ΜΕΜΒΡΑΝΙΚΑ ΛΙΠΙΔΙΑ, ΔΟΜΗ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ & ΣΥΝΘΕΣΗ ΛΙΠΙΔΙΩΝ

Transcript

1 ΜΕΜΒΡΑΝΙΚΑ ΛΙΠΙΔΙΑ, ΔΟΜΗ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ & ΣΥΝΘΕΣΗ ΛΙΠΙΔΙΩΝ

2 ΗΠΑΡ VLDL Ανασκόπηση μεταβολισμού λιπιδίων & λιποπρωτεϊνών ΤΡΟΦΗ ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΗΠΑΡ Κυκλοφορία Χυλομικρά Λιπαρά οξέα HDL LDL VLDL ΗΠΑΡ Λιπαρά οξέα Υποδοχέας LDL Χολικά άλατα Άκυλο-CoA Βιτ. D Καρνιτίνη ΗΠΑΡ NADH, FADH 2 β-οξείδωση Επιμήκυνση Στεροειδείς ορμόνες NADH ΟΞΕΙΔ. ΦΩΣΦ. ATP CO 2 Κύκλος Krebs Ακέτυλο-CoA NADPH Μιτοχόνδριο Κυτταρόπλασμα Κετονοσώματα ΗΠΑΡ (ασιτία)

3 ΗΠΑΡ VLDL Ανασκόπηση μεταβολισμού λιπιδίων & λιποπρωτεϊνών ΤΡΟΦΗ ΛΙΠΩΔΗΣ ΙΣΤΟΣ ΗΠΑΡ Κυκλοφορία Χυλομικρά Λιπαρά οξέα HDL LDL VLDL ΗΠΑΡ Τριγλυκερίδια Φωσφολίπιδια Λιπαρά οξέα Υποδοχέας LDL Χολικά άλατα Σφιγγολιπίδια NADH, FADH 2 Καρνιτίνη β-οξείδωση Άκυλο-CoA ΗΠΑΡ Επιμήκυνση Χοληστερόλη Βιτ. D Στεροειδείς ορμόνες NADH ΟΞΕΙΔ. ΦΩΣΦ. ATP CO 2 Κύκλος Krebs Ακέτυλο-CoA NADPH Μιτοχόνδριο Κυτταρόπλασμα Κετονοσώματα ΗΠΑΡ (ασιτία)

4 Σύνοψη: Μεμβρανικα λιπίδια, δομή μεμβρανών & σύνθεση λιπιδίων Δομή μεμβρανικών λιπιδίων Φωσφογλυκερίδια, Σφιγγολιπίδια, Γλυκολιπίδια, Χοληστερόλη Δομικά χαρακτηριστικά, χημική σύσταση, ιδιότητες και ρευστότητα των βιολογικών μεμβρανών Σχηματισμός φωσφατιδικού (GPAT, AGPAT) Σύνθεση τριακυλογλυκερολών (PAP, DGAT) Σύνθεση των φωσφογλυκεριδίων Ενεργοποίηση του φωσφατιδικού από CTP Σύνθεση φωσφατιδυλοϊνοσιτόλης Ενεργοποίηση της αλκοόλης από CTP Σύνθεση φωσφατιδυλοαιθανολαμίνης Σύνθεση φωσφατιδυλοχολίνης Αλληλομετατροπές φωσφογλυκερίδιων Σύνθεση φωσφατιδυλοσερίνης Σύνθεση φωσφατιδυλοχολίνης Διπαλμιτοϋλοφωσφατιδυλοχολίνη Φωσφατάση του φωσφατιδικού (λιπίνη, PAP)

5 Οι κύριες κατηγορίες των αποθηκευτικών και μεμβρανικών λιπιδίων Φωσφογλυκερίδια Σφιγγολιπίδια Γλυκολιπίδια Φωσφολιπίδια

6 Φωσφογλυκερίδια

7 Αμφιπαθή (αμφίφιλα) μόρια

8 Σφιγγολιπίδια Αμφιπαθή (αμφίφιλα) μόρια

9 Σφιγγολιπίδια Σφιγγοσίνη Αμφιπαθή (αμφίφιλα) μόρια

10 Σύγκριση δομής φωσφολιπιδίων και σφιγγολιπιδίων

11 Γλυκολιπίδια Σφιγγοσίνη Κερεβροζίτες Γαγγλιοζίτες Κατάλοιπα σακχάρου Εξωτερική πλευρά της μεμβράνης

12 Γλυκολιπίδια Σφιγγοσίνη Σάκχαρο Κερεβροζίτες Γαγγλιοζίτες Κατάλοιπα σακχάρου Εξωτερική πλευρά της μεμβράνης

13 Τα φωσφολιπίδια και γλυκολιπίδια λόγω της αμφιπαθούς φύσης τους σχηματίζουν αυθόρμητα μεμβρανική διπλοστοιβάδα (κλειστά διμοριακά λεπτά φύλλα) Ηλεκτροστατικές Δεσμοί Η Λιπαρά οξέα: Μικκύλιο Υδρόφοβες Van der Waals Φωσφολιπίδια και γλυκολιπίδια: Λιπιδιακή διπλοστοιβάδα Αυτοσυγκρότηση Συνεργειακή δομή 1. Εκτεταμένη δομή 2. Ένωση άκρων 3. Αυτόματο κλείσιμο (οπές δεν ευνοούνται)

14 Τα φωσφολιπίδια σχηματίζουν εύκολα λιπιδικά κυστίδια (λιποσώματα): υδάτινα διαμερίσματα περιβαλλόμενα από λιπιδική διπλοστοιβάδα

15

16 Ερευνητικές και Κλινικές εφαρμογές: Τα λιποσώματα χρησιμοποιουνται ως φορείς φαρμακων ή DNA.

17 Ερευνητικές και Κλινικές εφαρμογές: Τα λιποσώματα χρησιμοποιουνται ως φορείς φαρμακων ή DNA.

18 Οι λιπιδικές διπλοστοιβάδες είναι σχεδόν αδιαπέραστες από ιόντα και πολικά μόρια Οι συντελεστές διαπερατότητας μικρών μορίων μέσω μεμβρανών σχετίζονται με την διαλυτότητα τους σε μη πολικό διαλύτη σε σχέση με την διαλυτότητα τους σε νερό

19 Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες Ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες (υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις): απομάκρυνση από την μεμβράνη μόνο με καταστροφή της διπλοστοιβάδας με χρήση απορρυπαντικών Περιφερειακές μεμβρανικες πρωτεΐνες (Ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις και δεσμοί υδρογόνου): απομάκρυνση από την μεμβράνη με διάλυμα υψηλής ιοντικής ισχύος (1 Μ NaCl) Ενσωματωμένες Περιφερειακές Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες επιτελούν τις κύριες λειτουργίες των μεμβρανών

20 Οι μεμβράνες συγκροτούν ένα ρευστό μωσαϊκό Διπλοστιβάδα λιπιδίων: Φραγμός Διαπερατότας & Δισδιάστατος Διαλύτης Πρωτεΐνες: Πλευρική διάχυση, ποτέ αναστροφή

21 Η χοληστερόλη αποτελεί βασικό συστατικό των βιολ. μεμβρανών Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

22 Η ρευστότητα και το πάχος της λιπιδιακής διπλοστοιβάδας ρυθμίζεται από την επιμέρους σύσταση σε λιπαρά οξέα και σε χοληστερόλη - Μήκος αλυσίδας λιπαρών οξέων (μήκος : ρευστ. ) - Βαθμός κορεσμού λιπαρών οξέων (κορεσμ. : ρευστ. )

23 Η ρευστότητα και το πάχος της λιπιδιακής διπλοστοιβάδας ρυθμίζεται από την επιμέρους σύσταση σε λιπαρά οξέα και σε χοληστερόλη - Μήκος αλυσίδας λιπαρών οξέων (μήκος : ρευστ. ) - Βαθμός κορεσμού λιπαρών οξέων (κορεσμ. : ρευστ. ) - Συγκέντρωση σε χοληστερόλη (χοληστ. : ρευστ. )

24 Χαρακτηριστικά Μεμβρανών Λεπτό φύλλο πάχους δυο μορίων (6-10 nm) Κυρίως λιπίδια & πρωτεΐνες (4:1 1:4) + Υδατάνθρακες Μεμβρανικά λιπίδια: διπλοστοιβάδα (κλειστό διμοριακό λεπτό φύλλο) Ρευστές: δισδιάστατα διαλύματα προσανατολισμένων λιπιδίων & πρωτεϊνών Πρωτεΐνες επιτελούν τις λειτουργίες: αντλίες, δίαυλοι, υποδοχείς, μεταγωγείς, ένζυμα Μη ομοιοπολικά συγκροτήματα: Συνεργειακές μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις Ασύμμετρες: Δύο διαφορετικές όψεις Ηλεκτρικά πολωμένες: αρνητικό εσωτερικό -60mV

25 Σύνθεση τριακυλογλυκερολών και φωσφογλυκεριδίων

26 Σύνθεση τριακυλογλυκερολών και φωσφογλυκεριδίων

27 Σύνθεση τριακυλογλυκερολών και φωσφογλυκεριδίων Φωσφατιδικό (3-φωσφορική διακυλογλυκερόλη)

28 Η σύνθεση τριακυλογλυκερολών και φωσφογλυκεριδίων γινεται κυρίως στο ήπαρ από το φωσφατιδικό

29 Κορεσμένο λιπαρό οξύ Ακυλομεταφοράσες της φωσφορικής γλυκερόλης: 1. GPAT: glycerol phosphate acyltransferase 2. AGPAT: acylglycerol phosphate acyltransferase (ή LPAAT: lysophosphatidic acid acyltransferase) Ακόρεστο λιπαρό οξύ

30 Σύνθεση τριακυλογλυκερολών Φωσφατάση (Λιπίνη) Ακυλομεταφοράση των Διγλυκεριδίων (DGAT)

31 Η σύνθεση των φωσφογλυκεριδίων χρειάζεται «ενεργοποίηση» είτε του φωσφατιδικού είτε της αλκοόλης με CDP

32 Ενεργοποίηση του φωσφατιδικού από CTP

33 R1: στεατικό R2: αραχιδονικό Σύνθεση φωσφατιδυλοϊνοσιτόλης

34 Σύνθεση φωσφατιδυλοαιθανολαμίνης και φωσφατιδυλοχολίνης (λεκιθίνης) μέσω ενεργοποίησης της αλκοόλης Το πιο κοινό φωσφολιπίδιο

35 Αλληλομετατροπές φωσφογλυκεριδίων: Σύνθεση φωσφατιδυλοσερίνης από φωσφατιδυλοαιθανολαμίνη Αλληλομετατροπές φωσφογλυκεριδίων: Σύνθεση φωσφατιδυλοχολίνης από φωσφατιδυλοαιθανολαμίνη

36 Διπαλμιτοϋλοφωσφατιδυλοχολίνη (DPPC): βασικό συστατικό της πνευμονικής σουρφακτάνης (επιφανειοδραστικού παράγοντα), μίγματος που μειώνει την επιφανειακή τάση υγρών στην επιφάνεια των κυψελίδων και τις προστατεύει από σύμπτωση. Μειωμένη σύνθεση διπαλμιτοϋλοφωσφατιδυλοχολίνης (στα πρόωρα βρέφη) προκαλεί το ARDS: σύνδρομο αναπνευστικής δυσφορίας (δυσχέρειας), υπεύθυνο για 15-20% νεογνικής θνησιμότητας

37 Η φωσφατάση του φωσφατιδικού ή λιπίνη (PAP, lipin) ρυθμίζει τον μεταβολισμό των λιπιδίων Στα ποντίκια: Έλλειψη της λιπίνης 1 προκαλεί λιποδυστροφία (απώλεια του λιπώδους ιστού) Υπερέκφραση της λιπίνης 1 προκαλεί παχυσαρκία Στον άνθρωπο: Μεταλλάξεις στο γονίδιο της λιπίνης 1 προκαλούν παιδική ραβδομυόλυση Μεταλλάξεις στο γονίδιο της λιπίνης 2 προκαλούν το σύνδρομο Majeed (οστικές βλάβες, αναιμία)

38 Το γονίδιο της λιπίνης 1 ρυθμίζεται από την υποξία και τον HIF-1

39 Ο HIF-1 προκαλεί συσσώρευση τριγλυκεριδίων μέσω επαγωγής της λιπίνης 1 σε κύτταρα ηπατώματος κατά την υποξία (κυτταρική «παχυσαρκία») Mylonis et al. Journal of Cell Science (2012)

40

41 Η επαγωγή της λιπίνης 1 και η συσσώρευση τριγλυκεριδίων ευνοεί τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων κατά την υποξία Kourti et al., Cellular Signalling 2015

42 Normoxia Lipids β-oxidation Fatty acids Acetyl-CoA Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

43 Hypoxia Proliferation Lipids ROS Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Oxidative stress Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

44 Hypoxia Proliferation ROS Fatty acids Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Oxidative stress Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

45 Hypoxia Proliferation ROS Fatty acids Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Oxidative stress Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

46 Hypoxia Proliferation HIF-1α ROS ΑΡΝΤ Fatty acids Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Oxidative stress Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

47 Hypoxia Proliferation HIF-1α ΑΡΝΤ LPIN1 Fatty acids Fatty acids ROS β-oxidation Acetyl-CoA Oxidative stress Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

48 Hypoxia Proliferation HIF-1α ΑΡΝΤ LPIN1 Lipin-1 ROS Fatty acids Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Oxidative stress Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

49 Hypoxia Lipids Proliferation HIF-1α ΑΡΝΤ LPIN1 Lipin-1 ROS Fatty acids Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Oxidative stress Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

50 Hypoxia Lipids Proliferation HIF-1α ΑΡΝΤ LPIN1 Lipin-1 ROS Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Oxidative stress Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

51 Hypoxia Lipids Proliferation HIF-1α ΑΡΝΤ LPIN1 Lipin-1 Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

52 Hypoxia Lipids Proliferation HIF-1α ΑΡΝΤ LPIN1 Lipin-1 Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

53 Hypoxia Lipids Proliferation HIF-1α ΑΡΝΤ LPIN1 Lipin-1 Fatty acids β-oxidation Acetyl-CoA Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

54 Hypoxia ERK Lipids Proliferation HIF-1α ΑΡΝΤ LPIN1 Lipin-1 Fatty acids CK1δ β-oxidation Acetyl-CoA Krebs cycle ETC + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP

55 Σύνοψη: Μεμβρανικα λιπίδια, δομή μεμβρανών & σύνθεση λιπιδίων Δομή μεμβρανικών λιπιδίων Φωσφογλυκερίδια, Σφιγγολιπίδια, Γλυκολιπίδια, Χοληστερόλη Δομικά χαρακτηριστικά, χημική σύσταση, ιδιότητες και ρευστότητα των βιολογικών μεμβρανών Σχηματισμός φωσφατιδικού (GPAT, AGPAT) Σύνθεση τριακυλογλυκερολών (PAP, DGAT) Σύνθεση των φωσφογλυκεριδίων Ενεργοποίηση του φωσφατιδικού από CTP Σύνθεση φωσφατιδυλοϊνοσιτόλης Ενεργοποίηση της αλκοόλης από CTP Σύνθεση φωσφατιδυλοαιθανολαμίνης Σύνθεση φωσφατιδυλοχολίνης Αλληλομετατροπές φωσφογλυκερίδιων Σύνθεση φωσφατιδυλοσερίνης Σύνθεση φωσφατιδυλοχολίνης Διπαλμιτοϋλοφωσφατιδυλοχολίνη Φωσφατάση του φωσφατιδικού (λιπίνη, PAP)

56 Οι κυτταρικές μεμβράνες είναι περισσότερο ρευστές. Α. Όταν περιέχουν υψηλά ποσοστά χοληστερόλης, Β. Όταν περιέχουν φωσφολιπίδια εστεροποιημένα με ακόρεστα λιπαρά οξέα, Γ. Όταν περιέχουν φωσφολιπίδια εστεροποιημένα με λιπαρά οξέα με μεγάλες ανθρακικές αλυσίδες, Δ. Όλα τα προηγούμενα, Ε. Κανένα από τα προηγούμενα.

57 Οι κυτταρικές μεμβράνες είναι περισσότερο ρευστές. Α. Όταν περιέχουν υψηλά ποσοστά χοληστερόλης, Β. Όταν περιέχουν φωσφολιπίδια εστεροποιημένα με ακόρεστα λιπαρά οξέα, Γ. Όταν περιέχουν φωσφολιπίδια εστεροποιημένα με λιπαρά οξέα με μεγάλες ανθρακικές αλυσίδες, Δ. Όλα τα προηγούμενα, Ε. Κανένα από τα προηγούμενα.

58 Οι κυτταρικές μεμβράνες είναι περισσότερο ρευστές. Α. Όταν περιέχουν υψηλά ποσοστά χοληστερόλης, Β. Όταν περιέχουν φωσφολιπίδια εστεροποιημένα με ακόρεστα λιπαρά οξέα, Γ. Όταν περιέχουν φωσφολιπίδια εστεροποιημένα με λιπαρά οξέα με μεγάλες ανθρακικές αλυσίδες, Δ. Όλα τα προηγούμενα, Ε. Κανένα από τα προηγούμενα. Ποιο είναι λάθος σχετικά με το φωσφατιδικό οξύ Α. Παράγεται από εστεροποίηση της 3-φωσφορικής γλυκερόλης με δύο λιπαρά οξέα Β. Είναι πρόδρομη ένωση στη σύνθεση των τριακυλογλυκερολών Γ. Είναι πρόδρομη ένωση στη σύνθεση των γλυκεροφωσφολιπιδίων Δ. Είναι πρόδρομη ένωση στη σύνθεση των σφιγγολιπιδίων Ε. Η αποφωσφορυλίωση του από τη λιπίνη παράγει διακυλογλυκερόλη

59 Οι κυτταρικές μεμβράνες είναι περισσότερο ρευστές. Α. Όταν περιέχουν υψηλά ποσοστά χοληστερόλης, Β. Όταν περιέχουν φωσφολιπίδια εστεροποιημένα με ακόρεστα λιπαρά οξέα, Γ. Όταν περιέχουν φωσφολιπίδια εστεροποιημένα με λιπαρά οξέα με μεγάλες ανθρακικές αλυσίδες, Δ. Όλα τα προηγούμενα, Ε. Κανένα από τα προηγούμενα. Ποιο είναι λάθος σχετικά με το φωσφατιδικό οξύ Α. Παράγεται από εστεροποίηση της 3-φωσφορικής γλυκερόλης με δύο λιπαρά οξέα Β. Είναι πρόδρομη ένωση στη σύνθεση των τριακυλογλυκερολών Γ. Είναι πρόδρομη ένωση στη σύνθεση των γλυκεροφωσφολιπιδίων Δ. Είναι πρόδρομη ένωση στη σύνθεση των σφιγγολιπιδίων Ε. Η αποφωσφορυλίωση του από τη λιπίνη παράγει διακυλογλυκερόλη