Lipidy - složení vyšší mastné kyseliny + alkohol nepolární sloučeniny

Transkript

1 LIPIDY

2 Lipidy - složení vyšší mastné kyseliny + alkohol fyz. chem. vlastnosti nepolární sloučeniny nerozpustnost ve vodě ve vodném prostředí nutná aktivace

3 Mastné kyseliny nasycené palmitová 16 stearová 18 arachová 20 lignocerová 24 mononenasycené palmitoolejová 16:1, 9 olejová 18:1, 9 ω3 α-linolenová polynenasycené linolová 18:2, D 9,12 C18:3 cis-δ9, 12, 15 eikosapentaenová EPA C20:5 cis-δ5,8,11,14,17 trans MK aterosklerosa C22:6 srdeční onemocnění zvýšení LDL cholesterol a snížení HDL cholestrol prozánětlivé docosahexaenová DHA ω6 linolová C18:2 cis-δ9, 12 γ-linolenová C18:3 cis-δ6, 9, 12 arachidonová C20:4 cis-δ5,8,11,14

4 Trávení lipidů ústní dutina lingvální (slinná) lipasa odštěpuje krátké a středně dlouhé MK žaludek žaludeční lipasa odštěpuje krátké, středně dlouhé a nenasycené MK význam hlavně u kojenců (vyšší ph a již emulgovaný mléčný tuk) mateřské mléko lipasa aktivovaná žlučovými kyselina

5 pankreatická šťáva pankreatická lipasa (α-lipasa) kolipasa aktivace až v lumen v přít. Ca 2+ cholesterolesterasa štěpí estery cholesterolu ceramidasa štěpí ceramidy fosfolipasy Trávení lipidů B fosfolipasa = lysofosfolipasa odstraňuje acyl z 1. uhlíku po odštěpení acylu z 2. uhlíku A 2 a A 1 štěpí fosfolipidy epitel tenkého střeva β-lipasa

6 Žluč - složení voda žlučové kyseliny k. cholová k. chenodeoxycholová mucin a pigmenty O-glykoproteiny bilirubindiglukosiduronát fosfolipidy cholesterol mastné kyseliny a tuky anorganické soli léčiva, toxiny, kovy (Cu, Hg, Zn)

7 Vstřebávání lipidů Natrávená směs v tenkém střevě obsahuje Monoacylglyceroly (MAG) žk žk žk CH Volné mastné kyseliny (VMK) žk TAG MAG žk Cholesterol (CH) VMK žk TAG Částečně odbourané fosfolipidy (FL) žk CH žk MAG VMK Za pomoci žlučových kyselin žk žk se vytvoří směsná micela žk žk Směsné micely při styku s kartáčovým lemem předávají svůj obsah buňkám střevní sliznice Volné MK se v enterocytech reesterifikují a s ostatními složkami tvoří chylomikrony, které enterocyt předává do lymfy. žk žk MAG CH žk VMK žk vit žk FL žk TAG CH žk MAG žk žk žk FL G G

8 Vstřebávání lipidů žk žk žk G žk VMK ~CoA MAG VMK VMK žk žk žk žk CH MAG žk žk žk TAG žk MAG VMK žk žk VMK vit žk TAG žk CH žk TAG žk CH MAG žk VMK MAG žk žk žk žk žk žk žk FABP = Z CH TAG FL G ~P VMK ~CoA VMK ~CoA MAG VMK ~CoA VMK ~CoA VMK ~CoA chylomikron TAG TAG VMK CH FL TAG enterocyt

9 Transport lipidů Plasma je vodné prostředí Lipidy se transportují v krvi ve formě lipoproteinů Nepolární částice obklopeny částicemi amfifilními, navenek směřují hydrofilní části amfifilních molekul fosfolipidy volný cholesterol estery cholesterolu apob 48 apoproteiny Hydrofobní nepolární jádro TAG Hydrofilní polární obal

10 Apoproteiny apob 48 typický pro chylomikrony apob 100 typický pro VLDL, LDL apoc-ii nutný pro aktivaci lipoproteinové lipasy typický pro VLDL, HDL apoe nutný pro rozpoznání na receptoru jater typický pro VLDL, HDL

11 Třídy lipoproteinů podle hustoty nebo podle elektroforetické pohyblivosti Chylomikrony Největší, tvoří se v enterocytech VLDL (Velmi nízká hustota) Vznik v játrech, střevě Pre-β-lipoproteiny IDL (Prostřední hustota) Vznikají z VLDL působením lipas β-lipoproteiny LDL (Nízká hustota) Vznikají z IDL působením lipas a výměnami apoproteinů β-lipoproteiny HDL (Vysoká hustota) Vznik v játrech, střevě α-lipoproteiny HDL 10 LDL 20 chylomikron 500 VLDL 50 Relativní velikost chylomikronů a lipoproteinů v nm (průměrné hodnoty)

12 Přehled osudů chylomikromů střevo játra B/E receptor A C D E E, C HDL chylo - E C mikron CII ECH B 48 TAG CH E zbytek B 48 E C LPL NEMK B 48 LPL NEMK Vznikají v enterocytech. V kapilárách periferních tkání na ně působí lipoproteinová lipasa (LPL), která odštěpí z TAG volné mastné kyseliny (NEMK). Chylomikron se zmenšuje, obsah TAG klesá a zbývající chylomikronové zbytky se vychytávají v játrech. Chylomikrony si vyměňují některé složky s částicemi HDL.

13 Přehled osudů VLDL, IDL a LDL játra LDL - receptor LPL VLDL E C B 100 HDL tkáně NEMK E IDL C B 100 C TAG estery cholesterolu VLDL částice vznikají v hepatocytech. V kapilárách periferních tkání na ně působí lipoproteinová lipasa (LPL), která odštěpí z TAG volné mastné kyseliny (NEMK). VLDL se zmenšuje, obsah TAG klesá a vzniká částice IDL. IDL se vychytávají v játrech, nebo jsou dále okusovány LPL. Vznikají LDL, částice s relativně vysokým obsahem cholesterolu, který LDL transportují do periferních tkání. IDL a LDL si vyměňují některé složky s částicemi HDL. LPL TAG LD L B 100 NEMK

14 Přehled osudů HDL játra HDL receptor střevo HDL - nascentní A, C, E LCAT CH tkání A C FL, ECH A E CH, TAG FL, ECH C E HDL 2 CETP HDL 3 TAG, CH ECH chylomikrony VLDL, IDL LDL HDL se syntetizují v játrech a v enterocytech jako diskovité nascentni HDL. Působením lecitin-cholesterol-acyltransferasy (LCAT) dochází k esterifikaci volného choleserolu, který migruje do středu částice, HDL se zakulacují, vyměňují si složky s ostatními lipoproteiny a nakonec se vychytávají zpět do jater. HDL je jediná částice schopná transportovat cholesterol z periferie do jater.

15 PERIFERNÍ JÁTRA B C CHr HDL 2 A E B nhdl CH A C apo A,C B nch ChE CETP CETP ChE apo C,E A apo C,E HDL 3 C E A apo C lysolecithin ChE LCAT Ch E B C nvldl B E VLDL C E B IDL LPL Ch ChE B LDL

16 Syntéza triacylglycerolů (TAG) lokalizace: tuková tkáň, játra zdroje: MK + glycerol-3-fosfát glycerol z glykolýzy (redukcí dihydroxyacetonfosfátu) glycerol z degradovaných tuků (4 %) průběh: Ke glycerol-3-fosfátu se připojí 2 acylcoa, vznikne kyselina fosfatidová, odštěpí se fosfát a naváže se třetí MK.

17 Syntéza mastných kyselin lokalizace: cytosol (játra, tuk. tkáň, ledviny, mozek, plíce, laktující mléčná žláza) průběh: opačný sled β- oxidace, jiné enzymy a kofaktory intermediáty vázány na ACP přes skupinu SH enzymy sdružené do multifunkčního enzymu synthasa MK ACP acyl carrier protein (protein nesoucí acyly)

18 Syntéza mastných kyselin Transport acetyl-coa z mitochondrií do cytosolu citrát obrácený citrátový cyklus citrát oxalacetát acetyl-coa oxalacetát acetyl-coa malát pyruvát mitochondrie pyruvát CO 2 cytosol

19 Syntéza mastných kyselin Vlastní syntéza v cytosolu acetyl-coa (2) CO 2 - ATP malonyl-coa (3) malonyl-acp (3) acetyl-coa (2) CO 2 palmitát (16) β-oxoacyl-acp (6) CO 2 malonyl-acp (3) butyryl-acp (4) opak β-oxidace acetoacetyl-acp (4)

20 Syntéza dlouhých MK Mitochondrie průběh: opačný sled β- oxidace (navazování acetyl-coa na 16C acyl-coa) ale: hydrogenace pomocí NADH+H + (ne FADH 2 ) elongasy Endoplazmatické retikulum průběh: navazování malonyl-coa na 16C acyl-coa bez proteinu ACP na derivátu CoA

21 Syntéza nenasycených MK lokalizace: játra, endoplasmatické retikulum desaturasy (nehemové enzymy obsahující Fe) modifikací nasycených MK přes acyl-coa k. palmitová (16) k. palmitoyl-coa k. palmitoolejová (16:1) k. stearová (18) k. stearoyl-coa k. olejová (18:1) esenciální MK: linolová a α-linolenová

22 Ketogeneze k. acetooctová k. β-hydroxymáselná CH 3 COCH 2 COO - CH 3 CHCH 2 COO - OH aceton CH 3 COCH 3 lokalizace: játra význam: živiny pro periferie (srdeční a kosterní svaly, ledviny) rozsah: podle množství VMK

23 Ketogeneze acetyl-coa + acetyl-coa acetoacetyl-coa acetyl-coa β-hydroxy-β-methylglutaryl-coa (HMG-CoA) acetoacetát lyasa acetyl-coa CH 3 - OOC-CH 2 -C-CH 2 -CO-S-CoA OH NADH+H + CO 2 cholesterol β-hydroxybutyrát aceton dýchání (moč)

24 Ketóza příčina: vysoká hladina ketolátek v krvi U zdravých jedinců: po dlouhém hladovění strava s přemírou tuků s minimem sacharidů velmi namáhavá práce U nemocných jedinců: diabetes mellitus ketonémie a ketoacidóza

25 Využití ketolátek acetoacetát β-hydroxybutyrát NADH+H + acetoacetyl-coa dýchací řetězec acetyl-coa + acetyl-coa citrátový cyklus

26 Složené lipidy FOSFOLIPIDY = fosfatidy H 3 PO 4 + dusíkatá hydroxysloučenina glycerofosfolipidy - nejčastější funkce: emulgátory umožňují transport tuků v organismu součást buněčných membrán GLYKOLIPIDY cerebrosidy gangliosidy místo fosfátu je sacharid funkce: myelinové pochvy v nervové tkáni antigenní struktury na povrchu buněk

27 Glykolipidy cerebrosidy v podstatě mezistupeň gangliosidů gangliosidy významná role v imunitních pochodech sulfatidy = sulfáty glykosylceramidů 15 % lipidů bílé hmoty mozku globosidy např. laktosylceramid PAPS ceramid-oh UDP-gal UDP-glc cerebrosid UDP-deriváty monosacharidů UDP-deriváty CDP-N-acetyl neuraminát gangliosid sulfatid

28 Mobilizace tuků z tukových zásob Hydrolýza TG nebo lipolýza - akcentovaná při tělesné práci, hladovění nebo v chladu. Lipolýza zahrnuje 3 hydrolytické reakce (vzniknou 3 MK + glycerol), z nichž každá je katalyzovaná hormon senzitivní lipázou. Lipolýza i tvorba TG probíhají v cytoplazmě tukových buněk (adipocyty). MK uvolněné z TG jsou hydrolyzovány a dále se buď reesterifikují na TG opouštějí adipocyt

29 Mobilizace tuků z tukových zásob MK uvolněné z adipocytů, jsou transportovány v krvi pomocí plazmatických bílkovin - albuminů = volné mastné kyseliny (VMK) free fatty acids (FFA). VMK (většinou uhlíků) musí být transportovány albuminem, neboť nejsou rozpustné ve vodě. Glycerol nemůže být znovu využit tukovými buňkami a protože je rozpustný ve vodě, cirkuluje krví - index lipolýzy.

30 Mobilizace tuků z tukových zásob Ve tkáních, které obsahují glycerol-kinázu (zejména játra), se glycerol fosforyluje na glycerol 3-P a může být použit na tvorbu glykogenu nebo GL - glukoneogeneze. Lipolýza probíhá nejen v játrech, ale např. i v tenkém střevě (katalyzováno pankreatickou lipázou), nebo v plazmatických lipoproteinech (katalyzováno lipoproteinovou lipázou na endotelu kapilár).

31 Mobilizace tuků z tukových zásob Po jídle převažuje v adipocytech lipogeneze (tvorba TG) - dostatek prekrusorů - MK + glycerol. Při zátěži převažuje lipolýza. Po jídle VMK + glycerol adipocyt TG Při zátěži, hladovění VMK + glycerol

32 Regulace metabolismu TG Zásobárny TG = zejména adipocyty + svalové buňky. Využívání tuků (zejména kosterní svaly + myokard) = šetření glykogenu. Během tělesné zátěže velmi důležité, neboť se výrazně zvyšuje potřeba energie. V adipocytech probíhá ve stejné době lipolýza i lipogeneze, něco musí převažovat. Regulace pomocí hormon senzitivní lipázy (TGlipáza), která je aktivovaná hormony (zejména adrenalinem).

33 Intracelulární transport MK MK buď vstupují do cytoplazmy buněk pomocí transportéru (vazební protein MK - VPMK, FA binding protein - FABP) nebo prostou difúzí napříč buněčnou membránou. Aby mohla být využitá jejich energie (9,2 kcal/g), musí se dostat cytoplazmou do mitochondrií.

34 Tvorba acyl-coa Aby MK mohly prostoupit mitochondriální membránou, musí být připojeny k CoA = = acyl-coa. Acyl-CoA je vytvořen s použitím energie, získané hydrolýzou ATP. MK + ATP + CoA acyl CoA syntetáza Mg 2+ Acyl-CoA + AMP + Pi

35 Tvorba acyl-coa Reakce je esenciálně ireverzibilní. Acyl-CoA je na energii bohatá sloučenina, neboť na svou tvorbu spotřebuje energii vzniklou rozkladem ATP na AMP. energie MK + ATP + CoA acyl CoA syntetáza Mg 2+ Acyl-CoA + AMP + PPi

36 Transport acyl-karnitinu Tvorba acyl-coa probíhá v cytoplazmě, zatímco oxidace acyl-coa probíhá v mitochondriích. Avšak vnitřní mitochondriální membrána je nepropustná pro acyl-coa. Proto se k transportu acyl-coa používá 3 různých transportních proteinů a malé molekuly karnitinu. Acyl-CoA sloučený s karnitinem může být transportován přes mitochondriální membránu!!! Karnitin prostupuje napříč mitochondriální membránou ven (z mitochondie do cytoplazmy) a sloučený s acyl-coa dovnitř.

37 Cytoplazma Vnitřní membrána Matrix acyl-coa Karnitin Karnitin acyl-coa I Acyl karnitin translokáza II CoA acylkarnitin acylkarnitin CoA

38 Nedostatek karnitinu, způsobený neschopností karnitin vytvořit, není vzácné metabolické onemocnění. Karnitin se ztrácí při dialyzační filtraci krve ( umělá ledvina )- nutnost doplňovat. Nedostatek karnitinu = svalová únava, špatná tolerance fyzického zatížení (způsobené akumulací TG ve svalech a neschopností oxidovat MK). Tělesná zátěž zvyšuje močovou exkreci karnitinu - proto sportovci doplňují karnitin (zvýšení lipidové oxidace a šetření zásob glykogenu) - módní hit - málo účinné.

39 Oxidace MK (beta-oxidace) Nastává po vstupu acyl-coa MK do matrix mitochondrií - cyklická reakce. V každém cyklu se acyl-coa MK rozkládá - vytváří 2uhlíkový acetyl-coa a nový acyl-coa zkrácený o 2 atomy uhlíku.

40 Acyl-CoA (C (C = = n n) - 2) FAD + dehydrogenace FADH2 NAD + NADH + H + Acetyl-CoA C = 2 Acyl-CoA (C = n-2)

41 NAD + Pyruvát (3C) CO 2 NADH + H + Acetyl-CoA (2C) Acyl-CoA Oxalacetát (4C) NAD + NADH + H + Malát (4C) Citrát (6C) Izocitrát (6C) Fumarát (4C) NAD + NADH + H + CO 2 FADH 2 FAD Sukcinát (4C) P Alfa-ketoglutarát (5C) GTP GDP Sukcinyl-CoA (4C) NADH + H + NAD + CO 2

42 dehydrogenace Acyl-CoA (C = n) FAD + FADH2 NAD + Sudý počet C Kolik cyklů? NADH + H + Acetyl-CoA C = 2 Acyl-CoA (C = n-2)

43 Např. kyselina stearová [18:0] vytvoří s CoA stearyl-coa, který má rovněž 18C. Odštěpením CoA (2C) vznikne 16-uhlíkový acyl-coa. 1. cyklus Odštěpením dalšího CoA (2C) vznikne 14-uhlíkový acyl-coa. 2. cyklus

44 1. n = n = n = n = n = n = 8 7. n = 6 8. n = Počet cyklů (n : 2) - 1 = n cyklus nemusí proběhnout, protože po 8. cyklu zůstanou 2 acetyl-coa

45 Např. kyselina stearová [18:0] vytvoří s CoA stearyl-coa, který má rovněž 18C. Odštěpením CoA (2C) vznikne 16-uhlíkový acyl-coa. 1. cyklus Odštěpením dalšího CoA (2C) vznikne 14-uhlíkový acyl-coa cyklus 8. cyklus Během 8 cyklů [(18 : 2) - 1] se stearyl-coa rozloží na 9 molekul acetyl-coa

46 Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové Vytvoření stearylu-coa ze stearové kyseliny -2 ATP

47 Tvorba acyl-coa Při rozložení ATP na AMP vzniknou 2 atomy fosfátu podobně jako při rozkladu 2 molekul ATP na 2 molekuly ADP MK + ATP + CoA acyl CoA syntetáza Mg 2+ Acyl-CoA + AMP + PPi Ztráta energie při rozložení ATP na AMP je stejná jako při ztráta při rozložení 2 ATP na 2 ADP.

48 Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové Vytvoření stearylu-coa ze stearové kyseliny Při tvorbě 9 acetyl-coa vznikne 8 FADH2 a 8 NADH + H +. V respiračním řetězci vzniknou v přítomnosti FADH2 dvě molekuly ATP, v přítomnosti NADH + H + tři molekuly ATP - v každém cyklu 5 molekul ATP - počet cyklů 8, počet ATP -2 ATP +40 ATP

49 NAD + + H ADP = NADH + H ATP FAD + + H ADP = FADH + H ATP 1 cyklus = 3 ATP + 2 ATP = 5 ATP 8 cyklů = 8. 5 ATP = 40 ATP

50 Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové Vytvoření stearylu-coa ze stearové kyseliny Při tvorbě 9 acetyl-coa vznikne 8 FADH2 a 8 NADH + H +. V respiračním řetězci vzniknou v přítomnosti FADH2 dvě molekuly ATP, v přítomnosti NADH + H + tři molekuly ATP - v každém cyklu 5 molekul ATP - počet cyklů 8, počet ATP -2 ATP Z jedné molekuly acetyl-coa vznik v Krebsově cyklu 12 molekul ATP. Počet acetyl-coa = 9, počet ATP = = +40 ATP +108 ATP

51 NAD + NADH + H + Pyruvát (3C) Acetyl-CoA (2C) CO 2 Oxalacetát (4C) NAD + NADH + H + Malát (4C) Citrát (6C) Izocitrát (6C) Fumarát (4C) NAD + NADH + H + CO 2 FADH 2 FAD Sukcinát (4C) P Alfa-ketoglutarát (5C) GTP GDP Sukcinyl-CoA (4C) NADH + H + NAD + CO 2

52 Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové Vytvoření stearylu-coa ze stearové kyseliny Při tvorbě 9 acetyl-coa vznikne 8 FADH2 a 8 NADH + H +. V respiračním řetězci vzniknou v přítomnosti FADH2 dvě molekuly ATP, v přítomnosti NADH + H + tři molekuly ATP - v každém cyklu 5 molekul ATP - počet cyklů 8, počet ATP -2 ATP Z jedné molekuly acetyl-coa vznik v Krebsově cyklu 12 molekul ATP. Počet acetyl-coa = 9, počet ATP = = +40 ATP +108 ATP CELKEM +146 ATP

53 Energetický zisk z Acyl-CoA beta-oxidace MK Počet cyklů (n - 2) / 2 [(n - 2) / 2] FADH2 n-2+3n = 4n-2 = 2 2 2n-1 [(n - 2) / 2] NADH + (n / 2 ) acetyl-coa n-2+n 2n-2 = = 2 2 n-1 3n / 2 NADH 1 2n - 1 ATP = n / 2 FADH2 2 3n - 2 ATP 2n-1+n-1 = 3n-2 n / 2 GTP 3 3n - 2 ATP n CO2

54 MK Acyl-CoA -2 ATP Počet cyklů (n - 2) : 2 [(n - 2) / 2] FADH2 [(n - 2) / 2] NADH (n / 2 ) acetyl-coa 3n / 2 NADH n / 2 FADH2 n / 2 GTP n - 1 ATP 3n - 2 ATP 3n - 2 ATP n : 2 ATP n CO2 8,5 n - 57 ATP

55 MK Energetický Acyl-CoA zisk -2 ATP Počet cyklů (n - 2) : 2 [(n - 2) / 2] FADH2 z beta-oxidace MK [(n - 2) / 2] NADH 8,5 (n / 2 ) acetyl-coa n - 7 ATP 3n / 2 NADH 1 2n - 1 ATP n = počet atomů C n / 2 FADH2 2 3n - 2 ATP n / 2 GTP 3 3n - 2 ATP n : 2 ATP n CO2 8,5 n - 7 ATP