1 Metabolismus lipidů ã Biochemický ústav LF MU (J.S.) 2016 ã 2 2 Charakteristické vlastnosti * hydrofobní (nepolární, lipofilní) charakter * nerozpustné ve vodě * rozpustné v nepolárních rozpouštědlech (např. chloroform, diethylether) * složené lipidy se orientují na rozhraní voda - olej oil on water 3 3 Funkce lipidů * zdroj energie tukové buňky * strukturní funkce biologické membrány * ochranná funkce tuková tkáň –tepelná izolace neuron - myelinová pochva - „elektrická“ izolace * zdroj esenciálních mastných kyselin některé polynenasycené MK dvojvrstva_lipidova lipidy + O2 → CO2 + H2O + energie 4 4 Metabolismus lipidů metabolismus triacylglycerolů a mastných kyselin 100 g/den zdroj energie metabolismus strukturálních lipidů 2 g/den Obsah energie v živinách Tuky Sacharidy Bílkoviny 38 kJ/mol 17 kJ/mol 17 kJ/mol 5 5 Triacylglyceroly + 3 H2O glycerol + 3 mastné kyseliny 6 6 Příjem triacylglycerolů Tuky (triacylglyceroly): sádlo, máslo, oleje, tučné maso, semena rostlin – rostlinné oleje 7 7 Trávení lipidů V potravě: triacylglyceroly, fosfolipidy, estery cholesterolu, glykolipidy • žlučové kyseliny emulgují lipidy • pankreatické enzymy (lipasy) hydrolyzují lipidy a estery cholesterolu • tvoří se směsné micely • probíhá resorpce do buněk střevní sliznice játra slinivka žluč Pankreatická štˇáva 8 8 Lipidy jsou nepolární (hydrofobní) látky • aby mohlo probíhat jejich štěpení, musí být ve střevě emulgovány • hlavní podíl na emulgaci mají žlučové kyseliny • ŽK jsou produkovány játry a transportovány žlučí • převážná část žlučových kyselin je v ileu resorbována zpět (podléhají enterohepatálnímu oběhu) 9 9 Lipázy Enzymy, které štěpí hydrolyticky esterovou vazbu mezi glycerolem a mastnou kyselinou Co jsou lipázy? 10 10 Triacylglycerol + 2 H2O ® 2-monoacylglycerol + 2 MK Pankreatická lipáza H2O H2O 2-monoacylglycerol MK MK 11 11 Resorpce natrávených lipidů buňkami střevní sliznice Směsné micely A:\micela.bmp MAG ŽK soli MK Kartáčový lem Epitelové buňky + lipofilní vitaminy CHOL Lyso-PL 12 12 Steatorea (lipidová malabsorpce) ztráta lipidů stolicí (normálně resorbováno ~ 98 % lipidů z potravy) Nedostatečný přívod žluče (porucha jater, obstrukce žlučovodů) Porucha ve funkci pankreatu Porucha ve funkci střevní sliznice (trávení probíhá, porušená resorpce) Možné příčiny Lipidy z potravy Nadbytek lipidů ve stolici Důsledek: nedostatek lipofilních vitaminů 13 13 Co se děje s lipidy v enterocytu? • monoacylglyceroly jsou znovu reesterifikovány na triacylglyceroly • lysofosfolipidy jsou reesterifikovány na fosfolipidy • cholesterol je reesterifikován na estery cholesterolu • probíhá syntéza speciálních proteinů – apoproteinů • tvoří se chylomikrony 14 14 Transport lipidů z buněk střevní sliznice chylomikron AK ® ® ® apoproteiny fosfolipidy TG (resyntetizované) CHE Lymfatické cévy Ductus thoracicus Krev MK s krátkým řetězcem glycerol Portální žíla patří mezi lipoproteiny Pozn: Chylus – lymfa (míza) v ductus thoracicus (hrudní mízovod) 15 15 Co jsou to lipoproteiny? Jsou transportní formou lipidů v krvi Jsou to komplexy lipidů a proteinů Schéma lipoproteinové částice Cholesterol Fosfolipidy triacylglyceroly a estery cholesterolu (jádro) Apoproteiny 16 16 Typy lipoproteinů chylomikrony VLDL LDL HDL 100-1000nm 30-90nm 20-35 nm 3,6 -6,3 nm Význam: chylomikrony - transport lipidů z potravy VLDL (lipoproteiny o velmi nízké hustotě) - transport lipidů z jater LDL (lipoproteiny o nízké hustotě) - transport cholesterolu do tkání HDL (lipoproteiny o vysoké hustotě) - transport cholesterolu ze tkání 17 17 Metabolismus chylomikronů tenké střevo apo B-48 5% k a p i l á r y svaly tuková tkáň chylomikrony glycerol mastné kyseliny receptor játra lymfa remnanty LPL 18 18 • na chylomikrony v krvi působí lipoproteinová lipasa • štěpí triacylglyceroly na MK a glycerol • mastné kyseliny přecházejí do tkání, kde jsou metabolizovány b-oxidací nebo vstupují do tukových buněk, kde jsou z nich resyntetizovány TG • z chylomikronů se stávají chylomikronové zbytky (nesou cholesterol z potravy), jsou vychytávány játry • Metabolismus chylomikronů 19 19 Přeměna mastných kyselin na zásobní lipidy • mastné kyseliny se po jídle resorbují z plazmy do tukových buněk (adipocytů) • zde dochází k syntéze triacylglycerolů 3 MK + glycerol triacylglycerol tuk se ukládá v tukových buňkách • při hladovění mohou být mastné kyseliny uvolněny zpět do krve • resyntéza triacylglycerolů jen tuková tkáň, játra, tenké střevo a mléčná žláza 20 Katabolismus lipidů triacylglyceroly mastné kyseliny + glycerol acetyl-CoA ketolátky CO2 + H2O + energie lipolýza b-oxidace CO2 + H2O + energie utilizace ketolátek v extrahepatálních tkáních citrátový cyklus + dýchací řetězec chylomikrony + VLDL (lipoproteinová lipasa, insulin) zásobní tuky (hormon sensitivní lipasa, glukagon) 21 Metabolismus mastných kyselin Mastné kyseliny se váží v krvi na albumin » (1 mmol/l), poločas 2 min. Uvolnění MK z chylomikronů v resorpční fázi lipoproteinovou lipasou Uvolnění MK z TG v adipocytech působením hormonsenzitivní lipasy (hormonální regulace) 22 Odbourání mastných kyselin (b -oxidace) • probíhá v mitochondriích buněk, na multienzymovém komplexu • je zahájeno aktivací MK v cytoplazmě navázáním na CoA • transport MK do mitochondrií ve vazbě na karnitin 23 Acyl-CoA nemůže projít mitochondriální membránou Mastné kyselina je přenesena na karnitin, transportována přes membránu ve formě acylkarnitinu Mastné kys. s krátkým řetězcem (4 – 10 uhlíkových atomů) nevyžadují karnitinový člunek, procházejí přes mitochondriální membránu L-karnitin CH3 CH3 H3C N – CH2–CH–CH2–COO OH Karnitin 24 Nedostatek L-karnitinu • Zdroje L-karnitinu (před. maso, mléko) a syntéza (AK: lysin a methionin) •Nemoci jater ® snížená syntéza • Malnutrice, vegetariánská dieta • Zvýšená potřeba karnitin (těhotenství, popáleniny, trauma) • ztráty karnitinu u hemodialyzovaných pacientů • vrozené choroby metabolismu karnitinu Suplementace karnitinem je nutná Snížená schopnost tkání využít mastné kyseliny s dlouhým řetězcem 25 Projevy nedostatku karnitinu Využití mastných kyselin je nižší, deficit je prohlouben lačněním (kdy katabolismus MK je nutný) Symptomy: •nonketotická hypoglykemie během lačnění •Svalová slabost, kardiomyopatie 26 26 b-Oxidace mastných kyselin •Hlavní cesta katabolismu MK •MK jsou katabolisovány na úrovni acyl-CoA •b-uhlík je oxidován (C-3) •Opakování 4 reakcí: • opakující se sekvence reakcí - dehydrogenace (vznik FADH2) - hydratace - dehydrogenace (vznik NADH) - odštěpení acetyl-CoA 27 aktivace 2 produkty 28 Při jedné otočce b-oxidace se MK zkrátí o 2C: získá se 1 FADH2 (2 ATP v dých. řetězci) 1 NADH (3 ATP v dých. řetězci) Odbourání palmitové kyseliny - 16 C: 8 x acetyl CoA………….x 12 = 96 ATP 7 FADH2………………… x 2 = 14 ATP 7 NADH ………………… x 3 = 21 ATP 131 ATP Aktivace mastné kyseliny …………... – 2 ATP CELKEM 129 ATP Energetická bilance b-oxidace 29 29 b-oxidace MK je významným zdrojem energie Kdy jsou MK odbourávány? Buňky potřebují energii a dostupnost glukosy je nízká b-oxidace je iniciována glukagonem v post-resorpční fázi nebo hladovění 30 Lipidy v postresorpční fázy (glukagon) játra Acetyl-CoA Svaly, myokard MK Tuková tkáň MK + glycerol TAG MK-albumin Acetyl-CoA Efekt glukagonu MK Hormon senzitivní lipasa •Lipolýza v tukové tkáni •MK jsou transportovány krví ve vazbě na albumin •MK jsou zdrojem energie pro myokard, svaly a játra • • 31 Ketolátky * Význam: ve vodě rozpustné „palivo“ původem značně z MK * Místo vzniku: v játrech * Místo využití: extrahepatální tkáně (myokard, svaly, mozek.. ) * Nadprodukce: hladovění, nekompenzovaný diabetes melitus vede ke ketoacidóze Acetyl CoA acetoacetát aceton 3-hydroxybutyrát - CO2 + 2 H 32 Vznik a využití ketolátek játra Acetyl-CoA ketolátky Ketolátky v krvi mozek CO2 sval MK Tuková tkáň MK + glycerol-P TAG MK-albumin Acetyl-CoA Nedostatek oxaloacetatu Syntéza thioforasy je indukována v mozku až po několikadenním hladověním 33 Syntéza mastných kyselin • probíhá v cytoplasmě buněk, je-li dostatek acetyl CoA zdroje acetylCoA: mastné kyseliny glykolýza odbourání proteinů • syntéza vychází z acetyl CoA ® postupné prodlužování řetězce o 2 C, je potřebný NADPH jako kofaktor • enzym: synthasa mastných kyselin (vyžaduje pantothenovou kyselinu) 34 Sumární rovnice pro kyselinu palmitovou: 8 AcetylCoA + 14 NADPH + 14 H+ + 7 ATP ® palmitová kys. + 8 CoA + 14 NADP+ + 7 ADP + 7Pi + 7H2O Pi- zkratka pro anorganický fosfát - PO43- Biosyntéza kyseliny palmitové 35 Porovnej b-oxidace Synteza MK lokalizace mitochondrie cytoplasma základní jednotka acetyl (C2) acetyl (C2) Kofaktory redox. r. NAD+, FAD NADPH stimulace glukagon insulin 36 Prodlužování řetězce MK Desaturace – (tvorba dvojných vazeb) D9,D6, D5 desaturasy - endoplasmatické retikulum jaterních buněk (monooxygenázový systém) • endoplasmatické retikulum • mitochondrie - zvrat b-oxidace 37 Syntéza nenasycených MK ikosanoidy Nasycené řada n-9 řada n-6 řada n-3 18:0 18:1 (9) 18:2 (9,12) 18:3 (9,12,15) stearová olejová linolová a-linolenová 18:2 (6,9) 18:3 (6,9,12) 18:4 (6,9,12,15) g-linolenová 20:3 (5,8,11) 20:4 (5,8,11,14) 20:5 (8,11,14,17) arachidonová eikosapentaenová esenciální 38 38 glukosa z potravy glukosa z potravy acetyl-CoA pyruvát dihydroxyacetone-P mastná kys. TG z potravy glycerol-3-P + acyl-CoA fosfatidát glycerofosfolipidy (buněčné membrány) triacylglyceroly glykolýza oxidativní dekarboxylace Syntéza MK glykolýza hydrogenace aktivace Anabolické přeměny: biosyntéza lipidů střevo® chylomikrony adipocyty ® tukové zásoby játra ® VLDL 39 Syntéza triacylglycerolů 3 Mastné kyseliny + glycerol triacylglycerol + 40 Kde probíhá syntéza triacylglycerolů? Tenké střevo játra tuková tkáň mléčná žláza Syntéza chylomikronů Ukládání TG Syntéza VLDL Kde? Význam? 41 Syntéza a osudy VLDL JÁTRA: syntéza VLDL obsahují: TG + cholesterol +CHE + apoproteiny + fosfolipidy VLDL LPL MK tkáně MK-tuková tkáň (resyntéza TG) LDL IDL Transport esterů cholesterolů do tkání Krev 42 Účinek LPL na VLDL Apo CII volné mastné kyseliny putují do tkání vychytávání játry pomocí apo-E IDL LDL částice se zmenšuje, přechází na IDL LPL 43 Metabolismus VLDL •z HDL jsou na VLDL přenášeny apo E a apo CII • v krevních kapilárách působí na VLDL lipoproteinová lipasa (srovnej metab. CM) • triacylglyceroly jsou štěpeny na MK a glycerol • VLDL se mění na IDL • IDL jsou buď vychytány játry (apo B/E) nebo přeměněny na LDL 44 • IDL i LDL mohou být obohacovány CHE z HDL (role cholesterolester transfer proteinu CETP) • IDL částice jsou vychytávány játry pomocí Apo-B/E receptoru • LDL jsou vychytávány periferními tkáněmi (1/3) a játry (2/3) receptorově zprostředkovanou endocytozou (Apo-B/E) • za fyziologických podmínek je během 24 hodin katabolizováno 30-40% vzniklých LDL Další osudy IDL a LDL 45 LDL receptor (apo B/E receptor) je regulován intracelulárním obsahem cholesterolu Nespecifické (scavengerové) receptory (SRA, SRB) membránové receptory se širokou specifitou přítomny na povrchu fagocytujících buněk, cévního endotelu a Kupferových b. v játrech nemají zpětnou regulaci vychytávají poškozené a nadbytečné LDL Receptory LDL 46 ɜÀ Příčiny: zvýšený příjem cholesterolu potravou, mutace LDL receptorů, modifikace LDL (oxidační stres, diabetes ...) • zvýšená hladina LDL v plasmě • LDL může pronikat porušenou stěnou cévní výstelky Je pohlcován makrofágy - vznikají pěnové buňky, Ty se stávají základem aterosklerotického plátu, který zužuje průchodnost cévy Vysoká hladina LDL-cholesterolu 47 Zvýšený příjem cholesterolu nebo poruchy LDL receptorů zvýšená hladina LDL v plasmě, dlouhý poločas LDL, možnost oxidace MK • Poškozené a nadbytečné LDL jsou vychytávány SRA receptory makrofágů, tvorba pěnových buněk oxidované LDL jsou silně aterogenní LDL cholesterol – zlý cholesterol 48 Cholesterol Nejvýznamnější sterol u živočichů Zdroje: 500 mg/ den - živ. tuky, žloutek, maso, játra 800 mg/ den - biosyntéza Funkce: komponenta membrán prekursor - žlučových kyselin - steroidních hormonů - vitaminu D Je přijímán potravou (transport v chylomikronech do jater a odtud ve VLDL) i syntetizován tkáněmi V krvi je transportován hlavně v lipoproteinech LDL a HDL 49 LDL - transportuje cholesterol do tkání HDL - transportuje cholesterol zpět do jater Hladina cholesterolu v plazmě: 3,8 - 5,2 mmol/l LDL jsou vychytávány játry nebo periferními tkáněmi, které mají LDL receptory Role lipoproteinů při transportu cholesterolu 50 Eliminace cholesterolu ze tkání - význam HDL JÁTRA: tvorba HDL fosfolipidy, proteiny diskovitý tvar CHOL ze tkání, esterifikace na povrchu HDL CHE Přeměna na sferické HDL Vychytávání játry V krvi se tvar mění na sferický 51 Vysoké hladiny HDL-cholesterolu • prognosticky příznivý faktor pro riziko koronárních onemocnění HDL-cholesterol = hodný cholesterol Při zjištění vyšší hladiny cholesterolu v krvi je sledováno jeho zastoupení v LDL a HDL frakci – stanovení HDL- a LDL-cholesterolu – viz praktické cvičení 52 # c (cholesterol) v plasmě … rizikový faktor aterosklerózy Stanovení podílu cholesterolu ve frakcích LDL a HDL • provádí se, je-li hladina cholesterolu zvýšená •LDL-cholesterol je mírou aterogenní hypercholesterolemie • vysoký podíl z celkového cholesterolu vázaný v HDL se pokládá za známku dobré schopnosti vyloučit nežádoucí nadbytek cholesterolu 53 Bilance cholesterolu za 24 h POTRAVA BIOSYNTÉZA 80-500 mg 800 – 1000 mg Steroidní hormony, maz, střevní epitel 200 mg Žlučové kyseliny (primární) 500 mg Cholesterol (žluč) 800 mg Pool cholesterolu 1000-1500 mg/den je vylučováno 54 Žlučové kyseliny deoxycholová kys. cholová kys. Vznik: v játrech z cholesterolu, vylučovány do žluče enterohepatální oběh Význam: emulgace lipidů v trávicím traktu Vylučování: stolicí 500 mg/den 55 Přeměna cholesterolu na žlučové kyseliny 7-α-hydroxylasa NADPH cytP450 probíhá v ER (monooxygenasová reakce) JÁTRA 7 O2 NADP+, H2O 7-hydroxycholesterol 56 Další hydroxylace (pozice 12 a), redukce, štěpení postr. řetězce Primární ŽK chenodeoxycholát cholát JÁTRA 24 C pKA» 6 pKA» 6 12 57 Konjugace s glycinem a taurinem JÁTRA ŽLUČ TENKÉ STŘEVO dekonjugace a částečná redukce (odstranění OH na C-7) chenodeoxycholát cholát lithocholát deoxycholát stolice enterohepatální oběh bakterie 58 Konjugované žlučové kyseliny taurocholová glykocholová Konjugace snižuje hodnoty pKA, zvyšuje detergenční účinnost pKA» 2 pKA» 4 H O O H C O N H O H O H SO3- 59 lithocholát deoxycholát Sekundární žlučové kyseliny – nemají OH na C-7 Méně rozpustná, více vylučována stolicí 60 Enterohepatální oběh žlučových kyselin Syntéza 0,2-0,6 g/den a recyklace >95% Stolice 0,2-0,6 g/den Trávení lipidů Reabsorpce 12-32 g/den >95% účinnost i sekundární žlučové kyseliny 61 Hormonální regulace Insulin - syntézy MK syntézu a ukládání TG Glukagon, adrenalin aktivity hormon senzitivní lipázy tzn. lipolýzy v tukové tkáni