Syntéza a degradace mastných kyselin. Martina Srbová

Transkript

1 Syntéza a degradace mastných kyselin Martina Srbová

2 Mastné kyseliny (fatty acids, FA) většinou sudý počet atomů uhlíku a lineární řetězec v esterifikované formě jako součást lipidů v neesterifikované formě v plasmě vazba na albumin Dělení MK: dle délky řetězce <C 6 C 6 C 12 C 14 C 20 >C 20 MK s krátkým řetězcem (SCFA) MK se středně dlouhým řetězcem (MCFA) MK se dlouhým řetězcem (LCFA) MK s velmi dlouhým řetězcem (VLCFA) dle počtu dvojných vazeb bez dvojné vazby jedna dvojná vazba více dvojných vazeb nasycené MK (SAFA) mononenasycené MK (MUFA) polynenasycené MK (PUFA)

3 Přehled běžných MK

4 Biosyntéza MK převážně v játrech, tukové tkáni, mléčné žláze při laktaci (vždy při přebytku kalorií) lokalizace: cytoplazma buňky (do C 16 ) endoplazmatické retikulum, mitochondrie (elongace = prodlužování řetězce) enzymy: acetyl-coa-karboxylasa (HCO zdroj CO 2, biotin, ATP) synthasa mastných kyselin (NADPH + H +, kyselina pantothenová) primární substrát: acetyl-coa konečný produkt: palmitát

5 Výchozí látky pro biosyntézu MK 1. Acetyl-CoA zdroj: oxidační dekarboxylace pyruvátu (hlavní zdroj glukóza) degradace MK, ketolátek, ketogenních aminokyselin transport přes vnitřní mitochondriální membránu ve formě citrátu 2. NADPH zdroj: pentosový cyklus (hlavní zdroj) přeměna malátu na pyruvát (NADP + -dependentní malátdehydrogenasa - jablečný enzym, malic enzyme) přeměna isocitrátu na α-ketoglutarát (cytosolická isocitrátdehydrogenasa)

6 Výchozí látky pro biosyntézu MK Acetyl-CoA + HSCoA OAA - oxalacetát

7 Biosyntéza MK Tvorba malonyl-coa katalyzovaná acetyl-coa-karboxylasou (ACC) HCO ATP ADP + P i enzym-biotin enzym-biotin-coo - 1 karboxylace biotinu 2 přenos karboxylové skupiny na acetyl-coa acetyl-coa tvorba malonyl-coa + enzym-biotin malonyl-coa

8 Biosyntéza MK uskutečnění biosyntézy MK na multienzymovém komplexu Synthasa MK postupné prodlužování MK o dva uhlíky v každém cyklu průběh biosyntézy MK do délky řetězce C 16 (palmitát) ACP acyl carrier protein

9 Biosyntéza MK Průběh biosyntézy MK acetyl-coa malonyl-coa CoASH CoASH acetyltransacylasa malonyltransacylasa transacylace acyl(acetyl)-malonyl- -enzymový komplex

10 Biosyntéza MK Průběh biosyntézy MK 3-ketoacyl-synthasa CO 2 kondenzační reakce acyl(acetyl)-malonyl-enzymový komplex 3-ketoacyl-enzymový komplex (acetacetyl-enzymový komplex)

11 Biosyntéza MK Průběh biosyntézy MK NADPH + H + NADP + NADPH + H + NADP + 3-ketoacyl-reduktasa H 2 O 3-hydroxyacyldehydratasa enoylreduktasa první redukce dehydratace druhá redukce 3-ketoacyl-enzymový komplex (acetacetyl-enzymový komplex) 3-hydroxyacyl-enzymový komplex 2,3-nenasycený acyl-enzymový komplex acyl-enzymový komplex

12 Biosyntéza MK Opakování cyklu malonyl-coa CoASH acyl-enzymový komplex (palmitoyl-enzymový komplex)

13 Biosyntéza MK Uvolnění palmitátu thioesterasa H 2 O + palmitát palmitoyl-enzymový komplex

14 Biosyntéza MK Osud palmitátu po biosyntéze MK acylglyceroly ATP + CoA AMP + PP i esterifikace estery cholesterolu palmitát acyl-coa-synthetasa palmitoyl-coa elongace desaturace acyl-coa

15 Biosyntéza MK Elongace řetězce mastných kyselin 1. mikrosomální systém elongace v endoplazmatickém retikulu malonyl-coa donor dvouuhlíkatých jednotek NADPH + H + donor redukčních ekvivalentů elongasy 2. mitochondriální systém elongace v mitochondriích acetyl-coa donor dvouuhlíkaté jednotky

16 Biosyntéza MK Desaturace řetězce mastných kyselin v endoplazmatickém retikulu enzymy: desaturasa, NADH-cyt b5-reduktasa proces vyžadující O 2, NADH, cytochrom b 5 4 desaturasy: dvojné vazby v poloze 4,5,6,9 linolová, linolenová esenciální MK stearoyl-coa + NADH + H + + O 2 oleoyl-coa + NAD + + 2H 2 O

17 Biosyntéza MK - shrnutí Tvorba malonyl-coa Acetyl-CoA-karboxylasa Vlastní syntéza MK Kyselina palmitová Synthasa mastných kyselin cytosol Nasycené mastné kyseliny (>C16) Elongační systémy- mitochondrie, ER Nenasycené mastné kyseliny Desaturační systémy - ER

18 Degradace MK význam: zásadní zdroj energie (zejména mezi jídly, v noci, při zvýšeném požadavku na přísun energie cvičení) uvolnění MK z triacylglycerolů tukové tkáně do krevního oběhu v krevním oběhu vazba MK na albumin transport ke tkáním 1 2 vstup MK do cílových buněk aktivace na acyl-coa 3 přenos acyl-coa pomocí karnitinu do mitochondrie 4 β-oxidace MK 5 přeměna acetyl-coa na ketolátky

19 Degradace MK C10, C12 Rozvětvené MK MK s velmi dlouhým řetězcem

20 Degradace MK β-oxidace MK převážně ve svalech lokalizace: matrix mitochondrie peroxisom ( mastné kys. s velmi dlouhým řetězcem) enzymy: acyl-coa-synthetasa karnitinpalmitoyltransferasa I a II, karnitinacylkarnitintranslokasa dehydrogenasy (FAD, NAD + ), hydratasa, thiolasa substrát: acyl-coa konečný produkt: acetyl-coa případně propionyl-coa (MK s lichým počtem C)

21 Degradace MK β-oxidace MK postupné zkracování MK o dva uhlíky v každém cyklu odštěpení dvou atomů uhlíku ve formě acetyl-coa oxidace acetyl-coa na CO 2 a H 2 O v citrátovém cyklu dosažení úplné oxidace MK vznik 8 molekul acetyl-coa při úplném odbourání kyseliny palmitové produkce NADH, FADH 2 reoxidace v dýchacím řetězci za tvorby ATP PRODUKCE VELKÉHO MNOŽSTVÍ ATP OXIDACÍ MK

22 Degradace MK Aktivace MK probíhá v cytosolu mastná kyselina ATP acyl-coa-synthetasa acyladenylát (acyl-amp) pyrofosfát (PP i ) acyl-coa-synthetasa pyrofosfatasa 2P i acyl-coa AMP mastná kyselina + ATP + CoASH PP i + H 2 O acyl-coa + AMP + PP i 2P i

23 Degradace MK Úloha karnitinu při transportu MK do mitochondrie Vnitřní mitochondriální membrána nepropustná pro mastné kyseliny s dlouhým řetězcem Přes vnitřní mitochondriální membránu MK přeneseny pomocí karnitinu a tří enzymů: karnitinpalmitoyltransferasa I (CPT I) přenos acylu na karnitin karnitinacylkarnitintranslokasa přenos acylkarnitinu přes vnitřní mitochondriální membránu karnitinpalmitoyltransferasa II (CPT II) přenos acylu z acylkarnitinu zpět na CoA v matrix mitochondrie

24 Degradace MK 3-hydroxy-4-N-trimethylaminobutyrát Zdroje Exogenní: maso, mléčné výrobky Endogenní: syntéza z lyzinu a methioninu Karnitin Do buňky transportován pomocí specif. transportéru Nedostatek: Snížený transport acyl-coa do mitochondrií akumulace lipidů svalová slabost poškození myokardu Zvýšená utilizace Glc hypoglykemie Obdobné projevy jsou u geneticky podmíněné deficience karnitinpalmitoyltransferasy I nebo II

25 Degradace MK β-oxidace MK Kroky cyklu: acyl-coa dehydrogenace acyl-coa-dehydrogenasa FAD FADH 2 oxidace pomocí FAD vznik nenasycené kyseliny trans-δ 2 -enoyl-coa hydratace enoyl-coa-hydratasa adice vody na β-uhlíku vznik β-hydroxykyseliny L-β-hydroxyacyl-CoA dehydrogenace L-β-hydroxyacyl-CoA- -dehydrogenasa NAD + NADH + H + oxidace pomocí NAD + vznik β-oxokyseliny β-ketoacyl-coa štěpení za účasti koenzymu A vznik acetyl-coa vznik acyl-coa o dva uhlíky kratší β-ketoacyl-coa-thiolasa acyl-coa acetyl-coa

26 Degradace MK Oxidace nenasycených MK nejzastoupenější nenasycené MK v potravě: kyselina olejová, linolová degradace nenasycené MK β-oxidací k místu dvojné vazby nenasycené MK cis izomery nejsou substrátem enoyl-coa hydratasy přeměna cis-izomeru MK specifickou isomerasou na trans-izomer posun dvojné vazby z pozice β- do pozice - β pokračování procesu β-oxidace

27 Degradace MK Oxidace MK s lichým počtem atomů uhlíku zkrácení MK na C 5 zastavení β-oxidace propionyl-coa HCO ATP vznik acetyl-coa a propionyl-coa propionyl-coa-karboxylasa (biotin) ADP + P i karboxylace propionyl-coa methylmalonyl-coa intramolekulární přeskupení za vzniku sukcinyl-coa methylmalonyl-coa-mutasa (B 12 ) vstup sukcinyl-coa do citrátového cyklu sukcinyl-coa

28 Degradace MK Peroxisomální β- oxidace MK Mastné kyseliny s velmi dlouhým řetězcem VLCFA ( very-long chain FA, > 20 C) transport acyl-coa do peroxisomu bez účasti karnitinu Odlišnosti v průběhu β-oxidace MK v mitochondrii a v peroxisomu : 1. krok dehydrogenace pomocí FAD mitochondrie: elektrony z FADH 2 předávány do dýchacího řetězce, kde jsou přenášeny na O 2 za vzniku H 2 O a energie ATP peroxisom: elektrony z FADH 2 předávány na O 2 za vzniku H 2 O 2, který je rozkládán katalasou na H 2 O a O 2 3. krok dehydrogenace pomocí NAD + mitochondrie: reoxidace NADH v dýchacím řetězci peroxisom: reoxidace NADH není možná, export do cytosolu či do mitochondrie

29 Degradace MK Peroxisomální β-oxidace MK Odlišnosti v průběhu β-oxidace MK v mitochondrii a v peroxisomu : 4. krok štěpení za účasti koenzymu A acetyl-coa mitochondrie: metabolizovám v citrátovém cyklu peroxisom: exportován do mitochondrie (oxidace v CC), do cytosolu, kde je využit pro syntézu cholesterolu a žlučových kyselin, mastných kyselin a fosfolipidů zkrácené MK v peroxisomu se váží na karnitin acylkarnitin přesun acylkarnitinu do mitochondrie β-oxidace

30 Degradace MK - oxidace MK Oxidace na uhlíku V ER jater a ledvin Substráty C10 a C12 MK Produkty: dikarboxylové kyseliny

31 Degradace MK - oxidace MK Probíhá v peroxisomech Odstranění karboxylového uhlíku ve formě CO 2 Substráty: rozvětvené MK - oxidace kys. fytanové MK s lichým počtem C MK s velmi dlouhým řetězcem Zellwegerův syndrom (Cerebrohepatorenální syndrom) Dědičné onemocnění Chybí funkční peroxisomy snížené odbourávání VLCFA a kys. fytanové hromadí se ve tkáni Faciální dysmorfie, hepatomegalie, hypotonie, psychomotorická retardace

32 Srovnání biosyntézy a degradace MK akceptor

33 Ketolátky Ketogeneze zvýšená ketogeneze: lipolýza hladovění delší cvičení diabetes mellitus dieta s vysokým obsahem tuků a nízkým obsahem sacharidů MK v plasmě využití ketolátek jako energetického zdroje (kosterní sval, buňky střevní mukosy, adipocyty, mozek, srdce aj.) šetření glukosy a svalových proteinů (glukoneogeneze) β-oxidace MK nadbytek acetyl-coa ketogeneze

34 Ketolátky Ketogeneze v játrech lokalizace: matrix mitochondrie substrát: acetyl-coa produkt: aceton acetacetát D-β-hydroxybutyrát Středně silné kyseliny - ketoacidóza zdroj: syntéza při nadbytku acetyl-coa význam: energetické substráty pro extrahepatální tkáně

35 Ketolátky Ketogeneze

36 Ketolátky Ketogeneze acetacetát spontánní dekarboxylace na aceton přeměna na D-β-hydroxybutyrát enzymem D-β-hydroxybutyrát dehydrogenasou odpadní produkt (plíce, moč) energetické substráty pro extrahepatální tkáně

37 Ketolátky Využití ketolátek ve vodě rozpustné ekvivalenty MK zdroj energie pro extrahepatální tkáně (zejména srdce, kosterní sval) za hladovění hlavní zdroj energie pro mozek CoA tranferasa chybí v játrech Nevýhoda: ketoacidóza citrátový cyklus uvolnění energie

38 Použitá literatura a zdroje Devlin, T. M. Textbook of biochemistry: with clinical correlations. 6th edition. Wiley-Liss, Marks, A.; Lieberman, M. Marks' basic medical biochemistry: a clinical approach. 3rd edition. Lippincott Williams & Wilkins, Matouš a kol. Základy lékařské chemie a biochemie. Galén, Meisenberg, G.; Simmons, W. H. Principles of medical biochemistry. 2nd edition. Elsevier, Murray et al. Harper's Biochemistry. 25th edition. Appleton & Lange,