METABOLIZEM MAŠČOBNIH KISLIN IN LIPIDOV

Transcript

1 METABLIZEM MAŠČBNIH KISLIN IN LIPIDV CIKLUS V β-ksidaciji β-ketotiolaza β-keto-acil-scoa L-hidroksiacil-SCoA dehidrogenaza Razcep ksidacija Acil-SCoA Acil-SCoA krajša za 2-C Hidratacija ksidacija Naslednji cikli Acil-SCoA dehidrogenaza trans Δ 2 -enoil-scoa Enoil-SCoA hidrataza (krotonaza) L-β-hidroksi-acil-SCoA

2 PREGLED β-ksidacije Palmitinska kislina 8 acetil-scoa NET REAKCIJA β-ksidacije PALMITATA: Palmitinska kislina + ATP + 7 FAD + 7 NAD CoASH + 8 H 2 8 acetil-coa + AMP + 2 Pi + 7 FADH NADH + 7 H + PVEZAVA MED METABLIZMM GLJIKVIH HIDRATV IN MAŠČBNIH KISLIN PRI ŽIVALIH GLIKGEN GLUKZA-1-FSFAT GLUKZA GLUKZA-6-FSFAT PIRUVAT MAŠČBNE KISLINE IZ HRANE Skladiščenje (presežek) ACETIL CoA Energijski metabolizem MAŠČBNE KISLINE TRIACILGLICERIDI CIKLUS CITRNSKE KISLINE KSIDATIVNA FSFRILACIJA (PRDUKCIJA ATP)

3 RAZLIKE MED β-ksidacij IN SINTEZ MAŠČBNIH KISLIN Razporeditev v celici Aktivacija in označevanje intermediatov Encimi Procesi Velikost mašč. kislin ksidoredukcijski kofaktorji β-ksidacija Mitohondrijski matriks Tioestri CoA 4 različni, samostojni encimi Fragment iz dveh C-atomov se odcepi kot acetil-coa Razgradijo se vse velikosti NAD + /NADH FAD/FADH 2 BISINTEZA Citosol Tioestri proteinskega prenašalca acilne skupine (ACP) Sintaza mašč. kislin, pri sesalcih multiencimski kompleks Podaljšanje za 2 C-atoma ob uporabi malonil-coa Nastane samo palmitat NADP + /NADPH SINTEZA PALMITATA - ZAČETEK Aktivacija acetil-coa: Acetil-CoA karboksilaza CSCoA + C 2 + ATP CSCoA + ADP + Pi Acetil-CoA palmitat C - Malonil-CoA C Reakcija odloča o hitrosti biosinteze!

4 VIRI ACETIL-CoA V CITSLU Razgradnja AK ksidacija MK Glikoliza Citosolni acetil-coa Citrat-malatpiruvatni prenašalni sistem Mitohondrijski acetil-coa Sinteza MK CITRAT-MALAT-PIRUVATNI PRENAŠALNI SISTEM prehod acetil-coa skozi mitohondrijsko membrano v obliki citrata Acetil-CoA Citrat sintaza 7 oksaloacetat MITHNDRIJ citrat 1 Trikarboksilat translokaza CITSL citrat 2 Citrat liaza Acetil-CoA oksalacetat 3 Malat dehidrogenaza NADH+H + Sinteza maščobnih kislin Piruvat karboksilaza 6 piruvat 5 Piruvat translokaza piruvat Malatni encim 4 malat NAD + NADPH+H + NADP +

5 SINTEZA PALMITATA - ZAČETEK Aktivacija acetil-coa: Acetil-CoA karboksilaza CSCoA + C 2 + ATP CSCoA + ADP + Pi Acetil-CoA palmitat C - Malonil-CoA C Reakcija odloča o hitrosti biosinteze! ACETIL-SCoA KARBKSILAZA Acetil-SCoA karboksilaza pripravi acetat za sintezo MK EncimpriE.coli ima 3 podenote Encim pri živalih ima eno samo polipeptidno verigo, vendar s tremi aktivnostmi : prenaša karboksi-biotin biotin karboksilaza transkarboksilaza

6 ACETIL-SCoA KARBKSILAZA (E. coli) Biotin-karboksil prenašalni protein Karboksilazna podenota Transarboksilazna podenota URAVNAVANJE METABLIZMA MK Uravnavan z razpoložljivostjo hranil! Veliko glukoze: Zavrta oksidacija in aktivirana sinteza maščobnih kislin: -malonil-coa inhibitor karnitin-aciltransferaze zavre se β- oksidacija maščobnih kislin -nastanek citrata (pozitivni modulator acetil-coa karboksilaze) stimulacija biosinteze - palmitoil-coa inhibitor acetil-coa-karboksilaze Hormonska regulacija (adrenalin, glukagon)!

7 Glukagon Inzulin HRMNALN URAVNAVANJE METABLIZMA MK Fosfodiesteraza REGULACIJA ACETIL-SCoA KARBKSILAZE (ŽIVALI) Citrat: Alosterični aktivator Acil-CoA: Alosterčni inhibitor Ac-SCoA karboksilaza Kinaza Fosfataza Fosfo-Ac-SCoA karboksilaza

8 REAKCIJE V SINTEZI MAŠČBNIH KISLIN Dekarboksilacija malonil-scoa in reducirajoči potencial NADPH poganjata rast verige MK Acetil-CoA β-ketoacil-acpsintaza (K-SH) kondenzacija Redukcija 3-keto skupine Acetil-ACP acetoacetil-acp Acetil-K 3-hidroksibutiril-ACP Acetil-CoA Malonil-ACP 3-ketoacil-ACP 6 4* kondenzacija dehidracija Nadaljevanje cikla 3 Acetil-CoA karboksilaza Malonil-CoA Butiril-ACP Krotonil-ACP 1 Redukcija dvojne vezi 7

9 REAKCIJE V SINTEZI MAŠČBNIH KISLIN številka reakcije reakcija encim vrsta reakcije 1 acetil-coa + C 2 + ATP acetil-coa-karboksilaza Nastanek vezi z malonil-coa + ADP + P i + H + uporabo ATP 2 acetil-coa + ACP-SH acetil-acp + CoASH acetil-acp + KSH acetil-k + ACP Prenos skupin 3 malonil-coa + ACP-SH malonil-acp + CoASH 4 acetil-k + malonil-acp acetoacetil-acp + K-SH + C 2 acetil-coa-acptransacilaza malonil-coa-acptransacilaza β-ketoacil-acp-sintaza (K- SH) Prenos skupin Nehidrolitična cepitev 5 acetoacetil-acp + NADPH + H + D-3-hidroksibutiril-ACP + NADP + β-ketoacil-acp-reduktaza oksidoredukcija 6 D-3-hidroksibutiril-ACP krotonil-acp + H 2 3-hidroksiacil-ACPdehidrataza Nehidrolitična cepitev 7 krotonil-acp + NADPH + H+ butiril-acp + NADP + enoil-acp-reduktaza oksidoredukcija Spirala, obratna od β-oksidacije CoA in ACP PRENAŠALCI ACILNIH STANKV Sintaza maščobnih kislin ima 2 obliki SH skupin: -SH fosfopanteinske skupine ACP (acil-prenašalnih (carrier) proteinov) -SH, ki pripada cisteinu β-ketoacil-acp sintaze (K-SH) CoASH Fosfopanteinska skupina H H HS N C N C C C P P ADENZIN H H ACP H H HS N C N C C C P H H SERIN

10 SINTAZA MK PRI SESALCIH Domena 1: vezava acila in malonila in kondenzacija Vstop substrata Acetil-CoA Malonil-CoA β-ketoacil sintaza acetil transferaza podaljševanje verige malonil transferaza Domena 2: redukcija intermediatov iz domene 1 enoil-acp reduktaza β-ketoacil reduktaza dehidrataza podaljševanje verige tioesteraza Domena 3: sproščanje produkta (palmitata) Vstop substrata Acetil-CoA Malonil-CoA NASTANEK MAŠČBNE KISLINE 1. obrat spirale (reakcije 4-7) nastane butirilna (C4) skupina, vezana na ACP 2. obrat dodatek malonil-coa (C2) nastanek β-keto-intermediata (C6), ki ponovno vstopi v verigo reakcij 4-7 Palmitoil-ACP nastane po 7 obratih sprosti se z ACP! NET REAKCIJA SINTEZE MAŠČBNIH KISLIN: Acetil-CoA + 7malonil-CoA + 14NADPH + 14H + ( ) 14 CH + 7C 2 + 8CoASH + 14NADP + + 6H 2

11 PDALJŠEVANJE VERIGE NASIČENIH MAŠČBNIH KISLIN -elongacijski encimski sistem na ER -novi C-atomi se dodajajo v obliki malonil-coa -intermediati so aktivirani z vezavo na CoASH (ne na ACP)! SINTEZA NENASIČENIH MK Encimi acil-coa desaturaze (na ER) katalizirajo oksidoredukcijske reakcije: (18:0) Stearoil-CoA + NADPH + H (18:1 Δ9 ) leoil-coa + NADP + + 2H 2 Linoleat (18:2 Δ9,12 ) in linolenat (18:3 Δ9,12,15 ) esencialni maščobni kislini Arahidonska kislina (20:4 Δ5,8,11,14 )

12 NADALJNJE PRETVRBE MK (SINTEZE) MAŠČBNE KISLINE VGRAJEVANJE V TRIACILGLICERLE (skladiščenje) VGRAJEVANJE V FSFLIPIDE (rast) Sinteza v ER! H R1 C CoA-SH CoA-SH R2 C CoA-SH CoA-SH C R1 CH H P glicerol-3-fosfat acil transferaza CH C R2 P FSFATIDNA KISLINA ADP glicerokinaza CH H H ATP NASTANEK PA H glicerol

13 BISINTEZA GLICERLIPIDV Eukarionti fosfatidna kislina (PA) je prekurzor za vse ostale glicerolipide PA se pretvori v di- in triacilglicerole, ter v CDP-diacilglicerol Fosfatidilholin (PC) sinteza s pomočjo aktiviranega CDP-holina Fosfatidiletanolamin (PE) sinteza s pomočjo aktiviranega CDP-etanolamina Fosfatidilserin (PS) etanolamin se zamenja s serinom stali fosfolipidi se tvorijo s pomočjo CDP-diacilglicerolov! Sinteza PI, PG, CL SINTEZA PC in PE Etanolamin Etanolamin kinaza Fosfoetanolamin CDP-fosfoetanolamin citidiltransferaza CDP-etanolamin CDP-etanolamin DAG-fosfoholin transferaza CDP-Diacilglicerol Fosfatidat citidiltransferaza Fosfatidna kislina DAG kinaza Diacilglicerol Fosfataza PA CDP-holin DAG-fosfohilin transferaza Holin Holin kinaza Fosfoholin CDP-Fosfoholin citidiltransferaza CDP-holin Fosfatidiletanolamin Diacilglicerol aciltransferaza Fosfatidilholin Triacilglicerol

14 SINTEZA PS PS dekarboksilaza (mitohondrij) Fosfatidiletanolamin Izmenjevalni encim (ER) Fosfatidilserin BISINTEZA PLAZMALGENV - iz dihidroksiaceton fosfata Platelet activating factor (etrski analog PC)

15 BISINTEZA SFINGLIPIDV Tvorba ceramida s kondenzacijo serina in palmitoil-coa, ter aciliranjem Vezava holina: sfingomielin Prenos UDP-glukoze, UDP-galaktoze: cerebrozidi Prenos CMP-sialične kisline: gangliozidi BISINTEZA EIKZANIDV Eikozanoidi lokalni kemijski mediatorji (prostaglandini, levkotrieni, tromboksani) Prekurzor eikozanoidov: arahidonska kislina (sproščanje ob poškodbah in vnetjih) Poškodbe tkiv in vnetje sprožijo sproščanje arahidonata iz fosfolipidov in sintezo eikosanoidov. Ciklooksigenaza encim, udeležen v nastanku prostaglandinov. Eikozanoidov (aspirin kovalentna inhibicija ciklooksigenaze)

16 Hormon ali drugi stimul Receptor BISINTEZA EIKZANIDV PGD 2 PGE 2 Aktivacija PLC in DAG lipaze Arahidonat PGH 2 ciklooksigenaza Aktivacija PLA 2 Leukotrien C TXB 2 Fosfolipidi PGF 2α PGI 2 INHIBICIJA CIKLKSIGENAZE Acetaminofen Acetilsalicilat (Aspirin) Aktivna ciklooksigenaza Nektivna ciklooksigenaza Ibuprofen Salicilat

17 HLESTERL Holesterol 1. Uravnava fluidnost membran živalskih celic 2. Izhodna spojina za številne pomembne biomolekule Prvič izoliran že leta 1784 iz žolčnih kamnov Struktura odkrita leta 1930, biosinteza leta 1940 V jetrih se sintetizira g holesterola/dan H BISINTEZA HLESTERLA 4 stopnje: 1. Sinteza mevalonata (C6) iz acetil-coa 2. Pretvorba mevalonata v aktivirani izopren (C5) 3. Kondenzacija izoprenskih enot v skvalen (C30) 4. Ciklizacija skvalena do holesterola (C27)

18 BISINTEZA HLESTERLA 1. stopnja C H 3 Sinteza mevalonata (C6) iz acetil-coa C SCoA acetil-coa C H 3 β-ketotiolaza C S CoA CoASH C C SCoA acetoacetil-coa HMG-CoA sintaza H 2 + H 3 C C S CoA CoASH C H C C SCoA 3-hidroksi-3-metilglutarilCoA (HMG CoA) acetoacetat + acetil-coa 2NADPH + 2H + CoASH + 2NADP + HMG-CoA reduktaza C - glavna stopnja uravnavanja sinteze holesterola H C H L-mevalonat camp REGULACIJA HMG-CoA REDUKTAZE Kinaza kinaze HMG-CoA reduktaze Fosfataza kinaze HMG-CoA reduktaze 1. Fosforilacija preko camp (slika) 2. Degradacija HMG-CoA reduktaze 3. Genska ekspresija Inhibitor: lovastatin Fosfataza HMG-CoA reduktaze

19 BISINTEZA HLESTERLA 2. stopnja Pretvorba mevalonata (C6) v aktivirana izoprena (C5) C - C - C - fosfomevalonat mevalonat kinaza kinaza H C H C H C CH 2 CH ATP ADP ATP ADP 2 H P L-mevalonat 5-fosfomevalonat P 5-pirofosfomevalonat P ATP + H 2 ADP + C 2 + Pi pirofosfomevalonat dekarboksilaza H 3 C C CH P P dimetilalil pirofosfat H 2 C izomeraza C P P 3-izopentanil pirofosfat BISINTEZA HLESTERLA 3. stopnja Kondenzacija izoprenskih enot v skvalen (C30) H 3 C C CH P P + H 3 C C P P C H 3 dimetilalil pirofosfat C H 3 C CH H 2 C C CH P geranil pirofosfat (C10) H 2 C C P izopentanil pirofosfat P C CH H 2 C C CH H 2 C C CH P farnezil pirofosfat (C15) CH2 PPi PPi izopentanil pirofosfat farnezil pirofosfat + NADPH NADP + + 2PPi P P skvalen (C30)

20 BISINTEZA HLESTERLA 4. stopnja skvalen skvalen monooksigenaza NADPH + H + 2 H 2 NADP + C 2 H 5 številne reakcije (rastline) 3 2 skvalen 2,3-epoksid H stigmasterol ciklaza (živali) H + BISINTEZA HLESTERLA 4. stopnja H + ciklaza (živali) H H + H lanosterol številne reakcije H holesterol

21 PRENS LIPIDV P KRVI Lipidi: vir goriva, za biosintezo, vgraditev v membrane Prenašajo se: triacilgliceroli, prost in zaestren holesterol (holesterolni estri), fosfolipidi Prenašanje nepolarnih lipidov lipoproteinski kompleksi Ločujemo jih po gostoti! LIPPRTEIN MAJHNE GSTTE (LDL) Apoprotein B-100 Zaestren holesterol Fosfolipid Nezaestren holesterol

22 IMENA, FIZIKALNE LASTNSTI IN SESTAVA GLAVNIH LIPPRTEINV sestava (utežni odstotki) lipoprotein gostota (g/ml) premer (A o ) protein holesterol fosfolipidi Triacilgliceroli hilomikroni < 0, zelo majhne gostote (VLDL) majhne gostote (LDL) 0,95-1,006 1,006-1, velike gostote (HDL) 1,063-1, LIPPRTEINI HILMIKRNI -kapljice mašcobe obdane s plastjo proteinov in polarnih lipidov -najmanjša gostota, 98-99% lipidov -sestavijo se v crevesju potovanje do perifernih tkiv za razgradnjo VLDL -nastanejo v jetrih iz triacilglicerolov in ostalih nepolarnih lipidov -prenašajo sintetizirane lipide do mašcevja in perifernih tkiv, za skladišcenje ali za razgradnjo -pri razgradnji nastanejo LDL LDL -glavni prenašalci holesterola po krvi (prenos iz jeter do perifernih tkiv) -holesterol je zaestren HDL -najvecja vsebnost proteinov (55%), lipidi so prost in zaestren holesterol -prenašajo holesterol od perifernih tkiv do jeter (zbirajo prebitni holesterol) dobra oblika holesterola

23 LDL RECEPTR Vezavna domena Za LDL (292 AK-ostankov) N-vezana oligosaharidna domena ( AK-ostankov) -vezana oligosaharidna domena (58 AK-ostankov) Transmembranska domena (22 AK-ostanka) Citosolna domena (50 AK-ostanka) ENDCITZA LDL Zunajcelična tekočina LDL Fosfolipid Holesterol Citoplazma

24 HLESTERL IN ZDRAVJE Celice prevzamejo holesterol z receptorsko posredovano endocitozo LDL Hiperholesterolemija nenormalno povečana koncentracija holesterola v krvi: -genetsko pogojena -konc. holesterola so do 700 mg/100 ml (normalno: mg/100 ml) nalaganje v stenah arterij ateroskleroza -pomembno je razmerje LDL/HDL (pomen uravnavanja prenosa holesterola) - če jevečje od 4.5, je faktor tveganja za srčno-žilne (kardio-vaskularne) bolezni PMEMBNE BIMLEKULE, KI SE SINTETIZIRAJ IZ HLESTERLA HLESTERL ŽLČNE KISLINE (holat, glikoholat) VITAMIN D 3 GLUKKRTIKIDI (kortizol) PRGESTERN MINERALKRTIKIDI (aldosteron) ANDRGENI (testosteron) ESTRGENI (estradiol, estron)

25 SINTEZA ŽLČNIH KISLIN 7α-hidroksilaza Holesterol 7α-hidroksi-holesterol Holna kislina Taurin Glicin Tauroholat Glikoholat - nadledvicna žleza -gonade Sinteza steroidnih hormonov Dezmolaza Mitoh. ER Holesterol Pregnenolon Progesteron hidrotestosteron Testosteron Aldosteron (mineralokortikoid) Kortizol (glukokortikoid) kortikosteroidi β-estradiol

26 STANZLL VITAMIN D Holekalciferol: nastaja v koži iz 7-dehidroholesterola (UV-svetloba) Ergoholesterol: nastaja iz ergosterola V krvi: 25-hidroksivitamin D (najaktivnejša oblika) Regulira homeostazo kalcija Sodeluje v uravnavanju homeostaze fosfatov Holekalciferol H