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

Transkript

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

2 Hlavní typy lipidů Lipidy Mastné kyseliny Steroidy Cholesterol Žlučové kyseliny Steroidní hormony Estery / amidy 2

3 Typy lipidů Mastné kyseliny Vosky Triacylglyceroly Fosfolipidy Glykolipidy Glycerofosfolipidy Sfingofosfolipidy 3

4 Lipidy v krevní plazmě Celkový Esterifikovaný 4

5 TG jako zásoba energie nejefektivnější forma ukládání energie Sloučenina Glykogen TG Spalné teplo (kj/g) TG jsou ukládány bez vazby vody, zatímco gram glykogenu váže 2 gramy vody 5

6 Metabolismus triacylglycerolů CH2 C R R C CH CH2 C R 1. Hydrolytické odštěpování mastných kyselin z TG 2. Metabolismus mastných kyselin a glycerolu 6

7 Lipasy katalyzují hydrolýzu triacylglycerolů CH2 C R R C CH CH2 C R 7

8 Lipasy Extracelulární ligvální/žaludeční pankreatická (slinivka tenké střevo) lipoproteinová (stěna cévního endotelu) jaterní (na povrchu sinusoidů) Intracelulární hormon senzitivní (tukové buňky) kyselá (lyzosomy) 8

9 Trávení TG v tenkém střevě R C H 2 C CH C R prokolipasa (pankreas) H 2 C C R trypsin 2 H 2 pankreatická lipasa + kolipasa + tenzidy R C H 2 C CH H + 2 R-CH 2 R-C H 2 C H 2-MG (neiontový tenzid) anion FA (aniontový tenzid) směsné micely 9

10 Resorpce lipidů buňkami střevní sliznice Emulgované tukové kapénky ( 1 µm) Pankreatická lipasa + kolipasa Směsné micely (< 10 nm) Resorpce MK + 2-MG + fosfolipidů Resorpce ŽK (ileum) (duodenum a jejunum) 2-MG MK (> 12C) Karotenoid Cholesterol Sůl ŽK Fosfolipid 10

11 Tvorba chylomikronů AK apoprotein B-48 (apoprotein A-I) CHE MK (>12C) + 2-MG MK 12 C glycerol Portální žíla TG PL chylomikron Lymfatické cévy 11

12 Hydrolýza TG v krvi Jaterní lipasa štěpí TG v IDL LDL Lipoproteinová lipasa štěpí TG v chylomikronech a VLDL CH2-C-R R-C-CH CH2-C-R TG glycerol + 3 MK 12

13 dbourávání endogenních TG glukagon (při hypoglykemii) adrenalin/noradrenalin (při akutním stresu) glukokortikoidy (při chronickém stresu) Adipocyty + + Krev Játra, svaly, myokard mitochondrie TG HSL hormon-senzitivní lipasa TG + 3 H 2 glycerol + 3 MK MK albumin MK FABP FA-binding protein karnitin -oxidace acetyl-coa 13

14 dbourávání mastných kyselin Cytosol: aktivace MK vazbou na koenzym A (spotřeba 2 ATP) Transport aktivované MK do matrix mitochondrie (karnitin) -xidace acyl-coa (oxiduje se -uhlík) vznik acetyl-coa + NADH + FADH 2 14

15 Pro transport MK do mitochondrie je potřebný L-karnitin CH 3 H 3 C N CH 2 CH CH 2 CH 3 H * CH MK s krátkým řetězcem karnitin nevyžadují Endogenní vznik z Lys + Met (vitamin C) Doplněk stravy zlepšení fyzického výkonu, zhubnutí 15

16 Transport mastné kyseliny do mitochondrie mezimembránový prostor vnitřní mitoch. membrána matrix acyl-coa karnitin karnitin acyl-coa CoA KAT-I acyl-karnitin karnitin/acylkarnitin translokasa KAT-II acyl-karnitin CoA dvě formy karnitinacyltransferasy (karnitinpalmitoyltransferasy) 16

17 -xidace mastných kyselin v buňkách v matrix mitochondrie oxidace (2x) acyl-coa za odštěpení acetyl-coa současně redukce FAD a NAD + FADH 2 a NADH obecný mechanismus opakování čtyř reakcí dehydrogenace hydratace dehydrogenace odštěpení acetyl-coa 17

18 (1) Dehydrogenace acylu nasycený acyl-coa a R CH 2 CH 2 CH 2 C S CoA Vznik dvojné vazby v acyl-coa Vznik redukovaného kofaktoru FADH 2 FAD FADH 2 a, -nenasycený acyl-coa R CH 2 CH CH C S CoA 18

19 (2) Hydratace dvojné vazby a, -nenasycený acyl-coa R CH 2 CH CH C S CoA Vazba vody na dvojnou vazbu Vznik hydroxylovaného acylu H 2 -hydroxyacyl-coa R CH 2 CH CH 2 C H S CoA 19

20 (3) Dehydrogenace hydroxyacylu -hydroxyacyl-coa R CH 2 CH CH 2 C H S CoA xidace hydroxylu na oxo-skupinu Vznik redukovaného kofaktoru NADH NAD + NADH + H + -oxoacyl-coa R CH 2 C CH 2 C S CoA 20

21 (4) Thiolytické odštěpení acetyl-coa R CH 2 C CH 2 C S CoA dštěpení acetyl-coa Zkrácení acylu o 2 C H S CoA R CH 2 C H 3 C C CC S CoA S CoA acyl-coa (o dva C kratší) acetyl-coa 21

22 Energetický výtěžek oxidace palmitové kyseliny 7 β-oxidace Palmitoyl-CoA 8 acetyl-coa + 7 FADH NADH CoA 2 ATP Palmitová kyselina (16 C) 8 12 A 7 2 ATP 131 ATP 7 3 ATP Celkem = 129 ATP / palmitát Srovnej Glukosa pyruvát/laktát zisk 2 ATP Glukosa C 2 + H 2 zisk ATP 22

23 dbourávání MK je významným zdrojem energie Kdy probíhá? Jestliže buňka potřebuje energii a nemá dost glukosy. v postresorpční fázi a při hladovění zejména ve svalech, myokardu a v játrech 23

24 Metabolismus MK v postresorpční fázi Játra C 2 +H 2 +energie TG ketolátky Chol Svaly, myokard C 2 +H 2 +energie Acetyl-CoA Acetyl-CoA β-oxidace MK MK MK β-oxidace albumin 1 mmol/l t 1/2 2 min 24

25 Ketolátky (ketonové) látky Acetacetát, 3-hydroxybutyrát - využitelné rozpustné tuky produkovány játry, aceton - odpadní produkt utilizovány pouze extrahepatálními tkáněmi syntéza se zvyšuje při hladovění, diabetu (kdy poměr glukagon/inzulin >>> 1) 25

26 Příčiny vzniku ketolátek Zvýšená mobilizace MK z tukové tkáně transport do jater zvýšená produkce acetyl-coa ( -oxidací) Proč? kapacita citrátového cyklu převýšena (resp. nedostatek oxalacetátu) syntéza ketolátek z jater vyloučeny do cirkulace 26

27 Vzájemný vztah mezi ketolátkami H H 3 C CH CH 2 C H - 2H + 2H H 3 C C CH 2 C H 3 C C CH 3 H - C 2 -hydroxymáselná kyselina acetoctová kyselina aceton Kyselina Acetoctová -Hydroxymáselná pk A 3,5 4,7 Dvě ketolátky jsou středně silné kyseliny Jejich zvýšená produkce spojena s ketoacidózou 27

28 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 pyruvát acetyl-coa 28

29 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 29

30 Elongace MK stearát (18 C) endoplazmatické retikulum malonyl-coa, NADPH mitochondrie - zvrat -oxidace Desaturace palmitát 16:0 palmitoleát 16:1 (9) stearát 18:0 oleát 18:1 (9) endoplazmatické retikulum 9, 6, 5 desaturasy (rostliny mají též 12, 15 desaturasy) 30

31 Polynenasycené MK (PUFA) Polynenasycené MK (n-3) a (n-6) jsou nezbytné pro výstavbu membrán a některé pro syntézu eikosanoidů Linolová (18:2, n-6) a linolenová (18:3, n-3) kyselina jsou pro člověka esenciální (protože chybí 12, 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 eikosanoidů Deficit polynenasycených MK (n-3) a (n-6) u pokusných zvířat vyvolává poruchy permeability kůže, ztráty na váze, akumulace cholesterolu 31

32 Co značí n-3/ω 3 PUFA? α-linolenová kyselina 18:3 (ω 3) cis,cis,cis-oktadeka-9,12,15-trienová kyselina C 17 H 29 CH acidum linolenicum 18:3 (9,12,15) 9 cis 3 β 2 α 1 počet C počet C=C poloha C=C 12 cis ω 3 n 3 cis ω n izolované C=C 32

33 becná struktura lipoproteinu Apoproteiny Fosfolipidy Apoproteiny Cholesterol neesterifikovaný Triacylglyceroly Estery cholesterolu jádro obal 33

34 Typy lipoproteinů TG 84% 54% PL CH Chylomikron CM VLDL Prot 45% 50% LDL HDL 34

35 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 srovnej s velikostí směsných micel ve střevě srovnej s poločasem přeměny volných MK v ECT

36 Apoproteiny proteinová složka lipoproteinů funkce: aktivátory a inhibitory enzymů interakce s receptory strukturní (transportní) 36

37 Metabolismus chylomikronů (CM) vznikají v enterocytech nesou TG, CH a lipofilní vitaminy přijaté potravou obsahují apo B-48, syntéza apo B-48 limituje tvorbu CM do krve vstupují přes ductus thoracicus 1 2 h po zahájení jídla v krevních kapilárách na CM působí lipoproteinová lipasa 37

38 Chylomikron v krvi krev lymfa apo B-48 Apo C E Apo B-48 Tuková, svalová tkáň LPL MK buňky střevní sliznice játra apoe receptor glycerol remnant 38

39 Metabolismus VLDL vznikají v hepatocytech transportují CH převážně přijatý potravou a TG syntetizované v játrech obsahují apo-b 100, malá množství Apo-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 39

40 Přeměny VLDL přehled nascentní VLDL játra Apo B-100 VLDL Apo C-II Apo E HDL LPL Tkáně MK Glycerol CH LDL IDL CHE CHE HDL 40

41 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 mají i různé funkce hlavní subfrakce dle denzity: HDL2, HDL3 HDL podléhají v cirkulaci přeměnám (remodelace HDL) 41

42 Cholesterol H 3 5 Význam 5-cholesten-3 -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 42

43 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: acetyl-coa bilance syntézy: 18 acetyl-coa, 36 ATP, 16 NADPH 43

44 1. Fáze syntézy cholesterolu - syntéza HMG-CoA ER 3 Acetyl-CoA 3-Hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA H C-CH2-C-CH2-C-CoA CH3 HMG-CoA 44

45 Syntéza mevalonátu určuje rychlost syntézy cholesterolu 2 NADPH H - C-CH2-C-CH2-C-CoA 2 NADP + H - C-CH2-C-CH2-CH2H CH3 3-HMG-CoA reduktasa CH3 HMG-CoA membrána ER je vysoce regulován je cílem působení farmak kompetitivní inhibice statiny Mevalonát 45

46 Dokončení syntézy cholesterolu Mevalonát CH 2 CH 2 Skvalen (30 C) (isopren) cyklizace Skvalen (terpen) H 46 Cholesterol (27 C)

47 Esterifikace cholesterolu Cholesterol + acylcoa C Vyšší hydrofobicita nejčastěji linolová a α-linolenová kyselina 47

48 Hladina cholesterolu v krvi Doporučená hodnota celkového cholesterolu < 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 (> 1,0 mmol/l) HDL cholesterolu prognosticky příznivý faktor 48

49 dbourávání cholesterolu cholesterol nemůže být v organismu odbourán na C 2 a H 2 pouze játra jsou schopna eliminovat cholesterol - přeměnou na žlučové kyseliny (~0,5 g/d) a jejich exkrecí stolicí (~0,5 g/d) - vylučováním cholesterolu do žluče a jeho exkrecí stolicí (~0,8 g/den) nepatrný podíl cholesterolu je přeměňován na steroidní hormony malé množství cholesterolu se vylučuje kožním/ušním mazem, odloučeným střevním epitelem 49

50 Bilance cholesterolu za 24 h PTRAVA BISYNTÉZA mg mg Pool cholesterolu Cholesterol (žluč) 800 mg Žlučové kyseliny (primární) 500 mg Steroidní hormony, maz, střevní epitel 200 mg mg/den je vylučováno 50

51 Přeměna cholesterolu na žlučové kyseliny JÁTRA 1. reakce - hydroxylace v poloze 7 - určuje rychlost tvorby žluč. kys. H 7-α-hydroxylasa (P450) NADPH H 7 H probíhá v ER 51

52 Primární žlučové kyseliny 24 C C - H 12 C - H 7 H H 7 H chenodeoxycholát cholát pk A 6 pk A 6 Velmi slabé kyseliny Disociované z cca 90 % 52

53 Konjugované žlučové kyseliny H C taurin NH S 3 - H C glycin NH C - H H H H taurocholová glykocholová pk A 2 pk A 4 Konjugace snižuje hodnoty pk A zvyšuje disociaci kyselin detergenční účinnost 53