MASTNÉ KYSELINY, LIPIDY (BIOSYNTÉZA)
OBSAH Syntéza
• mastných kyselin • cholesterolu • žlučové kyseliny • isoprenoidy • steroly
Rozdíly mezi odbouráváním a syntézou mastných kyselin 1. Syntéza mastných kyselin probíhá v cytoplasmě, odbourávání v matrix mitochondrií. Acetyl-CoA vstupuje do cytoplasmy ve formě citrátu.
2. Meziprodukty syntézy mastných kyselin jsou kovalentně vázány na sulfhydrylové skupiny ACP (acyl carrier protein), kdežto meziprodukty degradace jsou vázány na SH skupinu CoA.
3. Enzymy syntézy mastných kyselin vyšších organismů jsou spojeny do polypeptidového řetězce zvaného synthasa mastných kyselin. Enzymy degradace jsou v matrix volně.
Rozdíly mezi odbouráváním a syntézou mastných kyselin 4. Řetězec mastných kyselin se prodlužuje o dva uhlíky z acetyl-CoA. Aktivovaným donorem dvou uhlíků je malonyl-CoA a prodlužování řetězce je poháněno odštěpováním CO2.
5. Redukčním činidlem při syntéze je NADPH, oxidačními činidly při degradaci jsou FAD a NAD+.
6. Prodlužování řetězce na synthase mastných kyselin končí tvorbou palmitátu (C16). Další prodlužování řetězce a tvorba nenasycených kyselin probíhá na jiných enzymech.
Srovnání syntézy a odbourávání mastných kyselin
Trikarboxylátový transportní systém Vstup acetyl-CoA do cytoplasmy • Membrána je nepropustná pro acetyl-CoA • Vstup do cytosolu ve formě citrátu • Cytosolová ATP-citrátlyasa (připomíná obrácenou reakci citrátsyntasy) • Transport citrátu do cytosolu je v rovnováze s transportem pyruvátu do mitochondrií • Reakce malát na pyruvát je zdrojem NADPH
Zdroj NADPH pro syntézu mastných kyselin • Oxaloacetát
je redukován za účasti NADH na malát cytosolovou malátdehydrogenasou: • Oxaloacetát + NADH + H+ malát + NAD+
• Malát
je oxidačně dekarboxylován NADP+-malátovým enzymem (také jablečný enzym): • Malát + NADP+ pyruvát + CO2 + NADPH
• Konečně pyruvát vstupuje do mitochondrie, kde je karboxylován pyruvátkarboxylasou: • Pyruvát + CO2 + ATP + H2O oxaloacetát + ADP + Pi + 2 H+
• Sumární rovnice: • NADP+ + NADH + ATP + H2O NADPH + NAD+ + ADP + Pi + H+
Transfer acetyl-CoA do cytosolu
Biosynéza mastných kyselin
Acetyl-CoA-karboxylasa Klíčovým krokem syntézy mastných kyselin je tvorba malonyl-CoA Acetyl-CoA + ATP + HCO3- malonyl-CoA + ADP + Pi + H+
• Katalyzuje acetyl-CoA-karboxylasa (obsahuje biotin). • Reakce probíhá ve dvou stupních:
Acetyl-CoA-karboxylasa Struktura: • U E.coli – dvě podjednotky (biotinkarboxylasa a transkarboxylasa), biotin vázán na 3. podjednotce tj. protein přenášející biotinový karboxyl • U savců a ptáků – jeden polypeptidický řetěze má obě enzymové aktivity biotinkarboxylasa a transkarboxylasa
Acetyl-CoA-karboxylasa Ptačí a savčí acetyl-CoA-karboxylasa je regulačním enzymem metabolismu mastných kyselin. • U savců a ptáků rychlost biosyntézy MK je regulována rovnováhou reakce: Protomer (neaktivní) ↔ polymer(aktivní) • Tvorbu polymerů pozitivně ovlivňuje citrát (aktivuje biosyntézu MK) • Rozpad polymerů iniciuje palmitoylCoA a AMP – zpětnovazebný inhibitor
Acetyl-CoA-karboxylasa Ptačí a savčí acetyl-CoA-karboxylasa je regulačním enzymem metabolismu mastných kyselin.
Hormonální regulace Glukagon, adrenalin, noradrenalin – spouští cAMP fosforylaci enzymu, která posouvá rovnováhu ve prospěch neaktivního protomeru Inzulin stimuluje syntézu mastných kyselin aktivací karboxylasy Insulin (glukagon a adrenalin mají opačný účinek).
Poznámka U prokaryontních organismů je enzym acetyl-CoA-karboxylasa regulován prostřednictvím guanidinových nukleotidů → MK jsou syntetizovány v odpovědi na požadavky buněčného růstu. MK nejsou skladovány jako tuky, fungují jako prekursory fosfolipidů.
Místa regulace metabolismu mastných kyselin
Biosynéza mastných kyselin
Jednotlivé kroky syntézy mastných kyselin 1 Syntéza malonyl-CoA
acetyl-CoA-karboxylasa
2 Navázání acetyl-CoA na acetyltransacylasa CE 3 Navázání malonyl-CoA na malonyltransacylasa ACP
4 Kondenzační reakce:
acylmalonyl-ACP-kondenzační enzym
Acetyl-CE + malonyl-ACP acetoacetyl-ACP + (CE) + CO2
5 První redukce
b-ketoacyl-ACP-reduktasa
Acetoacetyl-ACP + NADPH + H+ D-3-hydroxybutyryl-ACP + NADP 6 Dehydratace
3-hydroxyacyldehydratasa
D-3-Hydroxybutyryl-ACP krotonyl-ACP + H2O 7 Druhá redukce
enoyl-ACP-reduktasa
Krotonyl-ACP + NADPH + H+ butyryl-ACP + NADP+
Savčí synthasa mastných kyselin
Savčí synthasa mastných kyselin Doména 1 (modrá): AT-acetyltransferasa, MT-malonyltransferasa, CEkondenzační enzym. Doména 2 (žlutá): ACP, b-ketoacylreduktasa (KR), dehydratasa (DH), enoylreduktasa (ER). Doména 3 (červená): thioesterasa (TE). Flexibilní raménka (zelená). AT
MT DH
ER
KR
ACP
TE
CE
Cys SH
SH TRANSLOKACE
HS
SH Cys
REDUKCE
TE
ACP
KR
ER
KONDENZACE
DH MT
Uvolnění palmitátu
CE
Vstup substrátu
AT
ACP – fosfopanteteinové raménko ACP – fosfopanteteinové raménko, meziprodukty syntézy mastných kyselin.
na
kterém jsou
vázány
Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce • Funguje jako dimer. • Ke kondenzaci dochází mezi malonylem zavěšeným na jedné podjednotce ACP a acetylem na SH kondenzačního enzymu druhé podjednotky. CE
ACP
CE SH
S C
ACP SH
HS
O O
H3C H2C S
ACP
C
C
O
CH3
KONDENZACE
-
O SH
CE
H2C
CO2 S
ACP
C
C
O
O SH
CE
Elongace řetězce Elongace řetězce je zahájena spojením acetylu na kondenzačním enzymu(CE), který je součástí synthasy mastných kyselin, s malonylem na ACP
O H3C
C
S
Acetyl-CE
CE
+
-
O
O
O
C
C
C H2
KONDENZACE S
Malonyl-ACP
ACP
H3C CE + CO2
O
O
C
C
C H2
S
Acetoacetyl-ACP
ACP
Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce • Obě redukce a dehydratace na fosfopantheteinovém raménku ACP
CE
ACP
CE SH
HS CH3 H2C S
ACP
C
C
O
ACP SH
HS CH3
REDUKCE O
H2C SH
CE
S
ACP
C
H-C-OH CH2
O
SH
CE
První redukce
H3C
O
O
C
C
C H2
S
Acetoacetyl-ACP
ACP
REDUKCE
H+ + NADPH
HO H3C
NADP+
O
H C
C H2
C
S
ACP
D-3-Hydroxybutyryl-ACP
Dehydratace HO H3C
O
H C
C H2
C
DEHYDRATACE S
ACP
D-3-Hydroxybutyryl-ACP
H3C H2O
O
H C
C
C
S
H Krotonyl-ACP
ACP
Druhá redukce
O
H H3C
C
C
C
S
H Krotonyl-ACP
ACP
REDUKCE
H+ + NADPH
H3C NADP+
H2 C
O C H2
C
S
Butyryl-ACP
ACP
Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce • Translokací se přenese řetězec z ACP na SH skupinu kondenzačního enzymu stejné podjednotky CE
ACP
CE SH
HS CH3 H2C S
ACP
C
SH
HS CH3
TRANSLOKACE
H2C
CH2
O
SH
CE
ACP
SH
ACP
O
CH2 C
S
CE
Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce • Další malonyl se naváže na raménko ACP druhé podjednotky. • Probíhá druhá kondenzace na protilehlou podjednotku dimeru CE
ACP
CE SH
HS
S
HS
O
CH3 H2C
SH
ACP
O
ACP
C
CH3 H2C
CH2 C
Malonyl-CoA S
CE
CoA SH
ACP
O
CH2 O CH2 C
-
S
CE
C O
Pokračování syntézy •V
dalším kole syntézy se kondenzuje malonyl-ACP s butyrylACP za tvorby C6-b-ketoacyl-ACP.
• Poté následuje první redukce, dehydratace a druhá redukce za tvorby C6 – acyl ACP.
• Prodlužování řetězce se opakuje až do délky C16 – palmitát. • Thioesterasa je enzym, který odštěpuje palmitát z ACP a tím je syntéza ukončena.
Biosyntéza mastných kyselin
Savčí synthasa mastných kyselin
Stechiometrie syntézy mastných kyselin Stechiometrie syntézy palmitátu: Acetyl-CoA + 7 malonyl-CoA + 14 NADPH + 20 H+ palmitát + 7 CO2 + 14 NADP+ + 8 CoA + 6 H2O Stechiometrie syntézy malonyl CoA: 7 Acetyl-CoA + 7 CO2 + 7 ATP 7 malonyl-CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 H+ Celkově: 8 Acetyl-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6 H+ palmitát + 14 NADP+ + 8 CoA + 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi
Prodlužování mastných kyselin
• Prodlužování řetězce a tvorba nenasycených mastných kyselin probíhá na cytosolární straně membrány endoplasmatického retikula. • Aktivace s ATP • Tvorba dlouhých MK zejména v mozku • Biosyntéza v oddělených krocích (rozdíl od základní biosyntézy MK) • Acyl je vázán na CoA místo na ACP
Desaturace mastných kyselin • Nutný molekulární kyslík • Tvorba oleoyl-CoA (cis D9-dvojná vazba) ze stearoyl-CoA: Stearoyl-CoA + NADPH + H+ + O2 oleoyl-CoA + NADP+ + 2 H2O
• Savci nemají enzymy katalyzující vstup dvojné vazby za uhlík C-9 řetězce mastných kyselin. • Savci nemohou syntetizovat linoleát (18 : 2 cis D9, D12) a linolenát (18 : 3 cis D9, D12, D15).
• Obě mastné kyseliny jsou pro savce esenciální – musí být dodány s potravou.
Desaturace mastných kyselin
Desaturace a prodloužení mastných kyselin
• Polynenasycené MK - potřebné pro tvorbu signálních molekul • Zdroj jsou rostlinné oleje • Ryby nedokáží syntetizovat, ale akumulují je z potravy
Biosyntéza složených lipidů • Většina enzymů je asociována s membránou endoplazmatického retikula Glycerol-3-P vzniká • v játrech redukcí glyceron-3-P nebo fosforylací glycerolu, který játra vychytávají z krve pomocí glycerolkinasy • v tukové tkání redukcí meziproduktů glykolýzy nebo glyceroneogenezí z např alaninu kys. asparagové a malátu (není přítomna glycerolkinasa)
Souhrn metabolismu lipidů.
• Novotvorba
Glyceroneogeneze
glycerol-3-fosfátu z pyruvátu, která je nutná pro reesterifikaci mastných kyselin, zejm. v tukové tkáni.
• Až
na poslední krok (redukci dihydroxyacetonfosfátu) se shoduje s první fází glukoneogeneze, klíčovým enzymem (limitujícím rychlost) je fosfoenolpyruvátkarboxykináza.
• Dihydroxyacetonfosfát
pro tvorbu glycerol-3-fosfátu pro syntézu triacylglycerolů má původ v glykolýze nebo z oxaloacetátu – glyceroneogeneze.
• Při hladovění
je asi 30 % mastných kyselin vstupujících do jater reesterifikováno na triacylglycerol a ten poté transportován VLDL.
• Adipocyty v situaci hladovění vykazují také glyceroneogenezi. • Nemají glukoneogenezi, ale mají enzym glukoneogeneze
– fosfoenolpyruvátkarboxykinasu (PEPCK), který je aktivován při nízkých hladinách glukosy. Převádí oxaloacetát na fosfoenolpyruvát (GTP).
Eikosanoidy (20C) • Eikosanoidy (z řec. eikosi − dvacet) jsou sloučeniny odvozené od polyenových nenasycených mastných kyselin s řetězcem dlouhým 20 uhlíků (deriváty arachidonové kyseliny). Řadíme sem • leukotrieny • prostanoidů: prostaglandiny, prostacykliny a tromboxany. Vznikají především účinkem enzymů • cyklooxygenázy • cytochromu P450 • lipogenázy
Eikosanoidy (20C)
Prostaglandin E2 – PGE Objeveny v seminální plazmě. Vyskytují se téměř ve všech tkáních (ledviny, myokard, plíce, stěny arterií a jinde), ve kterých působí jako místní hormony.
Thromboxany, objevené v trombocytech (dále leukocyty a žírné buňky).
Leukotrieny - poprvé popsány v leukocytech.
Eikosanoidy (20C) • Eikosanoidy jsou vnitrobuněčné signalizační molekuly (tzv. autokrinní), které ovlivňují svalový stah, srážení krve, bolest či například zánět. • Poločas eikosanoidů je mimořádně krátký, v řádu minut. • Eikosanoidy působí při velmi nízkých koncentracích a způsobují bolest a horečku. Regulují tlak krve, srážení krve a reprodukci. • Nejsou transportovány krví, ale působí lokálně v blízkosti buněk ve kterých se tvoří. Rozpadají se řádově v minutách a sekundách.
Eikosanoidy (20C) • Hlavním enzymem syntézy prostaglandinů je prostaglandin H2 synthasa. Má dvě katalytické aktivity: cyklooxygenasa a peroxidasa. Označuje se COX ! • Aspirin inhibuje syntézu prostaglandinů acetylací specifického Ser prostaglandin H2 synthasy.
• Další nesteroidní protizánětlivé látky jako ibuprofen a acetaminophen se nekovalentně váží na enzym a podobně blokují aktivní místo. CH3 C=O CH3
H3C C C H3C H H2
NH
C COOH H Ibuprofen OH Acetaminofen
Eikosanoidy (20C)
Biosyntéza isopentenyldifosfátu a cholesterolu
Biosyntéza isopentenyldifosfátu v cytoplasmě • Meziprodukty jsou 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) a • HMG-CoA se převádí • v mitochondriích na acetyl-CoA a acetoacetát (ketolátky) • v cytosolu na mevalonát CYTOSOL
H3C
O
O
C
C
C H2
+
S
2 H + 2 NADPH
CoA
O
Acetoacetyl-CoA
-
+
O
O H3C
C
S
CoA
H2O
CoA
C
H3C C H2
OH C
C H2
CoA + 2 NADP+
O -
O
H3C
C
C H2
C
C H2
CH2
Mevalonát
O C
OH
OH
S
CoA O
3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA)
C
H3C
Acetyl-CoA
CoA
S
Acetyl-CoA O -
O MITOCHONDRIE
C
+
C H2
CH3 C
Acetoacetát
O
Biosyntéza isopentenyldifosfátu v cytoplasmě • Syntéza mevalonátu je klíčovým stupněm syntézy cholesterolu.
• Redukce
HMG-CoA enzymem HMG-CoA-reduktasou ireversibilním stupněm, kontrolním bodem syntézy.
• Reduktasa
je integrální součástí v endoplasmatickém retikulu.
membránových
je
proteinů
HMG-CoA + 2 NADPH + 2 H+ mevalonát + 2 NADP+ + CoA
Biosyntéza isopentenyldifosfátu v cytoplasmě
Rozvětvená dráha metabolismu isoprenoidů v savčích buňkách
Biosyntéza cholesterolu Cholesterol: • Modulátor fluidity živočišných membrán • Prekurzor steroidních hormonů • Prekurzor žlučových kyselin • Prekurzor vitaminu D
• Cholesterol
má 27 uhlíkových atomů a všechny mají původ v acetyl-CoA. 21 H3C
20
18 CH3 19 CH3 2 3
HO
1
A 4
10 5
11 9
B 6
12
C
13 14
8 7
17 D 16 15
22
23
24
25 27 CH3
CH3 26
Syntéza isopentenyldifosfátu Syntéza cholesterolu se uskutečňuje ve třech stupních: A) Syntéza isopentenyldifosfátu, jako aktivní isoprenové jednotky. B) Kondenzace šesti molekul isopentenyldifosfátu za tvorby skvalenu. C) Cyklizace skvalenu řadou reakcí na tetracyklický produkt, který je bezprostředně převeden na cholesterol.
COO
-
COO
CH3 OH CH2 OH
-
COO
CH3 ATP
ADP
Mevalonát
ATP
P O
COO
CH3
OH CH2 O
-
O
+
O
5-Fosfomevalonát
2-
ADP
ATP
P O
H2C
CH3
OH CH2 O
-
-
O
+
O
ADP
P
O
+
O
5-Difosfomevalonát
O
2-
CH3
2-
O PO3 CH2 O
P O
-
CO2 + Pi O
+
O
P O
O
+
O
2-
CH2 O
P O
-
O
+
O
P
O
+
O
3-Isopentenyldifosfát
O
2-
Izomerizace isopentenyldifosfát – dimethylallyldifosfát
H2C
H3C CH3
CH3
3CH 2O PO 2PO 3
3CH 2O PO 2PO 3
3-Isopentenyldifosfát
Dimethylallyldifosfát
Biosyntéza cholesterolu
Mechanismus kondenzace allylového substrátu
• Mechanismus kondenzace allylového substrátu (dimethylallyldifosfát) s 3-isopentenyldifosfátem. • Kondenzace hlava – ocas. 3-Isopentenyldifosfát CH3
3PO 2PO 3
CH3
CH3
R H
Allylový substrát
PPi
CH 2O
H2C +
CH 2O
R
3PO 2PO 3
-
CH2
H Allylový karbanion
Geranyl, farnesyl • Geranyl = dimethylallyldifosfát + isopentenyldifosfát • Farnesyl = geranyl + isopentenyldifosfát
3PO 2PO 3
CH3 + H2C
CH3
CH2
R
C H2
CH3
CH 2O
H
CH 2O
H2C
CH3
+
H
3PO 2PO 3
CH2
R
H
H Geranyl(10C)-(farnesyl-15C)-difosfát
Geranyldifosfát CH3 3OPO2PO 3
H3C
Dimethylallyldifosfát
CH3 3-
H2C
OPO2PO 3 3-Isopentenyldifosfát
PPi CH3 3-
OPO2PO 3
CH3 H3C
Geranyldifosfát
Farnesyldifosfát CH3 OPO2PO 3
CH3 H3C
Geranyldifosfát Dimethylallyldifosfát
3-
CH3 3-
H2C
OPO2PO 3 3-Isopentenyldifosfát
PPi CH3 CH3 CH3 H3C
Farnesyldifosfát Farnesyldifosfát
3-
OPO2PO 3
Skvalen • Skvalen = 2 x farnesyldifosfát + NADPH • Kondenzace hlava – ocas. CH3
3-
OPO2PO 3
CH3 CH3 H3C
Farnesyldifosfát
Farnesyldifosfát + NADPH PPi + NADP+ + H+ CH3
CH3
CH3
CH3
CH3 H3C
CH3
Skvalen
CH3
Cyklizace skvalenu • Cyklizace skvalenu na lanosterol přes skvalen epoxid a protosterolový kationt
O2 + NADPH + H+
H2O + NADP+ O
Skvalen
Skvalen epoxid H+ H
H3C
+
CH3
CH3
H H
H3C
H
CH3 CH3
H H+
HO H3C
H CH3 Lanosterol
HO
CH3 CH3
H Protosterolový kation
Lanosterol Základní struktura peroxisomu • Lanosterol přechází řadou reakcí na cholesterol. • odstranění tří methylů (3xCO2) • redukce jedné dvojné vazby NADPH • přesun druhé dvojné vazby H3C
CH3
H3C
CH3
CH3 H3C
CH3 H3C
19 KROKŮ
CH3 CH3 HO
CH3
HCOOH + 2 CO2 HO
H3C
CH3
Lanosterol
Cholesterol
Regulace biosyntézy a transportu cholesterolu. Regulace aktivity HMG-CoA reduktasy
• Krátkodobá regulace katalytické aktivity 1. kompetitivní inhibicí (úplná suprese vyžaduje dva regulátory
– cholesterol z LDL a nesteroidní produkt syntetizovaný endogenně z mevalonátu) 2. allosterické efekty 3. kovalentní modifikace – reverzibilní fosforylace 4. Hormonální
• Dlouhodobá
regulace na úrovni koncentrace enzymu – jeho syntézy a odbourání
Regulace HMG-CoA reduktasy vratnou fosforylací
Inhibitory syntézy cholesterolu • Syntéza
cholesterolu může být efektivně blokována třídou sloučenin zvaných statiny (např. lovastatin také s názvem mevacor).
• Jedná se o silné inhibitory HMG-CoA reduktasy.
HO COO
-
OH
O
(Ki = 1 nM) H3C
H
O
CH3 H3C
• Atherosklerosa !! Lovastatin
CH3
Inhibitory syntézy cholesterolu
Regulace biosyntézy a transportu cholesterolu. cholesterol z LDL • snižuje rychlost syntézy HMG-CoA reduktasy • zvyšuje rychlost syntézy acyl-CoA-cholesterol-acyltransferasy (ACAT) (esterifikace)
Regulace transportu cholesterolu. • Regulací syntézy receptorů pro LDL. • Vysoké koncentrace cholesterolu uvnitř buňky potlačují syntézu receptorů pro LDL, nízké stimulují
• Regulace
rychlostí esterifikace tedy i rychlostí odbourávání volného cholesterolu.
• ACAT
(cholesterolacyl-transferasa) enzym katalyzuje esterifikaci cholesterolu je regulován vratnou fosforylací i dlouhodobou kontrolou
Syntéza žlučových kyselin • Polární deriváty cholesterolu – vysoce efektivní detergenty Cholesterol O OH
H3C
COO
-
OH
CH3
H3C
SCoA
CH3
H3C CH3
HO
CH3
CH3
OH
HO
Trihydroxykoprostanoát
OH
CH3
Cholyl-CoA Taurin
Glycin O OH
H3C CH3
O NH
COO
CH3
HO
CH3
OH
-
H3C CH3
CH3
OH Glykocholát
HO
CH3
OH Taurocholát
-
NH
SO 3
Steroidní hormony Cholesterol je prekurzorem pěti hlavních tříd steroidních hormonů:
• progestageny • glukokortikoidy • mineralokortikoidy • androgeny • estrogeny .
Biosyntetická cesta tříd steroidních hormonů.
Základní steroidní hormony
Testosteron androgeny
Aldosteron mineralokortikoid
Kortizol glukokortikoidy
Estradiol estrogeny
Funkce steroidních hormonů • Progestagen
jako progesteron – připravuje dělohu pro přijetí
vajíčka.
• Androgeny
jako testosteron – vývoj sekundárních pohlavních znaků mužů.
• Estrogeny jako estron – vývoj sekundárních pohlavních znaků žen, ovariální cyklus.
• Glukokortikoidy jako kortisol – ovlivňují metabolismus sacharidů, proteinů a lipidů, inhibice zánětů.
• Mineralokortikoidy
jako aldosteron – regulace vylučování vody a solí ledvinami (zvýšení reabsorbce Na+ a vylučování K+ a H+ což vede ke zvýšení objemu a tlaku krve).
Místo syntézy steroidních hormonů Hlavními místy syntézy steroidních hormonů jsou:
• Žluté tělísko (Corpus luteum) pro progestageny. • Vaječníky pro estrogeny.
• Varlata pro androgeny. • Kůra nadledvinek pro glukokortikoidy a mineralokortikoidy.
Vitamin D • Kontrola hladiny Ca2+ a fosfátů. • Aktivním hormonem je kalcitriol. • Nejedná se o pravý steroid H3C
CH3
H3C
CH3
CH3 H3C
CH3
H3C CH3
Ultrafialové záření
HO
HO 7-Dehydroxycholesterol
H3C CH3 H3C
Provitamin D3
CH3
H3C
OH
CH3
OH
Kalcitriol (1,25-Dihydroxycholekalciferol)
CH3 H3C
CH2
HO
CH3
CH2
HO
Vitamin D3
(Cholekalciferol)
• Vitamin
Struktura vitaminu D2
D2 (ergokalciferol) má shodnou strukturu s vitaminem D3 až na vedlejší řetězec v poloze 17 !
CH3 CH3
• Vytváří
se v kůži působením UV záření z rostlinného ergosterolu (je v mléce).
CH3
H3C
CH3 9 10
Ergosterol HO
• Vitaminy D se ukládají v tucích.
CH3 CH3
- kalcifikují se měkké tkáně, tvoří ledvinové kameny.
vitaminy D.
CH3
H3C
• Vysoké hladiny vedou k intoxikaci • Pigmentace chrání před intoxikací
CH3
CH3
CH2
HO
Vitamin D2 (ergokalciferol)
Isopentenyldifosfát Prekurzorem • terpenů • řetězců ubichinonu • chlorofylu • karotenoidů • vitaminu K
Myrcen (bobkový list)
Limonen (citronová silice)
Zingiberen (zázvor)
Vitamin K • Je syntetizován - rostlinami jako fylochinon - bakteriemi jako menachinon (střevní bakterie) • Je rozpustný v tucích • Je nezbytný - pro funkci několika proteinů podílejících se na srážení krve - v procesu mineralizace kostí, buněčného růstu a metabolismu proteinů cévní stěny. • Denní doporučený příjem je 0,5 - 1 mg • Díky jeho syntéze ve střevě je jeho nedostatek vzácný. • Zdroj: Zelené části rostlin, játra, rostlinné oleje, maso, pistáciové oříšky
Ubichinon (Q10) • Podobnost s vitamínem K2 • Za výzkum koenzymu Q10 byla v roce 1978 Angličanu Peteru Mitchellovi udělena Nobelova cena. • Je obsažen ve většině lidských buněk, vyjma červených krvinek a buněk v čočce, kterým chybí mitochondrie.
• Dvě základní funkce. 1. pomáhá v přeměnách v elektronovém transportním řetězci na membráně mitochondrií, například u akceptoru zvaného cytochrom bc1. 2. antioxidant v mitochondriích a lipidových membránách, brání tyto struktury před volnými radikály. • Koenzym Q10 je z části syntetizován v těle, z části je přijímám potravou. S věkem klesá podíl vlastní syntézy. V orgánech dochází k poklesu tkáňové koncentrace Q10.
Vitamin E • Vitamin E je souhrnné pojmenování přírodních chemických látek (jinak též tokoferoly). • Patří mezi vitamíny rozpustné v tucích. • V organismu slouží jako důležitý antioxidant, chrání buněčné membrány před poškozením volnými radikály. Tokoferol
chemický název
α-tokoferol
5,7,8-trimethyltokol
β-tokoferol
5,8-dimethyltokol
γ-tokoferol
7,8-dimethyltokol
δ-tokoferol
8-methyltokol
Vitamin A (retinol)
• Je rozpustný v tucích • Dvě přirozené formy – vitamín A1 (retinol) a vitamín A2 (3dehydroretin). • Je nutný pro 1. tvorbu rodopsinu, zrakového pigmentu používaného za nízkého osvětlení. Nedostatek vede k šerosleposti 2. důležitý antioxidant 3. je nezbytný pro vývoj epitelií, při jeho nedostatku buňky rohovatí (xeróza). • Zdrojem vitaminu A je alfa-karoten, beta-karoten a lykopen, což jsou oranžová a červená barviva. • Vitamín A vzniká z provitamínu A, tedy především z beta-karotenu.
Fytol (20C) • Fytol (20C) = diterpenový alkohol • Je složen ze čtyř isoprenových jednotek. • Fytol-vedlejší řetězec chlorofylu je • Prekurzor vitaminu E a K1
Karotenoidy
• Karotenoidy – barviva rajčat a mrkve. Absorbují světlo, protože obsahují konjugované dvojné vazby (mezi 400 až 500 nm).
• Jejich
C40 uhlíkatý řetězec je skládán z C5 jednotek až po geranylgeranyldifosfát C20, jehož dvě molekuly kondenzují způsobem hlava-ocas za tvorby fytoenu C40.
• Fytoen
přejde po dehydrogenaci na lykopen. Cyklizací obou konců lykopenu získáme b-karoten – prekurzor retinalu.
Lykopen
b-Karoten
Triacylglyceroly z potravy • Triacylglyceroly ze střevní sliznice jsou z důvodu nerozpustnosti převáděny na micely za účasti žlučových kyselin. Žlučové kyseliny jsou amfipatické (obsahují polární i nepolární části), jsou syntetizovány v játrech a uvolňovány ze žlučníku.
• Žlučové
kyseliny obalí triacylglyceroly a usnadní tak funkci hydrolytickým lipasam. Např. glykocholát. O OH
H H
CH3
H
CH3
HO
H3C
H OH
Glykocholát
N H
COO
-
Lipoproteiny • Lipidy vázané na proteiny – kovalentní vazba, na proteiny je navázána – mastná kyselina, glykolipidový zbytek, fosfolipid, kotví proteiny v membráně
• Lipoproteiny
– částice tvořené z nekovalentně asociovaných lipidů a proteinů, působí jako přenašeče triacylglycerolů a cholesterolu v krevní plazmě
Stavba krevního lipoproteinu
Lipoproteiny • Chylomikrony transportují exogenní triacylglyceroly do střev • Lipoproteiny s velmi nízkou (VLDL), nízkou (LDL) a střední hustotou (IDL) přenášejí cholesterol z jater do tkání
endogenní
triacylglyceroly
• Lipoproteiny s
a
vysokou hustotou (HDL) přenášejí endogenní cholesterol z tkání do jater
Třída lipoproteinů
Hlavní lipidy
Chylomikrony
triacylglyceroly
VLDL
endogenní triacylglyceroly, estery cholesterolu, cholesterol
IDL
estery cholesterolu, triacylglyceroly, cholesterol
LDL
estery cholesterolu, cholesterol, triacylglyceroly
HDL
estery cholesterolu, cholesterol
LDL – hlavní transportér cholesterolu krví
Model transportu triacylglycerolů a cholesterolu u lidí
Funkce lipoproteinů Chylomikrony
• Cíl
- dopravit triacylglyceroly z potravy do svalu a adipozní tkáně a cholesterol z potravy do jater.
• Vznikají ve střevní sliznici, uvolněny do střevní lymfy a do cév.
• Adherese
na vnitřním povrchu kapilár kosterního svalstva a tukové tkáně.
• Hydrolýza triacylglycerolů lipasami
• Monoacylglyceroly a MK jsou přijímány tkáněmi. • Chylomikronové zbytky s cholesterolem vstupují jsou vychytány játry.
do oběhu a
Funkce lipoproteinů VLDL
• syntetizovány v játrech • transport lipidů a cholesterolu do tkání • receptorová endocytoza – vstup LDL do jater a dalších tkání HDL
• opačná funkce než LDL • odstraňují cholesterol z tkání • HDL receptory • játra likvidují cholesterol přes žlučové kyseliny
Receptorová endocytoza
Ateroskleroza • Progresivní choroba začínající ukládáním lipidů v buňkách hladkého svalstva vnitřních tepen – stávají se fibrózními, zužují se a mohou se uzavřít • Vznik souvisí s hladinou cholesterolu v plasmě • Snížení rozkladu plasmových LDL v důsledku nedostatku LDL receptorů • Zvýšená rychlost tvorby IDL • Epidemiologické studie – vysoká hladina plasmových HDL má úzkou souvislost s nízkým výskytem kardiovaskulárního onemocnění
Úloha LDL receptorů Hypercholesterolemie – plyne z nadprodukce nebo nedostatečného využití LDL a je vyvolána
1. Geneticky – familiární hypercholesterolemie (FH)– nedostatek receptorů pro LDL 2. Potravou s vysokým obsahem cholesterolu – podobný účinek jako FH – nadbytečný cholesterol z potravy potlačuje syntézu LDL receptorů
Vlastnosti biologických membrán
• Membrány tvoří vrstvené struktury o síle dvou molekul. Tloušťka membrán je mezi 6 nm až 10 nm.
• Membrány obsahují hlavně lipidy a proteiny v poměru od 1 : 4 až 4 : 1.
• Membránové
lipidy jsou malé molekuly s částmi hydrofilními a hydrofobními. Vytváří lipidové dvojvrstvy.
• Specifické
proteiny zprostředkovávají různé funkce membrán. Proteiny slouží jako pumpy, kanály, receptory, přenašeče energie a enzymy.
• Membrány jsou nekovalentní seskupení. • Membrány jsou asymetrické. Dvě strany biologické membrány se od sebe liší.
• Membrány vytváří fluidní mozaiku. • Většina membrán je elektricky polarizována.
Struktura plasmatické membrány
Složení membrán
Model tekuté mozaiky Vlastnosti - redistribuce a inzerce proteinů, fúze biomembrán, plasticita membrán, exocytóza, endocytóza, transport Lipidy
Hydrofilní doména
Hydrofobní doména
Rostlinné membránové lipidy
Steroly
Pohyb fosfolipidů v membáně rychlý - v jedné vrstvě (2mm/s) pomalý - mezi vrstvami molekuly nejsou vázány kovalentně postranní difúze
kmitání Pohyb sterolů
poskakování
rotace
přepínání - „flippasa“ - přepínač
- pomalá difúze ve vrstvě lipidů, - rychlý přesun mezi vrstvami lipidů (bez enzymu)
Proteiny - podle asociace s lipidovou dvojnou vrstvou
Proteiny periferní a integrované
4 třídy membránových proteinů - vázané na: 1. mastné kyseliny 2. prenylové skupiny 3. fosfatidylinositol 4. cholesterol (u rostlin nejsou známy)
• • • • • •
Funkce biologických membrán kompartmentace (oddělení) určitých složek transport molekul (permeabilní bariera) specifita membrány (informační procesy) metabolické děje transformace energie možnost změny tvaru
Funkce proteinů plasmatické membrány Transport Enzymatická aktivita Signální přenos
Mezibuněčné spoje (živ.b.)
Vzájemné rozpoznávání buněk(živ. b.) Připojení k cytoskeletu
Funkční Příklad Specifická funkce třída proteinu Přenašeče Sodná pumpa Aktivně čerpá Na+ ven z (Na+/K+-ATPáza buněk a K+ do buněk Spojníky Integriny Spojuje aktinová filamenta uvniř buňky s proteiny extracelulární matrix Receptory Receptor Váže příslušný růstový destičkového faktor a generuje růstového intracelulární signál pro růst faktoru a dělení buňky Enzymy Adenylátcykláza Tvorba cAMP, odpověď na extracelulární signály
