H H H H CH H H H H H H H

Transcript

1 Fosfo lipīdu holesterola stabilizēts dubult slānis membrānās... (-P - -) fosfatidil holīna+ MW=70.0 g/mol Fosfo lipīdi no membrānas masas ir.% frakcija (/ daļa) no kopējās masas 00%. Londona mijiedarbības (Van der Vālsa) spēku enerģija kontakta punktā starp metilēna grupu > < ūdeņraža atomiem - ir vāja - kj/mol. Pētījumi lipīdu dubult slāņu membrānās fosfolipīdu molekulās parāda lielu skaitu kontakta punktu tieši tādā kā zīmējumā pa labi fosfatidil holīna molekulās. Ūdens molekulu zaļie atomi pilnīgi izolēti abās dubultslāņu membrānas pusēs. Fosfatidil holīna molekulu MW=70.0 g/mol blīvs pakojums. holīns fosfāts glicerīns 7 kontaktu punkti > < Palmitats - N + P glicerina -, taukskabju - esteri leats - holina - fosfata - esteris un glicerina - oglekla spirta esteris, 7 ( ) ( ) hidrofobā hidrofobā - - saistiba saistiba ( ) ( ) 7 kontakti taukskābēm starp palmitāta un oleāta metilēna grupām >:< divu ūdeņraža atomu Londona mijiedarbības (Van der Vālsa - kj/mol) spēku enerģija ir E= - 7 =-8 kj/mol. leāta 8: nepiesātinātā divkārša saite starp atomiem ir cis izomērijā = (trans ir kaitīgi)! ) Katru fosfolipīda taukskābes ogļūdeņraža virkni iekļauj trīs tuvākās kaimiņu virknes kā zīmējumā pelēka, dzeltena un zaļa ar kopējo enerģiju fosfatidil holīnam E I = *-8 = -8 kj/mol. Fosfatidil holīnam ir divas ogļūdeņražu virknes E II =*-8= -8 kj/mol. ) Nepolārās taukskābju astes ar divām metil grupām interjerā ir ciešā kontaktā trīs ūdeņraža atomi metil grupā, kuras saskaras kaimiņa mono slānī ar hidrofobo saites spēku -0 kj/mol uz katru kontakta punktu. Sešu kontakta punktu hidrofobo saišu Enerģiju E=*-0=-0kJ/mol uz vienu dubultslāņa molekulu katrā pusē E hidrofoba =-0/=-0kJ/mol. Katrs viens fosfo lipīds membrānā izdala Londona mijiedarbības spēka enerģiju - kj/mol uz 8 kontakta punktiem ir -8 kj/mol, pieskaitot hidrofobo saišu enerģiju -0 kj/mol summā ir E summa = -8 +(-0)= -98 kj/mol uz fosfatidil holīna molekulu. Membrānas fragmentā ir E Valls =00*-8= -00 kj/mol Londonas mijiedarbības -Van der Vālsa spēku enerģija. idrofobo saišu enerģija -000 kj/mol starp dubultslāņa 00 taukskābju virkņu metil grupām. Fosfatidil holīna dubultslāņa membrānas kompozīcija izolē divus ūdens molekulu šķīdumus un satur elektrisku dubultslāni uz virsmas ar pozitīvi lādētiem holīna slāpekļa N + atomiem un negatīvi lādētam fosfāta grupām P -. Fosfatidil holīna dubultslāņa membrānas biezuma mērījumu vidējais lielums ir d =Å vai, nm. Ūdens molekulas izmērs, Å ietilpst membrānas biezumā /,=0 reizes. Ja mājas sienas biezums būtu līdzvērtīgs 0 cilvēka,7 m augumu izmēram, tad sienu biezums starp istabām būtu 8 m un mājas durvis būtu 8 m gari tuneļi sienās. Lipīdu dubultslāņu membrānas ne ūdens interjers ir necaurlaidīga izolējoša šūnu siena ūdens vides nodalījumu komponentiem molekulām un šķīdumiem: sāļiem un šķīstošajām organiskajām vielu molekulām. Līdzīgi kā māju sienas nodala istabas. Lai nokļūtu istabās mēs lietojam durvis, bet membrānas ir aprīkotas ar transporta un signālu pārneses enzīmiem olbaltumvielām: akvaporīni,,,n, 8, Protonu + kanāli, bikarbonātu kanāli -, nātrija Na +, kālija K +, magnija Mg +, kalcija a +, hlorīda l - joni, cukuri Glc, Gal, Man, aminoskābe un citas vielas bioloģiskajos ūdens šķīdumos. rganiski regulētas atvērtas termodinamiskas sistēmas cauri šūnu membrānām organizē dzīvību organismos. Tas ir mūsu studiju mērķis.

2 . / masas daļa šūnu un organellu membrānās veido fosfolipīdi kā Fosfatidil holīns. Saistīšanās enerģija fosfolipīdos E bound =-98 kj/mol padara membrānas šķidras tā pēc var tikt mehāniski noārdītas, kā šķidrums, piemēram, spiediena, gravitācijas dēļ un mehānisku kustību iespaidā. olesterola saturs padara membrānas cietākas un lokanākas novēršot to saplīšanu un sekojošu šūnas satura izplūšanu: ūdens molekulu un šķīduma sastāvdaļu: sāļu un izšķīdušo organisko vielu molekulu.. Membrānas otro trešdaļu N + masas daļu veido 7 oglekļu stēriska (telpiska) ogļhidrātu rāmja lipīds - holesterola molekula: Četri steroīda P oglekļa riņķi apzīmēti A, B, un D. 8 Metil grupas 8 un 9 ir angulāras 9 (leņķiskas) metil grupas, starp abas angularas metil grupas oglekļa atomiem dubultsaite >=< pozīcijā un, bet spirta grupa - pie oglekļa veido ūdeņraža saiti >=...- ar D A B 7 holesterols 7 - abas angularas metil grupas 9 8 taukskābes karboksila grupas skābekli. Leņķiskās metil grupas ar oglekļu numerāciju 8 un 9 kopā ar rīkstes V veidu žuburu astē ir labas atskabargas ogļūdeņražu virkņu sajūgšanai membrānā. olesterols steroīds padara membrānas nesaplēšamas, lokanas un novērš šūnu satura iztecēšanu. olesterola/fosfo lipīdu molu attiecība /PL sarkano asins ķermenīšu eritrocītu membrānās cilvēkā ir norma lielumu robežās no 0.9 līdz.0 (publicēts pirmo reizi 978 gadā atsauces žurnālā ellular Biochemistry 00 V8,, p -0). Ja holesterola saturs samazinās līdz 0,= /PL, tad membrānas plīst un šūnas saturs iztecēs, bet ja holesterola saturs palielinās līdz,= /PL, tad membrāna kļūst cieta, neelastīga un aizspiež kanālus, akvaporīnus, bet receptorus padara neaktīvus bez konformācijas izmaiņas iespējām. Membrānas kopējo masu 00% veidojošās trīs sastāvdaļas I, II, III I) / daļu veido fosfolipīdi, kuru masas daļa membrānā ir.%; II) otro / daļa holesterols, kura masas daļa membrānā ir.%; III) trešo / daļu membrānas sastāda integrālās olbaltumvielas, kuru masas daļa membrānā ir.%. Četru veidu membrānas integrālās olbaltumvielas ir:. Imunoglobulīns - antiviela svešķermeņu atpazīšanai un saistīšanai, lai aizvāktu no saimnieka ķermeņa. Asins grupas A, B, AB, 0 ar -glikozīda saiti imunoloģiskie determinanti piestiprināti ekstra celulārā telpā vērstas pret leikocītu-skeneriem saimnieka molekulu atpazīšanai, tie ir svešķermeņu savācēji dezaktivētāji cilvēkā..šūnu struktūru veidojošie bloki citoskeletoni un strukturālās integrālās membrānu olbaltumvielas;.transporta enzīmi (kanāli) integrālās membrānu olbaltumvielas, 0% veido akvaporīni (,,N);. Receptori enzīmi (integrālās membrānu olbaltumviela) signālu pārneses ceļvežu sastāvdaļas bioloģiskai komunicēšanai šūnas iekšpusē, starp šūnām un vai audiem vai orgāniem, kā arī starp dzīviem organismiem.

3 Tabula I. Glicerīns LIPĪDĪ Lipīdu klasifikācija Lipīdi Funkcijas Taukskābes Metaboliskā degviela; citu lipīdu klašu komponenti - sastāvdaļas Triglicerīdi Galvenā taukskābju un ķīmiskās enerģijas uzglabāšanas forma Fosfolipīdi Membrānas sastāvdaļas; arahidonskābes izejviela eikosanoīdu sintēzei; inozitola tri fosfāta un diglicerīdu saistīšana signālu pārnešanai membrānu iekšpusē(citosolā) Sfingolipīdi Membrānas sastāvdaļas iestarpinātas un vērstas ekstra celulārā telpā imunoloģisko determinantu molekulu piesaistei olesterols Membrānas sastāvdaļas / masas daļa; izejviela žults skābei un steroīdu hormoniem Žults skābes sāls Lipīdu gremošana un absorbcija; galvenais produkts holesterola metabolismā Steroīdu hormoni Intercelulāra (starpšūnu) signālu pārnese, kas regulē gēnu ekspresiju mērķa šūnās Eikosanoīdi Fizioloģisko funkciju regulēšana: prostaglandīni, tromboksāni, leikotriēni, prostaciklīni Vitamīni KEDA Redze A; a + metabolisms D; antioksidants E; asins sarecēšana K ; kaulu fosfo apatītu a P 0 pareizas struktūras kalcija a + jonu koenzīms K Ketonu ķermenīši Metaboliska degviela Tabula I. Nacionālie atomi Struktūra formulas. IUPA nosaukumi dažas - nosaukumi dabiskas Taukskābju noārdīšana mitohondrijās ar beta oglekļa oksidēš anas reakciju taukskābes. producē, un enerģiju dzīvības procesiem Piesātinātās taukskābes nesatur dubultsaites starp & atomiem palmu eļļa ( ) heksa dekān skābe palmitīn skābe Grieķiski 8 ( ) okta dekān skābe stearīn skābe Stear tauki Arachis arahīn skābe 8 e d g a eikosanskabe - - b zemes rieksti Nepiesātinātās taukskābes Palmu eļļa : n d g b a palmitoleīn skābe ω-7 Latīniski 8: n- cis- D -heksadekenskabe - - e oleum eļļa Linsēklu linoleīn skābe 7 Latīniski eļļa 9, d neaizstājamā linum lins, 8: n- cis-d -oktadekandienskabe e g b a ω- un oleum eļļa α-linoleīn skābe e g a neaizstājamā D -oktadekantrien skâbe d b cis- 9,, ω- mega nepiesātinātās taukskābes uzskaita sākot no metil grupas. Neaizstājamās ir ω- un ω- Nacionālie Apzīmējumu sistēmas nosaukumi Skaitliskā Δ n := ω Palmitāts :0 Palmitoleāts 9 : :0 Δ 9 :n-7 :0 ω-7 Linoleāts 9, 8: 8:0 Δ 9, 8:n- 8:0 ω- α-linolenāts 9,, 8: 8:0 Δ 9,, 8:n- 8:0 ω- k.p( ) olesterola transportā uz holesterola nabadzīgajām ārējām mitohondrijas membrānām (MM) iesaistītas holesterola transporta olbaltumvielas StAR. Tad uz iekšējās mitohondrijas membrānas (IMM) iesākas steroīdu ģenēze itohromā P0scc (YPA) pārvēršot holesterolu par pregnenolonu. Akūtā steroido ģenēzes atsauce regulējas ar holesterola piegādi no MM uz IMM, pieslēdzoties caur steroido ģenēzes akūtās regulācijas olbaltumu StAR (steroidogenic acute regulatory StAR protein). ronisku steroido ģenēzes kapacitāti nosaka ar YPA gēnu transkripciju. StAR mutācijas izraisa iedzimtu lipoīdo adrenālo hiperplāziju (pieaugumu), ar neesošu steroido ģenēzi, potenciāli letālu sāļu zudumu, un,xy seksa reversu. StAR mutācijas sākumā izjauc vairākas, bet ne visu steroido ģenēzi; zema līmeņa StAR-neatkarīgā steroido ģenēze izzūd vēlāk dēļ šūnu bojājumiem, ko izskaidro klīniskie izmeklējumi. Reta P0scc mutācija izraisa līdzīgu sindromu. Šis pārskats attiecina šos agros soļus steroīdu biosintēzēs

4 olesterols ar hidroksila grupu - sastāda / membrānas masas daļu. olesteril esteris kā holesterola spirta grupai piesaistīta acil grupa A R D A B 7 olesterols Steroīds spirts =holesterols abas angularas metil grupas veido apolāru holesteril esteri - holesterīnu. 7 B D olesteril esteris A B R 7 holesteril esteris holesterīns 7 olesteril esterisholesterīns tiek uzkrāts un noglabāts aknās un ekstra hepatiskās (leikocītu, makrofāgu) šūnās kā mazi lipīdu pilieniņi. A. olesterols. Četri cikli steroīdā apzīmēti ar A, B, un D. Metil grupas apzīmētas ar 8 un9 tiek sauktas par angulārām (leņķiskām) metil grupām. Raksturīga ir dubult saite >=<starp oglekļa atomiem un bet spirta grupa - pie oglekļa. B. olesteril esteris. Acil grupa ir piesaistīta spirtam - ar zemas-enerģijas estera saiti --. Steroīdu hormoni veidojas no holesterola tieši saņemtu no lipoproteīniem vai lipokalīniem, kuri iekļūst šūnā endocitozē ar receptoru starpniecību. Endo - lizosomās, holesterols atdalās no holesterola esteriem ar lizosomālo skābes lipāzi (lysosomal acid lipas LAL; traucējumi Volmana slimībā) un eksportēti ar Niemana-Pik tipa (NP) olbaltumvielām (traucējumi NP slimībā). Šīs slimības raksturīgas ar akumulētu holesterolu un holesterola esteri vairākos šūnu tipos. Mehānisms ir zināms kā trans-citoplasmas holesterola transports, iespraukšana membrānā un izvilkšana no membrānas ar lipokalīnu olbaltumiem. olesterola esteri un brīvais holesterols enzimātiski interkonvertējas lipīdu pilienos. R'' R' zemas energijas esteris P otra spirta hidroksils zīmējums I.. Fosfatidāts. Acil grupas ir piesaistītas esteru piesaistēs pie un bet fosfāts ir piesaistīts estera saitē pie. Esteru saites ir zemas-enerģijas saites. ar otru hidroksila grupu - otra estera saite -- lecitīns (fosfatidil holīns + ) kefalīns (fosfatidil etanola amīns + p=7, protonēts + ) R' R'' P Lizofosfatidil holīns + Fosfatidil inozitols zīmējums I.. Glicero lipīdu pārstāvji. Nesistemātiskais fosfatidil holīna nosaukums ir lecitīns. Viena-alkil fosfolipīds trombocītu aktivēšanas faktorā satur alkil grupu piesaistītu ar ētera saiti pie oglekļa atoma. Pārējie glicero lipīdi satur acil grupas R piesaistīta spirta grupai - pie.

5 B. Sfingolipīdi veidoti no sfingozīna - aminospirta diola. ZĪMĒJUMS I.. Sfingozīns un sfingolipīdu pārstāvji. Sfingozīns ir 8 savienojums ar hidroksila grupām pie un, amino grupu N + Sfingozīns pie Keramīds un trans divkāršo saiti = pie. ( ) R ( ) N R P N N + P Sfingomielīns Glikozil keramīds (cerebrozīds) oligo saharīda keramīds (gangliozīds) Arahidonskābes sāls arahidonāts ir fosfatidil holīna taukskābju esteru komponents šūnu membrānās Četri Eikosanoīdi veidojas enzimātiskā arahidonāta peroksidācijā pēc fosfolipīda hidrolīzes saplēstā membrānā. prostaglandīni (PGs), prostaciklīni (PGIs), tromboksāni (TXs) un w= leikotriēni (LTs). Neaizstājama ω= taukskābe ar 0-oglekļiem virknē (Grieķiski eikosil, "divdesmit") ar cis dubult saitēm. Gandrīz visas dzīvnieku šūnas izņemot eritrocītus producē vienu vai vairākus eikosanoīdus,: PGA, PGE, PGE, PGE, PGFα, PGD, PG, TXA, TXB PGI, LTE. Arahidonāta enzimātiska transformācija sākas iklo-ksigenāzē X ar šķērss saiti starp 8. Tas ir mērķis pretiekaisuma un asiņu pret sarecēšanas zālēm kā: aspirīns, ibuprofēns, tailenols, paracetamols, varfarīns, kuri bloķē šķērss saites veidošanos starp 8.=> Pēc šķērss saites 8 X hēma dzelzs(iii) Fe + ar donora akceptora saiti adsorbēto radikāla singleta molekulu ::-:-:: producē pirmo eikosanoīdu. PG XI enzīmā un PGD XII enzīmā Šķērss saistītā 8 arahidonāta peroksidācija sākas pie 9 un ::-:-:: a ar sekojošu peroksidāciju producējot hidroksila grupu b Prostaglandīna molekulas producē iekaisuma 8 8 fizioloģisku reakciju organismā kā piepampumu traumētajos audos ar stiprām sāpēm. Tromboksāns ir asins sarecēšanas iniciējošais faktors noslēdzot bojātos asins vadus. Ar pretiekaisuma un asiņu pret sarecēšanas zālēm: aspirīnu, ibuprofēnu, tailenolu, varfarīnu, paracetamolu kuri bloķē šķērss saites veidošanos starp 8, nenotiek molekulu veidošanās kā: prostaglandīni un tromboksāni un neizraisās iekaisums fizioloģiska reakcija organismā kā piepampums traumētajos audos ar stiprām sāpēm, tā pat neiniciējas trombu veidošanos asins vados. Simptoms: piepampums traumētajos audos ar stiprām sāpēm izzūd, Simptoms: asins sarecēšana asins vados neveidojas. 0

6 Lipīdu ne enzimātiska peroksidēšana ir radikālu iniciēta ķēdes reakcija turpinot nekontrolēti (bez enzīmu) veidot brīvos radikālus, kuri iniciē tālāku peroksidēšanos. Pilnais process (ķēdes reakcija) ir aprakstīts sekojoši: Svarīgi zināt, ka ūdens vide plus = satur peroksidēšanās aģentus: metāla (n)+ jonus, lielas enerģijas jonizējošais arī radioaktīvo starojumu ~hν, peroksisomās enzīmi Aldehīdu ksidoreduktāzes. Sāksim ar arahidon skābes sāli divkāršās saites = ω taukskābe eikosanoīds membrānas dubultslānī: Izšķīdušā skābekļa = oksidējošais spēks ir stiprs un ir konsekventi darbīgs, kurš Iniciē dzīvo organismu ķermeņos trīs dažādus ķēdes reakciju faktorus (.,.,.) un to aktivitāte atkarīga no aģentu koncentrācijas un intensitātes: () Radikālu R veidošanās. Radikālu R veidošanās no organiskas molekulas R ar metāla (n)+ jonu kā oksidantu (Fe +,Mn +,u +,utt.). R + metal (n)+ (kurš atrauj + un e - pie ksidanta) => peroksīds R + metal (n--) Radikālu R veidošanās no izejvielas R skābekļa = klātbūtnē lielas enerģijas jonizējošs starojums ~hν homolītiski sadala R par un R kā ksidants sadalot elektronu pāri divos brīvos elektronos pie &R R + ~hν=> R + ; līdzīgi kā metāla jons ksidants ūdeņraža jons pievienojis elektronu + +e - = radikāls. Radikāla R veidošanās no izejvielas R enzīma Aldehīda ksidoreduktāze klātbūtnē peroksisomās skābekļa = klātbūtnē, kura koncentrācija citosola ūdenī ir [ ]= 0 - M. R-=- + = () Pavairošana (jaunu radikālu R un R producēšana): peroksīds R + R => peroksīds R + R R + = => peroksīds R, utt. (Aldehīdu ksidoreduktāze) => peroksīds R + () Ķēdes reakcijas apraušanās (radikālu R rekombinēšanās pievilkšanās un savienošanās): peroksīds R + peroksīds R-- => peroksīds R R + = peroksīds R + R => peroksīds R R R + R => R R arahidonats - udenraza - v radikals - radiacijas -,, energija E ~hn R R R R R R Malonil aldehīds Endoperoksīds idroperoksīds R radikāls oksidants. zīmējums I.. Lipīdu peroksidēšana. Reakcija veidojot radikālus R sākas ar lielas enerģijas jonizējošo starojumu ~hν, Aldehīdu ksidoreduktāzi vai ar smago metālu joniem metal (n)+. Malonil aldehīda avots ir taukskābes ar vai vairākām > divkāršām saitēm. To lieto kā mēru lipīdu peroksidēšanai kopā ar etānu no terminālā -oglekļa ω taukskābēs un pentāna no termināla -oglekļa ω taukskābēs.

7 Apolipoproteīni B-8,-III,-II zīmējums 7- ilomikrona molekulārā struktūra. Virsmas slāni veido fosfolipīduholesterola komplekss ar lādētām galvas grupām vērstām uz āru ūdens fāzē. Triacilglicerīdi iestarpināti dzeltenajā interjerā sastāda vairāk kā 80% no masas. Daži apolipoproteīni kuri izvirzās no virsmas B-8, -lll, -ll darbojas kā signālmolekulas uzņemot un metabolizējot lipoproteīnu pūslīšu saturu. ilomikronu pūslīša diametrs ir robežās no 00 nm līdz 00 nm un satur līdz pat 0 miljons molekulām tauku, holesterīna, olesterols Triacilglicerīdi Fosfolipīdi līdzīgi molekulas un oleseril esteri kā fosfatidil holīna ilomikronu atlikumi ar izlietotiem triacilglicerīdiem, bet vēl ar holesterolu un apo lipoproteīniem cirkulē asinīs līdz aknām, kur endocitozē ar receptoru piesaistot apolipo proteīnus pārstrādājas. Triacilglicerīdi iekļūstot aknās tādā ceļā oksidējas producējot enerģiju un priekšvēstnešus ketona ķermenīšu sintēzei, kā aprakstīts bioķīmijas studijās. Kad uzturs satur vairāk taukskābes pārākumā, tad pārvērš tās triacilglicerīdos, kurus sapako ar specifiskiem apo lipoproteīniem ĻZBL, ZBL. ĻZBL, ZBL transportē asins plazma līdz adipozām šūnām, kurās triacilglicerīdi tiek noglabāti lipīdu pilieniņos adipocītu citosolā. oleseril esteri un holesterols metabolizējas par ABL pūslīšiem, kurus uzņem aknu un ekstra hepatiskās šūnas. Sešas asins plazmas lipīdu transporta formas - lipoproteīnu pūslīši-lodītēs un lipkalīnos Albumīns 7 taukskābju un ūdenī nešķīstošu zāļu molekulu nm 8 70 nm 0 nm 8 nm transports hilomikroni ļoti zema blīvuma zema blīvuma augsta blīvuma Grieķiski ylē - nozīmē viela lipoproteīni lipoproteīni lipoproteīni hilomikrons - viela mikrona izmērā ĻZBL ZBL ABL 7

8 00 Tauki uzturā Daļa III Bioenerģētika un metabolisms zīmējums 7- Uzturvielu lipīdu pārstrāde mugurkaulniekos. Gremošana un uzturvielu lipīdu absorbcija notiek tievajā zarnā, un taukskābes atbrīvojas no triacilglicerīdu esteriem un tiek nogādātas muskuļu un adipozo šūnu audiem astoņos soļos, kā aprakstīts tekstā. Lipāzes produkti (solis ()) difundē epitēlija šūnu pārklātajā zarnu virsmā (zarnu mukoze) (solis ()), kurā produkti pārvēršas triacilglicerīdos un kopā ar uztura holesterolu un lipoproteīniem sapakojās hilomikronu agregātu lodītēs-pūslīšos (zīm. 7-; skatīt zīm.7-, solis ()), kuri satur līdz pat miljons (0 ) molekulām. Apolipoproteīni ir lipīdus saistošas olbaltumvielas asins plazmā, atbildīgi par triacilglicerīdu, fosfolipīdu, holesterola un holesteril esteru transportu starp orgāniem. Apolipoproteīni ("apo" apzīmē olbaltumvielu tās lipīdu brīvā formā) izvijās cauri atsevišķu lipīdu molekulārām daļiņām, vidū lodveida agregāti no hidrofobiem lipīdiem un uz virsmas hidrofīlām olbaltumvielu sānu virknēm kā arī ar lādētām lipīdu galvas grupām. Lipoproteīnu lodīšu metabolizēšanās pārvērtību ceļi sākas ar hilomikroniem un viszemāko blīvumu. Metabolizējoties blīvums pieaug no ļoti zema-blīvuma lipoproteīniem (ĻZBL) līdz augsta blīvuma lipoproteīniem (ABL), kurus var atdalīt ultra centrifugēšanas iekārtās. Lipoproteīnu lipīdu transporta formu struktūru un fizioloģisko nozīmi mums ir jāstudē tagad Medicīniskās ķīmijas kursā. Lipoproteīnus saista receptori uz akceptoru šūnu virsmas. Zarnās uztura lipīdi nonāk hilomikronos, kuri ar apo lipoproteīnu -II (apo-ii) no zarnu mukozas cauri limfātiskai sistēmai iekļūstot asins plazmā piesaistās PS* (fosfo lipāzei) un adipoziem audiem (zīm. 7-, solis ()). Kapilāros šādos audos ekstra celulārās lipoproteīnu lipāzes aktivē ar apo-ii hidrolizē triacilglicerīdus par taukskābēm un glicerīnu (solis()), kuri iekļūst mērķaudu šūnās (solis (7)). Muskuļos taukskābes oksidējas par,, atdodot enerģiju dzīvības procesu uzturēšanai, bet adipozos audos reesterificējas uzkrājoties kā triacilglicerīds (solis (8)) tauku pilieniņos. 8

9 Āris Kaksis. Rīgas Stradiņa universitāte 07 Lipokalīnu holesterols, steroīdu hormonu, vitamīnu K, E, D, A transports ūdenī SBP (oxy-sterol binding protein) oksi-sterola transporta olbaltums iesaistīts holesterola metaboliskajā transportā starp membrānu virsmām izlādē un ielādē to membrānā, tā uzturot homeostāzes.% masas daļu / of 00% membrānas kompozītajā materiālā. lipokalīnam līdzīgs SBP mehānisms ir retinola RPs un citi lipokalīni A,K,E,D vitamīnu transporta olbaltumi. ilvēkā ir SBP izoformas. Izoforma SBP uzlādēta ar holesterolu attēlota zīmējumā. Polipeptīda virknes mugurkaula (backbone) treku veido aminoskābju alfa oglekļa atomi no N-termināla Met līdz -terminālam Leu. SB lipokalīna molekulas eksterjera virsmā pie tuneļa vāka trīs taustekļi alfa spirales satur desmit bāziskas pozitīvi lādētas aminoskābes Lys, Lys7, Lys, Arg, Arg7, Lys8, Lys, Lys07, Arg0, Lys. N+ pievelkas negatīvi lādētajam >P- fosfātam uz virsmas ar trīs alfa spirāļu taustekļi. Publicēts: Nature. 00. septembrī ; 7(70): 8 Steroīdi un vitamīni K,E,D,A iesaistīti lipokalīnu pārnesē jo ir ūdenī nešķīstošas molekulas. sh saistītā konformācijā, sterola ligandi ir nepieejam no ārpuses ūdens molekulām. 9

10 ZWMarz =>Steroīda mijiedarbība kompleksā ar olbaltumvielu 0-hidroksiholesterola (.pdb ligands) galvas grupu lejup pie beta plāksnīšu muciņas grīdas. No -9 aminoskābju beta plāksnītes anti paralēlas virknes. 7 alfa spirāles,,,,,,7,8,9,0,,,,,,,7. Ūdens molekulas 00,0,0;un 0,,, - tuvumā un 0 ir ūdeņraža saitēm saistīti. Receptora aktivējošā domēna olbaltumvielā ir (ligand binding LB) ligandu saistošs hidrofobais tunelis. - hidroksils noglabāts tuneļa apakšā un holesterola astes virkne pieskaras iekšpuses nosedzošā vāka virsmai ar aminoskābēm Trp0,Phe,Leu,Ile7,Leu7,Ala9 --hidroksils holesterolam, ergosterolam, un oksisteroliem saistās ar divām ūdens molekulām un pie sānu virknes Gln 9. Šis Gln9 ir daļa no hidratētā klāstera polārām sānu-virknēm tuneļa apakšā. Gln9,Trp,Tyr97,Asn, un Gln8 sastāda atlikušo polāro klāsteri tuneļa apakšā, un veic ūdenspastarpināto mijiedarbību ar --hidroksilu. 0-7 satur divu virkņu β-plāksnīti un trīs α-spirāles,,,7,8,9, kuras veido 0 Å garu anti paralēlu saišķi, kurš stiepjas visā muciņas garumā. Distālā saišķa daļa pie vāka aizpilda muciņas centru un ar to aizver tuneļa tālāko galu. Proksimālā saišķa daļa veido tuneļa sienu, aizstājot trūkstošās muciņas beta virkņu sienu. Liels -termināla reģions atlikumos 08- attiecas uz muciņu sarkanā krāsā. Eksterjera virsma uz vāka tunelim satur desmit konservētus bāziskus atlikumus Lys,Lys7,Lys,Arg,Arg7,Lys8,Lys,Lys07,Arg0,Lys. sh ir jauna struktūra, noglabājot ligandus centrālā hidrofobā tunelī. Tā atgādina citas lipīdu saistošas un transportējošas olbaltumvielas struktūras. Pro,Ala,Leu,Leu7,Ala9,Pro,Ile,Leu9,Phe,Leu9,Gly0,Pro0, Leu,Pro,Pro,Val7,Ala9,Ile7,Ala9,Phe7,Leu7,Leu77, Val79,Phe8,Pro98,Pro99,Pro00,Ile0,Ile0,Leu07,Val08,Ala09, Pro,Phe,Val,Leu,Leu90,Pro0,Leu0,Ala Zīmējums Shematisks intracelulārā holesterola transports. Modelis StarD un StarD. Ar sarkano iezīmētas potenciālās funkcijas StarD un StarDholesterola izplatīšanai šūnā ( ). Steroidoģenēzes akūtas regulācijas olbaltumviela (StAR) transportam (START) intracelulāri 0

11 Ligandu: steroīdu, žults skābju. fosfolipīdu, sfingozīnu, K, E, D, A vitamīnu transports ūdenī Steroidoģenēzes akūtas regulācijas olbaltumviela transportam (steroidogenic acute regulatory protein-related lipid transfer START) domēnu saime definēta ar konservētām 9 0 aminoskābēm virknē, kas salocīta α/β satvēriena struktūrā, veidojot hidrofobu kabatu liganda saistīšanai. ilvēka START olbaltumi saista transportam dažādus ligandus: holesterolu, oksisterolus, fosfolipīdus, sfingolipīdus, taukskābes un K,E,D,A vitamīnus. Atklātās darbības: nevezikulārs lipīdu transports, tioesterāzes enzimātiska aktivitāte, un audzēja apspiešana. J Endocrinol March, 0; 7-7 Piecpadsmit cilvēka olbaltumi, STARD-STARD, attiecas uz START domēniem četrās no sešām apakš saimēm: holesterols, -hidroksiholesterols, fosfatidil holīns (fosfatidil etanolamīns) un keramīds kā ligandi. STARD/STARD/STARD, STARD, STARD/STARD0, STARD0 and STARD, atbilstoši. Lipīdi vai steroli saistīti atlikušajā 9 START olbaltumvielā ir nezināmi. Studijas parāda -termināla gala domēna fundamentālu nozīmi, veidojot vāku virs dziļās lipīdu-saistošās kabatas, kurš nosedz ligandu no ārējās vides. START domēni attiecas gan uz lipīdu vielmaiņu gan uz un/vai lipīdu-sensoru domēnu konkrēta lipīda atpazīšanai. ilvēka START olbaltumiem ir daudzveidīgas iezīmes un atrodas brīvi citoplazmā, piesaistīti membrānās vai kodolos. Tiem ir specifiskas atšķirīgas fizioloģiskas funkcijas procesos, tādas kā lipīdu pārnese starp intraceluāriem nodalījumiem, lipīdu metabolisms un signalēšanas notikumu modulācija. Mutācijas vai START olbaltumu ekspresijas trūkums ir saistīti ar patoloģiskiem procesiem, ievērojot ģenētiskās problēmas, auto imūnās slimības un vēzis. olesterolu saistošie STARD un stabilizējošie STARD-START pret tripsīna katalizēto degradāciju, ka arī holesterola galvu neaizsargājošais efekts STARD-START domēnā. Fosforilētie sfingolipīdi keramīda--fosfāts (P) un sfingozīna--fosfāts (SP) parādās kā atslēgas šūnu: augšanas regulēšanā, izdzīvošanā, migrācijā un iekaisumos. Aktivatoru grupa IVA citosola fosfolipāze Aα (cplaα) keramīda kināze producē P kā arahidonskābes izdalīšanas ātrumu ierobežotājs.to organisms lieto kā pret iekaisuma eikosanoīdu producētāju, kuri veic slimības patoģenēzi astmas vai elpu ceļu hiper-atsaucību, vēzi, aterosklerozi un trombozi. Tas modulē eikosanoīdu darbību un novērš hronisko iekaisumu bojājošos efektus. Tā pēc nepieciešams P tieši mērķtiecīgi piegādāt un prezentēt šūnu specifiskiem aktīvajiem centriem. Fizioloģiskās funkcijas attiecas uz holesterola pārnesi un tā homeostāzes metabolismu šūnā [, ]. Medicīniskais un industriālais pielietojums Dotais pārskats parāda jaunu pieeju intracelulārā holesterola transportā. lbaltumvielu StarD apakš saime ar atšķirīgo regulāciju un lokalizāciju, viens pats vai kopā ar citām olbaltumvielām, ir nozīmīgi intracelulārā holesterola kustībai un metabolismam dažādos audos cilvēka veselībā. Tas dos priekšstatu holesterola metabolismam nepieciešami pamatot labāku terapiju holesterola atkarīgajos veselības traucējumos (aterosklerozē Niemann-Pick slimībā) un UPR slimībās (t.i. untingtona un Alzheimera slimība). Zīm.. Filoģenētisks koks un START-domēnu olbaltumi cilvēkā. START domēnu virknes ir sarindotas ar Eklustalva programmu (Genetics omputer Group, Madison, WI). Filoģenētisks koks uzzīmēts ar ciltskoka programmu [J.Felsenstein, 99, PYLIP (Phylogeny Inference Package) v..c, Department of Genome Sciences, University of Washington, Seattle, WA]. Saīsinājumi: žurnālā ell Science 00 8: Mt, mitohondrijā; mērķa motīvs; MENTAL, MLN N- termināla domēns; P, plekstrīna homoloģisks domēns; FFAT, divi fenilalanīni skābes vada motīva atbildīgais ER mērķim; RGAP, Rho-GTPāzes-aktivējošā-olbaltuma domēns; SAM, sterils alfa motīvs; TI, acil-oa tioesterāzes domēns. Tabula ilvēka START domēna olbaltumu apakš saimes dalībnieku raksturojums

12 Fiziska atrašanās vieta (hromosoma, pozīciju megabāzes, Mb) peles un cilvēka genomos pamatojas uz Ensembl datu bāzi ( Saīsinājumi lokācijai šūnās lieto: endoplazmatiskais tīklojums (ER). saistītie lipīdi: 7-α-hydroxycholesterol (7-α-chol), -hydroxycholesterol (), holskābe (A) un henodeoksiholskābe (DA). StarD apakš saimju dalībnieki Nosaukumi StarD RSP StarD StarD (s) hromosoma / pele 8/. Mb 7/7. Mb 8/70.8 Mb / pozīcija cilvēks /0. Mb /77. Mb 8/ Mb sub celulāra citosols a, ER a, b, mitohondrija b [A,B] citosols, ER, goldži a, citosols c, mitohondrija b atrašanās kodols[ F] [G,] izplatība aknas, makrofāgi, keratinocīti, Kupfera šūnas, perifērie makrofāgi, nervu audi un sēklinieku audos * nieres * [A,B] nieru proksimālās caurules * [D,E] šūnas [G, I K] lipīds holesterols, 7-α-chol, holesterols,, A un holesterols d, e [N] saistītais 7- hidroperoksiholesterols #, e [, L N] DA d, e [,,P] Regulācijas regulē atbildot uz sterolu līmeni ar Inducējas atbildot uz ER stresu potenciāls regulators SREBP pārvērtību ceļos[b, Q]. [D,F,Q] neirotoksikā stāvoklī ER stresa agrā fāzē [R] [G,I, J] * izplatība audos: Ierobežota ekspresija, piezīme pie STARD un STARD J Endocrinol March, 0; 7-7 EM, LN Tabula. ilvēka START olbaltumvielas, ligandi, un PDB kristālu struktūras. Journal PLoS ne. 0;():e9 Grupa lbaltumviela Ligands PDB molekula - StAR STARD holesterols [] P0L; ligandu-brīvs(0) AA STARD/MLN holesterols [] EM; ligandu-brīvs[] AA - START STARD holesterols [9] JSS (peles); ligandu-brīvs [7] AA vienīgi STARD holesterols, -hidroksiholesterols [9] R; ligandu-brīvs(0) AA STARD holesterols [0] MU publicēts 0 AA - PTP STARD/PTP fosfatidil holīns [] LN,LN LN; DLP komplekss [] STARD7 fosfatidil holīns [] - STARD0 fosfatidil holīns vai etanolamīns [] - AA AA STARD/ERT keramīdi [8] K80, KF, K8, K8, K8N, KBS, KBR AA Nature. 0 Aug ;00(7):-7 ER; 8-keramīda komplekss [8]; Z9Z; 0-DAG komplekss [8]; S; komplekss [9] un 0 vairākas atsauces - RhoGAP STARD8 lādēti lipīdi? - STARD lādēti lipīdi? - STARD lādēti lipīdi? PS; ligandu-brīvs(0) 9AA -Tioesterāze STARD taukskābe? F; PEG komplekss (0) 0AA STARD taukskābe? - -STARD9 STARD9? Journal PLoS ne. 0;():e9 PNAS. 008 EM,EN,E,EP,EQ,ER,ES,Z9Y,Z9Z PLoS ne. 0;()P0L,LN,EM,JSS,R,E,PS,F centrālais amfipātiskais tunelis ir minēto saistīto lipīdu struktūru atgādinošs. Zīm.. START domēnu struktūra MLN (A) un PTP ar tā ligandu (B). (A) Ribonu diagramma START domēnā MLN (ID kods: EM.PDB). trējās struktūras elementi un -, N-termināli. MLN ietver β- plāksnīte dzeltena ar N-termināla (α) un -termināla (α) α-spirāles sarkanas, viena tālāk cieši pieslēdzas virs beta plāksnītes. (B). Šķērsgriezumā molekulas virsma START PTP domēnā kompleksēta ar fosfatidilholīna molekulu (ID kods: LN.PDB) (DLP, dilinoleoil-sn-glicerīds-- fosforilholīns). DLP molekula (attēlota nūjiņu formā) atrodas hidrofobā kabatā. Journal of ell Science 00 8: EM.pdb, I9.pdb, LN.pdb

13 Steroidogēnā akūtā regulējošā (StAR) olbaltumviela atbilstošā lipīda pārnesējs (START) domēns ir maza 0 aminoskābju virknes globulārs modulis, kurš veidots ar dobumu, kurā lipīds un lipīdu hormoni piesaistās. Šie domēni transportē ligandus nodrošinot lipīdu intracelulāru vielmaiņu starp membrānām, un tās nosaka modulējošo aktivitāti citiem enzīmu domēniem atbildot uz ligandu piesaistīšanos. Ir vairāk par duci cilvēka gēnos iekodēto START domēnu, un daži no tiem ir iesaistīti slimībās. ilvēka STARD, STARD, STARD un STARD lipīdu pārneses domēni. Te ir četras no sešām funkcionējošām START domēnu klasēm. Nature Structural Biology 9, 07 - (00) LN.pdb LN and LN Zīm.. Temperatūras ietekme uz iekļūšanu amfifīlā dobumā ER.pdb. (A D) ERT START domēna ribonu diagramma krāsota atbilstoši kristalogrāfiskam B-faktoram apo-ert START domēna kompleksā ar -, -, un 8 -keramīdu, attiecīgi. Keramīda molekulas zīmētas kā pildītas sfēras. (E) ERT START domēna ribonu attēlojumā kompleksā ar 8 -keramīdu. Struktūra rotējoša par ap y asi. α un Ω cilpa krāsotas ciāni un fuksīni, attiecīgi. 8 -keramīds attēlots kā pildītas sfēras, kurās dzeltenas, zilas un sarkanas sfēras ir, N, un atomi, atbilstoši. (F) Virsma ERT START domēna molekulai kompleksā ar 8 -keramīdu, zīmēta tajā pašā orientācijā kā E. idrofobā virsma krāsota zaļa, un sānu virknes α un Ω cilpā ir izgaismotas kā punktētas sfēras ciāna un fuksīna krāsā, attiecīgi. 8 -keramīds zīmēts kā E. PNAS. 008 EM, EN, E, EP, EQ, ER, ES, Z9Y, and Z9Z Zīm.. Shematiska -keramīda atpazīšana ar ERT START domēnu. Aminoskābju atlikumu izkārtošanās amfifīlā dobumā. Sarkanas punktētas līnijas ūdeņraža saites; sarkans aplītis ūdens molekula; melnie, zilie un sarkanie punkti ir, N, un atomi, attiecīgi, no atlikumiem iesaistīti ūdeņraža saišu tīklojumā. Zaļie rāmīšos apzīmēti atlikumi veidojoši hidrofobo iedarbību dobumā, kur gan zaļos rāmjos ar biezām līnijām indicē tiešās hidrofobo saites, kuras apzīmētas kā zaļas punktētas līnijas. Šādas astoņas aminoskābju sānu virknes, kuras kopīgas visām -, -, 8 -keramīdu kompleksu struktūrām, apzīmēti ar biezām apmalēm zaļos rāmjos pildīti ar viegli zaļo krāsu. eikarioti Nature. 0 Aug ;00(7):-7. K80, KF, K8, K8, K8N, KBS, KBR

14 Zīmējums PTP konformācija un funkcionālā P atpazīšana. a, PTP lipīdu galvas grupas atpazīšanas centrā mijiedarbība ar fosfāta un amīda grupām saista :0-P (bumbu-un-nūju). Ūdeņraža saites = P punktētas līnijas. PTP α mugurkauls (backbone) ir viegli pelēks; sānu virknes ciāni bet skābeklis un slāpeklis sarkani, zili, atbilstoši. Ūdens molekulas ir sārtās lodes. b, P pārnese N ar PTP līnijas mutācijām fosfāta galvas grupas atpazīšanai ciāna. wtptp (pelēks). c, Nepolārie atlikumi veido hidrofobo kabatu, kura piemērota :0-P sfingozīnam un acil virknēm. d, P pārnese PTP līnijas mutantiem (violeti) hidrofobā kabatā. wtptp (pelēks); Sanu virknes attēlotas Zīm..c. Dati b un d ar standarta novirzi no vidējā ± s.d. trīs neatkarīgos eksperimentos. e, Konformācijas izmaiņas hidrofobajā kabatā līdz :0-P saistīšanai. Sānu virknes (lavandas krāsā) apo-ptp un cilvēka PTP ar saistītu :0-P (dzeltens; bumbu-un-nūju formā). f, g, Virsma elektrostatiski hidrofobā kabatā piesaista lipīda galvas grupu atpazīšanas centrā apo-ptp (f) un PTP/:0-P kompleksā (g). h, 8:0-P formula. i, j kristāla PTP struktūras (ribonu formā) ar saistītu :0- P sfingozīnu iekšā i ( bēšs); sfingozīns ārā (j; sārts) konformācija. k, Pārklājas saistīts :0-P sfingozīnā -iekšā un -āra konformācijā. idrofobo kabatu iekļauj ~ nepolāras aminoskābes, kā Phe, Leu, Val, un Ile (Zīm. c; Sb), kuri novērš ūdens iekļūšanu kamēr keramīdu ieskauj alifātiskas virknes. L, L8, vai L mutācijas uz pozitīvi lādētu R vai V7 vai V8 ar augstu polaritāti N samaitā hidrofobo kabatas funkcionalitāti un stipri pazemina P pārnesi (Zīm. d). Konservatīvāka mutācija (piemēram, W7A) tikai nedaudz pazemina P pārnesi, kamēr FA tuvu kabatas apakšai stimulē P pārnesi. Mutācija pie ieejas portālā (IN) vai lokanajā α cilpā (F0R) ir gana iecietīga (7 80% mazāk) (Zīm. d). Keramīda ieeja ir orientēta ar ūdeņraža saitēm pie lipīda amīda skābekļa un slāpekļa ar 0 un D, attiecīgi. Ūdeņraža saites pārtraukšana starp lipīda amīda slāpekli un D (DV) vidēji palēnina P pārnesi, bet 0 mutācija (0L) atceļ aktivitāti. Pārklāšanās apo- un :0-P/PTP struktūrām (rmsd. Å) parāda K0, R0 un R0 gandrīz identisku pozīciju pozitīvi lādētai virsmai dobumā.zīm.g. Konformācijas atšķirības pastāv V I, W, W9 un F (Zīm. e) dēļ ciešākas piegulēšanas α-spirālēm apo-ptp (Zīm. Sd,e). Daudzi Leu un Phe repozicionējas, samazinot ūdens piekļuvi (SA) tilpumā (0 Å ) (Table S) un efektīvi sakļaujot hidrofobo kabatu (Fig. f,g) salīdzinot ar :0-P/PTP kompleksu ( Å ). Nature. 0 Aug ;00(7):-7. K80, KF, K8, K8, K8N, KBS, KBR Šūnu retīnaldehīdu saistoša olbaltumviela (cellular retīnaldehyde - binding protein RALBP) ir neaizstājams cilvēka redzei ar -cis-retinoīdu maršrutēšanu pārvērtībai foto uztvērējā opsīna molekulā kā foto jūtīgs redzes pigments. Arginīnsuz-triptofānu mutācija pozīcijā (RW) cilvēka gēnā RLBP iekodē RALBP kompromisu redzes pigmenta reģenerācijā un ir saistīta ar Botnija distrofiju. Dabiskajā struktūras modelī RALBP atrodas R pozitīvi lādēta plaisa ar izmēru Å no hidrofobā kodola izolējot -cis-retinālu. Fig.. RALBP monomēra struktūra. (A) Ribonu diagramma dabiskajā RALBP saistīta ar -cis-retinālu. Spirāles N-termināla domēnā attēlotas zaļā krāsā; -termināla spirāles attēlotas zilā krāsā; vārti spirāles α un α attēloti pelēkā krāsā; β-plāksnītes attēloti sarkanā krāsā. Pozīcija R attēlota kā dzeltena sfēra, -cis-retināla ligands parādīts kā oranžas nūjas, un dobuma virsma paradīta oranži. Dobuma virsma aprēķināta ar VID (). (B) Skats pēc A rotācijas ap vertikālo asi par 90. Zīmējumi veidoti ar PYML (). Proc Natl Acad Sci U S A. 009 Nov ;0():8-0. Y W=8.g/mo cis-ret