Biochemie-8-2-lipidy 1
Mohou se v organismu tvořit
nové triacylglyceroly?
Biochemie-8-2-lipidy 2
V organismu probíhá
• Syntéza MK (kromě esenciálních)
• Syntéza TAG
Biochemie-8-2-lipidy 3
Syntéza mastných kyselin z acetyl-CoA
Kde probíhá:
hlavně játra, limitovaně adipocyty, laktující mléčná žláza
(ne v b.střevní sliznice)
Kdy probíhá ?
je-li dostatek acetylCoA,
který není třeba
metabolizovat na energii
po jídle, je-li dostatek glukosy,
která je odbourávána na
acetylCoA
?
Biochemie-8-2-lipidy 4
1. Transport acetyl-CoA z matrix do cytoplazmy
2. Tvorba malonyl-CoA
3. Série reakcí na komplexu synthasy mastných kyselin
Syntéza mastných kyselin z acetyl-CoA
(cytoplazma buněk)
Buněčná lokalizace: cytoplazma
To, že syntéza MK probíhá v cytoplazmě může činit drobné potíže. Většina Ac-CoA v
těle vzniká v mitochondriích (oxidační dekarboxylace pyruvátu vzniklého ze škrobu,
glukosy, AK…).
Je tedy potřeba zajistit transport Ac-CoA z mitochondrií do cytoplazmy.
(+ tvorba NADPH+H+)
Biochemie-8-2-lipidy 5
Transport acetyl-CoA z matrix do cytoplazmy
v matrix vzniká acetyl-CoA oxidační dekarboxylací
pyruvátu (z glukosy, z aminokyselin)
kdy nastává?
• acetyl-CoA neprochází volně mitochondriální membránou
• transport ve formě citrátu
není-li citrát potřebný v citrátovém cyklu
Biochemie-8-2-lipidy 6
Kdy není citrát potřebný pro CC?
Je-li dostatek ATP
Syntéza mastných kyselin probíhá, má-li
buňka dostatek energie a dostatek acetylCoA
V citrátovém cyklu není citrát potřebný v případě, že má buňka dostatek energie
(glukosy) a může si tak vytvářet zásoby na horší časy. V takovém stavu se buňka
nachází především po jídle.
Biochemie-8-2-lipidy 7
Transport citrátu do cytoplazmy
Pro popis této části syntézy MK využijeme schéma na následující stránce, které zachycuje
vzájemné přeměny reagujících látek.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus lipidů s. 17
Biochemie-8-2-lipidy 8
Transport citrátu do cytoplazmy
CYTOPLAZMA MATRIX
oxalacetát + acetyl-CoA
ADP + Pi
ATP
oxalacetát acetyl-CoA
CoA
citrátcitrát
pyruvát, AK
Probíhá, je-li vysoká koncentrace ATP inhibice
isocitrátdehydrogenasy
CoA
isocitrát
Biochemie-8-2-lipidy 9
Tvorba malonyl-CoA
Acetyl-CoA nemá dostatečnou energii,
aby vstoupil do syntetických reakcí
Je potřebný biotin
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus lipidů s. 17
Biochemie-8-2lipidy 10
Syntéza malonyl-CoA
http://jb.asm.org/content/194
/1/72/F1.large.jpg
Biochemie-8-2-lipidy 11
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus lipidů s. 17, 18
Biochemie-8-2-lipidy 12
Synthasa MK
• multienzymový komplex se sedmi enzymovými aktivitami
• obsahuje ACP (acyl carrier protein), na nějž se váže
fosfopantethein
• u savců dimerní forma tvořená dvěma identickými
komplexy
• paralelně jsou tvořeny dvě molekuly mastných kyselin
• na syntéze každé mastné kyseliny se podílí obě formy
Biochemie-8-2-lipidy 13
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus lipidů s. 18
Biochemie-8-2-lipidy 1414
enoylreduktasa hydratasa
oxoacylreduktasa
ACP
thioesterasa
3-oxoacylsynthasa
acetyltransacylasa
malonyltransacylasa
oxoacylsynthasa
acetyltransacylasa
malonyltransacylasa
thioesterasa
ACP
oxoacylreduktasa
hydratasa
enoylreduktasa
ACP
ACP
funkční
rozdělení
podjednotek
Pan
Pan
Biochemie-8-2-lipidy 15
kys. pantothenová
Fosfopantethein je polovina struktury CoA
-alanin cysteaminkys. pantoováACP
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/co
mmons/thumb/d/d8/Phosphopantetheine.
svg/799px-Phosphopantetheine.svg.png
Biochemie-8-2-lipidy 16
NOVÁK, Jan.
Biochemie I. Brno:
Muni, 2009,
Metabolismus lipidů
s. 19
Biochemie-8-2-lipidy 17
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus lipidů s. 19
Biochemie-8-2-lipidy 18
Reakce syntézy MK obecně
• acyl (v prvním kroku acetyl)
navázán na -SH enzymu
• malonyl navázán na Pan-SH
CO-CH2-CH2-CH3
1 2 3
S
Pan-S-CO-CH2-COOH
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus lipidů s.
19
Biochemie-8-2-lipidy 19
Acyl ( v prvním
kroku acetyl) se je
přenášen na
malonylCoA,vzniká
oxoacyl,
uvolní se
CO2
CO-CH2-CH2-CH3CO-CH2
CO2
-oxoacyl
CO-CH2-CH2-CH3
1 2 3
1 2 3
-CO-CH2-COOHPan-S
Pan-S
Cys-S
NOVÁK, Jan. Biochemie I.
Brno: Muni, 2009,
Metabolismus lipidů s. 19
Biochemie-8-2-lipidy 20
+ 2 H
-hydroxyacyl
hydrogenace (NADPH)
CO-CH2-CH2-CH3CO-CH2
CO-CH2 CH-CH2-CH2-CH3
OH
Další reakce se
odehrávají ve vazbě na
fosfopantetein
Pan-S
Pan-S
NOVÁK, Jan. Biochemie I.
Brno: Muni, 2009,
Metabolismus lipidů s. 20
Biochemie-8-2-lipidy 2121
- H2O dehydratace
,-nenasycený acyl
CO-CH2 CH-CH2-CH2-CH3
OH
CO-CH CH-CH2-CH2-CH3
Pan-S
Pan-S
NOVÁK, Jan.
Biochemie I. Brno:
Muni, 2009,
Metabolismus lipidů s.
20
Biochemie-8-2-lipidy 22
nasycený acyl delší o 2C
další reakce s malonyl-CoA
CO-CH2 CH2-CH2-CH2-CH3Pan-S
+ 2H hydrogenace (NADPH)
CO-CH CH-CH2-CH2-CH3Pan-S
NOVÁK, Jan. Biochemie
I. Brno: Muni, 2009,
Metabolismus lipidů s. 20
Biochemie-8-2-lipidy 2323
Reakce probíhající na komplexu synthasy MK
souhrně
acetyltransacylasa
malonyltransacylasa
1CH3C-SCoA
O
1
CysSH CysS -C-CH3
O
+ + CoASH
PanSH +
-OOC-CH2C-SCoA
Pan-S-C-CH2COO-
O
O
2
2
+ CoASH
Biochemie-8-2-lipidy 24
CO2
3-oxoacylsynthasa
3-oxoacylreduktasa
hydratasa
•1
•2
•3
Pan-S-C-CH2COO- + Cys
O
12
Pan-S-C-CH2-C-CH3
OO
2S-C-CH3
O
OOO
Pan-S-C-CH2-
C-CH3
Pan-S-C-CH2-
CH-CH3
OH
+ NADPH+H+ NADP+
2 2
O
Pan-S-C-CH2-CH-CH3
OH
Pan-S-C-CH=CH-CH3
O
+ H2O
22
Biochemie-8-2-lipidy 25
enoylreduktasa
malonyltransacylasa
•4
+ NADPH+H+
NADP+Pan-S-C-CH=CH-CH3
O
Pan-S-C-CH2CH2-CH3
O
22
CysSH CysS-C-CH2CH2CH3
O
Pan-S-C-CH2CH2-CH3
O
+ + PanSH
11 2 2
Biochemie-8-2-lipidy 26
+
1
O
CysS-C-CH2CH2CH3
2
O
Pan-S-C-CH2COO- Pan-S-C-CH2-C-CH2-CH2-CH3
O O
CO2
PanSH + -OOC-CH2C-SCoA Pan-S-C-CH2COOO
O
2
2
+ CoASH
Biochemie-8-2-lipidy 27
Pan-S-palmitoyl Palmitát
Pan-SH
Po průchodu přes kroky 1-4 sedmkrát …
Biochemie-8-2-lipidy 28
Bilance syntézy palmitátu (16 C)
CH3CO-S-CoA + 7 HOOC-CH2CO-S-CoA + 14 NADPH + 14 H+
CH3 -(CH2)14 -COOH + 7 CO2 + 6 H2O + 8 CoASH + 14 NADP+
7 CH3CO-S-CoA + 7 ATP + 7 CO2
Biochemie-8-2-lipidy 29
Produktem synthasy MK je u savců
16:0 (palmitát) (hlavní)
18:0 (stearát) (minoritní)
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus lipidů s. 22
Biochemie-8-2-lipidy 30
acetyl-CoA-karboxylasa (tvorba malonyl-CoA)
Aktivace
acetyl-CoA
inzulin
Inhibice
acyl-CoA
glukagon
adrenalin
Regulace syntézy MK
zbytečné je syntetizovat“; navíc dlouhé acyl-CoA jsou produktem syntézy MK (jedná se tedy o inhibici
produktem).
Hormonální regulaci zajišťují inzulin (zvyšuje syntézu MK, „v buňce je dost glukosy, tedy dost energie,
můžeme vytvářet zásoby“) a glukagon (snižuje syntézu MK, „buňka má málo glukosy, nemůžeme syntetizovat
MK, je potřeba provádět jejich β-oxidaci“).
NOVÁK, Jan. Biochemie I.
Brno: Muni, 2009,
Metabolismus lipidů
Biochemie-8-2-lipidy 31
Pro syntézu MK je potřebný NADPH
Zdroje NADPH
Pentosový cyklus
jablečný enzym
malát  pyruvát + CO2
NADP+ NADPH
Biochemie-8-2-lipidy 32
Shrnutí: syntéza a odbourání mastných kyselin
probíhají dvěma separátními dráhami
I – insulin, G - glukagon
-oxidace syntéza
Lokalizace mitochondrie cytoplasma
Přenašeč acylu CoA ACP
Zákl. jednotka C2 C2
Redox kofaktory NAD+, FAD NADPH
Enzymy oddělené komplex
Horm.regul. poměr I/G nízký poměrI/G vysoký
Biochemie-8-2-lipidy 33
Elongace a desaturace MK
• Na komplexu synthasy MK je možné syntetizovat mastné kyseliny o maximální
délce 18C, přičemž všechny tyto MK jsou nasycené.
• Naše tělo však pro různé pochody potřebuje MK delší než 18C a MK nenasycené.
• Přijímat všechny potravou by bylo velice nevýhodné, proto se v našem těle nachází i
enzymy sloužící k prodlužování (elongaci) a tvorbě dvojných vazeb (desaturaci)
MK.
Biochemie-8-2-lipidy 34
Elongace MK
endoplazmatické retikulum – malonyl-CoA, NADPH
mitochondrie - zvrat -oxidace
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus lipidů s. 22
Biochemie-8-2-lipidy 35
• Desaturace mastných kyselin je proces, který vede k vytvoření
dvojných vazeb. Člověk (a ostatní živočichové) jsou vybaveni
pouze omezeným množstvím enzymů (desaturas), které tyto
reakce katalyzují, konkrétně se jedná o Δ9, Δ6 a Δ5-desaturasy.
• Proces desaturace začíná vytvořením dvojné vazby mezi 9. a
10. uhlíkem. Mohli bychom očekávat, že se k desaturaci (tedy
dehydrogenaci) použije kofaktor FAD a dvojná vazba vznikne
přímo, ale není tomu tak, desaturace je poněkud složitější.
Desaturace
9, 6, 5 desaturasy, rostliny též 12, 15 desaturasy
komplexy membránově vázaných bílkovin na endoplazmatickém
retikulu jaterních buněk (monooxygenasový systém)
Biochemie-8-2-lipidy 3636
Mechanismus desaturace mastných kyselin
O O
1
9
10
S
CoA
O
S
CoA
OH
H
O
H
NADH + H+
H
H2O NAD
+
+ +
S CoA
O
HH
H2O+
Nejprve dochází k hydroxylaci.
Hydroxylace se účastní dikyslík, avšak
jen jeden jeho atom dává vznik –OH
skupině na 10. uhlíku. Druhý atom
kyslíku musí být zredukován na vodu, k
čemuž slouží NADH+H+.
Následuje
dehydratace, při
které vzniká
dvojná vazba.
Vzniklá
nenasycená MK
má konfiguraci
cis.
Biochemie-8-2-lipidy 37
FAD
FADH2 Fe 2+
Fe 3+NADH+H+
NAD+
Fe 2+
Fe 3+
CH2-CH2-
O2
2H2O
Cyt b5
1. hydroxylace: RCH2CH2R + O2 + AH2  RCH(OH)CH2R + H2O + A
2. dehydratace: RCH(OH)CH2R  RCH=CHR + H2O
-CH=CHMechanismus
desaturace mastných kyselin
Mastné kyseliny se zúčastní všech reakcí ve formě acyl-CoA
Dvojné vazby tedy vznikají hydroxylací a dehydratací. Hydroxylace se (jak již bylo
řečeno) účastní dikyslík. Jeho redukce je opět poněkud komplikovanější, než je znázorněno
ve schématu. Elektrony potřebné k redukci jsou přeneseny z NADH+H+ na FADH2 a odtud
na atomy železa.
Biochemie-8-2-lipidy 38
Desaturace mastných kyselin
• Prvním krokem při desaturaci je vytvoření dvojné vazby na devátém uhlíku
kys. stearové nebo palmitové. Většina organismů má 9 desaturasu.
• Živočichové tvoří další dvojné vazby jen v oblasti mezi již vytvořenou
dvojnou vazbou a karboxylovým koncem (6, 5 desaturasy)
• Rostliny mají i 12 a 15 desaturasu, (v rostlinných olejích nalezneme n-6 a
v menším množství i n-3 nenasycené MK)
• 15 desaturasa se nachází zejména u rostlin vegetujících ve studené vodě
(řasy, plankton)
• Vysoký obsah n-3 nenasycených MK je v tuku z rybího masa (ryby se živí
planktonem, který má schopnost syntetizovat n-3 MK ve větší míře)
Biochemie-8-2-lipidy 39
Desaturace mastných kyselin
18 : 0 18 : 1 (9) 18 : 2 (9,12) 18 : 3 (9,12,15)
Řada n-3Řada n-9 Řada n-6
všechny
organismy
rostliny
rostliny, zejména
plankton
k. linolová k. linolenová
Živočichové mohou z těchto syntetizovat další MK kombinací
elongace a desaturace. Mají však k dispozici jen 6 a 5 desaturasy
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus lipidů s. 24
Biochemie-8-2-lipidy 40
18 : 0 18 : 1 (9) 18 : 2 (9,12) 18 : 3 (9,12,15)
Řada n-3Řada n-9 Řada n-6
20:1
22:1
24:1
18:2 (6,9)
20:2
20:3
22:3
22:4
18:3 (6,9,12) 18:4 (6,9,12,15)
20:3 (8,11,14)
20:4(5,8,11,14)
22:4 (7,10,13, 16)
22:5 (4,7,10,13,16)
20:4 (8,11,14,17)
20:5(5,8,11,14,17)
22:5 (7,10,13, 16,19)
rostliny plankton
6 desaturasa
elongasa
5 desaturasa
elongasa
6 desaturasa
elongasa
5 desaturasa
elongasa
Biochemie-8-2-lipidy 41
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, Metabolismus lipidů s. 24
Biochemie-8-2-lipidy 42
Polynenasycené MK n-3 a n-6 jsou nezbytné pro výstavbu
membrán.
Arachidonová a eikosapentaenová kyselina jsou nezbytné
pro syntézu prostanoidů.
Kyselina linolová a linolenová jsou pro člověka esenciální.
Jejich přísun potravou je nutný.
Zdrojem jsou rostlinné oleje a rybí tuk.
Deficit polynenasycených MK n-3 a n-6 u pokusných
zvířat vyvolává poruchy permeability kůže, ztráty na váze,
akumulace cholesterolu
Biochemie-8-2-lipidy 43
Triacylglyceroly jako zásoba energie
Triacylaglyceroly jsou nejefektivnější formou ukládání energie
Jsou ukládány bez vazby vody, zatímco gram glykogenu váže 2
gramy vody
15 kg tuku je ekvivalentní 100 kg hydratovaného glykogenu
sloučenina Spalné teplo (kJ/g)
Glykogen
TG
17
38
Biochemie-8-2-lipidy 44
Syntéza triacylglycerolů
glycerol-3P lysofosfatidát
P
CO
CH2O
CH2OCOR
HSCoA
A P ATP
CHOH
CH2OH
PCH2O
CHOH
CH2OH
CH2OH
RCOSCoA HSCoA
glycerol
RCOSCoA
1. Syntéza
lysofosfatidátu
NAD
+
P
CH2OH
CO
CH2O
CH2O P
CH2OCOR
CHOH
ER - játra, tukové buňky,
buňky střevní sliznice
NADH + H+ NADPH + H+
NADP
*
Neprobíhá v
adipocytech
dihydroxyacetonfosfát
Biochemie-8-2-lipidy 45
RCOSCoA
CH2O P
CH2OCOR
CHOH
HSCoA
P
CH2OCOR
CHOCOR
CH2O
2. Syntéza fosfatidátu
lysofosfatidát fosfatidát
obvykle nenasycená
esterifikce na 2 uhlíku
obvykle nenasycená
Biochemie-8-2-lipidy 4646
P
CH2OCOR
CHOCOR
CH2O
Pi
R
RCOSCoA HSCoA
CH2OCOR
CHOCOR
CH2OCOR
PC (fosfatidylcholin),
PE (fosfatidylethanolamin),
PS (fafatidylserin)
PI
(fosfatidylinositol),
kardiolipin
triacylglycerol
3. Syntéza triacylglycerolů
Tenké střevo  CM
Játra  VLDL
Tuková tkáň  ukládání
Nejefektivnější,
Gucagon váže vodu
hydrolasa
CH2OCO
CHOCOR
CH2OH
ER
fosfatidát
Biochemie-8-2-lipidy 47
Metabolismus fosfolipidů a
glykolipidů
Mezi hlavní fosfolipidy řadíme:
• fosfatidylcholin – PC
• fosfatidylethanolamin – PE
• fosfatidylserin – PS
• fosfatidylinositol – PI
• kardiolipin – CL
Biochemie-8-2-lipidy 48
Biosyntéza glycerofosfolipidů
• probíhá ve všech buňkách s výjimkou
erytrocytů
•Součástí buněčných membrán
• některé počáteční reakce jsou stejné jako při
syntéze triacylglycerolů
Biochemie-8-2-lipidy 49
Lokalizace syntézy fosfolipidů v buňce
Syntéza fosfolipidů probíhá na membránách hladkého i
hrubého ER
Enzymy katalyzující syntézu jsou integrální membránové
proteiny s aktivními centry orientovanými do cytoplazmy
Nově syntetizované fosfolipidy jsou vestavěny do vnější vrstvy
membrán
Pomocí flipas jsou přenášeny do vrstvy vnitřní
Membrána ER
cytoplazma
flipasa
Biochemie-8-2-lipidy 50
•Do ostatních membrán jsou PL přenášeny buď difuzí
kontinuálními membránami nebo membránovými vesikly
• V cytoplazmě jsou PL přenášeny pomocí fosfolipidtransfer
proteinů
•Syntéza fosfolipidů vychází buď z fosfatidátu nebo 1,2-
diacylglycerolu
Biochemie-8-2-lipidy 51
Syntéza triacylglycerolů a glycerofosfolipidů návaznosti
na společné reakce
Pi
PI, kardiolipin
P
CH2OCOR
CHOCOR
CH2O
R
RCOSCoA HSCoA
CH2OCOR
CHOCOR
CH2OCOR
PC,PE,PS
triacylglycerol
hydrolasa
CH2OCO
CHOCOR
CH2OH
diacylglycerolfosfatidát
Biochemie-8-2-lipidy 5252
Glycerofosfolipidy
Fosfatidylcholin – PC
Fosfatidylethanolamin – PE
Fosfatidylserin – PS
Fosfatidylinositol – PI
Kardiolipin - CL http://medcell.med.yale.edu/lect
ures/images/phospholipid.jpg
Biochemie-8-2-lipidy 53
1) Cholin + ATP  Cholin-P + ADP
Aktivace cholinu probíhá ve dvou krocích
CH2
N
CH3
CH3
+
CH3
P
O
O
O CH2
O-
cholinfosfát
Cholin musí být před syntézou aktivován
A) Syntéza fosfatidylcholinu
Biochemie-8-2-lipidy 54
2) cholin-P + CTP  CDP-cholin + PPi
PO
O(CH3)3N-CH2-CH2-O
P
O-
N
NO
NH2
CH2
OH OH
O
O
OO
+ CDP-cholin
Srovnejte s aktivací glukosy při
syntéze glykogenu
Biochemie-8-2-lipidy 55
3) Syntéza fosfatidylcholinu z aktivovaného
cholinu a 1,2-diacylglycerolu
CDP-cholin + 1,2-DG  fosfatidylcholin + CMP
CH2-O-CO-R
CH-O-CO-R
O
O-
CH2-O-P-O-CH2-CH2-N(CH3)3
+
Kromě toho, že si fosfatidylcholin
syntetizujeme, přijímáme ho i v potravě a
jeho velkou část ukládáme ve střevech
Povšimněme si, že k aktivaci cholinu
slouží CTP, v metabolismu sacharidů
slouží k aktivaci glukosy UDP.
.
Biochemie-8-2-lipidy 56
Funkce
A) Fosfatidylcholin (plicní
surfaktant)
• Plicní surfaktant obecně je směs fosfolipidů (90%) a proteinů (10%),
přičemž hlavním fosfolipidem je dipalmitoylfosfatidylcholin.
• Úkolem plicního surfaktantu je snižování povrchového napětí na
povrchu alveolů. Tím usnadňuje jejich otevření během aspirace (vdechu) a
zabrání „slepení“ jejich stěn (kolapsu alveolů) při exspiraci (výdechu).
Nedostává-li se člověku plicního surfaktantu, pociťuje dechovou tíseň
Biochemie-8-2-lipidy 57
Plicní surfaktant
hlavní složkou je dipalmitoylfosfatidylcholin
snižuje povrchové napětí na povrchu alveolů, usnadňuje
otevření alveolů během aspirace
nedostatek surfaktantu - dechová tíseň
Stěny alveolů jsou pokryty
molekulami vody, při výdechu se
stěny k sobě přiblíží a váží se
přitažlivými silami, ty pak mohou
bránit opětovné expanzi
Plicní surfaktant tyto přitažlivé síly
eliminuje
Biochemie-8-2-lipidy 58
Aktivace ethanolaminu
ethanolamin + ATP  ethanolamin-P + ADP
ethanolamin-P + CTP  CDP-ethanolamin + PPi
B) Syntéza fosfatidylethanolaminu
Syntéza
CDP-ethanolamin + 1,2-DG 
fosfatidylethanolamin + CMP
Biochemie-8-2-lipidy 59
N-methylace pomocí S-adenosylmethioninu
 fosfatidylcholin (probíhá v játrech)
E) Přeměna fosfatidylethanolaminu na
fosfatidylcholin
- alternativní cesta syntézy fosfatidylcholinu
CH2O-CO-R
R-CO-OCH
CH2O-P-O-CH2 -CH2-NH2
O
O-
Biochemie-8-2-lipidy 60
Cholin v dietě
• nebyla dosud definována porucha související s jeho
nedostatkem
• nedostatek cholinu u krys vyvolával poruchy struktury
membrán ER a ztučnělá játra
• cholin je někdy zařazován mezi vitamíny skupiny B
• v USA je doporučená denní dávka cholinu 500 mg
Potraviny s vysokým obsahem cholinu:
játra, maso, ořechy, vejce
Biochemie-8-2-lipidy 61
fosfatidylethanolamin + serin  fosfatidylserin + ethanolamin
C) Biosyntéza fosfatidylserinu probíhá jinak:
dekarboxylací může vznikat
fosfatidylethanolamin
CH2O-CO-R
R-CO-OCH
CH2OPOCH2CHNH2
O COO
OH
-
Biochemie-8-2-lipidy 62
D) Biosyntéza fosfatidylinositolu
1) Aktivace fosfatidové kyseliny
fosfatidová kyselina + CTP  CDP-diacylglycerol + PPi
P
O
N
NO
NH2
CH2
OH OH
O
O
O-O-
CH2-O-CO-R
CH-O-CO-R
CH2-O
O
P O
CDP-diacylglycerol
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus lipidů s. 29
Biochemie-8-2-lipidy 63
CH2O-CO-R
R-CO-OCH
OH
O
CH2OPO
OH
OH
OH
OH
OH
2) syntéza
CDP-diacylglycerol + inositol  fosfatidylinositol
Biochemie-8-2-lipidy 64
Tvorba fosfatidylinositolfosfátů
PI + ATP PIP + ADP
PIP + ATP PIP2 + ADP
PIP2 + ATP PIP3 + ADP
CH2O-CO-R
R-CO-OCH
OH
O
CH2OPO
OH
OH
OH
OH
OH
4
5
3
Biochemie-8-2-lipidy 65
CH2O-CO-R
R-CO-OCH
OH
O
CH2OPO
OH
OH
OH
OH
OH
CH2O-CO-R
R-CO-OCH
OH
O
CH2OPO OH
OH
OH
OP
OP
PIP
PIP2
PI
ATP
ADP
ATP
ADP
Tvorba fosfatidylinositolfosfátů
CH2O-CO-R
R-CO-OCH
OH
O
CH2OPO
OH
OH
OH
OH OP
PIP3
Biochemie-8-2-lipidy 66
• navázání některých
mediátorů na receptor v
cytoplazmatické
membráně aktivuje
fosfolipasu C
• ta katalyzuje štěpení
PIP (PIP2 nebo PIP3) na
DG a IP2 (IP3 nebo IP4)
• tyto produkty působí
jako druzí poslové v
buňce
CH2O-CO-R
R-CO-OCH
OH
O
CH2OPO OH
OH
OH
OP
OP
Role „PIPů“ při přenosu signálu přes cytoplazmatickou
membránu
Biochemie-8-2-lipidy 67
Druhý posel
• látka, která vzniká v buňce jako důsledek
navázání hormonu nebo neurotransmiteru na
membránový receptor
• z prostředkuje účinek hormonu nebo mediátoru
v buňce
• přenáší informaci v buňce na další intracelulární
systémy
Biochemie-8-2-lipidy 68
Kromě funkce druhé posla plní PI funkci fosfatidylinositolové kotvy
• Na fosfatidylinositol ukotvený v membráně se naváže polysacharidový řetězec. Na
tento řetězec mohou být následně navázány proteiny, které potřebují komunikovat s
okolím (např. alkalická fosfatáza, acetylcholinesteráza, antigeny…). Tím, že jsou
napojeny na „PI kotvě“ vyčnívají nad povrch membrány a mohou tak plnit svou
funkci (jsou dostupnější pro další enzymy, hormony…).
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus lipidů s. 32
Biochemie-8-2-lipidy 69
Fosfatidylinositolová kotva
glykosylfosfatidylinositolová
struktura na povrchu buněk
na fosfatidylinositol v
membráně je připojen
polysacharidový řetězec
- váže proteiny (alkalická
fosfatasa, acetylcholinesterasa,
antigeny...)
Biochemie-8-2-lipidy 70
Biosyntéza kardiolipinu
CDP-diacylglycerol + glycerol-3-P
fosfatidylglycerol-3-P
Pi
fosfatidylglycerol
CDP-diacylglycerol
kardiolipin + CMP
Biochemie-8-2-lipidy 71
O-
CH2-O-CO-R
CH-O-CO-R
CH2-O
O
P O CH2 CH
OH
CH2OH
fosfatidylglycerol
O-
CH2-O-CO-R
CH-O-CO-R
CH2-O
O
P O CH2 CH CH2
OH O-
O
O
P
CH2-O-CO-R
CH-O-CO-R
CH2O
kardiolipin
CDP-DAG
CMP
Biosyntéza kardiolipinu (podrobněji)
Biochemie-8-2-lipidy 72
Kde se nachází nejvíce kardiolipinu ?
vnitřní mitochondriální membrána
Biochemie-8-2-lipidy 73
Výměna acylů na C-2 ve fosfolipidech:
diacylglyceroly: na C-2 kys. olejová
fosfolipidy: na C-2 polynenasycená kys.
(často arachidonová)
Výměna probíhá prostřednictvím transacylačních reakcí
Biochemie-8-2-lipidy 74
Význam glycerofosfolipidů
• strukturní složka membrán
• součást všech lipoproteinů
• speciální funkce
zdroj polynenasycených MK pro syntézy a výměny
„kotvení proteinů v membráně“
Biochemie-8-2-lipidy 75
Modifikované fosfolipidy
• Plazmalogeny
• Krevní destičky aktivující faktor (PAF)
Jsou glycerolfosfoetherové lipidy
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus lipidů s. 32
Biochemie-8-2-lipidy 76
Plasmalogeny
nervová a svalová tkáň (myokard - 50% z fosfolipidů)
mitochondriální lipidy
cholin (srdce)
ethanolamin (myelin)
serin
CH2-O
C
CH2-O P
OH
O
O X
HOC
O
R
CH=CH-R
Alkenyl
acyl
Výměna acylu za
alkyl (z
alkoholu) a
desaturace
Biochemie-8-2-lipidy 77
PAF (platelet activating factor)
Hlavní mediátor hypersenzitivní
reakce, anafylaktického šoku,
akutního zánětu
Je produkován v leukocytech
alkyl
acetyl
agreguje krevní destičky,
působí vasodilataci a má řadu
dalších fyziologických účinků
CH3
CH2-O
C
CH2-O P
OH
O
O
HOC
O
cholin
CH2-R
Výměna
acylu za alkyl
Výměna acylu
za acetyl
Zvýšení rozpustnosti
Biochemie-8-2-lipidy 7878
Štěpení fosfolipidů - fosfolipázy
Fosfolipasy jsou
využívány i při
remodelaci fosfolipidůA1
A2
několik typů
D (u rostlin)
C
PI-systém
CH2 O C
O
CH
CH2
O C
OOP
O
O
O...........
A1
štěpí acyl na prvním uhlíku
A2 štěpí acyl na druhém uhlíku, je využívána např. při remodelaci fosfolipidů (např.
náhrada kyseliny olejové za PUFA) a při odštěpování PUFA, které se následně zapojí do
metabolismu ikosanoidů
C štěpí vazbu mezi fosfátem a glycerolem na třetím uhlíku; tato fosfolipáza je
využívána fosfatidylinositolovým systémem (při vzniku „IPů“ z „PIPů“)
D štěpí fosfoesterovou vazbu mezi fosfátem a další strukturou připojenou na fosfát
(např. ethanolaminem, cholinem…); touto fosfolipázou jsou vybaveny pouze rostliny
Biochemie-8-2-lipidy 79
Sfingofosfolipidy
– obecná struktura vazba fosfátu
vazba cholinu
1
2
3
4
HO
NH2
OH
Vazba mastné kyseliny
sfingosin Sphinx of Thebes – sfinga z Théby
Význam: mezibuněčná
komunikace, antigenní
determinanty
Biochemie-8-2-lipidy 80
sfingosin
mastná kyselina
amid
NH
O
O
P
O
O
O CH2CH2 N
CH3
CH3
CH3
OH
fosfát
cholin
ester
ester
Sfingomyelin
Biochemie-8-2-lipidy 81
Biosyntéza sfingolipidů
• Biosyntéza sfingosinu (sfingeninu) - sumárně
16 C 1C3 C 18 C
oxosfinganinpalmitát serin CO2
++
oxosfinganin sfinganin
NADPH+H+
NADP FAD FADH2
sfingosin
Biochemie-8-2-lipidy 82
CH3 (CH2 )14 COS-CoA + CHCH2 OH
COON
H3
+
CH3 (CH2 )1 4 COCHCH2 OH
N H3
+
2CO + CoA-SH
oxosfinganin
Biosyntéza sfingosinu (sfingeninu)
1.
Biochemie-8-2-lipidy 83
CH3 (CH2)12 CH2 CH2
+
C CH CH2 OH
O
NH3
CH3 (CH2)12 CH2 CH2
+
CH CH CH2 OH
OH
NH3
CH3 (CH2)12 CH CH CH CH CH2 OH
OH
NH3
+
NADPH + H+
NADP
FAD
FADH2
oxosfinganin
sfinganin
sfingosin
2.
3.
4.
Biochemie-8-2-lipidy 84
1. Připojení aktivované MK amidovou vazbou
= ceramid
18
1
2
3
4
HO
NH2
OH
2. Reakce s CDP-cholinem:
na CH2OH se připojí fosfocholin
= sfingomyelin
Biosyntéza sfingomyelinu
Biochemie-8-2-lipidy 85
N
O
OH
H
O O
OH
OH
OH
HO
ceramid
galaktosa
O-glykosidová vazba
Glykosfingolipidy
- oligosacharidová složka připojena O-glykosidovou vazbou k
ceramidu (přes CH2OH sfingosinu)
Galaktosyl ceramid
Cerebrosidy: glykosidovou vazbou se připojují další molekuly
monosacharidů
Biochemie-8-2-lipidy 86
N
O
OHO
H
O
OH
HO
O
CH2OH
O
OH
O
OH
CH2OH
O
COO
HN
COCH3
OH
HOCH2 CH
OH
CH
OH
Struktura gangliosidu
Na oligosacharid je navázána sialová kyselina
Výskyt: hlavně membrány
gangliových buněk
Biochemie-8-2-lipidy 87
Syntéza cerebrosidů:
ceramid + UDP-gal  ceramid -gal + UDP
……… + vazba dalších UDP-monosacharidů
Syntéza sulfatidů:
sulfatace cerebrosidů pomocí PAPS
Syntéza gangliosidů:
ceramid + UDP -hexosy + CMP-NeuAc
Biochemie-8-2-lipidy 88
Odbourání sfingoglykolipidů a sfingosinu
• Probíhá v lyzosomech
• Enzymově katalyzované hydrolytické reakce (enzymy
galaktosidasa, hexosaminidasa, gangliosidneuraminidasa,
glukocerebrosidasa ad.)
•Každý z enzymů je specifickýpro monosacharid, který
odstraňuje a typ glykosidové vazby, kterou štěpí.
• Nedostatek některého z těchto enzymů vede k akumulaci
substrátů v lysosomech – choroby se nazývají sfigolipidózy
• Sfingomyelin štěpen sfigomyelinasou na ceramid a
mastnou kyselinu
Biochemie-8-2-lipidy 89
Sfingolipidózy
Akumulace lipidů ve tkáních v důsledku vrozené deficience degradačních
enzymů
Ovlivněn především CNS
Příklady:
Tay-Sachsova choroba: deficience hexoaminidasy A, akumulace
gangliosidu GM2, mentální retaedace, slepota, hepatosplenomegalie, dítě
umírá do 3 let života
Gaucherova choroba: snížení aktivity -glukosidasy na 10-20%, nástup
v dospělém věku, trombocytopenie, splenomegalie. Psychomotorické
poruchy, rigidita a v polovině případů se rozvíjí epilepsie.
Biochemie-8-2-lipidy 90
Peroxidace lipidů
• Peroxidace lipidů je proces, při kterém jsou polynenasycené MK13 lipidů poškozovány
působením volných radikálů a kyslíku za vzniku hydroperoxidů, ze kterých vznikají další
škodlivé produkty.
• Peroxidace lipidů může probíhat jako enzymová (při níž vznikají důležité látky, jako jsou
leukotrieny, prostaglandiny apod., o kterých bude pojednáno v kapitole 8.2) či jako neenzymová.
V této kapitolce se zaměříme právě na nekontrolovatelnou neenzymovou peroxidaci (obecně
lze říci, že když se mluví o peroxidaci, je myšlena právě ta neenzymová).
• Peroxidace lipidů probíhá podobně jako radikálová substituce alkanů – můžeme rozlišit tři fáze
nazývané iniciace, propagace a terminace.
• Při iniciaci je molekula mastné kyseliny napadena radikálem, nejčastěji radikálem
hydroxylovým. Radikál napadá nejcitlivější místo mastné kyseliny, kterým je skupina –CH2–
mezi dvěma dvojnými vazbami (viz schéma). Radikál ze skupiny odtrhne vodík, čímž z mastné
kyseliny vytvoří radikál, který označujeme jako L•. V takto vzniklí radikálu dojde k přeskupení
dvojných vazeb (z izolovaných se stanou konjugované, proto hovoříme o vzniku
konjugovaného dienu). Konjugovaný dien je velmi reaktivní a reaguje s molekulou kyslíku za
vzniku lipoperoxylového radikálu LOO•. Lipoperoxylový radikál je velmi reaktivní a může
reagovat s další molekulou mastné kyseliny, čímž z ní vytvoří radikál L• a ze sebe vytvoří
hydroperoxid LOOH. Tímto (vznikem radikálu L•) se začíná proces propagace (podbarveno
oranžově).
• V propagaci vznikají volné radikály tak dlouho, dokud:
• se nesetkají dva různé radikály
• se nesetká radikál s antioxidantem, kterým nejčastěji bývá tokoferol
• Pokud nastane jeden z výše uvedených případů, hovoříme o terminaci.
Biochemie-8-2-lipidy 91
Peroxidace lipidů probíhá podobně jako radikálová substituce
alkanů – můžeme rozlišit tři fáze nazývané iniciace,
propagace a terminace.
• Při iniciaci (podbarveno žlutě) je molekula mastné kyseliny
napadena radikálem, nejčastěji radikálem
hydroxylovým. Radikál napadá nejcitlivější místo mastné
kyseliny, kterým je skupina –CH2– mezi dvěma
dvojnými vazbami (viz schéma). Radikál ze skupiny
odtrhne vodík, čímž z mastné kyseliny vytvoří radikál,
který označujeme jako L•. V takto vzniklí radikálu dojde k
přeskupení dvojných vazeb (z izolovaných se stanou
konjugované, proto hovoříme o vzniku konjugovaného
dienu). Konjugovaný dien je velmi reaktivní a reaguje s
molekulou kyslíku za vzniku lipoperoxylového radikálu
LOO•. Lipoperoxylový radikál je velmi reaktivní a může
reagovat s další molekulou mastné kyseliny, čímž z ní
vytvoří radikál L• a ze sebe vytvoří hydroperoxid LOOH.
Tímto (vznikem radikálu L•) se začíná proces propagace
(podbarveno oranžově).
• V propagaci vznikají volné radikály tak dlouho, dokud:
• se nesetkají dva různé radikály
• se nesetká radikál s antioxidantem, kterým nejčastěji bývá
tokoferol
• Pokud nastane jeden z výše uvedených případů, hovoříme o
terminaci.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus lipidů s. 38
Biochemie-8-2-lipidy 92
• Primární produktem neenzymové peroxidace lipidů jsou hydroperoxidy
LOOH. Větší nebezpečí pro organismus však tvoří sekundární produkty. Ty
mohou atakovat další biomolekuly (nejen mastné kyseliny), nebo jsou pro
organismus přímo toxické (nejnebezpečnější jsou asi dialdehydy, např.
malondialdehyd, 4-hydroxynonenal).
• Látky, které mohou vznikat z hydroperoxidů (a peroxylových radikálů), jsou
znázorněny na následujícím schématu:
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus lipidů
s. 39
Biochemie-8-2-lipidy 93
Antioxidanty
Jedná se o látky, které zabraňují peroxidaci lipidů. Rozlišujeme:
• preventivní antioxidanty (zabraňují vzniku volných radikálů a neumožňují tak
vůbec začátek lipoperoxidace)
• katalasa/peroxidasy (rozkládají peroxid vodíku a zabraňují tak jeho přeměně na
hydroxylový radikál)
• superoxiddismutasa (vychytává superoxidový anion-radikál)
• transferin, ferritin, ceruloplasmin (látky, které vychytávají ionty mědi a
železa[1] a neumožňují jim tak vstup do Fentonovy reakce)
• antioxidanty zastavující propagaci (jedná se o látky, které mají schopnost
reagovat s radikály za vzniku stabilních produktů, čímž zamezují řetězové reakci;
musí mít lipofilní charakter)
• tokoferol (vitamin E)
• karotenoidy
• ubichinol (nachází se na mitochondriální membráně)
• flavonoidy
•
[1] Fe2+ ionty poskytují elektron do Fentonovy reakce (přemění se při ní na Fe3+ ionty), která se v případě
hydroperoxidu dá zapsat rovnicí: LOOH + Fe2+ → Fe3+ + LO• + OH-.
• Ionty Fe3+, které při Fentonové reakci vznikají, mohou iniciovat další lipoperoxidaci.