MASTNÉ KYSELINY, LIPIDY (DEGRADACE)
OBSAH • Rozdělení lipidů • Mastné kyseliny, membránové lipidy (fosfolipidy, glykolipidy a cholesterol)
• Triacylglyceroly
• Vstup mastných kyselin do matrix mitochondrie a b-oxidace • Odbourávání mastných kyselin na peroxisomech • Tvorba ketolátek
Lipidy LIPIDY – jsou látky biologického původu dobře rozpustné v organických rozpouštědlech (např. chloroform), ale jen částečně nebo úplně nerozpustné ve vodě. Lipidy zahrnují: A) Mastné kyseliny B) Triacylglyceroly (neutrální tuky) C) Alkoholy s dlouhým řetězcem a vosky D) Sfingoidy a další báze s dlouhým řetězcem E) Glykolipidy, fosfolipidy a sfingolipidy F) Karoteny, polyprenoly, steroly, terpeny a další isoprenoidy
Lipidy Lipidy lze dělit na: • hydrolyzovatelné • nehydrolyzovatelné
Lipidy – biologický význam Látka
Funkce
Palivo
Tuky, mastné kyseliny
Ukládání a zdroj energie
Stavební látka
Fosfolipidy, sfingolipidy, cholesterol Součást membrán
Izolace
Tuky
Mechanická ochrana a tepelná izolace
Fosfolipidy, sfingolipidy, cholesterol Elektrická izolace Speciální úloha
Steroidní hormony, glycerolipidy, mastné kyseliny, eikosanoidy
Signalizace, hormony, mediátory, druzí poslové
Mastné kyseliny, isoprenoidy
Membránová kotva
Isoprenoidy
Kofaktor enzymů
Retinal
Světločivý pigment
Lipidy – biologický význam
Mastné kyseliny – nositelky hydrofobních vlastností • Karboxylové kyseliny s dlouhým řetězcem • Obvykle u rostlin a živočichů 16- 18 C (kys. palmitová, olejová, stearová, linolová)
O
b
H3C
H2 C
3 C H2
2
C H2
C
1
O
n • Sudý počet C • Více než polovina MK jsou nenasycené případně několikanásobně
nenasycené MK
• U přirozeně se vyskytujících nenasycených MK – cis konformace • Esenciální MK pro živočichy s několika dvojnými vazbami • kyselina arachidonová(20:4;5,8,11,14) • kyselina linolová (18:2;9,12) • kyselina linolenová (18:3;9,12,15)
Karboxylové kyseliny
Mastné kyseliny Nejčastěji zastoupené mastné kyseliny
Mastné kyseliny Nejčastěji zastoupené mastné kyseliny O
C
Palmitát
O
-
-
(ionizovaná forma kyseliny palmitové)
O
C
Oleát
(ionizovaná forma kyseliny olejové)
O
-
-
Názvosloví mastných kyselin • Nasycená
mastná kyselina s 18 atomy C (C18) se nazývá oktadekanová (podle uhlovodíku oktadekanu), s dvojnou vazbou pak oktadekenová a se dvěma dvojnými vazbami oktadekadienová kyselina.
• Záznam 18 : 0 značí mastnou kyselinu C18 bez dvojné vazby. • Záznam 18 : 2 znamená, že kyselina obsahuje dvě dvojné vazby. • Uhlíky mastné kyseliny se číslují od karboxylu, atomy 2 a 3 se také označují a b. Koncový methyl se označuje -uhlíkový atom.
• Poloha dvojné vazby se označuje symbolem D a číslem v exponentu. Tak např. cis-D9 značí polohu dvojné vazby mezi uhlíky 9 a 10.
• Dvojné vazby je také možné označovat od -uhlíkového atomu (má
číslo 1). Např. -3 mastná kyselina má dvojnou vazbu na třetím uhlíku od konce.
Úloha mastných kyselin 1. Součást biologických membrán – fosfolipidy a glykolipidy.
2. Mnohé proteiny jsou modifikovány kovalentní vazbou s mastnými kyselinami a tímto způsobem jsou lokalizovány v membránách.
3. Mastné kyseliny jsou zásobárnou energie. Obvykle jsou skladovány jako triacylglyceroly (nebo také neutrální mastné kyseliny, triglyceridy).
Glycerolipidy
triacylglyceroly fosfolipidy galaktolipidy sulfolipidy
Triacylglyceroly nepolární lipidy zásobní funkce (energie, C)
Fosfolipidy (FL) 7 tříd hydrofobní i hydrofilní část
Galaktolipidy monogalaktosyldiacylglycerol digalaktosyldiacylglycerol
Sulfolipidy sulfoquinovosyldiacylglycerol
Triacylglycerol • Neutrální tuky • Délka MK a počet dvojných vazeb určují bod tání tuku
Triacylglycerol
• Adipocyty
– triacylglycerolů
• Obsah
tukové
buňky,
ukládání
tuku u žen 26 %, u mužů 21 % umožňuje přežít 2-3 měsíční hladovění
Triacylglyceroly • Triacylglyceroly
skladují velké množství metabolické energie, protože jsou bezvodé a redukované. Glykogen váže 2x více vody než váží v porovnání s tuky.
• Celková
hmotnost triacylglycerolů je 11 kg. Pokud by se takové množství energie skladovalo v glykogenu, byla by tělesná hmotnost 55 x vyšší.
• Triacylglyceroly jsou výhodně skladovatelnou energií. Jeden gram tuku skladuje 6 x více energie než 1 g hydratovaného glykogenu.
• Typický 70 kg vážící muž má energetickou rezervu 420 000 kJ ve formě triacylglycerolu, 10 000 kJ v proteinech (svaly), 2 500 kJ v glykogenu a 170 kJ v glukose.
• Zásoby glykogenu a glukosy vystačí zásobovat organismus energií jeden den. Triacylglyceroly týdny.
• U savců je hlavním místem akumulace triacylglycerolů cytoplasma adiposních buněk (tukových buněk).
Fosfolipidy - fosfatidát (fosfatidová kyselina) R1 Acylové skupiny mastných kyselin
R2
O 1 CH2
C O
O
C O
2
C H
3
H 2C
O
Fosfatidát
(diacylglycerol-3-fosfát)
• Glycerofosfolipidy – hlavní složka biomembrán • Sfingofosfolipidy • Amfifilní molekuly • V poloze C1 – nasycené C16 a C18 mastné kyseliny • V poloze C2 – nenasycené mastné kyseliny C16-C20
O
2-
P
O
+
O
Schematická struktura fosfolipidu
Mastná kyselina
Mastná kyselina
G l y c e r o l Fosfát
Alkohol
Fosfolipidy - fosfatidát (fosfatidová kyselina)
Fosfolipidy
Sfingosin → sfingolipidy
Sfingolipidy
• Sfingomyeliny
– ceramidy (aminoskupina sfingosinu je acylována mastnou kyselinou) + fosforylcholinový nebo s fosforyletanolaminový základ, membránové myelinové pouzdro obklopující axony nervových buněk H3N
+
C
C
Sfingosin
HO
(18 C)
H
H
O C R1
NH H
CH 3(H2C) 12
C
C HO
H
C H2
O
P
O +
O -O
Sfingomyelin
C H2
H2 C
N
+
CH3
CH3 CH3
C H2
OH
Sfingomyelin
Sfingolipidy
• Cerebrosidy – ceramidy obsahující zbytek jednoduchého cukru
Glykosfingolipidy
• Gangliosidy
– ceramid-oligosacharidy obsahující v cukerných skupinách zbytek kyseliny sialové (N-acetylneuraminová kyselina), složkami povrchových buněčných membrán, 6% z mozkových lipidů
Glykosfingolipidy →cerebrosid – sulfatid - gangliosid
Isoprenoidy
• Biosyntéza
lipidů vychází z acetyl-CoA, tzv. „aktivní“ kyselina
octová
• Dvě dráhy 1. Tvorba mastných kyselin 2. Tvorba izopentenyldifosfátu → stavební součást isoprenoidů
Isoprenoidy • Odvozeny
od izoprenu (2metyl-1,3-butadien)
• Lineární, cyklické oligomery, polymery Z farnezolu dvě biosyntetické dráhy
1 přes skvalen cholesterolu
tvorba
2. prodlužování farnezolu
• Omezená schopnost tvorby pro daný organismus
• Hormony, vitamíny, silice…
Steroidy
• Základem je steran • Mezi steroidy patří: steroly, žlučové kyseliny, steroidní hormony • Nejvýznamnější sloučeninou je cholesterol
Steroidy - cholesterol • Cholesterol je lipid na bázi steroidního skeletu – steranu. • V membránách je cholesterol orientován rovnoběžně
se
řetězci mastných kyselin.
• Je
až 25 % součástí membránových lipidů nervových buněk, ale je nepřítomen v intracelulárních membránách.
• Cholesterol neobsahují prokaryotní membrány. H3C
CH3
CH3 CH3 CH3
HO
Cholesterol
Steroidy – žlučové kyseliny
Steroidní hormony
Svlékací hormon hmyzu
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
Přehled metabolismu lipidů
Hydrolytické štěpení triacylglycerolu lipasami O R2
H2C O
O
O
Triacylglycerol
O
Lipasa
O O
C H H2C
R1
R3
R2
-
O
O
O
C H CH 2OH
O
H2O
H2C
R3
Diacylglycerol
R1 O
O
Lipasa
R2
CH 2OH O
CH 2OH
O
H2O -
O
C H
R1
Monoacylglycerol
Pankreatická lipasa – hydrolýza v poloze 1 a 3, vznik 1,2diacylglycerolu a 2-acylglycerolu
• Lipolýzou uvolněné mastné kyseliny se váží na sérový albumin, který slouží jako jejich nosič do tkání. • Albumin je rozpustný protein 66 kD. Rozpustnost samotných mastných kyselin je ~ 10-6 M, v komplexu s albuminem je vyšší než 2 mM !!
Hydrolytické štěpení fosfolipasami
Pankreatická fosfolipasa A2 – vznik lysofosfolipidů (detergent)
Hormonální regulace hydrolýzy triacylglycerolů Lipasy adiposních buněk jsou aktivovány adrenalinem, (nor…), glukagonem a ACTH. Insulin inhibuje.
Glycerol se přeměňuje na meziprodukty glykolýzy Glycerol se absorbuje v játrech
CH2OH HO
C
H
CH2OH Glycerol
Glycerolkinasa ATP
ADP
CH2OH HO
C
Glycerol-3-fosfátdehydrogenasa
H 2-
CH2O PO3
L-Glycerol-3-fosfát
NAD+
NADH + H+
H
CH2OH O
Triosafosfátisomerasa
C 2-
CH2O PO3
Dihydroxyacetonfosfát
H
C C
O OH 2-
CH2O PO3
D-Glyceraldehyd-3-fosfát
Aktivace mastných kyselin V cytosolu jsou mastné kyseliny aktivovány za katalýzy acyl-CoA synthetasy (tzv. thiokinasa mastných kyselin). Nejméně 3 formy acyl-CoA-synthetasy, lišící se substrátovou specifitou (délka řetězce MK) Vlastní oxidace MK probíhá v mitochondriích. Reakce je spřažena s exergonickou hydrolýzou PPi difosfatasou. O
O -
+
ATP
O
R
CoA
+
Acyladenylát
O
O
+ R
PPi
AMP
R
Mastná kyselina
+
AMP
Acyladenylát
HS
CoA R
S
Acyl-CoA
AMP
Transport přes mitochondriální membránu • Tvorba acylkarnitinu v cytosolu – karnitinacyltransferasa I.
R O H3C
O R
S
CoA
Acyl-CoA
+
Acyl-CoA
H3C
N
HO +
H
O
H3C -
O
H3C Karnitin
Karnitin
H3C
N
O +
H
O -
O
H3C Karnitin
Acylkarnitinu
+
HS
CoA
Transport přes mitochondriální membránu • Tvorba acylkarnitinu – karnitinacyltransferasa I.
• Na vnitřní straně mitochondriální membrány se přenáší acyl na SH skupinu CoA za katalýzy karnitinacyltransferasy II.
karnitinacyltransferasa I
• Aktivovaná mastná kyselina je přenášena do matrix vázána na karnitin přes translokasu. • Mitochondriální zásoba CoA funguje v oxidačním odbourávání pyruvátu, určitých aminokyselin a mastných kyselin • Cytosolová zásoba CoA slouží jako zdroj pro biosyntézu mastných kyselin
karnitinacyltransferasa II
Transport přes mitochondriální membránu
Karnitinový člunek
Regulace : malonyl-CoA inhibuje karnitinacyltransferasu a tím vstup MK do matrix.
Odbourávání nasycených acyl-CoA b – oxidace 1. Tvorba dvojné vazby trans-,b-dehydrogenací flavozymem acylCoA-dehydrogenasou 2. Hydratace dvojné vazby enoyl-CoA-hydratasou za vzniku 3-Lhydroxyacyl-CoA 3. Dehydrogenace tohoto b-hydroxyacyl-CoA 3-L-hydroxacyl-CoAdehydrogenasou za tvorby odpovídajícího b-oxoacyl-CoA 4. Štěpení vazby C-Cb v thiolytické reakci s CoA katalyzované boxoacyl-CoA-thiolasou za vzniku acetyl-CoA a nového acyl-CoA obsahujícího o 2 C méně než původní acyl-CoA
Pozn. První 3 kroky – podoba s citrátovým cyklem – přeměna sukcinátu na oxalacetát
b – oxidace (1. krok - tvorba dvojné vazby) R
O
H2 C
• Syndrom náhlého dětského úmrtí – u 10 % těchto dětí – prokázán S C C H2 H2 nedostatek acyl-CoAdehydrogenasy pro středně Acyl-CoA dlouhý řetězec = nerovnováha acyl-CoAmezi glukosou a oxidací mastných FAD dehydrogenasa kyselin CoA
C
OXIDACE
• Více rozšířená genetická choroba než fenylketonurie –porucha odbourání fenylalaninu
FADH2
R
C H2
H C
O C H
C
S
Trans-D2-Enoyl-CoA
CoA
b – oxidace (2. krok - hydratace) R
C H2
O
H C
C
C H
S
CoA
Trans-D2-Enoyl-CoA
H2O
HO R
C H2
HYDRATACE
O
H C
C
C H
S
H
L-3-Hydroxyacyl-CoA
CoA
enoyl -CoA hydratasa
b – oxidace (3. krok - dehydrogenace) HO R
C H2
O
H C
C
C
S
CoA
H H L-3-Hydroxyacyl-CoA NAD+ OXIDACE H+ + NADH
R
C H2
O
O
C
C
C H
S
H
3-Ketoacyl-CoA
CoA
L-3-hydroxyacyl-CoAdehydrogenasa
b – oxidace (4. krok - štěpení vazby C-Cb ) R
C H2
O
O
C
C
C
H H 3-Ketoacyl-CoA
CoA
HS
S
CoA
THIOLÝZA
O
O R
C H2
C
b-ketothiolasa
S
CoA
+
Acyl-CoA (zkrácený o 2 uhlíkové atomy)
H
C
C H
S
H Acetyl-CoA
CoA
b – oxidace
• Účelem oxidace mastných kyselin je tvorba metabolické energie • Při každém kole se tvoří 1 NADH 1 FADH2 1 acetyl-CoA
b – oxidace
Výtěžek kompletní oxidace palmitátu Palmitoyl-CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 CoA + 7 H2O 8 acetyl-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
• V dýchacím řetězci se získá z jednoho • NADH asi 2,5 ATP • FADH2 asi 1,5 ATP Celkový výtěžek ATP po b-oxidaci kyseliny palmitové • 7 x FADH2 = 10, 5 ATP • 7 x NADH = 17, 5 ATP • Oxidace 8 acetyl-CoA v citrátovém cyklu = 80 ATP • Součet : 108 ATP • Spotřeba na aktivaci mastné kyseliny: 2 ATP
Konečný součet : 106 ATP (3300 kJ.mol-1)
Výtěžek kompletní oxidace palmitátu Palmitoyl-CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 CoA + 7 H2O 8 acetyl-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ Děj
Látka
Množství
ATP
b-oxidace
NADH
7
17,5
FADH2
7
10,5
acetyl-CoA
8
NADH
24
60
FADH2
8
12
GTP
8
8
Citrátový cyklus 8x acetyl-CoA
CELKEM
108
Odbourávání nenasycených mastných kyselin •Nenasycené mastné kyseliny biologického původu mají dvojnou vazbu cis •U vícenásobně nenasycených MK nejsou dvojné vazby konjugovány (tříuhlíkové intervaly)
•Nutné 3 další enzymy 1. Cis izomer je převeden na trans formu enoyl-CoA-isomerasou 2. Přítomnost další dvojné vazby na sudém uhlíku: vznik 2,4dienoyl-CoA, tj. špatný substrát enoyl-CoA-hydratasy. Další dvojná vazba mezi uhlíky 4 a 5 je odstraněna redukcí 2,4-dienoylCoA-reduktasou – vznik trans-3-enoyl-CoA 3. Izomerace trans-3-enoyl-CoA na trans-2-enoyl-CoA enzymem 3,2-enoyl-CoA-izomerasou
Odbourávání nenasycených mastných kyselin 1. Cis izomer je převeden na trans formu enoyl-CoA-isomerasou H
H H3C
C
(CH 2)4
C
H
H C H2
O
C
C
C H2
C
S
CoA
Cis-D3-Enoyl-CoA-isomerasa
H3C
(CH 2)4 C H
H2 C
C H
O
H C H2
C
C H
C
S
CoA
Odbourávání nenasycených mastných kyselin 2. Další dvojná vazba mezi uhlíky 4 a 5 je odstraněna redukcí O
H H3C
(CH 2)4
C
C
C
H
H 5
4
C
C
S
CoA
H 3
2
1
2,4-Dienoyl-CoA H+ + NADPH 2,4-Dienoyl-CoA-reduktasa NADP+
H3C
(CH 2)4
H2 C
5
O
H C H 4
C
3
C H2 2
C
1
Trans-D3-Enoyl-CoA
S
CoA
Odbourávání nenasycených mastných kyselin
Odbourávání nenasycených mastných kyselin
Odbourávání mastných kyselin s lichým počtem uhlíků • Některé rostliny a mořské organizmy syntetizují mastné kyseliny s lichým počtem C • Při poslední obrátce b-oxidace vzniká propionyl-CoA
• Propionyl-CoA vzniká při oxidaci AK isoleucinu, valinu a methioninu
Odbourávání mastných kyselin s lichým počtem • Propionyl-CoA-karboxylasa má prostetickou skupinu biotin • Převedení L-methylmalonyl-CoA na sukcinyl CoA probíhá za účasti enzymu methylmalonyl-CoAmutasy jehož koenzymem je derivát vitaminu B12 – kobalamin
Propionyl-CoA-karboxylasa
Kobalamin koenzym methylmalonyl-CoA- mutasy
Struktura 5´-deoxyadenosinkobalaminu
Nedostatek vitaminu B12 • V roce 1926 G. Minot a W. Murphy zjistili, že zhoubná anemie (snížená hladina erythrocytů, nízká hladina Hb a progresivní nervové onemocnění) může být léčena požíváním syrových jater. • Vitamín B12 byl izolován a popsán v roce 1948. • D.C. Hodgkin, Nobelova cena za chemii 1935 za rengenostrukturní analýzu biologických molekul. (Třetí žena v pořadí NC za chemii). • Vitamín B12 není syntetizován rostlinami ani živočichy – jen některými střevními bakteriemi. • Býložravci získávají vitamín B12 z bakterií zažívacího traktu • Lidé dostávají dostatek vitaminu z masa. Vitamín B12 je vázán ve střevě tzv. vnitřním intrinsic faktorem produkovaný žaludkem. Po vazbě na specifický receptor ve sliznici střeva se vitamín B12 uvolňuje do krevního řečiště – vazba s plasmovými globulíny (transkobalaminy). • Normální denní potřeba vit. B12 je ~ 3 mg. Játra skladují 3 až 5 letou potřebu vitaminu. • Anemie je spojena s nedostatečným vylučováním vnitřního intrinsic faktoru
Další osud sukcinyl-CoA • Meziprodukty
C4 jsou katalyzátory citrátového cyklu (CC) nejsou substráty.
• Pokud se má sukcinyl-CoA odbourat v CC musí být převeden na pyruvát a posléze na acetyl-CoA.
• Reakce
startuje převedením sukcinyl-CoA na malát (reakce citrátového cyklu).
• Poté
následuje transport do cytoplasmy a oxidativní dekarboxylace na pyruvát a CO2 jablečným enzymem (malic enzyme).
• Jablečný enzym je také součástí cyklu C4 rostlin při fotosyntéze.
• Pyruvát
je poté pyruvátdehydrogenasovým převeden na acetyl-CoA, který vstoupí do CC.
komplexem
Odbourávání dlouhých mastných kyselin na peroxisomech • Na
peroxisomech živočichů se mastné kyseliny jen zkracují na délku oktanoyl-CoA, který je posléze snadněji odbouráván v matrix mitochondrií b-oxidací.
• Jediným
místem odbourávání mastných kyselin u rostlin a kvasinek jsou peroxisomy.
• Peroxisomy
obsahují velké množství enzymu katalasy, který katalyzuje dismutaci peroxidu vodíku na vodu a kyslík !!!
Peroxisomy Peroxisomy tzv. mikrotělíska („microbodies“) • buněčná organela vyskytující se v eukaryotických buňkách • má jednoduchý membránový obal • na rozdíl od lyzosomů se může množit dělením • objevil v roce 1965 Christian de Duve
Hlavní funkce peroxizomů Degradační •
oxidace substrátů (etanol, xenobiotika…) pomocí oxidas,detoxikace kyslíkových radikálů (peroxid vodíku, superoxidy a epoxidy)
• b-oxidace MK s velmi dlouhými řetězci (C24-C26), větvených MK a oxidace dalších lipidických látek či také dikarboxylových kyselin Syntetické • prvních kroky syntézy glycerolipidů či plasmalogenů
• tvorba žlučových kyselin, dolicholu a cholesterolu • rozklad purinů, polyaminů a aminokyselin v živočišných buňkách probíhá b-oxidace hlavně v mitochondriích, v kvasinkách a rostlinných buňkách v peroxisomech
Peroxisomální b-oxidace Cílem je zkrátit dlouhé řetězce MK, které jsou pak dále odbourávány v mitochondriích Proces b-oxidace v peroxisomech 1. Reakce acyl-CoA-oxidasy Acyl-CoA + O2 → trans-D2-CoA + H2O2
• Elektrony jsou přímo přenášeny na kyslík (peroxisomální b-oxidace je méně energeticky účinná)
• H2O2 odbouráván katalasou (2 H2O2
= 2 H2O + O2)
2. enoyl-CoA-hydratasa a 3-L-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenasa
• v peroxisomech bifunkční enzym 3. Thiolasa
• je u acylkoenzymů s 8 a méně uhlíky neaktivní Transport - difúze acylových skupin po zkrácení peroxisomální b-oxidací ve formě esterů s karnitinem do mitochondrií
Příklady MK
Místo aktivace
Transport
Odbourání
Aktivace v mitochondriální matrix
b-oxidace v mitochondriích
MK s dlouhým řetězcem (1220C), nasycené
Vnější Karnitinový mitochondriální člunek v membrána mitochondriích
b-oxidace v mitochondriích
MK s velmi dlouhým řetězcem (více než 20C)
Membrána peroxisomů
a b-oxidace v peroxisomech až k Mk středně dlouhým, pak transport a konečné odbourání v mitochondriích
b-oxidace v peroxisomechnevzniká žádné ATP, tvorba H2O2
MK nenasycené s Vnější Karnitinový dlouhým mitochondriální člunek v řetězcem membrána mitochondriích
b-oxidace v mitochondriích
Cis forma se mění na trans
MK s lichým počtem C
b-oxidace v mitochondriích
Koncový produkt je propionyl-CoA – přeměněn na sukcinyl-CoA
MK s krátkým (4- Transport do 6C), středně mitochondrií dlouhým (8-10C)
V peroxisomech
Vnější Karnitinový mitochondriální člunek v membrána mitochondriích
Doplňkové reakce
Tvorba ketolátek • Vstup
acetyl-CoA do citrátového cyklu závisí na dostupnosti oxaloacetátu. Při hladovění nebo diabetu je oxaloacetát spotřebováván na tvorbu glukosy.
• Při nedostatku sacharidů se hladina oxaloacetátu snižuje a tím se zpomaluje citrátový cyklus. Oxaloacetát se získává karboxylací pyruvátu.
• Známý biochemický bonmot: TUKY HOŘÍ V OHNI SACHARIDŮ. • Proč? • Snížíme-li příjem sacharidů ve stravě a nahradíme je bílkovinami, zvyšuje se tvorba ketonových látek (z úst může být cítit aceton jako při cukrovce.
Tvorba ketolátek Ketonové látky
• Acetoacetát • D-3-hydroxybutyrát • Aceton
Metabolické palivo pro periferní tkáně – srdeční a kosterní svaly
Během hladovění (nedostatek glukosy) jsou hlavním palivem pro mozek
Tvorba ketolátek • Za situace nadbytku mastných kyselin a acetyl-CoA se
• dva acetyl-CoA kondenzují za tvorby acetoacetyl-CoA • acetoacetyl-CoA
reaguje s dalším acetyl-CoA za tvorby 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA (HMG – CoA) a CoA
• HMG-CoA se štěpí na acetyl-CoA a acetoacetát • dalšími ketolátkami jsou redukční produkt D-3-hydroxybutyrát a odpadní látka aceton
• Hlavním místem tvorby ketolátek jsou jaterní mitochondrie.
3-Ketothiolasa – tvorba peroxisomu acetoacetyl CoA Základní struktura (acetyl-CoA acetyltransferasa)
O H3C
C
O S
Acetyl-CoA
CoA
+
H3C
C
S
Acetyl-CoA
CoA
1 H3C CoA
O
O
C
C
C H2
S
Acetoacetyl-CoA
CoA
Hydroxymethylglutaryl-CoA-synthasa
H3C
O
O
C
C
C H2
O S
Acetoacetyl-CoA
CoA
+
H3C
C
S
Acetyl-CoA
O
2
CoA
-
O H2O
CoA
C
HO C H2
CH3 C
C H2
O C
S
CoA
3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA
Hydroxymethylglutaryl-CoA štěpící enzym (lyasa) O -
O
C
HO C H2
CH3 C
C H2
O C
S
3
CoA
-
O O
3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA H3C
C
O
O
C
C
C H2
Acetoacetát S
CoA
CH3
Tvorba ketolátek Acetoacetát
•
neenzymovou dekarboxylací je přeměněn na aceton ( v dechu diabetiků – příznak cukrovky)
•
redukce na D-3hydroxybutyrát
3-hydroxybutyrátdehydrogenasou O -
O
C
O C H2
C
Acetoacetát
O 4
-
CH3
O H+ + NADH
NAD+
C
H C H2
OH C
CH3
D-3-Hydroxybutyrát
O H3C CO2
C Aceton
CH3
Využití ketolátek - aktivace acetoacetátu
Acetoacetát a 3-hydroxybutyrát
•
jsou přeneseny do periferních tkání a zde využity jako alternativní zdroj energie
•
v játrech transferasa není
Role acetoacetátu • Srdeční
sval a kůra ledvin preferují za hladovění acetoacetát před glukosou.
• Taktéž
mozek se za hladovění adaptuje na acetoacetát. Při dlouhodobém hladovění je až 75 % energie mozku z acetoacetátu!!!
• Acetoacetát
má regulační roli. Vysoká hladina acetoacetátu v krvi je signálem přítomnosti vysokého množství acetyl-CoA což vede k poklesu lipolýzy v adiposních tkáních.
• Ketolátky jsou ve vodě rozpustnou transportní formou acetylů.
Živočichové nedokáží převést mastné kyseliny na glukosu!!! • Proč ? • Acetyl-CoA nemůže být převeden na pyruvát nebo oxaloacetát, vstupuje do citrátového cyklu a oba uhlíky se v jeho průběhu odštěpí jako CO2.
• Rostliny a některé mikroorganismy mají další dva enzymy v
tzv. glyoxylátovém cyklu a jsou schopné převést acetyl CoA na oxaloacetát.
