BIKEEMIA 6: LIPIIDID LIPIIDIDE METABLISM TRIGLÜTSERIIDIDE KATABLISM JA BISÜNTEES RASVHAPETE β-ksüdatsin JA BISÜNTEES LIIT- JA TSÜKLILISTE LIPIIDIDE METABLISM
LIPIIDID Lipiidid on vees mittelahustuvad ning orgaanilistes lahustites (näit. kloroform) lahustuvad biomolekulid Lipiidid on reeglina alkoholi ja rasvhapete estrid: Koosnevad vähemalt kahest komponendist: Alkohol, näit. glütserool Rasvhape: Karboksüülhape, mille süsinikuahelas on 4 36 süsinikku H CH H H Glütserool CH 3 ( ) n C Rasvhape H
LIPIIDIDE METABLISM Lipiidid täidavad inimorganismis olulisi funktsioone: salevad fosfo- ja glükolipiididena biomembraanide ehituses Rashvapete derivaadid on hormoonid ja sekundaarsed ülekandjad (second messengers) Lipiidid annavad organismi tähtsa energiavaru: Triglütseriidid Lipiidide metabolism rahuldab ca 30% organismi päevasest energivarust Häired lipiidide metabolismis avalduvad haiguste näol: Rasvumine Ateroskleroos (veresoonte lupjumine)
TRIGLÜTSERIIDID Triaglütseriid = triatsüülglütseriid = neutraalrasvad Triglütseriidid on glütserooli ja rasvhapete estrid: H CH H H + CH 3 ( ) n C H C ( ) n CH 3 CH 3 ( ) n C CH C ( ) n CH 3 Glütserool Rasvhape Triatsüülglütseriid
TRIGLÜTSERIIDIDE METABLISM Triglütseriidide metabolism on sisuliselt rasvhapete metabolism kuna rasvhappeid säilitatakse triglütseriididena: Toidulipiidide seedimisest ja imendumisest pärinevad rasvhapped salvestatakse suures osas rasvkoe rakkudes (adipotsüütides) triglütseriididena Triglütseriidide lõhustumisel tekkinud rasvhapete edasisel oksüdatiivsel lõhustumisel saadakse atsetüül-coa, mis protsessitakse edasi tsitraaditsüklis
TRIGLÜTSERIIDID N RGANISMI PÕHILINE ENERGIAVARU Triglütseriidid on inimorganismi põhiline energiavaru: Rasvhapete täielik oksüdatsioon annab 9 kcal/g energiat, süsivesikud ja valgud annavad 4 kcal/g Rasvhapped on võrreldes süsivesikute ja valkudega enam redutseeritud Rasvhapped on mittepolaarsed molekulid ja esinevad seetõttu anhüdreeritud vormis: Võrdluseks seob 1 g glükogeeni 2 g vett 70 kg kaaluv inimese energia varust on 100,000 kcal triglütseriidides, 25,000 kcal valkudes (peamiselt lihastes), 600 kcal glükogeenis ja 40 kcal glükoosis: Triglütseriidide kaal on ca 11 kg Kui sama energia oleks salvestatud glükogeenis, siis peaks inimese kaal olema 55 kg suurem Triglütseriididest jätkub inimesel energia saamiseks mitmeteks nädalateks, kusjuures glükogeeni ja glükoosi energia varud ammenduvad 24 tunni jooksul
TRIGLÜTSERIIDIDE KATABLISM Triglütseriidide lagundamine energia saamise eesmärgil toimub mitmes etapis: Triglütseriidid lagundatakse adipotsüütides rasvhapeteks ja glütserooliks: Vabanenud rasvhapped läbivad adipotsüüdi membraani ja seotakse verealbumiini poolt, mis transpordib nad energiat vajavatesse kudedesse, kus nad difundeerivad rakkudesse Rasvhapped transporditakse energiat vajavate kudede rakkude mitokondritesse, kus need aktiveeritakse lagundamiseks Rasvhapped lagundatakse etapiviisiliselt atsetüül-coa molekulideks, mida protsessitakse edasi tsitraaditsüklis
TRIGLÜTSERIIDIDE MBILISEERIMINE Triglütseriidide lõhustatakse hüdrolüüsi teel, mida viivad läbi lipaasid Protsess on hormoonide kontrolli all: Lõhustumise algatab hormoon-tundlik lipaas
TRIGLÜTSERIIDIDE LÕHUSTUMINE R 1 C H C R 1 R 2 C CH C R 3 + 3 H 2 Lipaasid H CH H H + R 2 C H + 3 H + R 3 C H Triatsüülglütseriid Glütserool Rasvhapped
TRIGLÜTSERIIDIDE ASTMELINE LÕHUSTUMINE C R 1 R 2 C CH C R 3 Triglütseriidi lipaas H 2 R 2 C CH H C R 3 + R 1 C H H 2 Diglütseriidi lipaas H H CH H + Monoglütseriidi lipaas H 2 H H CH C R 3 + R 2 C H R 3 C H
VABANENUD GLÜTSERLI METABLISM Vabanenud glütserool liigub maksa, kus ta fosforüleeritakse (aktiveeritakse) ning kasutatakse kas triglütseriidide biosünteesiks või konverteeritakse glütseraldehüüd-3-fosfaadiks, mida saab kasutada glükoneogeesiks (glükoosi biosünteesiks) või edasiseks konverteerimiseks püruvaadiks ning lõhustumiseks tsitraaditsüklis H CH H Glütserooli kinaas H CH H Glütseroolfosfaadi dehüdrogenaas H C H P 3 2 P 3 2 Glütserool L-Glütserool-3-fosfaat Dihüdroksüatsetoonfosfaat H C H C H 2 P 3 Trioosfosfaadi isomeraas Glütseraldehüüd-3-fosfaat
GLÜKLÜÜSI ÜLEVAADE Glükoos 1. Glükoos-6-fosfaat 2. Fruktoos-6-fosfaat 3. Fruktoos-1,6-bisfosfaat 4. Dihüdroksüatsetoonfosfaat (DAP) 5. Glütseraldehüüd-3-fosfaat (GAP) 6. 1,3-Bisfosfoglütseraat 7. 3-Fosfoglütseraat 8. 2-Fosfoglütseraat 9. Fosfoenoolpüruvaat (PEP) 10. Püruvaat
TRIGLÜTSERIIDIDE BISÜNTEES Triglütseriidide biosüntees toimub peamiselt maksas ja rasvkoes (vähesel määral enamikus kudedes) Biosünteesi etapid: Glütserooli aktivatsioon glütserool-3-fosfaadi tekkega Rasvhapete aktivatsioon atsüül-coa tekkega Triglütseriidi biosüntees glütserool-3-fosfaadist ja atsüül-coa-st
GLÜTSERLI AKTIVATSIN Glütserool-3-fosfaat sünteesitakse glükolüüsi vaheproduktina tekkinud dihüdroksüatsetoonfosfaadist dehüdrogeenimise teel või glütseroolist fosforüleerimise teel Glükoos H C Glütserool-3-fosfaadi dehüdrogenaas H CH H P 3 2 P 3 2 Dihüdroksüatsetoonfosfaat L-Glütserool-3-fosfaat H H CH H Glütserool Glütserooli kinaas H H CH 2 P 3 L-Glütserool-3-fosfaat
RASVHAPETE AKTIVATSIN Rasvhapped aktiveeritakse atsüül-coa tekkega R 1 C H Rasvhappe atsüül- CoA süntetaas R 1 C S CoA Rasvhape CoA Atsüül-CoA
TRIGLÜTSERIIDI MLEKULI BISÜNTEES Rasvhappejääkide liitmine triglütseriidiks toimub astmeliselt H H CH + R 1 C S CoA Atsüülitransferaas C R 1 H CH P 3 2 CoA P 3 2 Glütserool-3-fosfaat Atsüül-CoA Atsüülglütserool-3-fosfaat
TRIGLÜTSERIIDI MLEKULI BISÜNTEES C R 1 H CH + R 2 C S CoA Atsüülitransferaas C R 1 R 2 C CH P 3 2 CoA P 3 2 Atsüülglütserool-3-fosfaat Atsüül-CoA Fosfadiithape H 2 Fosfatidaadi fosfataas P i C R 1 R 2 C CH Atsüülitransferaas R 3 C S CoA + C R 1 R 2 C CH C R 3 CoA H Triglütseriid Atsüül-CoA Diglütseriid
RASVHAPETE NMENKLATUUR Rasvhappe molekuli süsiniku aatomeid hakatakse lugema karboksüülrühma süsinikust: Süsiniku aatomid 2 ja 3 on vsatavalt α- ja β- süsinikud Kõige kaugemal asuv süsinuku aatom on ω- süsinik CH 3 ( ) n C ω 3 β 2 α 1 H Kaksiksidemete asukoht rasvhappe molekulis näidatakse sümboli järel: Näit. cis- 9 tähendab, et süsiniku aatomite 9 ja 10 vahel on cis-kaksikside
RASVHAPETE LAGUNDAMINE Rasvhapete lagundamine toimub põhiliselt maksas, samuti südamelihases, skeletilihastes, neerudes Rasvhapete täielik oksüdatsioon C 2 -ks ja H 2 -ks toodab rohkesti ATP-d Rasvhapete oksüdatsiooni põhirada on β-oksüdatsioon, mille tulemusel eraldub rasvhappe ahelast 2-süsinikuline molekul CH 3 ( ) n C ω β α H CH 3 ( ) n-2 C H + C 2
RASVHAPETE β-ksüdatsin Rasvhapete β-oksüdatsioon toimub mitokondrite maatriksis β-oksüdatsiooniks on vajalik rasvhappe aktiveerimine, mis toimub mitokondrite välismembraanis: Rasvhappe molekulile lisatakase CoA molekul, mille tulemusel tekib atsüül-coa Atsüül-CoA transporditakse mitokondrite maatriksisse karnitiini (vitamiin B T ) abil Mitokondrite maatriksis algabβ-oksüdatsioon
RASVHAPETE AKTIVEERIMINE β-ksüdatsiniks ATP vahendusel toimub tioestersideme moodustumine rasvhappe karboksüülrühma ja CoA sulfhüdrüülrühma vahel: Ensüümiks on rasvhappe atsüül-coa süntetaas (tiokinaas) Reaktsioon toimub mitokondrite välismembraanis R C H Rasvhappe atsüül- CoA süntetaas + ATP + HS CoA R C S CoA + AMP + PP i Rasvhape Atsüül-CoA
AKTIVEERITUD RASVHAPPE TRANSPRT MITKNDRITE MAATRIKSISSE Rasvhapete aktiveerimine toimub mitokondrite välismembraanis, kuid oksüdatsioon mitokondrite maatriksis Pikaahelalised rasvahapped ei suuda vabalt läbida mitokondrite membraani, milleks nad transporditakse karnitiini abil R C S CoA Karnitiini CH 3 H atsüültransferaas I CH 3 H + H 3 C + N C C H 3 C + N C C CH 3 H H CH 3 CoA C R H Atsüül-CoA Karnitiin Atsüülkarnitiin
ATSÜÜLKARNITIINI TRANSPRT MITKNDRITE MAATRIKSISSE TRANSLKAASI ABIL
RASVHAPPEJÄÄGI β-ksüdatsini ÜKS RING R C S CoA Atsüül-CoA Atsüül-CoA dehüdrogenaas FADH FADH 2 H R C C C S CoA H Trans-Enoüül-CoA Uus ring H 2 Enoüül-CoA hüdrataas R C S CoA Atsüül (n-2) -CoA Tiolaas H 3 C C S CoA Atsetüül-CoA R C C S CoA Ketoatsüül-CoA NADH + H + H H R C C C S CoA NAD + H H L-Hüdroksüatsüül-CoA L-hüdroksüatsetüül-CoA dehüdrogenaas Tsitraaditsükkel
PAARITUARVULISE AHELAGA RASVHAPETE KSÜDATSIN Paarituarvulise ahelaga rasvhappeid on inimorganismi lipiidides vähe Nende atsüül-coa vormide lõhustumine toimub β-oksüdatsiooni teel niikaua kuni jääb järgi 3-süsinikuline propionüül-coa, mis muunudb suktsionüül-coa-ks ning lülitub tsitraaditsüklisse CH 3 C S CoA Propionüül-CoA Propionüül-CoA karboksülaas CH 3 CH C S CoA C Metüülmalonüül-CoA Metüülmalonüül- CoA mutaas C S CoA C Suktsinüül-CoA
KÜLLASTAMATA RASVHAPETE KSÜDATSIN Küllastamata rasvhapete lõhustumine toimub β-oksüdatsiooni teel kuni ahela lühenedes satub β-süsinik cis-kaksiksidemesse, mis isomeraasi toimel muudetakse trans-kaksiksidemeks ning edasine lõhustumine jätkub H H CH 3 ( ) 5 C C C S CoA Isomeraas H CH 3 ( ) 5 C C C S CoA H Cis- 3 -Enoüül-CoA Trans- 2 -Enoüül-CoA
PERKSÜSMIDES TIMUV β-ksüdatsin Rasvhapete β-oksüdatsiooni põhikoht on mitokondrid, kuid kui toidus on palju triglütseriide, siis toimub rasvhapete oksüdatsioon ka peroksüsoomides: Annab oma osa rasvhapete liigsuse likvideerimisse tootes samal ajal ATP-d Tekitab lühemaid rasvhappejääke (kuni 8-süsinikulised jäägid), mis on kergemini lõhustatavad mitokondrites Peroksüsomaalne β-oksüdatsioon erineb mitokondriaalsest selle poolest, et atsüül-coa oksüdeerimist viib läbi FAD-atsüül-CoA oksüdaas, mille toodetud FADH 2 reoksüdeerimine toimub otsereaktsioonil hapnikuga, mistõttu ei toodeta 2 ATP molekuli Tekkinud vesinikperoksiid lõhustatakse katalaasi toimel veeks ja hapnikuks
PERKSÜSMSE β-ksüdatsini ESIMENE ETAPP Atsüül-CoA Trans-Enoüül-CoA
β-ksüdatsini ENERGEETILINE SAAGIS C n -atsüül-coa + FAD + NAD + + H 2 + CoA C (n-2) -atsüül-coa + FADH 2 + NADH + Atsetüül-CoA + H + Palmitüüljäägi (C 16 -atsüül-coa) lõplik oksüdatsioon: Palmitüül-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 H 2 + 7 CoA 8 Atsetüül-CoA + 7 FADH 2 + 7 NADH + 7 H + 1 Atsetüül-CoA annab läbi tsitraadi tsükli 12 ATP molekuli: 1 ATP 3 NADH = 3 x 3 ATP = 9 ATP 1 FADH 2 = 2 ATP 8 Atsetüül-CoA annavad 8 x 12 = 96 ATP molekuli 7 FADH 2 annavad 7 x 2 = 14 ATP 7 NADH annavad 7 x 3 = 21 ATP Kokku tekib palmitüül-coa lõplikul oksüdatiivsel lõhustumisel 131 2 = 129 ATP molekuli
ATSETÜÜL-CoA KESKNE RLL METABLISMI VAHEÜHENDINA
KETKEHAD Rakkude energiavajaduse rahuldavad tavatingimustes glükoosi ja rasvhapete oksüdatiivne lõhustumine Pikema nälgimise ja suhkruhaiguse puhul tekib rakkudes glükoosi defitsiit, mis põhjustab ka oksaloatsetaadi defitsiiti, mistõttu on raskendatud atsetüül-coa lülitumine tsitraaditsüklisse, samal ajal on intensiivistunud rasvhapete lõhustumine atsetüül-coa: Tekib atsetüül-coa kuhjumine Maksas hakkab toimuma ketokehade süntees atsetüül-coa-st: Atsetoatsetaat 3-Hüdroksübutüraat Atsetoon
KETKEHADE SÜNTEES 5 1. Tiolaas 2. 3-Hüdroksü-3-metüül-glutarüül-CoA süntaas 3. 3-Hüdroksü-3-metüül-glutarüül-CoA lüaas 4. 3-hüdroksübutüraadi dehüdrogenaas 5. Atsetoatsetaadi dekarboksüleerimine atsetooniks toimub spontaalselt
ATSETATSETAAT N LULINE KÜTUS PERIFEERSETE KUDEDE JAKS Atsetoatsetaat on oluline kütus perifeersete kudede jaoks: Maksas sünteesitud atsetoatsetaat sekreteeritakse verre ja kantakse perifeersetesse kudedesse katmaks nende energiavajadust Atsetoatsetaat lõhustub atsetüül-coa-ks, mis annab vajamineva energia
RASVHAPETE BISÜNTEES Rasvhappeid varustab inimorganismi suures osas toit, kuid samal ajal toimub organismis rasvhapete biosüntees: Maksas uuenevad rasvhapped 2-3 päeva jooksul, mistõttu on neid vaja de novo sünteesida Sõltuvalt füsioloogilistest tingimustes on teatud hetkel ühte või teist hapet rohkem vaja Ülemäära saadud toidusüsivesikuid on vaja konverteerida rasvhpeteks, mis salvestatakse rasvkoe triglütseriidides Rasvhapete biosüntees ja lõhustumine pole pöördprotsessid: Süntees toimub tsütoplasmas, lõhustumine mitokondrites Rasvhapete biosüntees toimub peamiselt maksas
RASVHAPETE BISÜNTEESI PÕHIMÕTE Rasvhappe biosünteesi läbi viivad ensüümid paiknevad ühel polüpeptiidahelal: Multiensüümi nimi on rasvhappe süntaas, mis esineb dimeerina Multiensüümsüsteemi üks komponent on atsüülkandja valk (acyl carrier protein, ACP), mis oma tioolrühma kaudu seob rasvhappe de novo sünteesi vaheühendeid Rasvhappe de novo süntees on palmitaadi (C 16 ) süntees: Edasine rasvhappejäägi pikendamist ja kaksisidemete lisamist viivad läbi erinevad ensüümid Palmitaadi süntees toimub korduva ringprotsessina, mille iga ring pikendab sünteesitavat ahelat 2-süsinukulise fragmendi võrra: Pärineb atsetüül-coa-lt, kuid antakse pikenevasse ahelasse malonüül-coa kaudu
RASVHAPPE SÜNTAAS
MALNÜÜL-CoA SÜNTEES Rasvhapete süntees algab atsetüül-coa karboksüleerimisega malonüül-coa-ks: Ensüümiks on atsetüül-coa karboksülaas Koensüümiks on biotiin: Süsihappegaas aktiveeritakse biotiini osalusel ja kantakse üle atsetüül-coa-le H 3 C C S CoA + ATP + HC 3 C C S CoA + ADP + P i + H +
ATSÜÜLKANDJA VALK (ACP) Atsüülkandja valgu pika polüpeptiidahela üks fuktsionaalne osa kannab fosfopantoteiinijääki, mille tioolrühma (-SH) abil seotakse ülekantav jääk ACP-ga
ATSETÜÜL-CoA JA MALNÜÜL-CoA SESTUMINE ATSÜÜLKANDJA VALGUGA Atsetüül-CoA ja malonüül-coa seotakse ACP-ga transferaaside vahendusel: Atsetüül-CoA + ACP Atsetüüli transferaas Atsetüül-ACP + CoA Malonüül-CoA + ACP Malonüüli transferaas Malonüül-ACP + CoA Algab sünteesi ringprotsess
RASVHAPETE BISÜNTEESI ETAPID Kondensatsioon: Tekkinud malonüül-acp dekarboksüleerub ja kondenseerub atsetüülijäägiga, tekib atsetoatsetüül-acp: Ahel pikenes 4-süsinikuliseks Redutseerimine: Atsetoatsetüül-ACP redutseeritakse NADPH-ga 3-hüdroksübutürüül-ACP-ks Dehüdratatsioon: 3-Hüdroksübutürüül-ACP eraldab veemolekuli ja tekib krotonüül-acp Redutseerimine: Krotonüül-ACP redutseeritakse NADPH-ga butürüül-acp-ks Esimese ringi lõpuks on sünteesitud 4- süsinikulise ahelaga küllastatud rasvhappejääk, mis järgmises ringis kondenseerub malonüül- ACP-ga, ahel pikeneb 6-süsinikuliseks
PALMITAADI SÜNTEESI KKKUVÕTE Atsetüül-CoA + 7 Malonüül-CoA + 14 NADPH + 7 H + Palmitaat + 7 C 2 + 14 NADP + + 8 CoA + 6 H 2 Rasvhappe sünteesiks vajalikud atsetüülgrupid tsütosoolis saadakse mitokondritest tsitraadi abil NADPH saadakse tsitraadi konverteerumisel püruvaadiks
ATSETÜÜLGRUPI TRANSPRT MITKNDRITEST TSÜTSLI Erinevalt atsetüül-coa-st läbib tsitraat mitokondrite membraane: Tsütosoolis lõhustatakse tsitraat tsitraadi lüaasi toimel atsetüül-coa-ks ja oksaloatsetaatdiks ksaloatsetaat konverteeritakse malaadi dehüdrogenaasi toimel malaadiks, mis konverteeritakse malik ensüümi toimel püruvaadiks, mille juures sünteesitakse NADPH Rasvhappe de novo süntees
RASVHAPETE LAGUNDAMISE JA BISÜNTEESI VÕRDLUS
FSFLIPIIDIDE METABLISM Fosfolipiidide baasalkoholiks on glütserool Glütserofosfolipiid sisaldab glütserooli, kahte rasvhappejääki ning fosforüleeritud alkoholist Fosfolipiidide biosüntees toimub sildapinnalisel ER-il, kust ta transporditakse edasi Golgi kompleksi vahendusel plasmamembraani Fosfolipiidide eelühend on fosfatidaat Alkohol P P CH H H H CH C C CH C C R 1 R 2 R 1 R 2 Glütserool Fosfatidaat Glütserofosfolipiid
FSFATIDAADI BISÜNTEES Fosfatidaat sünteesitakse glütserool-3-fosfaadist, mis saadakse dihüdroksüatsetoonfosfaadi redutseerimisel või glütserooli fosforüleerimsel: Toimub kaks atsüleerimist atsüül-coa-ga H CH H Atsüülitransferaas H CH C R 1 P 3 2 Atsüül- CoA CoA P 3 2 Glütserool-3-fosfaat Atsüülglütserool-3-fosfaat Atsüülitransferaas Atsüül- CoA CoA C R 1 R 2 C CH P 3 2 Fosfadiidaat
FSFGLÜTSERIIDIDE BISÜNTEES FSFATIDAADIST Fosfolipiidide biosüntees kasutab fosfatidaati kahel viisil: Muundudes aktiivseks CDP-diglütseriidiks Muundudes diglütseriidiks CDP-diglütseriid reageerib polaarse alkoholi hüdroksüülrühmaga C R 1 R 2 C CH C R 1 R 2 C CH P 3 2 CTP PP i CDP Fosfadiidaat CDP-diglütseriid C R 1 CMP Seriin R 2 C CH P Seriin Fosfatidüülseriin
FSFLIPIIDIDE KATABLISM Fosfolipiide lammutavad fosfolipaasid hüdrolüüsi teel Fosfolipaas A 1 C R 1 Fosfolipaas D R 2 C CH P X Fosfolipaas A 2 Fosfolipaas C
KLESTERLI BISÜNTEES Kolesterooli biosüntees on pikk ja suure energiavajdusega: Biosüntees algab atsetüül-coa-st Kõik 27 süsinikuaatomit pärinevad atsetüüljääkidest
KLESTERLI BISÜNTEESI ETAPID Kolesterooli biosüntees toimub peamiselt maksas Sünteesi etapid: 3-hüdroksü-3-metüülglutarüül-CoA (HMG-CoA) biosüntees Mevalonaadi biosüntees HMG-CoA baasil Mevalonaadist kolesterooli tsüklilise struktuuri biosüntees Kolesterooli biosünteesi reguleeritakse kolesterooli enda poolt: Pärsib HMG-CoA reduktaasi, mis osaleb HMG-CoA konverteerumisel mevalonaadiks Atsetaat Mevalonaat (C 6 ) Isopentenüülpürofosfaat (C 5 ) Skvaleen (C 30 ) Kolesterool (C 27 )
MEVALNAADI BISÜNTEES
ISPENTENÜÜLPÜRFSFAADI SÜNTEES
ISPENTENÜÜLPÜRFDFAADI JA DIMETÜÜLALLÜÜLPÜRFSFAADI KNDENSATSIN
SKVALEENI BISÜNTEES Dimetüülallüülpürofosfaadi üks molekul kondenseerub isopentenüülpürofosfaadi kahe molekuliga ja tekib farnesüülpürofosfaat (C 15 ) Kaks farnesüülpürofosfaati moodustavad skvaleeni (C 30 )
SKVALEENI TSÜKLISEERUMINE LANSTERLIKS (C 30 )
LANSTERLI KNVERTEERUMINE KLESTERLIKS (C 27 )