Metabolizm związków lipidowych

Arkadiusz Kozubek
2012
Przygotowano w oparciu o dostępne podręczniki i materiały dostępne w sieci
Egzamin będzie w stylu znanego Wam z I roku.
Radzę chodzić na wykłady dla komentarzy i objaśnień.
Związki lipidowe
LIPIDY – ZWIĄZKI LIPIDOWE
– tłuszcze i związki tłuszczopodobne
definicje
Po co(p.
one
są? i omówienie na poprzednim
cyklu wykładowym) pełnią w organizmach żywych trzy główne funkcje:
-Pełnią funkcje strukturalne
- Uczestniczą w przekazywaniu informacji
- Są źródłem energii, szczególnie te dostarczane z pokarmem
Składnik
Energia
kJ/g suchej masy
Sucha
masa
(g
Dostępna
(kJ)
energia
Kwasy tłuszczowe (tkanka tłuszczowa)
37
15 000
555 000
Białko (mięśnie)
17
6 000
102 000
Glikogen (mięśnie)
16
120
1 920
Glikogen (wątroba)
16
70
1 120
Glukoza (płyny ustrojowe)
16
20
320
2
I. Katabolizm
I.A. Katabolizm triglicerydów (tłuszczów prostych) i
fosfolipidów
Tłuszczowce występują w pożywieniu zwierząt jako „tłuste” elementy
składowe diety (n.p. tkanka tłuszczowa mięsa, tłuszcze nabiału) oraz
jako dodawane do diety tłuszcze (n.p. masło, smalec, oleje, margaryny)
Spożywane z pokarmem podlegają przemianom metabolicznym dzięki
którym organizm będzie mógł je wykorzystać jako źródło energii
3
Ogólne etapy wprowadzania
triglicerydów pokarmowych
do organizmu zwierzęcia
Tłuszcze z pożywienia są
degradowane
do
monoglicerydów i wolnych
kwasów
tłuszczowych
w
dwunastnicy a w komórkach
nabłonka tworzą ponownie
triglicerydy, które kondensują
z
lipoproteinami
dając
chylomikrony, które docierają
do wątroby, płuc, serca,
mięśni i innych organów.
4
Hydroliza trójglicerydów w tkance tłuszczowej (lipoliza) jest regulowana hormonalnie
5
Lipazy
6
Lipazy
7
Fosfolipazy
8
Fosfolipazy
9
Fosfolipazy A2
10
Fosfolipazy A2
11
Fosfolipazy A2
12
Fosfolipazy A2
Kinetyka działania – specyfika w stosunku do innych enzymów gdyż substrat
nie jest rozpuszczalny w wodzie
13
Fosfolipazy A2
14
Fosfolipazy C
15
Udział fosfolipaz w sygnalizacji komórkowej
16
Fosfolipazy D
17
Fosfolipazy D
18
19
Dalsze etapy katabolizmu glicerydów
Trawienie triglicerydów przebiega poprzez diglycerydy. Powstają one
głównie podczas trawienia triglicerydów w żołądku i dwunastnicy.
U ludzi lipaza żołądkowa preferencyjnie hydrolizuje wiązanie estrowe w
pozycji sn-3 dając sn-1,2-diacyloglicerole. W środowisku kwaśnym ulegają
one izomeryzacji do sn-1,3-diacylogliceroli, które znowu są hydrolizowane w
pozycji sn-3 dając w konsekwencji monoacyloglicerole powszechnie
wykazywane w treści żołądkowej.
W dwunastnicy lipaza trzustkowa hydrolizuje wiązania sn-1 i sn-3 dając
mieszaninę sn-2,3 i sn-1,2-diacylogliceroli. One również ulegają chemicznej
izomeryzacji co w konsekwencji prowadzi do całkowitego zhydrolizowania
tych tłuszczów.
20
Los glicerolu
Uwolniony glicerol wchodzi w szlak Glikolizy a następnie Cyklu Kwasu
Cytrynowego
21
Los wolnych kwasów tłuszczowych I
Szczególna rola kwasu arachidonowego
22
Los wolnych kwasów tłuszczowych II
Aby mogły być źródłem energii konieczna jest ich metaboliczna aktywacja
Kwasy tłuszczowe są aktywowane metabolicznie w zewnętrzej błonie
mitochondrialnej lub na powierzchni retikulum przez dołączenie CoA.
Reakcję katalizuje syntetaza acylo-CoA
Uaktywniony metabolicznie
kwas tłuszczowy
Dalsze etapy katabolizmu kwasów tłuszczowych odbywają się
w matriks mitochondrialnej
23
Uaktywniony metabolicznie
kwas tłuszczowy
24
25
Los kwasów tłuszczowych w mitochondriach
Najpierw zaktywowane kwasy muszą zostać przeniesione z cytosolu
do mitochondriów. Do tego celu służy tzw. Prom karnitynowy
26
Degradacja kwasów tłuszczowych
w mitochondriach
– β-oksydacja
Reakcje:
!
1 - utlenienie
2 - uwodnienie
3 - utlenienie
4 - tioliza
27
Degradacja kwasów tłuszczowych w mitochondriach
– β-oksydacja
Dehydrogenaza acylo-CoA
28
Dehydrogenaza acylo-CoA
FAD
FAD przekazuje elektrony na flawoproteinę przekazującą elektrony (ETF).
Elektrony te przy udziale swoistego białka żelazowo-siarkowego są użyte
do redukcji ubichinonu włączającego je w mitochondrialny łańcuch transportu
elektronów – zysk 1,5 cząsteczki ATP
29
Ostatnia reakcja - tioliza
Do cyklu kwasu
cytrynowego
Do ponownej obróbki
- zawrócenie do etapu I
30
Bilans β-oksydacji
Woda metaboliczna
31
β-oksydacja kwasów nienasyconych
β-oksydacja kwasu olejowego (18:1 delta 9)
konieczny jest dodatkowy enzym – izomeraza enoilo-CoA,
który zmienia konfigurację wiązania podwójnego z cis na trans
32
Cały proces przebiega tak
33
w przypadku
wielonienasyconych
kwasów tłuszczowych
(tu kwas linolowy 18:2 delta 9,12)
konieczne są dwa dodatkowe
enzymy:
izomeraza enoilo-CoA
reduktaza 2,4-dienoilo-CoA
34
β-oksydacja kwasów nieparzystowęglowych
(częstych u roślin i organizmów morskich)
Wymagana jest obecność dodatkowych trzech enzymów:
Karboksylazy propionylo-CoA (biotyna)
Epimerazy metylomalonylo-CoA
Mutazy metylomalonylo-CoA (B12)
35
β-oksydacja kwasów nieparzystowęglowych
Najpierw zachodzi odpowiednia liczba cyklów
β-oksydacji aż do pozostania „resztki”
Produkt wchodzi do CKTK lub po
przekształceniu w jabłczan i przejściu
do cytosolu jest dekarboksylowany do
pirogronianu, który potem zostanie
spalony
36
β-oksydacja w peroksysomach i glioksysomach
różni się od mitochondrialnej tylko pierwszą reakcją – występuje tu
oksydaza (dehydrogenaza) acylo-CoA (inna od tej występującej w
normalnej β-oksydacji)
Elektrony nie wędrują bowiem przez łańcuch oddechowy a trafiają
bezpośrednio na tlen dając H2O2
Z tego względu uzyskuje się z kwasu tłuszczowego mniej cząsteczek ATP
(FAD vs NAD)
37
Cały proces wygląda jak na schemacie
38
α-oksydacja kwasów
rozgałęzionych
W tłuszczu mleka przeżuwaczy
(krowy, owce) i produktach
nabiałowych występuje kwas
fitanowy, produkt utleniania fitolu
(z chlorofilu).
Obecność grupy metylowej przy
węglu C-3 blokuje β-oksydację,
konieczną jest więc inna droga
utleniania tego kwasu.
39
40
Genetyczny defekt dotyczący niedoboru α-hydroksylazy kwasu
fitanowego prowadzi do choroby Refsuma (RD), w której jest on
akumulowany w surowicy, płynach ustrojowych oraz tkankach prowadząc
do zaburzeń neurologicznych, degeneracji móżdżku oraz obwodowej
neuropatii. Dodatkowo nocną ślepotę, łuskowatą skórę, zaburzenia
słuchu a także zaćmę. Najbardziej efektywną formą terapii klasycznej
postaci choroby jest zdecydowane ograniczenie w diecie kwasu
fitanowego (absolutny zakaz spożywania roślin zielonych). Ostatnio
(2006) wykazano, że izoenzymy cytochromów P450 (CYP4) uczestniczą
w eliminacji/zapobieganiu akumulacji kwasu fitanowego poprzez jego
degradację na drodze ω-hydroxylacji.
Dodatkowy
równoległy
brak/niedobór
dekarboksylazy
kwasu
α-hydroksyfitanowego prowadzi do innej poważnej jednostki
chorobowej – rhizomelic chondrodysplasia punctata (RCDP), która
jest wynikiem autosomalnej recesywnej jednostki związanej z
nieprawidłowościami
w
biogenezie
peroksysomów.
Chorzy
charakteryzują się skróconymi kończynami, nienormalnym rozwojem
kości i chrząstek (widocznymi już w rozwoju płodowym), niedorozwojem
psychomotorycznym a także zaćmą. Większość chorych umiera w
dzieciństwie. Na razie nie ma na nią lekarstwa.
41
2006
42
ω-oksydacja
W retikulum endoplazmatycznym komórek eukariotycznych zachodzi także
inny proces utleniania kwasów tłuszczowych (n-FFA), który prowadzi do
powstania kwasów dikarboksylowych.
Jest katalizowany przez monooksygenazę cytochromu P-450 używającą
tlen O2 jako substratu.
43
44
Birringer M. et al. Free Radical Biol.
Med. 31 (2001) 226
45
Produkty ω-oksydacji 4-n-nonylofenolu
Zalko, D. et al. Drug Metab. Disp. 31 (2003) 168
46
Proponowany szlak ω-oksydacji
5-n-alkilorezorcynoli
Ross A.B. Alkylresorcinols in cereal
grains. PhD Thesis, 2003, Uppsala
47
Katabolizm pierścienia aromatycznego
Chapman PJ, Ribbons DW J. Bacteriol. 125 (1976) 975
48
Ciała ketonowe
Chociaż większość acetylo-CoA powstającego w czasie degradacji kwasów
tłuszczowych ulega utlenieniu w cyklu TCA, to jego część przekształcana
jest w procesie ketogenezy w:
aceton,
acetooctan
β-hydroksymaślan
zwane ciałami ketonowymi
Głównym powodem ich wzmożonego powstawania jest niedobór
szczawiooctanu, kluczowego akceptora acetylo-CoA wprowadzającego
go do CKTK
49
Ciała ketonowe
Chociaż większość acetylo-CoA powstającego w czasie degradacji kwasów
tłuszczowych ulega utlenieniu w cyklu TCA, to jego część przekształcana
jest w procesie ketogenezy w:
aceton,
acetooctan
β-hydroksymaślan
zwane ciałami ketonowymi
Głównym powodem ich wzmożonego powstawania jest niedobór
szczawiooctanu, kluczowego akceptora acetylo-CoA wprowadzającego
go do CKTK
Tworzenie ciał ketonowych
Wykorzystanie ciał ketonowych jako źródła energii
Acetooctan i β-hydroksymaślan są transportowalną formą kwasów tłuszczowych. Mogą
krążyć w ustroju bez potrzeby tworzenia kompleksu z albuminą lub innymi wiążącymi kwasy
tłuszczowe białkami i dostarczać energii potrzebującym tkankom, szczególnie mięśniowi sercowemu
i korze nerek.
Ciała ketonowe jako źródło energii w mięśniach
Katabolizm cholesterolu
Kataboliczna obróbka cholesterolu prowadzi do powstania kwasów żółciowych
i ich soli.
Najbardziej powszechnymi żółci kwasami żółciowymi są:
Kwas chenodeoksycholowy (ok. 45%)
Kwas cholowy (ok. 31%)
Są określane nazwą podstawowych kwasów żółciowych.
W jelicie są one poddawane obróbce przez bakterie dając tzw. Drugorzędowe
kwasy żółciowe (deoksycholan i litocholan).
Kwasy żółciowe występują także w postaci sprzężonej z innymi związkami, n.p.
glicyną i tauryną.
Znaczenie kliniczne syntezy kwasów żółciowych
Pełnią cztery ważne funkcje fizjologiczne:
- Ich synteza i następnie wydalanie z kałem stanowią główną drogę
eliminacji nadmiaru cholesterolu z organizmu
- Kwasy żółciowe i fosfolipidy solubilizują (rozpuszczają) cholesterol
w żółci zapobiegając jego wytrącaniu w woreczku żółciowym
- Współuczestniczą jako emulsyfikatory w trawieniu lipidów i wspomagają
lipazy trzustkowe
- Ułatwiają wchłanianie w jelitach rozpuszczalnych w tłuszczach witamin
Cholesterol prekursorem innych bioaktywnych cząsteczek
- Hormony sterydowe
Nieenzymatyczne degradacje lipidów - peroksydacja
Wolne rodniki
Reaktywne formy tlenu - ROS
Definicja wolnego rodnika:
cząsteczka posiadająca jeden lub więcej wolnych, niesparowanych
elektronów.
Czyli jest to cząsteczka (lub jon) o spinie elektronowym różnym od 0.
Większość elektronów w atomach i cząsteczkach występuje parami.
Układ, w którym na jakimś orbitalu jest tylko jeden elektron jest zazwyczaj
nietrwały i dąży do przyjęcia lub oddania elektronu - zwykle z udziałem
innego atomu lub cząsteczki. Rodniki są zwykle obojętne elektrycznie i
zazwyczaj bardzo reaktywne. W "typowych" reakcjach z udziałem rodników
ich stężenie w mieszaninie reakcyjnej jest zwykle dość niskie, ze względu
na ich dużą reaktywność.
Wolne rodniki powstają np. na skutek homolitycznego rozpadu wiązań
chemicznych. Może ono następować pod wpływem naświetlania
promieniowaniem ultrafioletowym, promieniowaniem rentgenowskim,
przez bombardowanie elektronami, w wyniku niektórych reakcji redoks,
a także w wyniku termicznego rozpadu (tzw. dysocjacji termicznej)
takich związków jak np.: nadtlenki lub sole diazoniowe.
Czas życia wolnych rodników i ich reaktywność zależą od ich struktury.
Trwałość rodników alkilowych rośnie wraz z ich rzędowością. Stabilizujący
wpływ ma także sprzężenie z sąsiednimi grupami (np. z podwójnym
wiązaniem).
Najprostszym rodnikiem jest pojedynczy atom wodoru, który składa się z
protonu i jednego, niesparowanego elektronu. Średni czas życia rodnika
wodorowego, w gazowym wodorze w temperaturze pokojowej to ok. 2,5
nanosekundy - co oznacza, że statystycznie tyle czasu mija od powstania
tego rodnika do jego związania z drugim rodnikiem i powstania zwykłej
cząsteczki wodoru: H2.
Reaktywne formy tlenu- substancje chemiczne, będące produktami jedno-,
dwu- lub trójelektronowej redukcji cząsteczki tlenu,
oraz formy im pokrewne.
Wykazują większą aktywność chemiczną aniżeli cząsteczka tlenu w
podstawowym stanie trypletowym.
Wytwarzane są zarówno w układach nieożywionych jak i w komórkach
organizmów żywych jako produkty reakcji fizjologicznych, takich jak np.:
utlenianie kwasów tłuszczowych i alkoholi z udziałem enzymów
flawinowych, hydroksylowanie cząsteczek ksenobiotyków, przemiany
kwasu arachidonowego, synteza tyroksyny, fagocytoza.
Przykłady:
wolne rodniki- wodorotlenowy (•OH), alkoksylowy (RO•), nadtlenkowy
(ROO•), tlenek azotu (NO•), rodnik wodoronadtlenkowy HO2•, anionorodnik
ponadtlenkowy O2•-;
nadtlenki- nadtlenek wodoru (H2O2),
nadtlenki organiczne (ROOR);
tlen singletowy (1O2).
Przebieg reakcji wolnorodnikowej:
1. inicjacja
2. propagacja (elongacja)
3. terminacja
Żelazo w organiźmie może katalizować procesy wolnorodnikowej destrukcji
Komórkowe cykle oks-red zaangażowane w przemiany wolnych rodników
Produkty utleniania lipidów
Prewencja przeciwnowotworowa
Enzymatyczne utleniania kwasów tłuszczowych
EIKOZANOIDY
(gr. εἴκοσι, eikosi = dwadzieścia, czyli zawierające 20 atomów węgla)
grupa organicznych związków chemicznych, będących produktami przemian
niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT): przede wszystkim
kwasu arachidonowego a także kwasu linolowego i kwasu α-linolenowego.
Dzielimy je na:
prostaglandyny, prostacykliny, tromboksany i leukotrieny.
Eikozanoidy wykazują znaczną aktywność i spełniają bardzo wiele istotnych
metabolicznie funkcji. Są obecne w bardzo wielu różnego rodzaju tkankach.
Związki te nie są przechowywane w komórce a są szybko syntetyzowane i
uwalniane (5-60 sek.)
W odpowiedzi na bodźce (histamina, adrenalina, angiotensyna II, trombina) w
komórce uruchamiany jest system degradacji lipidów. Najczęściej są to
fosfolipazy cytozolowe i nietrzustkowe wydzielnicze typu II.
76
77
78
Prostaglandyny (PGs)
Należą one do hormonów parakrynowych (działających miejscowo),
są regulatorami procesów fizjologicznych,
powstają wskutek pobudzenia nerwowego.
Po zadziałaniu na komórkę czynników fizjologicznych takich jak hormony i
neuroprzekaźniki, lub patologicznych, takich jak toksyny, czynniki drażniące,
mikroorganizmy, następuje uwalnianie hormonów tkankowych.
Powodują one zaburzenia wewnątrz komórki, m.in. uszkadzają błonę lizosomów.
Hydrolazy mogą hydrolizować wiązania estrowe fosfolipidów błonowych, czego
efektem jest uwolnienie wolnych kwasów tłuszczowych do cytoplazmy. Jeżeli
uwolnionym kwasem jest kwas arachidonowy, ulega on kaskadzie kwasu
arachidonowego w wyniku czego powstają PGs.
79
Najczęściej są to fosfolipazy cytosolowe i nietrzustkowe wydzielnicze
typu II.
cPLA2 jest rozpuszczalnym białkiem wymagającym do swej aktywności
niskie stężenie jonów Ca2+ (500 nM) i swoistym do kwasu
arachidonowego w pozycji sn-2.
sPLA2 wymaga wysokiego stężenia jonów wapnia (ok. 1 mM) i nie
wykazuje swoistości ani w stosunku do grupy polarnej fosfolipidu ani
kwasu tłuszczowego w pozycji sn-2.
80
Kwas arachidonowy ulega przemianom z udziałem zespół enzymów
zwanych syntetazą prostaglandynową (syntazą peroksydów
prostaglandynowych PGHS), w której skład wchodzą:
cyklooksygenaza
oraz izomerazy – specyficzne komórkowo i tkankowo enzymy, które
odpowiadają za wytworzenie poszczególnych PG.
Prostaglandyny syntetyzowane są przez enzym zwany cyklooksygenazą
(COX).
Istnieją dwie formy enzymu COX: COX-1 i COX-2. Obie formy syntetyzują
prostagladyny, z tym, że ich funkcja jest nieco inna.
Prostaglandyny pochodzenia COX-1 – m.in. chronią błonę wyściełającą
żołądek, zmniejszając wytwarzanie kwasu żołądkowego, regulując
wydzielanie śluzu oraz prawidłowe ukrwienie żołądka
Prostaglandyny pochodzenia COX-2 – uczestniczą w procesach zapalnych
i przyczyniają się do powstania bólu, gorączki i obrzęków.
81
PGHS-1 (COX-1) jest związana z błoną ER od strony światła tego
organellum oraz z zewnętrzną błoną otoczki jądrowej. Jest hemoproteiną
zawierającą jedną protoporfirynę IX na każdy monomer (jest białkiem
dimerycznym o masie 2x72 kDa). Białko jest N-glikozylowane na resztach
asparagin 68, 144 i 410.
Po biosyntezie białko to zawiera sekwencję sygnałową długości 24-26 AA,
które potem są odcinane (transport do ER) pozostawiając 574 AA łańcuch.
W PGHS-1 monomery są połączone w układzie głowa-ogon. Każdy
monomer zawiera w rejonie N-końcowym 55 AA domenę podobną do
czynnika wzrostu naskórka (EGF), region łączący (50 AA, domena
wiązania z błoną) oraz C-końcową domenę katalityczną.
PGHS-2 (COX-2) posiada sekwencję aminokwasową w 60% identyczna
jak COX-1. Różnice obecne są w sekwencji sygnałowej oraz w składzie
domeny wiążącej enzym do błony. COX-2 występuje w dwóch formach
- 72 i 74 kDa, pierwsza z nich jest glikozylowana w trzech miejscach,
druga w czterech.
PGHS-2 jest w 60% sekwencji AA identyczna z PGHS-1. Głównymi
różnicami są skład sekwencji sygnałowej oraz skład domeny wiązania z
błoną (reszty 70-120 PGHS-1). PGHS-2 występuje w dwóch formach - o
masie 72 i 74 kDa. Pierwsza jest N-glikozylowana w trzech miejscach
(podobnie jak PGHS-1) a druga - w czterech.
82
Miejsca aktywne PGHS-1
Dla działania PGHS wymagana jest obecność ponadtlenku utleniającego
hemową grupę prostetyczną. To powoduje utlenianie reszty tyrozynowej i
inaktywację enzymu, który traci jedno miejsce aktywne na każde 1400 cykli
katalitycznych.
PGHS-1 jest związana z błoną ER od strony światła tego organellum oraz z
zewnętrzną błoną otoczki jądrowej. Jest hemoproteiną zawierającą jedną
protoporfirynę IX na każdą podjednostkę, gdyż jest dimerem o masie 2 x 72
kDa.
83
Obie PGHS są integralnymi białkami błonowymi, mimo że nie posiadają
typowych struktur transmembranowych.
Zakotwiczone są w jednej tylko monowarstwie przez 4 krótkie α-helikalne
fragmenty obecne w domenie zwanej regionem łączącym (występuje w
każdym monomerze pomiędzy C-końcową domeną katalityczną a
domeną podobną do czynnika wzrostu naskórka (EGF).
Synteza eikozanoidów indukowana jest uszkodzeniem tkanki.
Rozwijający się stan zapalny powoduje migrację monocytów i
neutrofilów, które reagują z komórkami otaczających je tkanek
pobudzając je do syntezy ikozanoidów.
84
Działanie prostaglandyn jest silne i różnorodne, często przeciwstawne i jest
to:
-pobudzenie lub hamowanie skurczy mięśni gładkich macicy, przewodu
pokarmowego, przewodu oddechowego, naczyń krwionośnych
-hamowanie wydzielania soku żołądkowego
-pobudzenie ruchliwości plemników
-są także mediatorami odczynu zapalnego
-działają chemotaktycznie na leukocyty
Znanych jest obecnie ponad 16 rodzajów PGyn u człowieka oznaczonych
literami: PGA, PGB, PGD, PGE, PGF, PGG, PGH, PGI, PGI2
a także cyframi, które oznaczają liczbę wiązań nienasyconych w łańcuchu:
PGA2, PGE2, PGH2.
85
PGG2
PGH2
PGA1
PGC1
86
Synteza prostaglandyn jest hamowana zarówno przez przez szereg
niesteroidowych przeciwzapalnych leków (NSAID), takich jak aspiryna,
ibuprofen (Advil), flurbiprofen, acetaminofen (Tylenol), indometacyna
i SC-558 jak i przez przeciwzapalne leki steroidowe (które wybiórczo
hamują PGHS-2 na poziomie transkrypcji)
87
Sposoby hamowania PGHS-1 przez NSAID:
aspiryna (kwas acetylosalicylowy) konkuruje z arachidonianem o wiązanie
z miejscem aktywnym PGHS, mimo iż wiązanie właściwego substratu jest
10 000 x bardziej efektywne. Po związaniu aspiryny następuje acetylacja
seryny 530, która de facto nie jest wymagana dla katalizy, inhibując
aktywność cyklooksygenazową a nie wpływając na aktywność
peroksydazową
88
W przypadku PGHS-2 mimo acetylacji reszty seryny homologicznej
do Ser 530 obecnej w PGHS-1, enzym może nadal utleniać
arachidonian ale nie do PGH2 lecz do 15R-HETE.
Tromboksany – odkryte w płytkach krwi, odpowiedzialne są za ich agregację.
Aspiryna stosowana w małych dawkach, hamując biosyntezę tromboksanów
w płytkach krwi, bez istotnego wpływu na syntezę innych prostanoidów w
innych komórkach, zmniejsza krzepliwość krwi, co ma pozytywne znaczenie
przy chorobach układu krążenia oraz ich profilaktyce (Acard) gdyż dojrzałe
płytki nie posiadają jądra i możliwości syntetyzowania nowych białek. Inne
komórki, mimo działania hamującego aspiryny mogą odnowić pulę PGHS
dzięki biosyntezie de novo. W przypadku płytek krwi musi powstać nowe ich
pokolenie co zajmuje 5-10 dni.
89
Inne NSAID działają gównie przez konkurencję z substratem
ibuprofen konkuruje o miejsce wiązania substratu, jest inhibitorem odwracalnym
flurbiprofen i indometacyna hamują PGHS-1 i PGHS-2 przez tworzenie mostka
solnego z Arg 120 z centrum aktywnego
Flurbiprofen
Indometacyna
90
Większość NSAID hamuje obie PGHS. Ponieważ hamowanie PGHS-1,
jako efekt uboczny, jest wrzodogenne główne badania skupiają się na
inhibitorach PGHS-2 jako bezpiecznych antyzapalnych i antybólowych
preparatach. Przykładem takiego leku jest SC-558, który inhibuje
specyficznie PGHS-2.
91
Prostanoidy, syntetyzowane w jednych komórkach posiadają receptory w
błonach komórkowych komórkach docelowych.
Przykładem są receptory prostaglandyny E (EP-receptory) oraz receptor TP
(TxA/PGH).
Pierwsze z nich tworzą rodzinę zawierającą 4 receptory.
EP1 związany jest z aktywacją fosfolipazy C,
EP2 i EP4 ze stymulacją cyklazy adenylowej a
EP3 (w tym kilka jego izoform) z hamowaniem cyklazy adenylowej.
Receptor TP jest receptorem posiadającym siedem domen
transmembranowych, podobnie do rodziny rodopsyn.
92
Główną fizjologiczną rolą prostanoidów jest koordynowanie odpowiedzi
komórek na działanie hormonu. W większości przypadków jest ona
mediowana przy udziale białek z rodziny białek G.
Kiedy prostanoidy dostaną się do krążenia są szybko inaktywowane.
Pierwszym krokiem jest utlenianie PGE2 do 15-keto pochodnej, procesu
katalizowanego przez dehydrogenazę 15-hydroksyprostaglandynową.
W dalszym kataboliźmie następuje redukcja wiązań podwójnych
pomiędzy C-13 a C-14, ω-oksydacja oraz β-oksydacja.
93
Prostacykliny
PGI2 - hormon tkankowy z grupy prostaglandyn wytwarzany przez ściany
naczyń krwionośnych głównie w śródbłonkach płuc z kwasu
arachidonowego pod wpływem enzymów: syntazy prostaglandyny i
syntazy prostacykliny. Hamuje zlepianie (agregację) płytek krwi, działa
rozkurczowo na naczynia krwionośne i obniża ciśnienie krwi.
Została odkryta w 1976 przez zespół polsko-brytyjski (m.in. R. Gryglewski,
A. Szczeklik). Odkrycie prostacykliny otwiera nowe możliwości w
zapobieganiu zawałowi serca i w jego leczeniu.
94
Leukotrieny
są autokrynnymi lub parakrynnymi eikozanoidami powstającym z kwasu
arachidonowego w wyniku działania enzymu 5-lipoksygenazy.
Nazwa "leukotrieny" pochodzi od słów leukocyt i trien. To co później zostało
nazwane leukotrienem C - substancja wolnej reakcji anafilaktycznej (SRS,
ang. - "Slow Reaction Smooth muscle-stimulating Substance" lub "Slow
Reacting Substance of anaphylaxis" - SRS-A) była opisana już w 1938 i 1940
przez Feldberga i Kellawaya. Wyizolowali oni SRS z tkanki płucnej po
przedłużonym okresie ekspozycji na jad węża i histaminę.
Do leukotrienów należą:
LTA4, LTB4, LTC4, LTD4,
LTE4 i LTF4.
LTC4, LTD4 i LTE4 są często
nazywane leukotrienami
cysteinylowymi z powodu
obecności aminokwasu
cysteiny w ich strukturze.
Leukotrieny cysteinylowe
stanowią SRS-A.
95
Fosfolipidy błonowe
fosfolipaza A2
kwas arachidonowy
lipoksygenazy
HPETE
hepoksyliny
(trioksyliny)
HETE
lipoksyny
Leukotrieny (LT)
lipoksygenazy –niehemowe dioksygenazy
wielonienasyconych kwasów tłuszczowych
v stwierdzono istnienie ok. 40 lipoksygenaz roślin i ssaków.
v substratem dla lipoksygenaz jest kwas arachidonowy
v wbudowują atomu tlenu do łańcucha kwasu tłuszczowego
v nadrodzina lipoksygenaz zawiera cztery rodziny:
v 5- lipoksygenazy
v 8-lipoksygenazy
v 12-lipoksygenazy
v 15-lipoksygenazy
v w rodzinie 12-LOX wyróżniamy typy:
vpłytkowy,
vleukocytarny
vepidermalny.
96
5-HPETE
kwas 5-HydroPeroksyEikozaTetraEnowy
Hepoksyliny:
monohydroksyepoksy pochodne AA
odpowiadają za uwalnianie wapnia wewnątrzkomórkowego
otwierają kanały potasowe.
5-HETE
kwas 5-HydroksyEikozaTetraEnowy
Lipoksyny – trihydroksyeikozanoidy
działanie podobne do leukotrienów
antagonizują one prozapalne działanie leukotrienów (?)
są endogennymi inhibitorami procesów zapalnych (?)
czynniki sygnalizujące ich zakończenie(?)
97
Leukotrieny
LTB4 działa chemotaktycznie; najsilniej na neutrofile, znacznie słabiej na
eozynofile
stymuluje uwalnianie enzymów lizosomalnych oraz rodników
nadtlenkowych przez neutrofile
zwiększa przepuszczalność naczyń
Leukotrieny cysteinylowe (LTC4, LTD4, LTE4)
kurczą centralne i obwodowe drogi oddechowe
zwiększają nadreaktywność oskrzeli
stymulują wydzielanie śluzu przez komórki kubkowe oskrzeli
zwiększają przepuszczalność naczyń
działają chemotaktycznie (LTD4 swoisty czynnik chemotaktyczny dla
eozynofilów)
98
Reakcje epoksygenacji są związane z przekształcaniem kwasu
arachidonowego przez wprowadzanie pojedynczego atomu tlenu przez
związane z cytochromem P450 oksydazy, np. monooksydazy. Enzymy
te wymagają jako kofaktorów flawoproteinową reduktazę cyt P450,
NADPH/NAPD i tlen cząsteczkowy.
Produkty wpływają na:
• uwalnianie hormonu peptydowego
• napięcie mięśniówki gładkiej naczyń krwionośnych
• transport jonów (np. układy transportowe w nerkach)
• regulują proliferację komórek
• biorą udział w procesach zapalenia i hemostazie
• biorą udział w szlakach wewnątrzkomórkowej sygnalizacji
v EET
v Śródłańcuchowe HETE
v ω-końcowe HETE
99
Izoprostany
Ø są izomerami prostaglandyn:
Ø zbudowane są z pierścienia cyklopentanowego
Ø oraz z dwóch łańcuchów bocznych,
Ø w których występują wiązania podwójne i grupa hydroksylowa.
Ø obydwa łańcuchy znajdują się po tej samej stronie pierścienia cyklopentanowego
Ø produkowane na drodze nieenzymatycznego mechanizmu wolnorodnikowego
Ø są wydalane przez nerki
Funkcje biologiczne izoprostanów:
Ø indukcja mitogenezy w komórkach mięśni gładkich naczyń krwionośnych
Ø działanie naczynioskurczowe – na naczynia krwionośne nerek
Ø efekt natriuretyczny
Ø modulowanie funkcji płytek krwi
100
Wzmożona synteza izoprostanów:
Ø w chorobach mięśnia sercowego
Ø choroba niedokrwienna,
Ø zawał,
Ø wady zastawkowe
Ø miażdzyca – stężenie izoprostanów koreluje dodatnio z czynnikami
ryzyka
Ø hipercholesterolemia,
Ø hiperhomocysteinemia,
Ø palenie papierosów,
Ø choroby wątroby (marskość),
Ø cukrzyca
Ø układu oddechowego (astma, sarkoidoza),
Ø choroby tkanki łącznej (toczeń rumieniowaty układowy).
101
Eikozanoid
Podstawowe miejsce syntezy
Aktywność biologiczna
Komórki tuczne
Rozszerzanie naczyń
PGE2
Nerki, śledziona, serce
Rozszerzanie naczyń, wzmaganie wpływu bradykininy
i histaminy, wywoływanie skurczów macicy,
agregacje płytek, utrzymywanie otwartego
płodowego przewodu tętniczego
PGF2
Nerki, śledziona, serce
Zwężanie naczyń, skurcz mięśni gładkich
PGD2
Prekursor dla tromboksanu A2 i B2, zapoczątkowanie
agregacji płytek i zwężanie naczyń
PGH2
PGI2
Serce, komórki śródbłonka naczyń
Hamowanie agregacji płytek, zapoczątkowanie
rozszerzania naczyń
TXA2
Płytki krwi
Zapoczątkowanie agregacji płytek i zwężanie naczyń
TXB2
Płytki krwi
Zapoczątkowanie zwężania naczyń
LTB4
Monocyty, granulocyty
zasadochłonne, granulocyty
obojetnochłonne, granulocyty
kwasochłonne, komórki
tuczne, komórki nabłonkowe
Zapoczątkowanie chemotaksji i agrehacji leukocytów
LTC4
Monocyty i makrofagi
pęcherzykowe, granulocyty
zasadochłonne, granulocyty
kwasochłonne, komórki
tuczne, komórki nabłonkowe
Składnik SRS-A2 (wolno reagującej substancji
anafilaktycznej), zapoczątkowanie rozszerzania
oskrzeli i zwężanie oskrzeli
LTD4
Monocyty i makrofagi
pęcherzykowe, granulocyty
zasadochłonne, komórki
tuczne, komórki nabłonkowe
Główny składnik SRS-A2, zapoczątkowanie
rozszerzania oskrzeli i zwężanie oskrzeli
LTE4
Granulocyty zasadochłonne i
komórki tuczne
Składnik SRS-A2, zapoczątkowanie rozszerzania
oskrzeli i zwężanie oskrzeli
102
Basic pathways of ceramide metabolism and interrelationship of regulatory pathways
mediated by bioactive lipids.
Hannun Y A , Obeid L M J. Biol. Chem. 2002;277:25847-25850
103
Compartmentalization of ceramide metabolism and function.
Hannun Y A , Obeid L M J. Biol. Chem. 2002;277:25847-25850
104
II. BIOSYNTEZA ZWIĄZKÓW LIPIDOWYCH
Biosynteza lipidów, mimo iż od strony chemicznej wygląda podobnie do ich
rozkładu, przebiega innymi szlakami.
Intermediaty biosyntezy są kowalencyjnie związane z grupami sulfhydrylowymi
białkowych nośników grup acylowych (ACP) - w przeciwieństwie do reakcji
degradacji, gdzie połączone są z grupą –SH koenzymu A.
Synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytozolu, a enzymy w nią
zaangażowane
są
składnikami
jednego
wielofunkcyjnego
łańcucha
polipeptydowego-syntetazy kwasów tłuszczowych (u roślin i bakterii występują
one oddzielnie). Koenzymem zaangażowanym w syntezę jest NADP/NADPH (w
przeciwieństwie do degradacji, gdzie występowało NAD+/NADH).
Strategia syntezy:
Łańcuchy kwasów tłuszczowych powstają przez łączenie dwuwęglowych
jednostek pochodzących pośrednio z acetylo-CoA, a bezpośrednio z malonyloCoA (powstaje w reakcji aktywacji jednostek octanowych przebiegającej z
rozkładem ATP).
Dodawanie dwuwęglowych fragmentów do rosnącego łańcucha jest napędzane
przez dekarboksylację malonylo-CoA. Wydłużanie łańcucha przebiega aż do
uzyskania przez niego długości 16 atomów C (kwas palmitynowy).
Dodatkowe atomy węgla oraz wiązania podwójne dodawane są przez inne
enzymy.
Sumarycznie
primer
ekstender
Podstawowym substratem biosyntezy kwasów tłuszczowych jest acetylo-CoA
pochodzący z:
• degradacji aminokwasów w cytozolu,
• utleniania kwasów tłuszczowych w mitochondriach
oraz z powstającego w wielu reakcjach
• pirogronianu,
który w matrix mitochondrialnej zamieniany jest przez dehydrogenaze
pirogronianową (reakcja oksydacyjnej dekarboksylacji) w acetylo-CoA.
Acetylo-CoA powstający w matrix mitochondrialnej nie przechodzi przez błony
tego organellum na zasadzie transportu prostego.
W celu transportu do cytozolu przekształcany jest do cytrynianu, a po przejściu
bariery błony jest w cytozolu przekształcany z powrotem w acetylo-CoA i
szczawiooctan. Ten ostatni wraca do mitochondrium po przekształceniu w
pirogronian.
A dokładniej wygląda to tak
NADPH potrzebny do biosyntezy pochodzi ze szlaku pentozofosforanowego lub z
reakcji dekarboksylującej dehydrogenazy jabłczanowej:
Ilość produkowanego w ten sposób NADPH zależy od ilości dostępnego jabłczanu.
Policzmy:
- każdy cytrynian przechodzący do cytozolu daje 1 cząsteczkę acetylo-CoA
i 1 cząsteczkę jabłczanu,
- do powstania 1 cząsteczki kw. palmitynowego potrzebne jest 8 cząsteczek
acetylo-CoA i 14 NADPH,
- 8 cząsteczek NADPH otrzymujemy przy przekształceniu 8 cząsteczek jabłczanu,
pozostałe 6 cząsteczek NADPH pochodzić będzie zatem ze szlaku
pentozofosforanowego.
- jeżeli jabłczan powróci do mitochondrium przed dekarboksylacją do postaci
pirogronianu, całość potrzebnego NADPH pochodzić będzie ze szlaku
pentozofosforanowego.
Pierwszym etapem reakcji syntezy kwasów
tłuszczowych jest reakcja katalizowana
przez karboksylazę acetylo-CoA. Grupą
prostetyczną tego enzymu jest biotyna.
Enzym ten jest jedynym występującym w
szlaku syntez kwasów tłuszczowych w
ssaków, który nie jest częścią kompleksu
syntetazy kwasów tłuszczowych.
Pierwszym etapem reakcji syntezy kwasów
tłuszczowych jest reakcja katalizowana
przez karboksylazę acetylo-CoA. Grupą
prostetyczną tego enzymu jest biotyna.
Enzym ten jest jedynym występującym w
szlaku syntez kwasów tłuszczowych w
ssaków, który nie jest częścią kompleksu
syntetazy kwasów tłuszczowych.
U zwierząt karboksylaza acetylo-CoA jest białkiem kształtu filamentu (4-8 x 106 Da),
zbudowanym z protomerów o masie 230 kDa . Każdy z nich zawiera biotynę jako grupę
prostetyczną. Aktywna katalitycznie jest jednak tylko forma polimerowa tego enzymu,
pojedyncze protomery są nieaktywne. Ponieważ enzym ten katalizuje kluczową reakcję
syntezy, niezwykle ważna jest jego regulacja. Jednym z przykładów jest wpływ
palmitoilo-CoA, który zmienia równowagę pomiędzy forma polimerową i
niespolimeryzowaną w kierunku tej nieaktywnej enzymatycznie. Natomiast cytrynian
jest ważnym aktywatorem allosterycznym, jego działanie polega na przesuwaniu
równowagi w stronę przeciwną. Regulacje następują poprzez reakcje fosforylacji i
defosforylacji podjednostek.
Karboksylaza acetylo-CoA wykazuję aktywność regulowaną allosterycznie dostępem
substratu zgodnie z kinetyką modelu jednoprzejściowego.
Inne czynniki regulacyjne
karboksylazy
Malonylo-CoA jest zużywany do syntezy kwasów tłuszczowych jedynie w
postaci związanej z ACP. Przeniesienia CoA-ACP dokonuje transacylaza,
produkt genu fabD.
Kolejnym etapem jest powstanie acetoacetylo-ACP poprzez kondensację
reszty acetylowej z malonylo-ACP.
Może się to odbywać przy udziale dwóch syntaz:
• syntazy 3-ketoacylo-ACP III (1)
• syntazy 3-ketoacylo-ACP I lub II (2)
(1)
(2)
Intermediaty syntezy kwasów tłuszczowych są kowalencyjnie dołączone (przez
wiązanie tioestrowe z grupą fosfopantotenową) do ACP, małego, rozpuszczalnego
białka (8.9 kDa). Poniżej przedstawiono sposób wiązania kwasów tłuszczowych do
acylo-CoA i ACP. Bez grupy fosfopantotenowej jako kofaktora, ACP są nieaktywne
i nie biorą udziału w reakcjach syntezy kwasów tłuszczowych.
Pojedyncze reakcje wydłużania łańcucha kwasów tłuszczowych są bardzo
podobne u bakterii, grzybów, roślin i zwierząt.
Biosynteza kwasów tłuszczowych
u roślin i bakterii
Reakcja wydłużania łańcucha kwasów
tłuszczowych jest zapoczątkowywana
przez acetylotransferazę (transacylazę
acetylową) i malonylotransferazę (transacylazę malonylową). Powstające
produkty łączą się ze sobą (reakcja
kondensacji) i powstaje acetoacetyloACP.
Transacylaza nie posiada wysokiej
specyficzności, przenosi również inne
grupy, niż reszta kwasu octowego.
Przykładem jest reszta kwasu
propionowego, która jest potrzebna w
syntezie kwasów o nieparzystej ilości
atomów węgla w łańcuchu.
Malonylotransferaza jest natomiast
enzymem bardzo specyficznym
substratowo.
Kondensacja acetylo-CoA i malonylo-CoA jest katalizowana przez beta-keto-acyloACP syntazę (czyli enzym kondensujący acylo-malonylo-ACP zwany CE).
Mechanizmem napędzającym tę reakcję jest dekarboksylacja podczas niej
zachodząca.
Reakcja ta jest pierwszą reakcją prowadzącą do powstania primera dla
wydłużającego się łańcucha kwasu tłuszczowego.
W kolejnych reakcjach zachodzą procesy: kondensacji, redukcji I, odwodnienia
i redukcji II, w wyniku czego powstaje wielowęglowy łańcuch kwasu tłuszczowego.
U E. coli powstają trzy główne kwasy tłuszczowe:
• kwas palmitynowy (16:0)
• kwas palmitoolejowy (16:1 Δ9)
• kwas cis-wakcenowy (18:1 Δ11)
1 – 3-hydroksydekanoilo-ACP-dehydraza
2 – 3-ketoacylo-ACP syntaza I i II
3 – 3-ketoacylo-ACP syntaza I
4 – 3- ketoacylo-ACP syntaza II
Generalnie:
U prokariotów każda reakcja syntezy jest katalizowana przez
odrębny enzym, z własnym genem, są to tzw. syntazy kwasów
tłuszczowych (FAS) typu II, wieloskładnikowe.
Podobny układ spotyka się u roślin wyższych.
U grzybów i zwierząt synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w
multienzymatycznym kompleksie syntazy kwasów tłuszczowych
(FAS typu I)
U grzybów i zwierząt synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w multienzymatycznym
kompleksie syntazy kwasów tłuszczowych (FAS typu I).
U zwierząt FAS jest homodimerem (2x250 kDa).
W każdej podjednostce są trzy domeny.
Pierwsza zawiera transacylazy acetylową i
malonylową oraz syntazę beata-ketoacylową,
jest ona odpowiedzialna za wiązanie i
kondensację reszt acetylowych i malonylowych.
Druga domena zawiera ACP, reduktazę betaketoacylową, dehydratazę i reduktazę enoiloACP, odpowiada za redukcje intermediatów
syntezy.
Trzecia domena zawiera tioesterazę, uwalniającą
palmitynian.
Homodimer powstaje z połączenia dwu trójdomenowych podjednostek:
pierwsza domena jednej z podjednostek FAS reaguje z drugą i trzecią domeną
drugiej podjednostki w konfiguracji „głowa-ogon”.
Bezpośrednim produktem syntezy kwasów tłuszczowych jest palmitynian. Komórka
potrafi jednak syntetyzować inne rodzaje kwasów tłuszczowych. Kwasy krótsze
powstają, jeżeli łańcuch jest uwalniany z FAS przed zakończeniem syntezy
palmitynianu. Kwasy dłuższe ulegają dalszej elongacji w mitochondrium lub na ER.
Reakcja zachodząca na ER jest bardzo podobna do już opisanej, dołączane są
elementy dwuwęglowe w reakcji kondensacji malonylo-CoA i istniejącej reszty
kwasu, z wydzieleniem CO2.
Reakcja zachodząca w mitochondrium jest reakcją dokładnie odwrotną do betaoksydacji, za wyjątkiem wykorzystania
do reakcji redukcji NADPH, a nie FADH2.
Dodawane są reszty acetylo-CoA.
Wprowadzanie wiązań nienasyconych - desaturazy
Zarówno prokarionty, jak i eukarionty wprowadzają do nowo syntetyzowanych
kwasów tłuszczowych pojedyncze wiązania podwójne w konformacji cis. Bakterie
czynią w sposób niezależny od obecności O2, natomiast eukarionty w sposób
zależny od tlenu. Następuje to po osiągnięciu przez łańcuch długości 16-18 atomów
węgla i zachodzi pośrodku łańcucha.
Prokarionty nie są zdolne do syntezy wielonienasyconych kwasów tłuszczowych,
eukarionty są: rośliny prowadza taką syntezę bez ograniczeń, natomiast u zwierząt
wiązania podwójne są wprowadzane w części łańcucha poniżej atomu węgla C9.
Inne kwasy wielonienasycone muszą być dostarczane z dietą.
Desaturacje realizowane przez różne organizmy
Synteza kwasów tłuszczowych u roślin
U roślin występują trzy ketosyntazy
Synteza kwasów tłuszczowych u roślin
Porównanie systemów biosyntezy lipidów
Regulacja biosyntezy kwasów tłuszczowych
Związana jest z β-oksydacją kwasu tłuszczowego, glikolizą i cyklem TCA
Zasadniczym metabolitem we wszystkich powyższych szlakach jest
acetylo-CoA
Malonylo-CoA powstający podczas syntezy kwasów tłuszczowych blokuje
acylotransferazę karnitynową, zatrzymując wnikanie do mitochondriów
pochodnych acylo-CoA i w konsekwencji hamuje β-oksydację
Cytrynian jest aktywatorem karboksylazy acetylo-CoA
Acylo-CoA są inhibitorami karboksylazy acetylo-CoA. Stopień inhibicji jest
proporcjonalny do długości łańcucha kwasu tłuszczowego. Palmitoilo-,
stearylo- i arachidynylo-CoA są najmocniejszymi inhibitorami karboksylazy.
Regulacja odbywa się
również na poziomie
hormonalnym.
Glukagon aktywuje cyklazę
adenylową, cAMP aktywuje
kinazy białkowe, które
fosforylując karboksylazę
acetylo-CoA zmieniają jej
powinowactwo do cytrynianu.
Kinaza fosforyluje również
lipazę triacylogliceroli
(aktywacja).
Odwrotnie wpływa na
przemianę kwasów
tłuszczowych insulina, jej
receptory stymulują
fosfodiesterazę rozkładającą
cAMP
Wzajemne oddziaływanie intermediatów glikolizy, β-oksydacji, szlaku
syntez kwasów tłuszczowych i CKTK
136
Schemat przemian lipidów w komórkach watroby 137
Słodycze a tycie czyli cykl glukoza-kwasy tłuszczowe
138
Synteza kwasów tłuszczowych jest regulowana tylko przez poziom cytrynianu
Biosynteza cholesterolu
Cholesterol (obecny tylko u zwierząt) jest zasadniczym składnikiem błon
komórkowych, prekursorem kwasów żółciowych i hormonów sterydowych.
Witamina D3 pochodzi z 7-dehy-drosterolu, prekursora cholesterolu
Biosynteza cholesterolu zachodzi w wątrobie
Rozpoczyna się syntezą mewalonianu z acetylo-CoA.
β-ketotiolaza kondensuje 2 cząst. acetylo-CoA do acetoacetylo-CoA.
W następnej reakcji prowadzonej przez syntetazę HMG-CoA po kondensacji
z trzecią cząsteczką acetylo-CoA powstaje 3-hydroksy-3-metyloglutaryloCoA (HMG-CoA).
Reakcja, w której z HMG-CoA powstaje przez redukcję 3-R-mewalonian
reguluje biosyntezę cholesterolu. Reakcja ta katalizowana jest przez
reduktazę HMG-CoA, 97 kD glikoproteinę zlokalizowaną w błonie ER z
centrum aktywnym wystającym do cytosolu
140
Regulacja odbywa się przez:
-
fosforylację cAMP zależną kinazą białkową
powodującą inaktywację reduktazy.
Inaktywacja odwracana jest przez 2
specyficzne fosfatazy
-
degradację reduktazy HMG-CoA. Wysoki
poziom cholesterolu przyspiesza degradację
enzymu
- ekspresję genu - wysoki poziom cholesterolu
obniża poziom reduktazowego mRNA
141
Następnymi etapami biosyntezy cholesterolu są:
-fosforylacja mewalonianu do 5-pirofosfomewalonianu, dekarboksylacja
przekształcająca go w pirofosforan izopentenylu (zużywane są na powyższych
3 etapach 3 cząst. ATP), izomeryzacja prowadząca do powstania
dimetyloallilopirofosforanu
-Kondensacja dwóch cząsteczek dimetyloallilopirofosforanu daje pirofosforan
geranylu (C10) i 2 cząst. ATP
-Dołączenie jeszcze jednej cząsteczki dimetyloallilopirofosforanu powoduje
powstanie pirofosforanu farnezylu (C15)
-Hydroliza wydzielonego PPi napędza reakcje
-Kondensacje przebiegają w systemie “głowa-ogon”, jest to reguła w reakcjach
polimeryzacji jednostek izoprenowych
142
Wyjątkiem jest polimeryzacja
dwóch cząsteczek pirofosforanu
farnezylu, która zachodzi w
systemie “ogon-ogon” (ze
zużyciem NADPH) i prowadzi do
powstania skwalenu (C30)
143
Następnym etapem biosyntezy jest cyklizacja.
- Rozpoczyna się ona od przekształcenia
skwalenu w epoksyd 2,3-skwalenu przez
monooksygenazę skwalenową z ER (z
użyciem FAD, NADPH, O2 i nośnika
białkowego). Inny enzym związany z błonami
ER - cyklaza oksydoskwalen-lanosterol
katalizuje cyklizację lanosterolu
-Po dalszych przekształceniach (20 etapów)
poprzez desmosterol lub 7-α-dehydrosterol
powstaje cholesterol
- Przyłączenie acetylo-CoA przez
acylotransferazę acetylo-CoA-cholesterol
powoduje powstanie estrów cholesterolu –
formy umożliwiającej transport w płynach
ustrojowych
144
Transport lipidów w organizmie
zachodzi w formie kompleksów
lipoproteinowych.
- Klasyfikuje się je na podstawie ich
gęstości właściwej. Im większy
udział białka, tym cięższe
kompleksy. Im więcej lipidu, tym
wieksza ich średnica
- Wyróżniamy lipoproteiny o dużej
gęstości (HDL), małej gęstości
(LDL), pośredniej gęstości (IDL),
bardzo małej gęstości (VLDL) i
chylomikrony
- HDL i VLDL powstają głównie w
ER hepatocytów (w niewielkim
stopniu także w jelitach),
chylomikrony powstają w jelitach,
LDL – główny kompleks
transportujący cholesterol i jego
estry powstaje z VLDL
145
- VLDL transportuje lipidy z wątroby
- Chylomikrony transportują z jelit
głownie triacyloglicerole, również estry
cholesterolu
- W miejscach docelowych – kapilarach
mięśni i komórkach tłuszczowych lipaza
lipoproteinowa hydrolizuje
triacyloglicerole, powodując
przekształcenie VLDL w IDL. Te
przekształcają się w LDL i wracają do
wątroby albo kierowane są do tkanki
tłuszczowej i gruczołow nadnerczy
146
Budowa receptora LDL
• Stosunek HDL do LDL decyduje o rozkładzie
cholesterolu w organizmie i zmianach miażdżycowych
• Czas półtrwania LDL wynosi 24 godziny
HDL mają dłuższy okres półtrwania (5-6 dni)
• Świeżo powstały HDL nie ma estrów cholesterolu,
z czasem dochodzi do akumulacji tych estrów w
wyniku działania acylotransferazy lecytyna:cholesterol
(LCAT)
• Białko przenoszące estry cholesterolowe powoduje
przeniesienie części tych estrów z HDL do VLDL i
LDL
• HDL transportuje nabyty cholesterol do wątroby,
usuwając go tym samym z krążenia. Tłumaczy to
pozytywny związek między poziomem HDL a
ryzykiem choroby wieńcowej (odwrotnie z LDL)
Zaburzenia w metabolizmie LDL prowadzą do
wysokiego poziomu cholesterolu w surowicy (Brown i
Goldstein – Nobel 1985). Przyczyną jest brak
receptora (albo jego inaktywacja) dla LDL
Zbyt wysoki poziom cholesterolu obniżyć można
lowastatyną (mewinolyną) – kompetycyjnym
inhibitorem reduktazy HMG-Co-A, hamując
biosyntezę mewalonianu
147
The biosynthesis of geranylgeranyl diphosphate and other isoprenoids from HMG-CoA. Synthesis of mevalonate
from HMG-CoA occurs primarily in the endoplasmic reticulum; however, some mevalonate synthesis may occur
in peroxisomes. The synthesis of farnesyl diphosphate from mevalonate is peroxisomal. Farnesyl diphosphate is
a major branch point of the pathway. Farnesyl diphosphate is utilized in the endoplasmic reticulum for synthesis
of sterols and dolichols, and is utilized in the cytosol for synthesis of geranylgeranyl diphosphate and
farnesylation. Geranylgeranylation by either geranylgeranyl transferase I or II occurs in the cytosol. HMG-CoA,
hydroxymethylglutaryl coenzyme A.
148
Synteza kwasów tłuszczowych u roślin odbywa się głównie w plastydach
Synteza innych lipidów prostych
Tokoferole
150
Tokoferole
151
Ubichinony
152
Karotenoidy
Szlak zaczyna się od
1-deoksy-D-ksylolozo5-fosforanu DOXP
153
Biosynteza lipidów fenolowych i innych tzw. poliketydów
154
155
Hipoteza wczesna,
w oparciu o badania nad
Azotobacter vinelandii
Kozubek A. Tyman JHP. Chem Rev. 99 (1999) 1-26
156
Nowak-Thompson B. et al. J. Bacteriol. 185 (2003) 860
157
N. Funa, H. Nozawa, A. Hirata, S. Horinouchi PNAS 103 (2006) 6356-6361
158
A. Miyanaga, N. Funa, T. Awakawa, S. Horinouchi PNAS 105 (2008) 871-876
159
szlak poliketydowy
(polioctanowy)
szlak izoterpenowy
(kwasu mewalonowego)
160
Cyklaza kwasu oliwetolowego
OAC is a dimeric α+β barrel (DABB) protein that is structurally similar
to polyketide cyclases from Streptomyces species.
161
Botrytis cinerea mold on grapes may cause
"winegrower's lung", a rare form of hypersensitivity
pneumonitis
Wykorzystanie syntaz poliketydowych w biotechnologii
164
S. Horinouchi J. Antibiot. 61 (2008) 709-728
165
Lipidy złożone - triglicerydy
Synteza fosfolipidów u eukariota
Synteza
PI, PG i DPG (CL)
Konwersja PS-PE u ssaków
Synteza plazmalogenów
Syntetyzowane są z fosfodihydroksyacetonu
Synteza rozpoczyna się od acylacji fosfodihydroksyacetonu
W następnym etapie grupa acylowa na C1 wymieniona jest na
długołańcuchowy alkohol powstający z redukcji dwoma cząsteczkami
NADH odpowiedniego acylo-CoA
Kolejne etapy to redukcja do alkoholu i acylacja 2-keto grupy z rdzenia
fosfodihydroksyacetonu
Powstały 1-alkilo-2-acyloglicero-3-P reaguje podobnie jak kwas
fosfatydowy, dając analogi fosfatydylocholiny czy fosfatydyloetanoloaminy
Działanie związanej z ER desaturazy powoduje powstanie plazmalogenu z
α-β nienasyconym eterowo związanym łańcuchem w pozycji C1
Synteza PAF (czynnika agregującego płytki krwi, Platelet Aggregation Factor)
Synteza sfingofosfolipidów
Synteza ceramidów
Lipidy eterowe
Lipid A is synthesised in the cytoplasmic compartment of Gram-negative bacteria,
and the essential details of the process are now known. In brief in E. coli,
- lipid A is synthesised on the cytoplasmic surface of the inner membrane by a
conserved pathway of nine distinct enzymes, the first six of which are required for
bacterial growth (and are targets for the development of new antibiotics).
- the lipid undecaprenyl phosphate is the intermediate involved in the transfer of
carbohydrate units.
- once the core oligosaccharide is in place, the nascent core-lipid A is flipped to the
outer surface of the inner membrane by a specific transporter when the O-antigen
polymer, which must also be transported from the cytoplasmic side of the
membrane, is attached.
- various modifications of the lipid A can then occur that may not be essential for
growth, but strengthen the permeability barrier and influence the virulence of some
pathogens.
KONIEC