa OH - OOC-CH2-C-CH2-CO-CoA CH3 46

47 Syntéza mevalonátu určuje rychlost syntézy cholesterolu l 2 NADPH OH - OOC-CH2-C-CH2-CO-CoA 2 NADP + OH - OOC-CH2-C-CH2-CH2OH CH3 3-HMG-CoA reduktasa CH3 3-HMG-CoA membrána ER je vysoce regulován Mevalonát je cílem působení farmak (kompetitivní inhibice statiny ti (např. ř lovastatin) ti 47

48 Dokončení syntézy cholesterolu Mevalonát CH 2 CH 2 Skvalen (30 C) cyklizace Skvalen (terpen) HO 48 Cholesterol (27 C)

49 Esterifikace cholesterolu v buňce Cholesterol + acylcoa ACAT acyl-coa-cholesterolacyltransferasa Probíhá v ER O C O Vyšší hydrofobicita Nejčastěji linolová a linolenová kys. 49

50 Hladina cholesterolu v krvi Doporučená hodnota < 5 mmol/l Při nálezu > 5 mmol/l je třeba provést vyšetření metabolismu lipidů LDL-cholesterol = zlý cholesterol HDL-cholesterol = hodný cholesterol Při zjištění vyšší hladiny cholesterolu v krvi je sledováno jeho zastoupení v LDL a HDL frakci : Vysoká hladina HDL cholesterolu prognosticky příznivý faktor 50

51 Odbourávání cholesterolu cholesterol nemůže být v organismu odbourán na CO 2 a H 2 O pouze játra jsou schopna eliminovat i cholesterol l jsou dvě cesty, jak organismus eliminuje cholesterol: - přeměna na žlučové kyseliny (~0,5 g/d) a jejich exkrece (~0,5 g/d) - vylučování cholesterolu žlučí a jeho exkrece (~0,8 g/den) nepatrný podíl cholesterolu je přeměňován na steroidní hormony malé množství cholesterolu se vylučuje kožním a ušním mazem, odloučeným č střevním epitelem 51

52 Bilance cholesterolu za 24 h POTRAVA BIOSYNTÉZA mg mg Pool cholesterolu Cholesterol (žluč) 800 mg Žlučové kyseliny (primární) 500 mg Steroidní hormony, maz, střevní epitel 200 mg mg/den je vylučováno 52

53 Přeměna cholesterolu na žlučové kyseliny JÁTRA 1. reakce - hydroxylace v poloze 7 -určuje rychlost tvorby žluč. kys. HO 7-α-hydroxylasa α (P450) NADPH 7 HO OH probíhá v ER 53

54 Primární žlučové kyseliny 24 C OH COO - COO HO OH HO OH chenodeoxycholát cholát pk A 6 pk A 6 Vl Velmi slabé lbékyseliny Disociované z cca 90 % 54

55 Konjugované žlučové kyseliny OH C O taurin NH SO 3 - OH C O glycin NH COO - HO OH HO OH taurocholová glykocholová pk A 2 pk A 4 Konjugace snižuje hodnoty pk A zvyšuje disociaci i i kyselin detergenční účinnost 55