Odbourávání lipidů, ketolátky

Transkript

1 dbourávání lipidů, ketolátky Josef Fontana EB - 56

2 bsah přednášky Energetický význam TAG Jednotlivé dráhy metabolismu lipidů lipidy jako zdroj energie degradace TAG v buňkách, β-oxidace MK tvorba a využití ketolátek

3 Energetický význam TAG

4 Triacylglyceroly (TAG) Skladují velké množství chemické energie Výhodné pro skladování - 1g bezvodého TAG má 6 x více energie než 1g hydratovaného glykogenu Kompletní oxidací 1g MK se získá 38 kj, zatímco z 1g sacharidů či proteinů jen 17 kj

5 Triacylglyceroly (TAG) 70kg muž má kj v TAG, kj v proteinech (svaly), kj v glykogenu a 170 kj v glukóze (celková hmotnost TAG je kolem 11kg) Zásoby glykogenu a glukózy vystačí na jeden den, TAG na týdny Hlavní místo akumulace je cytoplasma adipocytů

6 Jednotlivé dráhy metabolismu lipidů Lipidy jako zdroj energie degradace TAG v buňkách, β-oxidace MK

7 Lipidy jako zdroj energie Využití lipidů probíhá ve třech stupních: 1) Mobilizace lipidů hydrolýza TAG na MK a glycerol a transport krví 2) Aktivace MK v cytosolu a jejich transport do matrix mitochondrií 3) β-oxidace: odbourávání MK na acetyl~oa, jenž vstupuje do Krebsova cyklu

8 Mobilizace lipidů Hormon senzitivní lipáza TAG 3 MK + glycerol MK se váží na sérový albumin Glycerol se využije v játrech Insulin inhibuje Aktivuje adrenalin, noradrenalin, glukagon

9 Přeměna glycerolu na meziprodukty glykolýzy H H 2 H H Glycerolkinasa H H 2 H H G H 2 H ATP ADP H 2 P 3 2- Glycerol L-Glycerol-3-fosfát H H 2 H H Glycerol-3-fosfátdehydrogenasa H 2 H H 2 P 3 2- NAD + NADH + H + H 2 P 3 2- L-Glycerol-3-fosfát Dihydroxyacetonfosfát

10 Průnik MK do buněk MK s krátkým řetězcem ( 12) - prostá difúze MK s delším řetězcem - různé transportní systémy v membráně usnadněná difúze: FATP (fatty acid transport protein) FAT/D36 (fatty acid translocase)

11 Aktivace mastných kyselin ytosol Zapojení MK do metabolismu Stálý koncentrační gradient MK Esterové navázání MK na HSoA: Acyl-oAsynthetasa (thiokinasa MK) MK + ATP + HS-oA acyl-oa + AMP + 2 P i

12 xidace mastných kyselin β-oxidace v matrix mitochondrie má majoritní význam Na membránách ER se vyskytují enzymy katalyzující ω- a α- oxidaci Řecká písmena určují uhlíkový atom, na kterém probíhají reakce

13 Vstup MK do matrix Acyl-oA prochází vnější mitochondriální membránou, ale ne vnitřní membránou MK opustí oa karnitin Karnitin Karnitin esterifikovaný MK Karnitinacyltransferasy (AT) - přenos MK mezi oa a karnitinem

14 Tvorba acylkarnitinu - AT I ytosolová strana vnější mitochondriální membrány Přenos acyl z HSoA na karnitin H 3 H H 3 + N H 2 H H 2 H 3 H 3 H 3 + N H 2 H H 2 H 3 carnitine R fatty acyl carnitine + R SoA arnitine Palmitoyl Transferase + HSoA

15 Karnitin acylkarnitin translokasa Karnitin Acyl-oA oa Acylkarnitin Vnitřní mitochondriální ytosol membrána Translokasa Matrix Výměna karnitinu za acylkarnitin Karnitin Acylkarnitin Acyl-oA oa

16 Karnitinacyltransferasa II Matrix mitochondrie Přenos MK z acylkarnitinu na HSoA Volný karnitin opouští matrix pomocí translokázy výměnou za nový acylkarnitin Acyl-oA je v matrix mitochondrie β-oxidace

17

18 Průběh β-oxidace MK Acyl~oA dehydrogenasa (prostetickou skupinou je FAD) tvorba trans-d 2 -enoyl oa Enoyl~oA hydratasa L-3-hydroxyacyl~oA dehydrogenasa (koenzymem je NAD + ) β-ketothiolasa

19 Acyl-oA dehydrogenasa R R H 2 H 2 FAD FADH 2 H 2 H H 2 Acyl-oA H S XIDAE S Trans- 2 -Enoyl-oA oa oa Vznik dvojné vazby mezi 2. (α) a 3. (β) uhlíkem Stereospecifická reakce - vzniká trans-enoyl-oa FAD - akceptor elektronů Různé dehydrogenázy pro: krátké MK (4-6 ) střední MK (6-10 ) dlouhé MK (12-18 )

20 Enoyl-oA hydratasa Hydratace trans dvojné vazby vytvořené v 1. kroku Vzniká hydroxylová skupina L-3- hydroxyacyl-oa R R H 2 H H 2 H H 2 H H H H HYDRATAE S Trans- 2 -Enoyl-oA S L-3-Hydroxyacyl-oA oa oa

21 Hydroxyacyl-oA dehydrogenasa xidace hydroxylové skupiny na třetím (β) na ketoskupinu R H H oa S H 2 H H L-3-Hydroxyacyl-oA NAD + H + + NADH XIDAE NAD + - akceptor elektronů R H 2 H H S oa 3-Ketoacyl-oA

22 β-ketothiolasa R HS H 2 S H H 3-Ketoacyl-oA oa THILÝZA oa Thiolytické štěpení SH skupina HSoA atakuje β-keto uhlík R H 2 Acyl-oA (zkrácený o 2 uhlíkové atomy) S oa + H H S H Acetyl-oA oa Vzniká Ac~oA a o dva uhlíky kratší acyl~oa

23 Jedna otočka β-oxidace β-oxidace je cyklický proces: acyl-oa + FAD + NAD + + HS-oA acyl-oa (o 2 kratší) + FADH 2 + NADH + H + + Ac-oA Meziprodukt (acyl-oa o 2 kratší) vstupuje do dalšího kola β-oxidace Většina MK má sudý počet - poslední otočka přemění butyryl-oa na 2 Ac-oA

24 Výtěžek kompletní oxidace palmitátu Palmitoyl~oA + 7 FAD + 7 NAD HSoA + 7 H 2 8 acetyl oa + 7 FADH NADH + 7 H + V dýchacím řetězci se získá z jednoho NADH 2,5 (3) ATP a z jednoho FADH 2 1,5 (2) ATP Sečteno: 7 x FADH 2 = 10, 5 (14) ATP 7 x NADH = 17, 5 (21) ATP xidace 8 AcoA v Krebsově cyklu = 80 (96) ATP Součet : 108 (131) ATP Spotřeba na aktivaci mastné kyseliny: 2 ATP Konečný součet : 106 (129) ATP

25 Regulace β-oxidace MK Při vstupu MK do MIT - na úrovni AT I Inhibuje malonyl~oa (meziprodukt tvorby MK) Princip: 1) syntéza MK probíhá v cytosolu, stejně jako reakce AT I 2) malonyl~oa vzniká při 1. reakci tvorby MK 3) cross regulace brání současnému průběhu syntézy i degradace MK

26 Mastné kyseliny s lichým počtem Vzniká propionyl-oa převeden na sukcinyl-oa zapojení do K Přeměna na AA glukoneogeneze i z MK se dá nasyntetizovat Glc MK s lichým počtem je v těle velmi málo

27 dbourávání nenasycených MK Většina nenasycených MK má cis konfiguraci dvojných vazeb Enoyl-oA-hydratasa vyžaduje jen trans izomery - převedení cis izomeru na trans pomocí isomerasy Pro oxidaci nenasycených MK jsou potřeba další enzymy: isomeráza a reduktáza

28 xidace MK s velmi dlouhým řetězcem Peroxisomy (obsahují katalasu) První stupeň katalyzuje flavoproteinová dehydrogenasa přenos elektronů na 2 H 2 2 Dráhu indukuje dieta s vysokým obsahem tuku a hypolipiemické léky klofibrát xidace končí u oktanoyl-oa odstraněn z peroxisomů ve vazbě na karnitin β-oxidace

29 xidace MK s velmi dlouhým řetězcem FADH 2 z 1. kroku se nereoxiduje v DŘ, ale reakcí s 2 : FADH FAD + H 2 2 Peroxisomální katalasa rozkládá H 2 2 : 2 H H Reakce nevedou k tvorbě ATP

30 Ω-oxidace MK Endoplazmatické retikulum Dlouhé MK minoritní dráha

31 Živočichové nedovedou převést mastné kyseliny na glukosu MK jsou bohatým zdrojem energie pro glukoneogenezi, ale z jejich se netvoří glukóza (AVE! MK s lichým počtem ) Nelze převést acetyl-oa na pyruvát či AA, (oba uhlíky se během K odštěpí jako 2 ) Pyruvátdehydrogenázová reakce je nevratná Rostliny mají další 2 enzymy v glyoxylátovém cyklu schopné převést AcoA na AA

32 Jednotlivé dráhy metabolismu lipidů Tvorba a využití ketolátek

33 Tvorba a funkce ketolátek Acetoacetát, β-hydroxybutyrát a aceton Hlavní místo tvorby ketolátek: jaterní mitochondrie Ketolátky jsou ve vodě rozpustnou transportní formou acetylů

34 Tvorba a funkce ketolátek Vstup AcoA do K závisí na dostupnosti oxaloacetátu AA vzniká karboxylací pyruvátu Při hladovění či DM je AA spotřebováván na glukoneogenezi Nedostatek sacharidů snížení AA zpomalení K TUKY HŘÍ V HNI SAHARIDŮ

35 Tvorba a funkce ketolátek lipolýza (HSL) MK β-oxidace MK nadbytek AcoA ketogeneze Kondenzace 2 AcoA acetoacetyl~oa Reakce s dalším AcoA 3-hydroxy-3- methylglutaryl~oa (HMG~oA) Štěpení HMG-oA AcoA a acetoacetát

36 β-ketothiolasa Poslední krok β-oxidace při tvorbě ketolátek se reakce obrátí 2 AcoA acetoacetyl~oa H 3 S oa + H 3 S oa 1 H 3 H 2 S oa Acetyl-oA Acetyl-oA oa Acetoacetyl-oA

37 3-hydroxy-3-methylglutaryl-oA synthasa H 3 H 2 S oa + H 3 S oa 2 - H H 3 H 2 H 2 S oa Acetoacetyl-oA Acetyl-oA H 2 oa 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-oA Katalyzuje kondenzaci na 3. uhlíku v AcAcoA

38 3-hydroxy-3-methylglutaryl-oA lyasa - H H 3 H 2 H 2 S oa 3 - H 2 H 3 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-oA Acetoacetát H 3 S oa Štěpí HMG-oA acetoacetát + AcoA

39 β-hydroxybutyrátdehydrogenasa Vzájemná reverzibilní přeměna ketolátek: acetoacetátu a β hydroxybutyrátu Při masivní tvorbě ketolátek je β- hydroxybutyrát kvantitativně nejvýznamnější ketolátkou v krvi Acetoacetát spontánně dekarboxyluje na aceton

40 β-hydroxybutyrátdehydrogenasa - H 2 H H H 2 H H 3 Acetoacetát H + + NADH NAD + D-3-Hydroxybutyrát 2 H 3 Aceton H 3

41 Aktivace ketolátek Extrahepatálně: zpětná přeměna na AcoA vstup do K Acetoacetát aktivován přenosem oa ze Suc~oA Štěpení thiolasou na 2 AcoA V játrech transferasa není! Acetoacetát Sukcinyl-oA oa-transferasa Sukcinát Acetoacetyl-oA oa Thiolasa 2 Acetyl-oA

42 Role acetoacetátu Srdeční sval a kůra ledvin preferují acetoacetát před glukosou Mozek se za hladovění adaptuje na acetoacetát (při dlouhodobém hladovění až 50% energie z acetoacetátu) Regulační role: vysoká hladina acetoacetátu v krvi signál přítomnosti velkého množství AcoA pokles lipolýzy

43 Regulace ketogeneze ve 4 krocích 1) HSL lipolýza v tukové tkáni 2) AT I vstup MK do MIT (βoxidace) 3) Směřování AcoA z β-oxidace do ketogeneze a ne do K 4) Mitochondriální HMG-oA synthasa