Transcript Powerpoint-lipidy na doma

LIPIDY
Lipidy - složení
vyšší mastné kyseliny + alkohol
fyz. chem. vlastnosti
nepolární sloučeniny 
nerozpustnost ve vodě 
ve vodném prostředí nutná aktivace
Mastné kyseliny
nasycené
polynenasycené
•
•
•
•
• linolová 18:2, D 9 ,12
palmitová 16
stearová 18
arachová 20
lignocerová 24
mononenasycené
ω3
ω6
α-linolenová
linolová
C18:3 cis-Δ9, 12, 15
C18:2 cis-Δ9, 12
• palmitoolejová 16:1, ∆ 9 eikosapentaenová EPA γ-linolenová
C20:5 cis-Δ5,8,11,14,17
C18:3 cis-Δ6, 9, 12
• olejová 18:1, ∆ 9
docosahexaenová DHA arachidonová
trans MK 
C22:6
aterosklerosa
srdeční onemocnění
zvýšení LDL cholesterol a snížení HDL cholestrol
prozánětlivé
C20:4 cis-Δ5,8,11,14
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
pankreatická šťáva
pankreatická lipasa (α-lipasa)
kolipasa
Trávení lipidů
aktivace až v lumen v přít. Ca2+
cholesterolesterasa
štěpí estery cholesterolu
ceramidasa
štěpí ceramidy
fosfolipasy
A2 a A1
štěpí fosfolipidy
epitel tenkého střeva
β-lipasa
B fosfolipasa = lysofosfolipasa
odstraňuje acyl z 1. uhlíku po odštěpení acylu z 2. uhlíku
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)
Vstřebávání lipidů
Natrávená směs v tenkém střevě obsahuje
 Monoacylglyceroly (MAG)
 Volné mastné kyseliny (VMK)
 Cholesterol (CH)
 Částečně odbourané fosfolipidy (FL)
žk
žk žk žk
žk
CH MAGCH
žk
žk
TAG G
žk MAG FL
VMK žk
VMK
žk
vit G
žk
TAG
FL
žk
žk
CH TAG
CH žk
žk MAG
VMK MAG
žk
žk
žk
žk
žk žk žk
Za pomoci žlučových kyselin
se vytvoří směsná micela
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 žkžk
žk CHMAG
žk
žk TAG
VMK žk
žk MAG
žk
žk TAG VMK vit
žk
žk
CH TAG
žk MAG VMK MAGCH žk
žk
žk
žk
žk
žk žk žk TAG
FABP = Z
Vstřebávání lipidů
žk
žk
žk
G
žk
MAG
VMK VMK
CH
VMK ~CoA
G ~P
FL
VMK ~CoA
VMK ~CoA
MAG
VMK ~CoA
VMK ~CoA
VMK ~CoA
VMK CH
chylomikron
TAG
TAG
FL
TAG
enterocyt
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
Hydrofobní
nepolární jádro
estery
cholesterolu
TAG
apoB48
fosfolipidy apoproteiny
volný cholesterol
Hydrofilní
polární obal
• apoB48
•
Apoproteiny
typický pro chylomikrony
• apoB100
• 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
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 20
chylomikron 500
LDL (Nízká hustota)
•
•
Vznikají z IDL působením lipas a
výměnami apoproteinů
β-lipoproteiny
HDL (Vysoká hustota)
•
•
Vznik v játrech, střevě
α-lipoproteiny
VLDL 50
HDL 10
Relativní velikost
chylomikronů a lipoproteinů
v nm (průměrné hodnoty)
Přehled osudů chylomikromů
střevo
ACDE
HDL
E, C
chylo- E
mikron CII
játra
C
ECH
B48
B/E receptor
TAG
CH
E
B48
zbytek
E
C
LPL
NEMK
B48
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.
Přehled osudů VLDL, IDL a LDL
LDL - receptor
játra
E
VLDL C
B100
tkáně
HDL
TAG
C
TAG
LPL
E
IDL C
B100
NEMK
estery
cholesterolu
LPL
LD
L B100
NEMK
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.
Přehled osudů HDL
játra
střevo
HDL receptor
HDL-nascentní
A, C, E
LCAT
A
C FL, ECH
E CH, TAG
HDL2
A
FL, ECH C
E
HDL3
CETP
TAG, CH
CH
tkání
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.
JÁTRA
B
nCH
B
C
A
C
CH
CHr
E
A
ChE
CETP apo C,E
A
apo A,C
C
nHDL
HDL3
E
HDL2
LCAT
A
CETP
ChE
apo C,E
lysolecithin
ChE
Ch
apo C
B
B
C
nVLDL
PERIFERNÍ
B
VLDL
E
B
C
IDL
E
E
LPL
B
LDL
Ch
ChE
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.
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)
Syntéza mastných kyselin
Transport acetyl-CoA z mitochondrií do cytosolu
citrát
obrácený
citrátový
cyklus
citrát
oxalacetát
acetyl-CoA
oxalacetát
acetyl-CoA
malát
pyruvát
pyruvát
CO2
cytosol
mitochondrie
Syntéza mastných kyselin
Vlastní syntéza v cytosolu
acetyl-CoA (2)
CO2
palmitát (16)
- ATP
malonyl-CoA (3)
β-oxoacyl-ACP (6)
CO2
malonyl-ACP (3)
malonyl-ACP (3)
butyryl-ACP (4)
acetyl-CoA (2)
CO2
opak β-oxidace
acetoacetyl-ACP (4)
Syntéza dlouhých MK
Mitochondrie
průběh: opačný sled β- oxidace
(navazování acetyl-CoA na 16C acyl-CoA)
ale: hydrogenace pomocí NADH+H+ (ne FADH2)
elongasy
Endoplazmatické retikulum
průběh: navazování malonyl-CoA na 16C acyl-CoA
bez proteinu ACP
na derivátu CoA
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
Ketogeneze
k. acetooctová
CH3COCH2COO-
k. β-hydroxymáselná
CH3CHCH2COOOH
aceton
CH3COCH3
lokalizace: játra
význam: živiny pro periferie (srdeční a kosterní svaly, ledviny)
rozsah: podle množství VMK
Ketogeneze
acetyl-CoA + acetyl-CoA
CH3
-OOC-CH -C-CH -CO-S-CoA
2
2
acetyl-CoA
OH
β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA)
acetoacetyl-CoA
lyasa
acetoacetát
acetyl-CoA
NADH+H+
β-hydroxybutyrát
CO2
aceton
cholesterol
dýchání (moč)
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
Využití ketolátek
β-hydroxybutyrát
acetoacetát
NADH+H+
acetoacetyl-CoA
acetyl-CoA + acetyl-CoA
citrátový cyklus
dýchací řetězec
Složené lipidy
FOSFOLIPIDY = fosfatidy
H3PO4 + 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
Glykolipidy
ceramid-OH
cerebrosidy
v podstatě mezistupeň gangliosidů
gangliosidy
UDP-gal
UDP-glc
CDP-N-acetyl
neuraminát
významná role v imunitních pochodech
sulfatidy = sulfáty glykosylceramidů
15 % lipidů bílé hmoty mozku
globosidy
UDP-deriváty
monosacharidů
cerebrosid
UDP-deriváty
např. laktosylceramid
gangliosid
PAPS
sulfatid
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
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 16 - 18 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.
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).
Mobilizace tuků z tukových zásob
Po jídle převažuje v adipocytech lipogeneze (tvorba
TG) - dostatek prekrusorů - MK + glycerol.
Při zátěži převažuje lipolýza.
adipocyt
Po jídle
VMK + glycerol
TG
Při zátěži,
hladovění
VMK + glycerol
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).
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.
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.
acyl CoA syntetáza
MK + ATP + CoA
Mg2+
Acyl-CoA + AMP + Pi
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
acyl CoA syntetáza
MK + ATP + CoA
Mg2+
Acyl-CoA + AMP + PPi
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.
Vnitřní membrána
Cytoplazma
acyl-CoA
Karnitin
I
CoA
Karnitin
Acyl karnitin
translokáza
acylkarnitin
Matrix
acylkarnitin
acyl-CoA
II
CoA
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.
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.
Acyl-CoA
(C(C= =n n)
- 2)
FAD+
FADH2
dehydrogenace
NAD+
NADH + H+
Acetyl-CoA
C=2
Acyl-CoA
(C = n-2)
Pyruvát (3C)
NAD+
CO2
NADH + H+
Acetyl-CoA (2C)
Acyl-CoA
Oxalacetát (4C)
Citrát (6C)
NAD+
Malát (4C)
NADH + H+
Izocitrát (6C)
NAD+
Fumarát (4C)
CO2
NADH + H+
FADH2
Sukcinát (4C)
FAD
GTP
GDP
P
Alfa-ketoglutarát (5C)
Sukcinyl-CoA (4C)
NAD+
NADH + H+
CO2
Acyl-CoA
(C = n)
Sudý počet C
FAD+
FADH2
dehydrogenace
NAD+
NADH + H+
Acetyl-CoA
C=2
Acyl-CoA
(C = n-2)
Kolik cyklů?
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
1. n = 18
+2
2. n = 16
+2
3. n = 14
+2
4. n = 12
+2
5. n = 10
+2
6. n = 8
+2
7. n = 6
+2
8. n = 4
+2
Počet cyklů
(n : 2) - 1
=
n-2
2
9. cyklus nemusí proběhnout, protože po 8. cyklu
zůstanou 2 acetyl-CoA
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
.
.
.
8. cyklus
Během 8 cyklů [(18 : 2) - 1] se stearyl-CoA rozloží
na 9 molekul acetyl-CoA
Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové
Vytvoření stearylu-CoA ze stearové kyseliny
-2 ATP
Tvorba acyl-CoA
Při rozložení ATP na AMP vzniknou 2 atomy fosfátu
podobně jako při rozkladu 2 molekul ATP
na 2 molekuly ADP
acyl CoA syntetáza
MK + ATP + CoA
Mg2+
Acyl-CoA + AMP + PPi
Ztráta energie při rozložení ATP na AMP je stejná
jako při ztráta při rozložení 2 ATP na 2 ADP.
Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové
Vytvoření stearylu-CoA ze stearové kyseliny
•
-2 ATP
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
+40 ATP
NAD+ + H2+ + 3 ADP = NADH + H+ + 3 ATP
FAD+ + H2+ + 2 ADP = FADH + H+ + 2 ATP
1 cyklus = 3 ATP + 2 ATP = 5 ATP
8 cyklů = 8 . 5 ATP = 40 ATP
Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové
Vytvoření stearylu-CoA ze stearové kyseliny
•
-2 ATP
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
+40 ATP
•
Z jedné molekuly acetyl-CoA vznik v Krebsově cyklu
12 molekul ATP. Počet acetyl-CoA = 9, počet ATP = 9 .
12 =
+108 ATP
Pyruvát (3C)
NAD+
CO2
NADH + H+
Acetyl-CoA (2C)
Oxalacetát (4C)
Citrát (6C)
NAD+
Malát (4C)
NADH + H+
Izocitrát (6C)
NAD+
Fumarát (4C)
CO2
NADH + H+
FADH2
Sukcinát (4C)
FAD
GTP
GDP
P
Alfa-ketoglutarát (5C)
Sukcinyl-CoA (4C)
NAD+
NADH + H+
CO2
Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové
Vytvoření stearylu-CoA ze stearové kyseliny
•
-2 ATP
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
+40 ATP
•
Z jedné molekuly acetyl-CoA vznik v Krebsově cyklu
12 molekul ATP. Počet acetyl-CoA = 9, počet ATP = 9 .
12 =
+108 ATP
CELKEM
+146 ATP
Energetický zisk z
Acyl-CoA
beta-oxidace MK
[(n - 2) / 2] FADH2
Počet cyklů (n - 2) / 2
n-2+3n
2
4n-2
=
2
+
n-2+n
2
2n-2
=
2
[(n - 2) / 2] NADH
= 2n-1
(n / 2 ) acetyl-CoA
= n-1
=
2n-1+n-1 = 3n-2
n CO2
3n / 2 NADH
1
2n - 1 ATP
n / 2 FADH2
2
3n - 2 ATP
n / 2 GTP
3
3n - 2 ATP
MK
Acyl-CoA
-2 ATP
[(n - 2) / 2] FADH2
Počet cyklů (n - 2) : 2
[(n - 2) / 2] NADH
(n / 2 ) acetyl-CoA
3n / 2 NADH
1
2n - 1 ATP
n / 2 FADH2
2
3n - 2 ATP
n / 2 GTP
3
3n - 2 ATP
n : 2 ATP
n CO2
8,5 n - 7
5 ATP
MK
Acyl-CoA
-2 ATP
Energetický zisk
z beta-oxidace MK
[(n - 2) / 2] FADH2
Počet cyklů (n - 2) : 2
[(n - 2) / 2] NADH
(n / 2 ) acetyl-CoA
8,5 n - 7 ATP
3n / 2 NADH
1
2n - 1 ATP
n / 2 FADH2
2
3n - 2 ATP
n / 2 GTP
3
3n - 2 ATP
n = počet atomů C
n : 2 ATP
n CO2
8,5 n - 7 ATP