ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ 8 Η ΛΙΠΟΔΙΑΣΠΑΣΗ & ΛΙΠΟΣΥΝΘΕΣΗ 1
La ΛΙΠΟΠΡΩΤΕΙΝΕΣ, ΤΡΙΓΛΥΚΕΡΙΔΙΑ, ΛΙΠΑΡΑ ΟΞΕΑ Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs), Pregnane X receptor (PXR) 2
ΣΥΝΟΠΤΙΚΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΛΙΠΟΕΙΔΩΝ Οι μεταβολικές πορείες της βιοσύνθεσης και αποικοδόμησης: Μεταβολισμός λιποπρωτεϊνών, Μεταβολισμός μονο-, δι- και τρι-γλυκεριδίων, Μεταβολισμός λιπαρών οξέων, Μεταβολισμός κετονικών σωμάτων, στεροειδών, Μεταβολισμός πολικών λιπών (π.χ. φωσφολιπίδια, χολίνη). 3
ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΤΡΙΓΛΥΚΕΡΙΔΙΩΝ 4
Κυκλοφορία τριγλυκεριδίων 5
Μεταβολισμός μονο-, δι- και τρι-γλυκεριδίων Η αποικοδόμηση των τριγλυκεριδίωνγίνεται με διάσπαση προς λιπαρά οξέα και γλυκερόλη. Τα λιπαρά οξέα αποικοδομούνται στα μιτοχόνδρια του κυττάρου (β-οξείδωση). Η γλυκερόλη μπαίνει στη γλυκολυτική πορεία που γίνεται στο κυτταρόπλασμα, αφού πρώτα μετασχηματισθεί σε φωσφοδιυδροξυ-ακετόνη. 6
ΚΙΝΗΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΛΙΠΩΔΟΥΣ ΙΣΤΟΥ ΜΕ ΤΗ ΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΓΛΥΚΑΓΟΝΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΔΡΕΝΑΛΙΝΗΣ 7
Τριγλυκερίδια Διγλυκερίδια Μονογλυκερίδια Διαδοχική διάσπαση σε απλούστερη μορφή Η ΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΛΙΠΑΣΩΝ 8
Τελική διάσπαση των τριγλυκεριδίων προς γλυκερόλη και λιπαρά οξέα 9
Η ΤΥΧΗ ΤΗΣ ΓΛΥΚΕΡΟΛΗΣ Η γλυκερόλη ενσωματώνεται στα μονοπάτια της γλυκόλυσης και της γλυκονεογένεσης 10
ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΛΙΠΑΡΩΝ ΟΞΕΩΝ Η αποικοδόμηση των λιπαρών οξέων, γίνεται στα μιτοχόνδρια (περνούν με τη βοήθεια της καρνιτίνης) με διαδοχικές αποσπάσεις δύο ατόμων άνθρακα μέσω των αντιδράσεων της β-οξείδωσης, μέχρι να παραμείνει τελικά ένα ακετο-ακετυλο-coa. Στη συνέχεια, αυτό δίνει: Ενέργεια στον κύκλο Krebs, ή δύο μόρια ακετυλο-coa (δημιουργούν κετονικά σώματα) ή δια μέσου του β-υδροξυ-β-μεθυλογλουταρυλο-cοa δίνει χοληστερόλη, στεροειδή κ.λπ. 11
12
Στάδια καταβολισμού λιπαρών οξέων Τρία στάδια: 1. Ενεργοποίηση λιπαρού οξέος, 2. Μεταφορά στο εσωτερικό του μιτοχονδρίου μέσω του συστήματος καρνιτίνης, 3. Διαδικασία β-οξείδωσης. 13
ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΛΙΠΑΡΩΝ ΟΞΕΩΝ Δαπανάται ενέργεια (ΑΤΡ) για τη σύνδεση του λιπαρού οξέος (ακυλίου) με CoA 14
L-καρνιτίνη Η L-καρνιτίνη είναι ένα υδροδιαλυτό καρβοξυλικό οξύ μικρής αλύσου που συντίθεται φυσιολογικά στον ανθρώπινο οργανισμό από δύο αμινοξέα, τη λυσίνη και τη μεθειονίνη. Η βιοσύνθεσή της γίνεται στο ήπαρ και στα νεφρά. Περίπου το 98% της καρνιτίνης βρίσκεται στους σκελετικούς μύες και στην καρδιά, ενώ μόλις το 0,5% αυτής κυκλοφορεί στο αίμα. Το 75% των ημερησίων αναγκών του ανθρώπινου οργανισμού σε καρνιτίνη προσλαμβάνεται από τα τρόφιμα (κόκκινο κρέας, γαλακτοκομικά) και απορροφάται από το δωδεκαδάκτυλο και τη νήστιδα. 15
ΔΕΣΜΕΥΣΗ ΛΙΠΑΡΟΥ ΟΞΕΟΣ ΣΤΗΝ ΚΑΡΝΙΤΙΝΗ Το ακύλιο (πράσινο χρώμα) συνδέεται με το ΟΗ της καρνιτίνης (κόκκινο χρώμα) 16
ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΗΣ ΚΑΡΝΙΤΙΝΗΣ Τρανσλοκάση (Μετατοπάση) και «κύκλος της καρνιτίνης» 17
β-οξειδωση (1): οξείδωση μέσω αμφοτερόπλευης αφυδρογόνωσης 18
β-οξειδωση (2): ετερόπλευρη ενυδάτωση 19
β-οξειδωση (3): ετερόπλευρη οξείδωση (αφυδρογόνωση), στη θέση που είχε ενσωματωθεί το ΟΗ του νερού 20
β-οξειδωση (4): διάσπαση προς ένα ακέτυλο-coa και ένα άκυλο-coa με μήκος αλυσίδας ένα ζευγάρι άνθρακες λιγότερο 21
22
ΔΙΑΔΟΧΙΚΑ ΣΤΑΔΙΑ ΤΗΣ β-οξειδωσησ Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΕΤΑΙ ΔΙΑΔΟΧΙΚΑ ΚΑΙ ΚΑΘΕ ΦΟΡΑ «ΑΠΟΚΟΠΤΕΤΑΙ» ΕΝΑ Ac-CoA 23
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ β-οξειδωσησ Αν Ν αριθμός ατόμων άνθρακα, σε πλήρη β-οξείδωση = (Ν/2) Ac-CoA X 10 ATP Επίσης, [(Ν/2) 1] FADH2 X 1,5 ATP και [(N/2) 1] NADH X 2,5 ATP ΣΥΝΟΛΟ ΤΕΛΙΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ = ΣΥΝΟΛΟ 1 ATP το οποίο είναι απαραίτητο για την αρχική ενεργοποίηση του λιπαρού οξέος (ορισμένοι αφαιρούν δύο, επειδή έγινε διάσπαση δύο Pi προς AMP). 24
ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΕΤΟΝΟΣΩΜΑΤΩΝ ΩΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΣΣΕΙΑΣ ΑΚΕΤΥΛΟ-ΣΥΝΕΝΖΥΜΟΥ-Α ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΣΙΤΙΑΣ ΚΑΙ ΑΡΥΘΜΙΣΤΟΥ ΣΑΚΧΑΡΩΔΗ ΔΙΑΒΗΤΗ 25
ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΚΕΤΟΝΟΣΩΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΑΚΕΤΟΞΙΚΟΥ ΚΑΙ β- ΥΔΡΟΞΥΒΟΥΤΥΡΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ. ΑΥΤΟ ΠΟΥ ΑΞΙΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΣΤΟ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΑΚΕΤΟΞΙΚΟ 26
ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΑΚΕΤΟΞΙΚΟΥ ΣΤΟΥΣ ΜΥΕΣ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΚΑΡΔΙΑ Το ακετοξικό οξύ είναι εξαιρετική πηγή ενέργειας και χρησιμοποιείται κατά προτεραιότητα από την καρδιά και τους μυς. 27
28
29
Φυσιολογικός μηχανισμός ελέγχου της κετοξέωσης 30
Λίπος και ενέργεια στο μυϊκό ιστό Το λίπος είναι ένα σημαντικό ενεργειακό καύσιμο για τη μυϊκή σύσπαση σε άσκηση και σε ηρεμία. Τα λιπαρά οξέα κινητοποιούνται από τα αποθηκευμένα τριγλυκερίδια και απελευθερώνονται στο αίμα, όπου κυκλοφορούν ως «ελεύθερα λιπαρά οξέα», (ΕΛΟ) συνδεμένα στην αλβουμίνη. ιαμέσου του αίματος, μεταφέρονται στα μιτοχόνδρια για οξείδωσή η οποία παρέχει μεγάλο μέρος της ενέργειας που χρησιμοποιείται για τις απαιτήσεις των μυών σε ηρεμία. Από την αρχή της άσκησης, παρατηρείται σημαντική αύξηση του μεταβολισμού του λίπους. 31
Τα λιπαρά οξέα κυκλοφορούν πάντα δεσμευμένα σε πρωτεΐνες 32
ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΛΙΠΙ ΙΩΝ ΩΣ ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Ο μεταβολισμός των λιπιδίων κατά τη διάρκεια της άσκησης επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως η ένταση και η διάρκεια της άσκησης, καθώς και οι προπονητικές προσαρμογές. Σε ηρεμία και χαμηλές εντάσεις άσκησης (25% VO2-max) τα ΕΛΟ του πλάσματος μπορούν να προμηθεύσουν το μεγαλύτερο μέρος, από τις ενεργειακές απαιτήσεις. 33
ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΛΙΠΙ ΙΩΝ ΩΣ ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Σε υψηλότερη ένταση άσκησης (60% VO2max) τα λίπη εξακολουθούν να αποτελούν κυρίαρχη πηγή ενέργειας με μια έντονη μετατόπιση προς την αξιοποίηση των ενδομυϊκών TG. Όσο όμως η ένταση της άσκησης αυξάνεται (65-85% VO2- max) τόσο αυξάνεται και η συμμετοχή των υδατανθράκων στην παραγωγή ενέργειας, μέχρι το σημείο όπου στη μέγιστη ένταση η οξείδωση λιπιδίων είναι περιορισμένη. 34
ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΛΙΠΙ ΙΩΝ ΩΣ ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Κατά τη διάρκεια άσκησης που διατηρείται για μεγάλο χρονικό διάστημα προτιμώνται τα λίπη ως πηγή ενέργειας, ενώ σε έντονες ασκήσεις που έχουν διάρκεια λίγα λεπτά (min) προτιμάται ο αναερόβιος μεταβολισμός των υδατανθράκων. Τα προπονημένα άτομα χρησιμοποιούν περισσότερα λιπαρά οξέα από τα απροπόνητα, ακόμα και κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης που λαμβάνει χώρα στο ίδιο ποσοστό της VO2-max, και επίσης ότι οι προπονημένοι αθλητές αντλούν περισσότερη ενέργεια από τα ενδομυϊκά λίπη κατά τη διάρκεια της άσκησης. 35
ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΛΙΠΑΡΩΝ ΟΞΕΩΝ Για να βιοσυντεθεί ένα λιπαρό οξύ χρειάζεται μια πηγή ακετυλο-coa και τα ένζυμα της εκ νέου (de novo) βιοσύνθεσης των λιπιδίων. Με διαδοχικές αντιδράσεις μεγαλώνει η ανθρακική αλυσίδα κατά δύο πάντα άτομα άνθρακα και σχηματίζεται έτσι στο κυτταρόπλασμα το νέο λιπαρό οξύ, που δεν μπορεί όμως στο άνθρωπο να είναι μεγαλύτερο και πιο ακόρεστο από το παλμιτικό οξύ (16:0). 36
Σύγκριση της β-οξείδωσης και της σύνθεσης λιπαρών οξέων 37
Σύγκριση της β-οξείδωσης και της σύνθεσης λιπαρών οξέων 38
ΤΟ ΚΙΤΡΙΚΟ ΩΣ ΠΗΓΗ ΛΙΠΟΣΥΝΘΕΣΗΣ 39
ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΛΙΠΑΡΩΝ ΟΞΕΩΝ Ο τρόπος της επί πλέον επιμήκυνσης της ανθρακικής αλυσίδας εξαρτάται από το μέρος του κυττάρου που θα συμβεί αυτή. Όταν δηλαδή η επιμήκυνση γίνεται στο κυτταρό-πλασμα, τα δύο άτομα άνθρακα που προστίθενται κάθε φορά με τις αντιδράσεις της de novo βιοσύνθεσης, έχουν την μορφή του μηλονυλο-coa. 40
ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΛΙΠΑΡΩΝ ΟΞΕΩΝ Όταν η επιμήκυνση γίνεται στα μιτοχόνδρια, κάτι που αφορά τα λιπαρά οξέα ανώτερης τάξεως (περισσότεροι άνθρακες και διπλοί δεσμοί) του 18:0, π.χ. 18:2 και 18:3, τα δύο άτομα άνθρακα που προστίθενται κάθε φορά, έχουν τη μορφή του ακετυλο-coa. 41
Σύνθεση λιπαρών οξέων στον άνθρωπο Η θέση του διπλού δεσμού σε ένα μόριο παίζει καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία του στον οργανισμό και ιδίως οι διπλοί δεσμοί κοντά στο μεθυλικό άκρο, επειδή ο άνθρωπος δεν μπορεί να προσθέσει διπλούς δεσμούς κοντά σε αυτό. 42
Σύνθεση λιπαρών οξέων στον άνθρωπο Δεν υπάρχει η δυνατότητα να βιοσυνθεθούν ω-3 και ω-6 λιπαρά οξέα λόγω της μη ύπαρξης ενζύμων με τη δυνατότητα πρόσθεσης διπλού δεσμού πέραν του 9ου άνθρακα, από το καρβοξυλικό άκρο. Για τον ίδιο λόγο δεν είναι δυνατές σημαντικές αλληλομετατροπέςω-3 και ω-6. 43
Τα απαραίτητα λιπαρά οξέα Έτσι, ορισμένα ω-3 και ω-6 λιπαρά χαρακτηρίζονται ως απαραίτητα, δηλαδή ο οργανισμός δεν μπορεί να προβεί στη denovo σύνθεσή τους και είναι υποχρεωμένος να τα αποκτήσει από την τροφή. Τα απαραίτητα λιπαρά οξέα δεν συντίθενται από το ανθρώπινο οργανισμό ή συντίθενται ανεπαρκώς. Τα κυριότερα είναι το λινολεϊκό (18:2) και το λινολενικό (18:3). 44
Τα απαραίτητα λιπαρά οξέα Το λινολεϊκό οξύ (18:2) δεν συντίθεται καθόλου στον ανθρώπινο οργανισμό και είναι απαραίτητο να λαμβάνεται μέσω της τροφής σε ημερήσια βάση. Αυτή είναι η αιτία που από ορισμένους επιστήμονες, απαραίτητο λιπαρό οξύ θεωρείται μόνο το λινολεϊκό. Το 3-7% των ημερήσιων kcal πρέπει να καλύπτεται από απαραίτητα λιπαρά οξέα (ω6/ω3 = 3-4/1). 45
Βιοσυνθέσεις και απαραίτητα λιπαρά οξέα 46
Διανομή των παραγώγων των Α.Λ.Ο στο σώμα μετά τις βιοσυνθέσεις στο ήπαρ Μετά τους βιοσχηματισμούςστο ήπαρ, τα παράγωγα Α.Λ.Ο μεταφέρονται στους ιστούς, όπου δομούν τα φωσφολιπίδια των κυτταρικών μεμβρανών, διεργασία απαραίτητη για τη διατήρηση της δομής, ρευστότητας και λειτουργικότητάς τους. Το ΑΑ (20:4) αποτελεί κύριο υπόστρωμα για τη σύνθεση εικοσανοειδών (προσταγλαδίνες κ.τ.λ.). Η συγκέντρωση κάθε πολυακόρεστου στα φωσφο-λιπίδια εξαρτάται από την αναλογία του στην τροφή. 47
ΣΥΝΘΕΣΗ ΕΙΚΟΣΑΝΟΕΙΔΩΝ 48
ΣΥΝΘΕΣΗ ΕΙΚΟΣΑΝΟΕΙΔΩΝ 49
Κορτιζόλη (γλυκοκορτικοειδή) και ασπιρίνη Glucocorticoids = Γλυκοκορτικοειδή 50
Δράση μη-στεροειδών αντιφλεγμονωδών 51
Ω-6 και Ω-3 και εικοσανοειδή 52
53
54
55