Základy biochemie KBC / BCH. Metabolismus lipidů. Inovace studia biochemie prostřednictvím e-learningu CZ / /0407

Transkript

1 Základy biochemie KB / B Metabolismus lipidů Inovace studia biochemie prostřednictvím e-learningu Z / /0407 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 Lipidy a buněčné membrány LIPIDY jsou ve vodě nerozpustné biomolekuly, dobře rozpustné v organických rozpouštědlech (např. chloroform). Buňky jsou ohraničeny biologickými membránami, které oddělují obsah buněk od vnějšího okolí. Biologické membrány se vyznačují polopropustností (semipermeabilita). Na membránách se uskutečňují transportní pochody. Membrány jsou dynamické struktury ve kterých se pohybují proteiny v moři lipidů. U eukaryot existují vnější (plasmatické) a vnitřní buněčné membrány, které tvoří hranice organel jako jsou mitochondrie, chloroplasty, peroxisomy a lysosomy. Dalšími funkcemi biologických membrán nutnými pro život jsou skladování energie a přenos informací.

3 Vlastnosti biologických membrán 1. Membrány tvoří vrstvené struktury o síle dvou molekul. Tloušťka membrán je mezi 6 nm až 10 nm. 2. Membrány obsahují hlavně lipidy a proteiny v poměru od 1 : 4 až 4 : Membránové lipidy jsou malé molekuly s částmi hydrofilními a hydrofobními. Vytváří lipidové dvojvrstvy. 4. pecifické proteiny zprostředkovávají různé funkce membrán. Proteiny slouží jako pumpy, kanály, receptory, přenašeče energie a enzymy. 5. Membrány jsou nekovalentní seskupení. 6. Membrány jsou asymetrické. Dvě strany biologické membrány se od sebe liší. 7. Membrány vytváří fluidní mozaiku. 8. Většina membrán je elektricky polarizována.

4 Řez plasmatickou membránou erythrocytu

5 Mastné kyseliny nositelky hydrofobních vlastností Palmitát (ionizovaná forma kyseliny palmitové) - leát (ionizovaná forma kyseliny olejové) -

6 Názvosloví mastných kyselin Nasycená mastná kyselina s 18 atomy ( 18 ) se nazývá oktadekanová (podle uhlovodíku oktadekanu), s dvojnou vazbou pak oktadekenová a se dvěma dvojnými vazbami oktadekadienová kyselina. Záznam 18 : 0 značí mastnou kyselinu 18 bez dvojné vazby. Záznam 18 : 2 znamená, že kyselina obsahuje dvě dvojné vazby. Uhlíky mastné kyseliny se číslují od karboxylu, atomy 2 a 3 se také označují α a β. Koncový methyl se označuje ω-uhlíkový atom. Poloha dvojné vazby se označuje symbolem Δ a číslem v exponentu. Tak např. cis- Δ 9 značí polohu dvojné vazby mezi uhlíky 9 a 10. Dvojné vazby je také možné označovat od ω-uhlíkového atomu (má číslo 1). Např. ω- 3 mastná kyselina má dvojnou vazbu na třetím uhlíku od konce.

7 Značení uhlíkových atomů mastných kyselin β ω n 2 α

8 Některé přírodní živočišné mastné kyseliny Počet Počet dvojných Název ystematický názeb vazeb 12 0 Laurová n-dodekanová 14 0 Myristová n-tetradekanová 16 0 Palmitová n-hexadekanová 18 0 tearová n-oktadekanová 20 0 Arachidová n-eikosanová 22 0 Behenová n-dokosanová 24 0 Lignocerová n-tetrakosanová 16 1 Palmitolejová cis-δ 9 -hexadecenová 18 1 lejová cis-δ 9 - oktadecenová 18 2 Linoleová cis, cis-δ 9, Δ 12 -oktadekadienová 18 3 Linolenová all-cis-δ 9, Δ 12, Δ 15 -oktadekatrienová 20 4 Arachidonová all-cis-δ 5, Δ 8, Δ 11, Δ 14 -eikosatetraenová

9 Tři typy membránových lipidů: Fosfolipidy Glykolipidy holesterol Fosfolipidy sestávají ze čtyř složek: mastné kyseliny, glycerol základ na který se váží mastné kyseliny, fosfát a na něj vázaný alkohol. Kromě glycerolu se jako základ může uplatňovat alkohol sfingosin. Fosfolipidy odvozené od glycerolu se nazývají fosfoglyceridy. Fosfoglyceridy obsahují glycerol na který jsou vázány dvě mastné kyseliny a fosforylovaný alkohol.

10 Fosfatidová kyselina Acylové skupiny mastných kyselin R 1 R Fosfatidát (diacylglycerol-3-fosfát) 2 2 P+ 2-

11 chematická struktura fosfolipidu Mastná kyselina Mastná kyselina G l y c e r o l Fosfát Alkohol

12 Alkoholy, které se váží esterovou vazbou na fosfatidát: - 2 N N N erin Ethanolamin holin 2 2 Glycerol Inositol

13 Fosfatidylserin příklad fosfolipidu R 1 2 R 2 2 P N 3 + Fosfatidylserin

14 + truktura sfingosinu a sfingomyelinu. + 3 N fingosin 2 3 ( 2 ) 12 R 1 N 2 P N fingomyelin

15 Glykolipidy - sacharidy obsahující lipidy Glykolipidy jsou odvozeny od sfingosinu, jehož aminoskupina je acylována jako ve sfingomyelinu mastnou kyselinou. Na rozdíl od sfingomyelinu je na hydroxylu sfingosinu vázán sacharid. Mastná kyselina ukerná jednotka R 1 N 3 ( 2 ) 12 Glukosa nebo galaktosa erebrosid (glykolipid)

16 holesterol holesterol je lipid na bázi steroidního skeletu steranu. V membránách je cholesterol orientován rovnoběžně se řetězci mastných kyselin. Je až 25 % součástí membránových lipidů nervových buněk, ale je nepřítomen v intracelulárních membránách. holesterol neobsahují prokaryotní membrány holesterol

17 Úloha mastných kyselin: Metabolismus mastných kyselin 1. oučást biologických membrán fosfolipidy a glykolipidy. 2. Mnohé proteiny jsou modifikovány kovalentní vazbou s mastnými kyselinami a tímto způsobem jsou lokalizovány v membránách. 3. Mastné kyseliny jsou zásobárnou energie. bvykle jsou skladovány jako triacylglyceroly (nebo také neutrální mastné kyseliny, triglyceridy).

18 Triacylglyceroly Triacylglyceroly skladují velké množství metabolické energie, protože jsou bezvodé a redukované. Kompletní oxidací jednoho gramu mastné kyseliny se získá 38 kj energie, zatím co z 1 g sacharidů nebo proteinů pouze 17 kj. Triacylglyceroly jsou výhodně skladovatelnou energií. Jeden gram tuku skladuje 6 x více energie než 1 g hydratovaného glykogenu. Typický 70 kg vážící muž má energetickou rezervu kj ve formě triacylglycerolu, kj v proteinech (svaly), kj v glykogenu a 170 kj v glukose. elková hmotnost triacylglycerolů je 11 kg. Pokud by se takové množství energie skladovalo v glykogenu, byla by tělesná hmotnost 55 x vyšší. Zásoby glykogenu a glukosy vystačí zásobovat organismus energií jeden den. Triacylglyceroly týdny. U savců je hlavním místem akumulace triacylglycerolů cytoplasma adiposních buněk (tukových buněk).

19 Triacylglyceroly z potravy. Triacylglyceroly ze střevní sliznice jsou z důvodu nerozpustnosti převáděny na micely za účasti žlučových kyselin. Žlučové kyseliny jsou amfipatické (obsahují polární i nepolární části), jsou syntetizovány v játrech a uvolňovány ze žlučníku. Žlučové kyseliny obalí triacylglyceroly a usnadní tak funkci hydrolytickým lipasam. Např. glykocholát. 3 3 N - 3 Glykocholát

20 ydrolytické štěpení triacylglycerolu pankreatickými lipasami R R 1 R 3 2 Lipasa - R 2 2 Triacylglycerol Diacylglycerol Monoacylglycerol R 3 R 1 2 R 1 2 Lipasa - R 2 2 2

21 Resyntéza triacylglycerolů ve sliznici střeva Resyntetizované triacylglyceroly jsou sbaleny do lipoproteinových transportních částic chylomikronů, které přes lymfu vstupují do krve. hylomikrony se váží na na membránách (přednostně adiposní tkáně a svalstva) vázané lipoproteinové lipasy, kde jsou triacylglyceroly opět hydrolyzovány na mastné kyseliny a monoacylglycerol, aby je bylo možné transportovat do tkání. Periferní tkáně využívají energii lipidů skladovaných v adiposní tkáni ve třech stupních: 1. Mobilizace lipidů hydrolýza na mastné kyseliny a glycerol, které jsou transportovány do potřebných tkání. 2. Aktivace mastných kyselin a jejich transport do matrix mitochondrií. 3. dbourávání mastných kyselin na acetyl oa, který vstupuje do cyklu trikarboxylových kyselin.

22 Tvorba chylomikronů LUMEN VALVÁ BUŇKA Triacylglyceroly 2 Lipasy Mastné kyseliny Další lipidy a proteiny hylomikrony Do lymfatického systému + Triacylglyceroly Monoacylglyceroly

23 ormonální regulace hydrolýzy triacylglycerolů Lipasy adiposních buněk jsou aktivovány adrenalinem, (nor ), glukagonem a AT. Insulin inhibuje. ormon + Adenylátcyklasa GTP Volné mastné kyseliny 7TM receptor ATP camp Glycerol Proteinkinasa Proteinkinasa Diacylglycerol Další lipasy Triacylglycerollipasa Triacylglycerollipasa P Triacylglycerol

24 Lipolýzou uvolněné mastné kyseliny se váží na sérový albumin, který slouží jako jejich nosič do tkání. Glycerol se absorbuje v játrech. - R 2 2 R 1 Lipasa 2 + R 1-2 Triacylglycerol R Glycerol R 2 - R 3 Mastné kyseliny

25 Glycerol se přeměňuje na meziprodukty glykolýzy 2 Glycerolkinasa 2 Glycerol-3-fosfátdehydrogenasa 2 Triosafosfátisomerasa 2 ATP ADP 2-2 P 3 NAD + NAD P P 3 Glycerol L-Glycerol-3-fosfát Dihydroxyacetonfosfát D-Glyceraldehyd-3-fosfát

26 Aktivace mastných kyselin. Na vnější membráně mitochondrie jsou mastné kyseliny aktivovány za katalýzy acyl oasynthetasy (také thiokinasa mastných kyselin): - + ATP R Mastná kyselina R AMP Acyladenylát + PP i R AMP + oa R oa + AMP Acyladenylát Acyl-oA

27 Vstup mastných kyselin do matrix. Tvorba acylkarnitinu karnitinacyltransferasa I. Na vnitřní straně mitochondriální membrány se za katalýzy karnitinacyltransferasy II přenáší acyl na oa. R R oa N N oa Acyl-oA Karnitin Karnitin

28 Aktivovaná mastná kyselina je přenášena do matrix vázána na karnitin přes translokasu. Acyl-oA oa Karnitin Acylkarnitin ytosol Translokasa Matrix Karnitin Acylkarnitin Acyl-oA oa

29 dbourávání nasycených acyl oa β oxidace. 1. Acyl oadehydrogenasa (FAD) tvorba trans-δ 2 -enoyl oa. R oa Acyl-oA FAD XIDAE FAD 2 R 2 oa Trans-Δ 2 -Enoyl-oA

30 2. Enoyl oahydratasa R 2 oa Trans-Δ 2 -Enoyl-oA 2 YDRATAE R 2 L-3-ydroxyacyl-oA oa

31 3. L-3-ydroxyacyl oadehydrogenasa R oa 2 L-3-ydroxyacyl-oA NAD + XIDAE + + NAD R 2 3-Ketoacyl-oA oa

32 4. β-ketothiolasa R 2 3-Ketoacyl-oA oa oa TILÝZA R 2 oa + oa Acyl-oA (zkrácený o 2 uhlíkové atomy) Acetyl-oA

33 Výtěžek kompletní oxidace palmitátu: Palmitoyl oa + 7 FAD + 7 NAD oa acetyl oa + 7 FAD NAD V dýchacím řetězci se získá z jednoho NAD asi 2, 5 ATP a z jednoho FAD 2 asi 1, 5 ATP. ečteno: 7 x FAD 2 = 10, 5 ATP 7 x NAD = 17, 5 ATP xidace 8 acetyl oa v citrátovém cyklu = 80 ATP oučet : 108 ATP potřeba na aktivaci mastné kyseliny: 2 ATP Konečný součet : 106 ATP

34 dbourávání nenasycených mastných kyselin. is izomer je převeden na trans isomerasou. 3 ( 2 ) oa is-δ 3 -Enoyl-oA-isomerasa ( 2 ) oa

35 Další dvojná vazba mezi uhlíky 4 a 5 je odstraněna redukcí: ( 2 ) 4 3 oa ,4-Dienoyl-oA + + NADP 2,4-Dienoyl-oA-reduktasa NADP + 3 ( 2 ) oa Trans-Δ 3 -Enoyl-oA

36 dbourávání mastných kyselin s lichým počtem uhlíků vede k sukcinyl oa. Převedení L-methylmalonyl oa na sukcinyl oa probíhá za účasti enzymu mathylmalonyl oa mutasy jehož koenzymem je derivát vitaminu B 12 kobalamin. 3 2 Propionyl-oA oa ATP ADP + P i - 3 D-Methylmalonyl-oA oa - 3 L-Methylmalonyl-oA oa ukcinyl-oa oa

37 dbourávání mastných kyselin na peroxisomech Peroxisomy obsahují velké množství enzymu katalasy, který katalyzuje dismutaci peroxidu vodíku na vodu a kyslík!!! Na peroxisomech se mastné kyseliny jen zkracují na délku oktanoyl oa, který je posléze snadněji odbouráván v matrix mitochondrií β-oxidací.

38 V prvním stupni peroxisomální oxidace mastných kyselin katalyzuje flavoproteinová dehydrogenasa, která přenáší elektrony na kyslík za tvorby peroxidu vodíku (Rozdíl od β-oxidace) oa 3 2 oa Další oxidace Acyl-oA-dehydrogenasa (ox, FAD) Acyl-oA-dehydrogenasa (red, FAD 2 ) Katalasa 2 + 1/2 2

39 Tvorba a funkce ketolátek Vstup acetyl oa do citrátového cyklu závisí na dostupnosti oxaloacetátu. Při nedostatku sacharidů se hladina oxaloacetátu snižuje a tím zpomaluje citrátový cyklus. xaloacetát se získává karboxylací pyruvátu. Známá biochemický bonmot: TUKY ŘÍ V NI AARIDů. Při hladovění nebo diabetu je oxaloacetát spotřebováván na tvorbu glukosy. Za této situace se dva acetyl oa kondenzují za tvorby acetoacetyl oa. Ten reaguje s dalším acetyl oa za tvorby 3- hydroxy-3-methylglutaryl oa (MG oa) a oa. MG-oA se posléze štěpí na acetyl oa a acetoacetát. lavním místem tvorby ketolátek jsou jaterní mitochondrie.

40 Role acetoacetátu rdeční sval a kůra ledvin preferují acetoacetát před glukosou. Taktéž mozek se za hladovění adaptuje na acetoacetát. Při dlouhodobém hladovění je až 75 % energie mozku z acetoacetátu!!! Acetoacetát má regulační roli. Vysoká hladina acetoacetátu v krvi je signálem přítomnosti vysokého množství acetyl oa což vede k poklesu lipolýzy v adiposních tkáních. Ketolátky jsou ve vodě rozpustnou transportní formou acetylů.

41 3-Ketothiolasa tvorba acetoacetyl oa 3 oa + 3 oa oa Acetyl-oA Acetyl-oA oa Acetoacetyl-oA

42 ydroxymethylglutaryl oasynthasa 3 2 oa + 3 oa oa Acetoacetyl-oA Acetyl-oA 2 oa 3-ydroxy-3-methylglutaryl-oA

43 ydroxymethylglutaryl oa štěpící enzym oa ydroxy-3-methylglutaryl-oA Acetoacetát 3 oa

44 D-3-ydroxybutyrátdehydrogenasa. Acetoacetát spontánně dekarboxyluje na aceton Acetoacetát + + NAD NAD + D-3-ydroxybutyrát Aceton

45 Acetoacetát je aktivován přenosem oa ze sukcinyl oa a posléze štěpen specifickou thiolasou na dva acetyl oa. V játrech transferasa není! Acetoacetát ukcinyl-oa oa-transferasa ukcinát Acetoacetyl-oA Thiolasa oa 2 Acetyl-oA

46 Živočichové nedokáží převést mastné kyseliny na glukosu!!! Proč? Acetyl-oA nemůže být převeden na pyruvát nebo oxaloacetát, neboť vstupuje do citrátového cyklu a oba uhlíky se v jeho průběhu odštěpí jako 2. Rostliny mají další dva enzymy v tzv. glyoxylátovém cyklu a jsou schopné převést acetyl oa na oxaloacetát.

47 Rozdíly mezi odbouráváním a syntézou mastných kyselin. 1. yntéza mastných kyselin probíhá v cytoplasmě, odbourávání v matrix mitochondrií. 2. Meziprodukty syntézy mastných kyselin jsou kovalentně vázány na sulfhydrylové skupiny AP (acyl carrier protein), kdežto meziprodukty degradace jsou vázány na skupinu oa. 3. Enzymy syntézy mastných kyselin vyšších organismů jsou spojeny do polypeptidového řetězce zvaného synthasa mastných kyselin. Enzymy degradace jsou v matrix volně. 4. Řetězec mastných kyselin se prodlužuje o dva uhlíky z acetyl oa. Aktivovaným donorem dvou uhlíků je malonyl oa a prodlužování řetězce je poháněno odštěpováním Redukčním činidlem při syntéze je NADP, oxidačními činidly při degradaci jsou FAD a NAD Prodlužování řetězce na synthase mastných kyselin končí tvorbou palmitátu ( 16 ). Další prodlužování řetězce a tvorba nenasycených kyselin probíhá na jiných enzymech.

48 Klíčovým krokem syntézy mastných kyselin je tvorba malonyl oa. Acetyl oa + ATP + 3- malonyl oa + ADP + P i + + Katalyzuje acetyl oa karboxylasa (obsahuje biotin). Reakce probíhá ve dvou stupních: Biotin enzym + ATP biotin-enzym +ADP + P i 2 -biotin-enzym + acetyl oa malonyl oa + biotin-enzym Acetyl oa karboxylasa je regulačním enzymem metabolismu mastných kyselin.

49 AP fosfopanteteinové raménko, na kterém jsou vázány meziprodukty syntézy mastných kyselin. Fosfopantetheinové raménko AP (proteinový nosič) Koenzym A

50 Jednotlivé kroky syntézy mastných kyselin. 1. yntéza malonyl oa: acetyl oakarboxylasa 2. Navázání acetyl oa na AP: acetyltransacylasa 3. Navázání malonyl oa na AP: malonyltransacylasa 4. Kondenzační reakce: acylmalonyl AP kondenzační enzym Acetyl AP + malonyl AP acetoacetyl AP + AP První redukce: β-ketoacyl AP reduktasa Acetoacetyl AP + NADP + + D-3-hydroxybutyryl AP + NADP + 6. Dehydratace: 3-hydroxyacyldehydratasa D-3-ydroxybutyryl AP krotonyl AP Druhá redukce: enoyl AP reduktasa Krotonyl AP + NADP + + butyryl AP + NADP +

51 Kondenzace - zjednodušeně 3 AP AP KNDENZAE 3 2 AP Acetyl-AP Malonyl-AP AP + 2 Acetoacetyl-AP

52 Elongace řetězce je zahájena spojením acetylu za účasti kondenzačního enzymu E. 3 E AP KNDENZAE 3 2 AP Acetyl-E Malonyl-AP E + 2 Acetoacetyl-AP

53 První redukce 3 2 AP REDUKE 3 2 AP Acetoacetyl-AP + + NADP NADP + D-3-ydroxybutyryl-AP

54 Dehydratace DEYDRATAE 3 2 AP D-3-ydroxybutyryl-AP 2 3 Krotonyl-AP AP

55 Druhá redukce 3 Krotonyl-AP AP REDUKE + + NADP NADP Butyryl-AP AP

56 Další postup syntézy mastných kyselin V dalším kole syntézy se kondenzuje malonyl AP s butyryl AP za tvorby 6 -β-ketoacyl AP. Poté následuje první redukce, dehydratace a druhá redukce za tvorby 6 acyl AP. Prodlužování řetězce se opakuje až do délky 16 palmitát. Thioesterasa je enzym, který odštěpuje palmitát z AP a tak je syntéza ukončena.

57 avčí synthasa mastných kyselin. avčí synthasa mastných kyselin se liší od synthasy z E. coli. avčí je homodimer 260 kda podjednotek. Každá z podjednotek má tři domény spojené pohyblivými regiony. Doména 1 vstup substrátu a kondenzační jednotka obsahuje obě transferasy a β-ketoacylsynthasu (kondenzační enzym). Doména 2 redukční jednotka obsahuje AP, β-ketoacylreduktasu, dehydratasu a enoylreduktasu. Doména 3 obsahuje thioesterasu odštěpující palmitát.

58 avčí synthasa mastných kyselin Doména 1 (modrá) AT-acetyltransferasa, MT-malonyltransferasa, Ekondenzační enzym. Doména 2 (žlutá) AP, β-ketoacylreduktasa (KR), dehydratasa (D), enoylreduktasa (ER). Doména 3 (červená) thioesterasa (TE). Flexibilní raménka (zelená). AT MT D ER KR AP TE E ys TRANLKAE ys REDUKE KNDENZAE E TE AP KR ER D Uvolnění palmitátu MT Vstup substrátu AT

59 ynthasa mastných kyselin funguje jako dimer. Ke kondenzaci dochází mezi malonylem zavěšeným na jedné podjednotce AP a acetylem na kondenzačního enzymu druhé podjednotky. E AP E AP KNDENZAE AP E AP E

60 bě redukce a dehydratace na fosfopantheteinovém raménku AP. E AP E AP 3 REDUKE AP E AP E

61 Translokací se přenese řetězec z AP na skupinu kondenzačního enzymu stejné podjednotky. E AP E AP TRANLKAE AP E AP E

62 Další malonyl se naváže na raménko AP druhé podjednotky. Probíhá druhá kondenzace na protilehlou podjednotku dimeru. E AP E AP Malonyl-oA oa 2-2 AP E AP E

63 techiometrie syntézy palmitátu techiometrie syntézy palmitátu: Acetyl oa + 7 malonyl oa + 14 NADP palmitát NADP oa techiometrie syntézy malonyl oa: 7 Acetyl oa ATP 7 malonyl oa + 7 ADP + 7 P i elkově: 8 Acetyl oa + 7 ATP + 14 NADP palmitát + 14 NADP oa ADP + 7 P i

64 itrát jako nositel acetylů z matrix mitochondrie do cytosolu K syntéze palmitátu je třeba: 8 acetyl oa, 14 NADP a 7 ATP (8 NADP se získá transportem citrátu do cytoplasmy a zbylých 6 v pentosafosfátové dráze). Acetyl oa je v matrix a vnitřní mitochondrální membrána acetyl oa nepropouští!! Při vysokých hladinách citrátu je transportován do cytosolu, kde je štěpen ATP citrátlyasou. itrát + ATP + oa + 2 acetyl oa + ADP + P i + oxaloacetát Do cytosolu tak vstupuje spolu s acetyl oa oxaloacetát.

65 Transfer acetyloa do cytosolu: MITNDRIE YTL Acetyl-oA itrát itrát Acetyl-oA xaloacetát xaloacetát NAD Malát Pyruvát Pyruvát NADP

66 Zdroje NADP pro syntézu mastných kyselin xaloacetát vytvořený při transportu citrátu do cytosolu by se měl vrátit do matrix. Vnitřní mitochondriální membrána je pro oxaloacetát nepropustná. xaloacetát je redukován za účasti NAD na malát cytosolovou malátdehydrogenasou: xaloacetát + NAD + + malát + NAD + Malát je oxidačně dekarboxylován NADP + -malátovým enzymem (také jablečný enzym): Malát + NADP + pyruvát NADP Konečně pyruvát vstupuje do mitochondrie, kde je karboxylován pyruvátkarboxylasou: Pyruvát ATP + 2 oxaloacetát + ADP + P i umární rovnice: NADP + + NAD + ATP + 2 NADP + NAD + + ADP + P i + +

67 Regulace metabolismu mastných kyselin yntéza mastných kyselin probíhá za situace, kdy je dostatek sacharidů a energie a nedostatek mastných kyselin. Ústřední klíčovou roli hraje acetyl oa karboxylasa. Karboxylasa je pod kontrolou adrenalinu, glukagonu a insulinu. Insulin stimuluje syntézu mastných kyselin aktivací karboxylasy, glukagon a adrenalin mají opačný účinek. itrát, znak dostatku stavebních jednotek a energie, aktivuje karboxylasu. Palmitoyl oa a AMP, naopak, inhibují karboxylasu.

68 Prodlužování řetězce a tvorba nenasycených mastných kyselin probíhá na cytosolární straně membrány endoplasmatického retikula. Tvorba oleoyl oa (cis Δ 9 -dvojná vazba) ze stearoyl oa: tearoyl oa + NAD oleoyl oa + NAD Katalyzují tři membránové enzymy. avci nemají enzymy katalyzující vstup dvojné vazby za uhlík -9 řetězce mastných kyselin. avci nemohou syntetizovat linoleát (18 : 2 cis Δ 9, Δ 12 ) a linolenát (18 : 3 cis Δ 9, Δ 12, Δ 15 ). bě mastné kyseliny jsou pro savce esenciální musí být dodány s potravou.

69 Biosyntéza cholesterolu holesterol má 27 uhlíkových atomů a všechny mají původ v acetyl oa. yntéza cholesterolu se uskutečňuje ve třech stupních: A) yntéza isopentenyldifosfátu, jako aktivní isoprenové jednotky. B) Kondenzace šesti molekul isopentenyldifosfátu za tvorby skvalenu. ) yklizace skvalenu řadou reakcí na tetracyklický produkt, který je bezprostředně převeden na cholesterol. holesterol: Modulátor fluidity živočišných membrán Prekurzor steroidních hormonů Prekurzor žlučových kyselin Prekurzor vitaminu D

70 Značení uhlíkových atomů cholesterolu v návaznosti na značení acetylu

71 Číslování uhlíků cholesterolu a steroidů A 11 9 B D

72 yntéza isopentenyldifosfátu v cytosolu Meziprodukty jsou 3-hydroxy-3-methylglutaryl oa (MG-oA) a mevalonát. MG-oA se v mitochondriích převádí na acetyl oa a acetoacetát (ketolátky)!!!! yntéza mevalonátu je klíčovým stupněm syntézy cholesterolu. Redukce MG-oA enzymem MG-oA reduktasou je ireversibilním stupněm, kontrolním bodem syntézy. Reduktasa je integrální součástí membránových proteinů v endoplasmatickém retikulu. MG-oA + 2 NADP mevalonát + 2 NADP + + oa

73 Přeměny 3-hydroxy-3-methylglutaryl oa v cytosolu a mitochondrii YTL Acetyl-oA Acetoacetyl-oA oa oa 2 oa oa 3-ydroxy-3-methylglutaryl-oA (MG-oA) NADP oa + 2 NADP Mevalonát Acetyl-oA oa 2-2 MITNDRIE Acetoacetát

74 yntéza isopentenyldifosfátu ATP ADP ATP ADP ATP ADP 2- P P i P P + P P + P P + P Mevalonát 5-Fosfomevalonát 5-Difosfomevalonát 3-Isopentenyldifosfát

75 Izomerizace isopentenyldifosfát dimethylallyldifosfát P 2 P 3 3-Isopentenyldifosfát 3-2 P 2 P 3 Dimethylallyldifosfát

76 Mechanismus kondenzace allylového substrátu (dimethylallyldifosfát) s 3-isopentenyldifosfátem. Kondenzace hlava ocas. 3-Isopentenyldifosfát 3 P 2 P P 2 P R 2 R Allylový substrát PP i Allylový karbanion

77 Geranyldifosfát P 2 P 3 Dimethylallyldifosfát P 2 P 3 3-Isopentenyldifosfát PP i 3 3 P 2 P Geranyldifosfát

78 Geranyl = dimethylallyldifosfát + isopentenyldifosfát; Farnesyl = geranyl + isopentenyldifosfát. 3 P 2 P P 2 P 3 3- R R Geranyl-(farnesyl)-difosfát

79 kvalen = 2 x farnesyldifosfát + NADP Kondenzace hlava ocas. 3 3 P 2 P Farnesyldifosfát Farnesyldifosfát + NADP PP i + NADP kvalen 3

80 yklisace skvalenu na lanosterol přes skvalen epoxid a protosterolový kationt. 2 + NADP NADP + kvalen kvalen epoxid Lanosterol Protosterolový kation

81 Lanosterol přechází řadou reakcí na cholesterol. dstranění tří methylů, redukce jedné dvojné vazby NADP a přesun druhédvojnévazby KRKŮ Lanosterol holesterol

82 Regulace syntézy cholesterolu. Dospělý člověk syntetizuje denně 800 mg cholesterolu (játra, střevo). yntéza cholesterolu je regulována jeho buněčnou hladinou zpětnovazebně přes aktivitu a množství MG-oA reduktasy!! 1. Rychlost syntézy reduktasové mrna je kontrolována zvláštním proteinem (regulatory element binding protein REBP) transkripční faktor. Nízká hladina cholesterolu aktivuje REBP, vysoká inhibuje. 2. Rychlost translace reduktasové mrna je inhibována nesteroidními metabolity odvozenými od mevalonátu a cholesterolem z potravy. 3. dbourávání reduktasy proteolýza je spuštěna při vysokých koncentracích cholesterolu. 4. Fosforylace snižuje aktivitu reduktasy. AMP aktivovaná proteinkinasa vypíná syntézu cholesterolu. yntéza se zastavuje při nízkých hladinách ATP.

83 Inhibitory syntézy cholesterolu. yntéza cholesterolu může být efektivně blokována třídou sloučenin zvaných statiny (např. lovastatin také s názvem mevacor). Jedná se o silné inhibitory (K i = 1 nm) MG-oA reduktasy. bvykle se podávají s inhibitory reabsorpce žlučových kyselin Atherosklerosa!! Lovastatin 3

84 yntéza žlučových kyselin. Polární deriváty cholesterolu vysoce efektivní detergenty. holesterol oa Trihydroxykoprostanoát 3 holyl-oa Glycin Taurin 3 3 N N Glykocholát 3 Taurocholát

85 teroidní hormony. holesterol je prekurzorem pěti hlavních tříd steroidních hormonů: Progestageny, glukokortikoidy, mineralokortikoidy, androgeny a estrogeny. Regulace genové exprese. Biosyntetická cesta tříd steroidních hormonů. holesterol ( 27 ) Pregnenolon ( 21 ) Progestageny ( 21 ) Glukokortikoidy ( 21 ) Androgeny ( 19 ) Mineralokortikoidy ( 21 ) Estrogeny ( 18 )

86 Funkce a místo syntézy steroidních hormonů Progestagen progesteron připravuje dělohu pro přijetí vajíčka. Androgeny (jako testosteron) vývoj sekundárních pohlavních znaků mužů. Estrogeny (jako estron) vývoj sekundárních pohlavních znaků žen, ovariální cyklus. Glukokortikoidy (jako kortisol) propagace glukoneogeneze s tvorby glykogenu, inhibice zánětů. Mineralokortikoidy (aldosteron) zvýšení reabsorbce Na + a vylučování K + a + což vede ke zvýšení objemu a tlaku krve. lavními místy syntézy steroidních hormonů jsou: Žluté tělísko (orpus luteum) pro progestageny. Vaječníky pro estrogeny. Varlata pro androgeny. Kůra nadledvinek pro glukokortikoidy a mineralokortikoidy.

87 Vitaminy D kontrola hladiny a 2+ a fosfátů. Aktivním hormonem je kalcitriol. Nejedná se o pravý steroid, ale funkčně působí podobně tím, že se váže na strukturně podobný receptor za tvorby komplexního faktoru regulujícího genovou expresi Ultrafialové záření 3 7-Dehydroxycholesterol Provitamin D Kalcitriol (1,25-Dihydroxycholekalciferol) Vitamin D 3 (holekalciferol)

88 Isopentenyldifosfát je prekurzorem terpenů, řetězců ubichinonu, chlorofylu, karotenoidů a vitaminu K. Myrcen (bobkový list) Limonen (citronová silice) Zingiberen (zázvor)

89 Vitamin K 2 a ubichinon Isoprenová jednotka Me Isoprenová jednotka ( )6 Me ( ) Vitamin K 2 Ubichinon (Koenzym Q 10 )

90 Fytol a karotenoidy Fytol-vedlejší řetězec chlorofylu je složen ze čtyř isoprenových jednotek. Karotenoidy barviva rajčat a mrkve. Absorbují světlo, protože obsahují konjugované dvojné vazby (mezi 400 až 500 nm). Jejich 40 uhlíkatý řetězec je skládán z 5 jednotek až po geranylgeranyldifosfát 20, jehož dvě molekuly kondenzují způsobem hlava-ocas za tvorby fytoenu 40. Fytoen přejde po dehydrogenaci na lykopen. yklizací obou konců lykopenu získáme β-karoten prekurzor retinalu.

91 Karotenoidy Lykopen β-karoten

92 Fotoreceptorová molekula rhodopsin sestává z proteinu opsin a 11-cis retinalujako prosthetické skupiny. Absorpční maximum rhodopsinu je 500 nm cis-Retinal