Metabolismus lipidů Mastné kyseliny cholesterolMastné kyseliny, cholesterol, lipoproteiny Josef Tomandl, 2013 1 Typy lipidůypy p triacylglyceroly prostanoidy leukotrieny fosfolipidy steroidy leukotrieny sfingofosfolipidyglycerofosfolipidy 2 Lipidy v krevní plazměLipidy v krevní plazmě vý  rifikovaný  Celkov Ester 3 TG jako zásoba energiej g • nejefektivnější forma ukládání energie • TG jsou ukládány bez vazby vody, zatímco gram glykogenu váže 2 gramy vodyg g y g g y y Sloučenina Spalné teplo (kJ/g)Sloučenina Spalné teplo (kJ/g) Glykogen TG 17 38TG 38 4 Metabolismus triacylglycerolůMetabolismus triacylglycerolů O CH2 O C O O R CH2 O CHOC C R R CH2 O C R O 1. Hydrolytické odštěpování mastných kyselin 2. Metabolismus mastných kyselin a glycerolu 5 Lipasy katalyzují hydrolýzuLipasy katalyzují hydrolýzu triacylglycerolů CH2 O C O O RCH2 O CHOC CO R R CH2 O C R O Štěpí esterovou vazbu mezi glycerolem a MK 6 LipasyLipasy Extracelulární Intracelulární k ti ká• pankreatická (slinivka → tenké střevo) li t i á • hormon senzitivní (adipocytární) (tukové buňky) • lipoproteinová (stěna cévního endotelu) j t í • kyselá (lyzosomy) • jaterní (na povrchu sinusoidů) 7 Lipoproteinová lipasaLipoproteinová lipasa • působí na chylomikrony a VLDL v krvi TG → glycerol + 3 MKTG → glycerol + 3 MK C O COCH2O-CO-R R-CO-OCH CH2O-CO-R 8 Hormon senzitivní lipasaHormon senzitivní lipasa • působí v tukových buňkách • závisí na působení hormonů l k klid é hl d ě íglukagon - klidové hladovění adrenalin - stres • uvolňuje mastné kyseliny do krve TG → glycerol + 3 MK 9 Pankreatická lipasaPankreatická lipasa (+ kolipasa) • působí v tenkém střevě štěpí tuky přijaté potravoupůsobí v tenkém střevě, štěpí tuky přijaté potravou TG → 2-monoacylglycerol + 2 MK CH2O-CO-R R CO OCHR-CO-OCH CH2O-CO-R 10 Emulgace lipidů • je podmínkou účinného trávení hydrofobních lipidůje podmínkou účinného trávení hydrofobních lipidů • umožnění přístupu enzymů Emulgátory v tenkém střevě • soli žlučových kyselin• soli žlučových kyselin • fosfolipidy • soli mastných kyselin 11 Resorpce lipidů buňkami střevní sliznice Kartáčový lem Epitelové buňkySměsné micely 12 MK do 10 C nevstupují do micel, jsou absorbovány přímo Transport lipidů z buněk střevní sliznice AK t i B 48AK → → → apoprotein B-48 (apoprotein A-I) CHE PL TG chylomikron MK s krátkýmMK s krátkým řetězcem glycerol Lymfatické é g y 13Portální žíla cévy Transport volných MK v ECTTransport volných MK v ECT U l ě í TG ECT U l ě í TG di hUvolnění z TG v ECT (CM, VLDL) Uvolnění z TG v adipocytech Lipoproteinová lipasa Adipocytární lipasa MK v krvi - vazba na albumin ( 1 l/l l č 2 i )(~ 1 mmol/l, poločas 2 min) 14 Transport MK v buňkáchTransport MK v buňkách • přes buněčnou membránu speciálními proteiny • v cytoplazmě pomocí FABP (fatty acid binding protein) 15 Pro transport MK do mitochondrie jePro transport MK do mitochondrie je potřebný karnitin CH N CH3 CH2H3C CH CH2 COOH * N CH3 CH2H3C CH CH2 OH COOH MK s krátkým řetězcem karnitin nevyžadujíMK s krátkým řetězcem karnitin nevyžadují Doplněk stravy – zlepšení fyzického výkonu, zhubnutí 16 Transport mastné kyseliny doTransport mastné kyseliny do mitochondrie mezimembránový prostor vnitřní mitoch. membrána matrix acyl-CoA acyl-CoAkarnitin karnitin C A y acyl-karnitin CoAl k i i karnitin/acylkarnitin výměník CoA y CoAacyl-karnitin 17 dvě formy karnitinacyltransferasy β O id t ý h k liβ-Oxidace mastných kyselin • Význam: zisk energieVýznam: zisk energie • Probíhá prakticky ve všech buňkách (ne v erc) • Lokalizace: matrix mitochondrie P ůběh t é dště á í t l C A• Průběh: postupné odštěpování acetyl-CoA 18 β Oxidace mastných kyselinβ-Oxidace mastných kyselin • hlavní cesta odbourání MK • do reakce vstupuje acyl-CoAdo reakce vstupuje acyl CoA • oxiduje se β-uhlík (C-3) • obecný mechanismus – opakování čtyř reakcí: dehydrogenace → hydratace → dehydrogenace → odštěpení acetyl-CoA 19 (1) Dehydrogenace acylu R CH2 CH2 CH2 C O nasycený acyl-CoA αβ R CH2 CH2 CH2 C S CoA nasycený acyl-CoA Vznik dvojné vazby v acyl-CoA Vznik redukovaného kofaktoru FADH FAD FADHVznik redukovaného kofaktoru FADH2 FADH2 R CH2 CH CH C S O C α,β-nenasycený acyl-CoA 20 S CoA (2) Hydratace dvojné vazby(2) Hydratace dvojné vazby O R CH2 CH CH C S O CoA α,β-nenasycený acyl-CoA Vazba vody na dvojnou vazbu H O y j Vznik hydroxylovaného acylu H2O R CH2 CH CH2 C O β-hydroxyacyl-CoA β 2 2 S CoAOH β y y y 21 (3) D h d h d l(3) Dehydrogenace hydroxyacylu O R CH2 CH CH2 C S O C A β-hydroxyacyl-CoA S CoAOH + Oxidace hydroxylu na oxo-skupinu Vznik redukovaného kofaktoru NADH NAD + NADH H ++NADH H O + R CH2 C CH2 C S O CoAO β-oxoacyl-CoA 22 S CoAO (4) Thiolytické odštěpení acetyl-CoA(4) Thiolytické odštěpení acetyl CoA O R CH2 C O CH2 C S O CoA CoAS thiolasa Odštěpení acetyl CoA H Odštěpení acetyl-CoA Zkrácení acylu o 2 C C O H3CCH2 C O R CC S CoA 32 S CoA acyl-CoA acetyl-CoA 23 (o dva C kratší) acetyl CoA Energetický výtěžek oxidace palmitoyl CoAEnergetický výtěžek oxidace palmitoyl-CoA β id Palmitoyl-CoA 8 acetyl-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH 7 × β-oxidace (16 C) 8 × 12 ATP 7 × 2 ATP 7 × 3 ATP (16 C) Celkem 131 – 2 = 129 ATP / palmitát 2 ATP je potřeba na vznik palmitoyl-CoA Srovnej Glukosa → pyruvát/laktát zisk 2 ATP 24 Glukosa → CO2 + H2O zisk 36–38 ATP β-oxidace MK je významným zdrojem energie Kdy probíhá ? Jestliže buňka potřebuje energii a nemá dost glukosy. β-oxidace probíhá v postresorpční fázi a při hladovění j é l h k d ját h• zejména ve svalech, myokardu a v játrech 25 Lipidy v postresorpční fázip y p p Játra  Svaly myokardSvaly, myokard CO2+H2O+energie ketolátky TG Ch l CO2+H2O+energie Acetyl CoA ketolátky Chol Acetyl CoAAcetyl‐CoA MK MK‐albumin β‐oxidace β‐oxidace Acetyl‐CoA MK MK  +  glycerol‐P TG účinek glukagonulipasa 26tuková tkáň TG Ketolátky (ketonové) látkyKetolátky (ketonové) látky Acetacetát, 3-hydroxybutyrát - využitelné aceton odpadní produktaceton - odpadní produkt • „rozpustné tuky“ • produkovány játry, • utilizovány pouze extrahepatálními tkáněmiutilizovány pouze extrahepatálními tkáněmi • syntéza se zvyšuje při hladovění, diabetu (poměr glukagon/inzulin >>> 1) 27 Příčiny vzniku ketolátek Z ýš á bili MK t k é tká ě t t d j t Příčiny vzniku ketolátek Zvýšená mobilizace MK z tukové tkáně → transport do jater zvýšená produkce acetyl-CoA (β-oxidací)ýše á p odu ce ace y Co (β ) kapacita citrátového cyklu převýšena (resp. nedostatek oxalacetátu) syntéza ketolátek j t l č d i k l 28 z jater vyloučeny do cirkulace Vzájemný vztah ketolátekVzájemný vztah ketolátek H C C CH O H C CH CH C OOH O O- 2H H3C C CH3H3C CH CH2 C OH H3C C CH2 C O H - CO2+ 2H β-hydroxymáselná kyselina acetoctová kyselina aceton Kyselina pKA Acetoctová β-Hydroxymáselná 3,5 4,7β Hydroxymáselná 4,7 Dvě ketolátky jsou středně silné kyseliny 29 Jejich zvýšená produkce spojena s ketoacidózou Syntéza mastných kyselin z acetyl-CoA Kde probíhá: • hlavně játra, limitovaně adipocyty, laktující mléčná žláza (b střevní sliznice)(b.střevní sliznice) Kdy probíhá ? je-li dostatek acetyl-CoA, který není třeba metabolizovat na energiig ? po jídle, je-li dostatek glukosy, která je odbourávána na acetyl-CoA 30 je odbourávána na acetyl CoA Syntéza mastných kyselin z acetyl-CoA • probíhá v cytoplazmě buněk je li dostatek acetyl CoA• probíhá v cytoplazmě buněk, je-li dostatek acetyl CoA • zdroje acetyl-CoA: - glykolýza - odbourání proteinů (ketogenní AK) acetyl-CoA → → → → → → → palmitát (16 C)acetyl CoA → → → → → → → palmitát (16 C) postupné prodlužování řetězce o 2 C 8 Acetyl-CoA + 14 NADPH + 7 ATP → palmitát 31 Elongace MK é Cendoplazmatické retikulum – malonyl-CoA, NADPH mitochondrie - zvrat β-oxidace Desaturace v ER hepatocytů Δ9, Δ6, Δ5 desaturasy (rostliny též Δ12, Δ15 desaturasy) 32 Polynenasycené MKPolynenasycené MK • Polynenasycené MK (n-3) a (n-6) jsou nezbytné pro výstavbu membrán • Linolová (18:2, n-6) a linolenová (18:3, n-3) kyselina jsou pro člověka esenciální (chybí Δ12, Δ15 desaturasy) • Zdrojem jsou rostlinné oleje a rybí tuk • Arachidonová (20:4, n-6) a eikosapentaenová (20:5, n-3) kyselina jsou nezbytné pro syntézu ikosanoidů • Deficit polynenasycených MK (n-3) a (n-6) u pokusných zvířat vyvolává poruchy permeability kůže, ztráty na váze, akumulace 33 y p y p y , y , cholesterolu Obecná struktura lipoproteinu Apoproteiny Fosfolipidy Triacylglyceroly Apoproteiny Estery h l t l Cholesterol cholesterolu neesterifikovaný jádro b l 34 jádro obal Typy lipoproteinů TG PL84% 54% CH 54% VLDLChylomikron CM Prot VLDLChylomikron CM 45%45% 50% LDL HDL 35 Charakteristika lipoproteinůCharakteristika lipoproteinů Třída Průměr (nm) Poločas přeměny Hlavní lipid CM 100-1000 ~5-15 min TG VLDL 30-90 ~2h TG IDL 25 35 2h TG/CHEIDL 25-35 ~2h TG/CHE LDL 20 75 ~2 4 dny CHELDL 20-75 ~2-4 dny CHE HDL 5-12 ~10 h PL/CHE ApoproteinyApoproteiny • proteinová složka lipoproteinů • funkce: aktivátory a inhibitory enzymů• funkce: aktivátory a inhibitory enzymů interakce s receptory strukturní (transportní) 37 Metabolismus chylomikronů (CM)Metabolismus chylomikronů (CM) • vznikají v absorpčních buňkách střevní sliznice • nesou TG CH a lipofilní vitaminy přijaté potravounesou TG, CH a lipofilní vitaminy přijaté potravou • obsahují apo-B 48, syntéza apoB-48 limituje tvorbu CM • prostřednictví lymfatických cév jsou transportovány do krve (hrudní dučej) 38 Jaký je osud chylomikronů v krvi ?Jaký je osud chylomikronů v krvi ? • do krve vstupují přes ductus thoracicus 1-2 h po zahájení jídljídla • z HDL jsou na CM přenášeny apo E a apo C-II • v krevních kapilárách na CM působí lipoproteinová lipasa (LPL)( ) 39 A CII Chylomikron v krvi ApoCII ApoE krev Tuková krev Tuková, svalová tkáň lymfa Mastné LPL ApoCII b ňk játra Mastné kyseliny Glycerol buňky střevní sliznice y chylomikronový apoE receptor apoE sliznice 40 chylomikronový zbytek Metabolismus VLDLMetabolismus VLDL • vznikají v hepatocytech • nesou CH převážně přijatý potravou • nesou TG syntetizované v játrech • obsahují apo-B 100 malá množství Apo-A a Apo-Cobsahují apo B 100, malá množství Apo A a Apo C • z HDL jsou na VLDL přenášeny apo E a apo CII • v krevních kapilárách působí na VLDL LPL • VLDL se postupně mění na IDL • IDL jsou buď vychytány játry nebo přeměněny na LDL 41 Přeměny VLDL-přehled VLDL játraj HDL Apo-C,E Tkáně MK LPL Apo C MK Gl l IDL Glycerol HDL 42 LDL HDL CHE Role HDL v metabolismuRole HDL v metabolismu • reverzní transport cholesterolu • HDL přejímají cholesterol z periferních tkání a• HDL přejímají cholesterol z periferních tkání a zprostředkují jeho transport do jater • existuje několik typů HDL – liší se velikostí, tvarem, obsahem lipidů a apoproteinů, , p p p – mají i různé funkce hlavní subfrakce dle denzity: HDL2 HDL3– hlavní subfrakce dle denzity: HDL2, HDL3 • HDL podléhají v cirkulaci přeměnám (remodelace HDL) 43 CholesterolCholesterol HO Význam • nezbytná komponenta membrán 5-cholesten-3β-ol • nezbytná komponenta membrán • zdroj pro syntézu žlučových kyselin, steroidů, vitaminu D3 Zd jZdroje • příjem potravou (žloutek, živočišné tuky, tučné maso, tučné mléčné výrobky, majonéza) • biosyntéza 44 Biosyntéza cholesteroluBiosyntéza cholesterolu • kde v těle: obecně většina buněk, hlavně játra, kůra nadledvin, enterocyty, gonády…. • kde v buňce: cytoplazma, některé enzymy na povrchu ER • z čeho: acetylCoA • bilance syntézy: 18 acetylCoA 36 ATP 16 NADPHbilance syntézy: 18 acetylCoA, 36 ATP, 16 NADPH 45 1. Fáze syntézy cholesterolu - syntéza 3-HMG-CoA ER 1. Fáze syntézy cholesterolu syntéza 3 HMG CoA ER 3 Acetyl-CoA 3-Hydroxy-3-methyl- glutaryl-CoA - OOC-CH2-C-CH2-CO-CoA OH CH3 46 Syntéza mevalonátu určuje rychlost syntézy h l t lcholesterolu 2 NADPH +2 NADP OHOH 3 HMG CoA reduktasa - OOC-CH2-C-CH2-CH2OH CH3 - OOC-CH2-C-CH2-CO-CoA CH3 OH 3-HMG-CoA Mevalonát 3-HMG-CoA reduktasa • membrána ER • je vysoce regulován • je cílem působení farmak (k titi í i hibi t ti ( ř l t ti )(kompetitivní inhibice statiny (např. lovastatin) 47 Dokončení syntézy cholesterolu CH Mevalonát CH2 CH2 Skvalen (30 C) cyklizace 48 HO Cholesterol (27 C) Skvalen (terpen) Esterifikace cholesterolu v buňceEsterifikace cholesterolu v buňce ACAT Cholesterol + acylCoA ACAT O O acyl-CoA-cholesterolacyltransferasa Probíhá v ER C Vyšší hydrofobicita Probíhá v ER Vyšší hydrofobicita Nejčastěji linolová a linolenová kys 49 Nejčastěji linolová a linolenová kys. Hladina cholesterolu v krviHladina cholesterolu v krvi Doporučená hodnota < 5 mmol/lp Při nálezu > 5 mmol/l je třeba provést vyšetření metabolismu lipidů LDL cholesterol = zlý cholesterolLDL-cholesterol = zlý cholesterol HDL-cholesterol = hodný cholesterol Při zjištění vyšší hladiny cholesterolu v krvi je sledováno jeho zastoupeníj y y j j v LDL a HDL frakci : Vysoká hladina HDL cholesterolu – prognosticky příznivý faktor 50 „Odbourávání cholesterolu“ • cholesterol nemůže být v organismu odbourán na CO2 a H2O ját j h li i t h l t l• pouze játra jsou schopna eliminovat cholesterol • jsou dvě cesty, jak organismus eliminuje cholesterol: ř ě žl č é k li j ji h k- přeměna na žlučové kyseliny (~0,5 g/d) a jejich exkrece (~0,5 g/d) - vylučování cholesterolu žlučí a jeho exkrece (~0,8 g/den) • nepatrný podíl cholesterolu je přeměňován na steroidní hormony • malé množství cholesterolu se vylučuje kožním a ušním mazem, dl č ý tř í it lodloučeným střevním epitelem 51 Bilance cholesterolu za 24 h POTRAVA BIOSYNTÉZA 80–500 mg 800–1000 mg Pool cholesterolu St id í hSteroidní hormony, maz, střevní epitelŽlučové kyseliny (primární) Cholesterol (žluč) 200 mg500 mg800 mg 52 1000-1500 mg/den je vylučováno Přeměna cholesterolu na žlučové kyseliny JÁTRA 1 reakce1. reakce - hydroxylace v poloze 7 - určuje rychlost tvorby žluč. kys. HO 7-α-hydroxylasaHO 7 α hydroxylasa (P450) HO OH NADPH 7 HO probíhá v ER 53 probíhá v ER 24 CPrimární žlučové kyseliny 24 CPrimární žlučové kyseliny OH COO COO - 12 HO OH HO OH 77 chenodeoxycholát cholát pKA ≈ 6 pKA ≈ 6 V l i l bé k li 54 Velmi slabé kyseliny Disociované z cca 90 % Konjugované žlučové kyselinyKonjugované žlučové kyseliny OH OH taurin glycin C O NH COO -OH C O NH SO3 - HO HO OH OH taurocholová glykocholová K j iž j h d t K š j di i i k li pKA≈ 2 pKA≈ 4 55 Konjugace snižuje hodnoty pKA → zvyšuje disociaci kyselin ↑ detergenční účinnost