Metabolizm zwiÄ zków lipidowych
Metabolizm zwiÄ zków lipidowych
Metabolizm zwiÄ zków lipidowych
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Arkadiusz Kozubek<br />
2012<br />
Przygotowano w oparciu o dostępne podręczniki i materiały dostępne w sieci<br />
Egzamin będzie w stylu znanego Wam z I roku.<br />
Radzę chodzić na wykłady dla komentarzy i objaśnień.
Związki lipidowe<br />
LIPIDY – ZWIĄZKI LIPIDOWE<br />
–tłuszcze i związki tłuszczopodobne Po co (p. one definicje są i omówienie na poprzednim<br />
cyklu wykładowym) pełnią w organizmach żywych trzy główne funkcje:<br />
-Pełnią funkcje strukturalne<br />
-Uczestniczą w przekazywaniu informacji<br />
- Sąźródłem energii, szczególnie te dostarczane z pokarmem<br />
Składnik<br />
Energia<br />
kJ/g suchej masy<br />
Sucha<br />
masa<br />
(g<br />
Dostępna<br />
(kJ)<br />
energia<br />
Kwasy tłuszczowe (tkanka tłuszczowa) 37 15 000 555 000<br />
Białko (mięśnie) 17 6 000 102 000<br />
Glikogen (mięśnie) 16 120 1 920<br />
Glikogen (wątroba) 16 70 1 120<br />
Glukoza (płyny ustrojowe) 16 20 320<br />
2
I. Katabolizm<br />
I.A. Katabolizm triglicerydów (tłuszczów prostych) i<br />
fosfolipidów<br />
Tłuszczowce występują w pożywieniu zwierząt jako „tłuste” elementy<br />
składowe diety (n.p. tkanka tłuszczowa mięsa, tłuszcze nabiału) oraz<br />
jako dodawane do diety tłuszcze (n.p. masło, smalec, oleje, margaryny)<br />
Spożywane z pokarmem podlegają przemianom metabolicznym dzięki<br />
którym organizm będzie mógł je wykorzystać jako źródło energii<br />
3
Ogólne etapy wprowadzania<br />
triglicerydów pokarmowych<br />
do organizmu zwierzęcia<br />
Tłuszcze z pożywienia są<br />
degradowane<br />
do<br />
monoglicerydów i wolnych<br />
kwasów tłuszczowych w<br />
dwunastnicy a w komórkach<br />
nabłonka tworzą ponownie<br />
triglicerydy, które kondensują<br />
z lipoproteinami dając<br />
chylomikrony, które docierają<br />
do wątroby, płuc, serca,<br />
mięśni i innych organów.<br />
4
Hydroliza trójglicerydów w tkance tłuszczowej (lipoliza) jest regulowana hormonalnie<br />
5
Lipazy<br />
6
Lipazy<br />
7
Fosfolipazy<br />
8
Fosfolipazy<br />
9
Fosfolipazy A 2<br />
10
Fosfolipazy A 2<br />
11
Fosfolipazy A 2<br />
12
Fosfolipazy A 2<br />
Kinetyka działania – specyfika w stosunku do innych enzymów gdyż substrat<br />
nie jest rozpuszczalny w wodzie<br />
13
Fosfolipazy A 2<br />
14
Fosfolipazy C<br />
15
Udział fosfolipaz w sygnalizacji komórkowej<br />
16
Fosfolipazy D<br />
17
Fosfolipazy D<br />
18
Dalsze etapy katabolizmu glicerydów<br />
Trawienie triglicerydów przebiega poprzez diglycerydy. Powstają one<br />
głównie podczas trawienia triglicerydów w żołądku i dwunastnicy.<br />
U ludzi lipaza żołądkowa preferencyjnie hydrolizuje wiązanie estrowe w<br />
pozycji sn-3 dając sn-1,2-diacyloglicerole. W środowisku kwaśnym ulegają<br />
one izomeryzacji do sn-1,3-diacylogliceroli, które znowu sąhydrolizowane w<br />
pozycji sn-3 dając w konsekwencji monoacyloglicerole powszechnie<br />
wykazywane w treści żołądkowej.<br />
W dwunastnicy lipaza trzustkowa hydrolizuje wiązania sn-1 i sn-3 dając<br />
mieszaninę sn-2,3 i sn-1,2-diacylogliceroli. One również ulegają chemicznej<br />
izomeryzacji co w konsekwencji prowadzi do całkowitego zhydrolizowania<br />
tych tłuszczów.<br />
20
Los glicerolu<br />
Uwolniony glicerol wchodzi w szlak Glikolizy a następnie Cyklu Kwasu<br />
Cytrynowego<br />
21
Los wolnych kwasów tłuszczowych I<br />
Szczególna rola kwasu arachidonowego<br />
22
Los wolnych kwasów tłuszczowych II<br />
Aby mogły być źródłem energii konieczna jest ich metaboliczna aktywacja<br />
Kwasy tłuszczowe są aktywowane metabolicznie w zewnętrzej błonie<br />
mitochondrialnej lub na powierzchni retikulum przez dołączenie CoA.<br />
Reakcję katalizuje syntetaza acylo-CoA<br />
Uaktywniony metabolicznie<br />
kwas tłuszczowy<br />
Dalsze etapy katabolizmu kwasów tłuszczowych odbywają się<br />
w matriks mitochondrialnej<br />
23
Uaktywniony metabolicznie<br />
kwas tłuszczowy<br />
24
Los kwasów tłuszczowych w mitochondriach<br />
Najpierw zaktywowane kwasy muszą zostać przeniesione z cytosolu<br />
do mitochondriów. Do tego celu służy tzw. Prom karnitynowy<br />
26
Degradacja kwasów tłuszczowych<br />
w mitochondriach<br />
– β-oksydacja<br />
Reakcje:<br />
!<br />
1 -utlenienie<br />
2 -uwodnienie<br />
3 -utlenienie<br />
4 -tioliza<br />
27
Degradacja kwasów tłuszczowych w mitochondriach<br />
– β-oksydacja<br />
Dehydrogenaza acylo-CoA<br />
28
Dehydrogenaza acylo-CoA<br />
FAD<br />
FAD przekazuje elektrony na flawoproteinę przekazującą elektrony (ETF).<br />
Elektrony te przy udziale swoistego białka żelazowo-siarkowego są użyte<br />
do redukcji ubichinonu włączającego je w mitochondrialny łańcuch transportu<br />
elektronów – zysk 1,5 cząsteczki ATP<br />
29
Ostatnia reakcja - tioliza<br />
Do cyklu kwasu<br />
cytrynowego<br />
Do ponownej obróbki<br />
-zawrócenie do etapu I<br />
30
Bilans β-oksydacji<br />
Woda metaboliczna<br />
31
β-oksydacja kwasów nienasyconych<br />
β-oksydacja kwasu olejowego (18:1 delta 9)<br />
konieczny jest dodatkowy enzym – izomeraza enoilo-CoA,<br />
który zmienia konfigurację wiązania podwójnego z cis na trans<br />
32
Cały proces przebiega tak<br />
33
w przypadku<br />
wielonienasyconych<br />
kwasów tłuszczowych<br />
(tu kwas linolowy 18:2 delta 9,12)<br />
konieczne są dwa dodatkowe<br />
enzymy:<br />
izomeraza enoilo-CoA<br />
reduktaza 2,4-dienoilo-CoA<br />
34
β-oksydacja kwasów nieparzystowęglowych<br />
(częstych u roślin i organizmów morskich)<br />
Wymagana jest obecność dodatkowych trzech enzymów:<br />
Karboksylazy propionylo-CoA (biotyna)<br />
Epimerazymetylomalonylo-CoA<br />
Mutazymetylomalonylo-CoA (B12)<br />
35
β-oksydacja kwasów nieparzystowęglowych<br />
Najpierw zachodzi odpowiednia liczba cyklów<br />
β-oksydacji ażdo pozostania „resztki”<br />
Produkt wchodzi do CKTK lub po<br />
przekształceniu w jabłczan i przejściu<br />
do cytosolu jest dekarboksylowany do<br />
pirogronianu, który potem zostanie<br />
spalony<br />
36
β-oksydacja w peroksysomach i glioksysomach<br />
różni się od mitochondrialnej tylko pierwszą reakcją –występuje tu<br />
oksydaza (dehydrogenaza) acylo-CoA (inna od tej występującej w<br />
normalnej β-oksydacji)<br />
Elektrony nie wędrują bowiem przez łańcuch oddechowy a trafiają<br />
bezpośrednio na tlen dając H 2<br />
O 2<br />
Z tego względu uzyskuje się z kwasu tłuszczowego mniej cząsteczek ATP<br />
(FAD vs NAD)<br />
37
Cały proces wygląda jak na schemacie<br />
38
α-oksydacja kwasów<br />
rozgałęzionych<br />
W tłuszczu mleka przeżuwaczy<br />
(krowy, owce) i produktach<br />
nabiałowych występuje kwas<br />
fitanowy, produkt utleniania fitolu<br />
(z chlorofilu).<br />
Obecność grupy metylowej przy<br />
węglu C-3 blokuje β-oksydację,<br />
konieczną jest więc inna droga<br />
utleniania tego kwasu.<br />
39
Genetyczny defekt dotyczący niedoboru α-hydroksylazy kwasu<br />
fitanowego prowadzi do choroby Refsuma (RD), w której jest on<br />
akumulowany w surowicy, płynach ustrojowych oraz tkankach prowadząc<br />
do zaburzeń neurologicznych, degeneracji móżdżku oraz obwodowej<br />
neuropatii. Dodatkowo nocną ślepotę, łuskowatą skórę, zaburzenia<br />
słuchu a także zaćmę. Najbardziej efektywną formą terapii klasycznej<br />
postaci choroby jest zdecydowane ograniczenie w diecie kwasu<br />
fitanowego (absolutny zakaz spożywania roślin zielonych). Ostatnio<br />
(2006) wykazano, że izoenzymy cytochromów P450 (CYP4) uczestniczą<br />
w eliminacji/zapobieganiu akumulacji kwasu fitanowego poprzez jego<br />
degradację na drodze ω-hydroxylacji.<br />
Dodatkowy równoległy brak/niedobór dekarboksylazy kwasu<br />
α-hydroksyfitanowego prowadzi do innej poważnej jednostki<br />
chorobowej – rhizomelic chondrodysplasia punctata (RCDP), która<br />
jest wynikiem autosomalnej recesywnej jednostki związanej z<br />
nieprawidłowościami w biogenezie peroksysomów. Chorzy<br />
charakteryzują się skróconymi kończynami, nienormalnym rozwojem<br />
kości i chrząstek (widocznymi już w rozwoju płodowym), niedorozwojem<br />
psychomotorycznym a także zaćmą. Większość chorych umiera w<br />
dzieciństwie. Na razie nie ma na nią lekarstwa.<br />
41
2006<br />
42
ω-oksydacja<br />
W retikulum endoplazmatycznym komórek eukariotycznych zachodzi także<br />
inny proces utleniania kwasów tłuszczowych (n-FFA), który prowadzi do<br />
powstania kwasów dikarboksylowych.<br />
Jest katalizowany przez monooksygenazę cytochromu P-450 używającą<br />
tlen O 2<br />
jako substratu.<br />
43
Birringer M. et al. Free Radical Biol.<br />
Med. 31 (2001) 226<br />
45
Produkty ω-oksydacji 4-n-nonylofenolu<br />
Zalko, D. et al. Drug Metab. Disp. 31 (2003) 168<br />
46
Proponowany szlak ω-oksydacji<br />
5-n-alkilorezorcynoli<br />
Ross A.B. Alkylresorcinols in cereal<br />
grains. PhD Thesis, 2003, Uppsala<br />
47
Katabolizm pierścienia aromatycznego<br />
Chapman PJ, Ribbons DW J. Bacteriol. 125 (1976) 975<br />
48
Ciała ketonowe<br />
Chociaż większość acetylo-CoA powstającego w czasie degradacji kwasów<br />
tłuszczowych ulega utlenieniu w cyklu TCA, to jego część przekształcana<br />
jest w procesie ketogenezy w:<br />
zwane ciałami ketonowymi<br />
aceton,<br />
acetooctan<br />
b-hydroksymaślan<br />
Głównym powodem ich wzmożonego powstawania jest niedobór<br />
szczawiooctanu, kluczowego akceptora acetylo-CoA wprowadzającego<br />
go do CKTK<br />
49
Ciała ketonowe<br />
Chociaż większość acetylo-CoA powstającego w czasie degradacji kwasów<br />
tłuszczowych ulega utlenieniu w cyklu TCA, to jego część przekształcana<br />
jest w procesie ketogenezy w:<br />
zwane ciałami ketonowymi<br />
aceton,<br />
acetooctan<br />
b-hydroksymaślan<br />
Głównym powodem ich wzmożonego powstawania jest niedobór<br />
szczawiooctanu, kluczowego akceptora acetylo-CoA wprowadzającego<br />
go do CKTK
Tworzenie ciał ketonowych
Wykorzystanie ciał ketonowych jako źródła energii<br />
Acetooctan i b-hydroksymaślan są transportowalną formą kwasów tłuszczowych. Mogą<br />
krążyć w ustroju bez potrzeby tworzenia kompleksu z albuminą lub innymi wiążącymi kwasy<br />
tłuszczowe białkami i dostarczać energii potrzebującym tkankom, szczególnie mięśniowi sercowemu<br />
i korze nerek.
Ciała ketonowe jako źródło energii w mięśniach
Katabolizm cholesterolu
Kataboliczna obróbka cholesterolu prowadzi do powstania kwasów żółciowych<br />
i ich soli.<br />
Najbardziej powszechnymi żółci kwasami żółciowymi są:<br />
Kwas chenodeoksycholowy (ok. 45%)<br />
Kwas cholowy (ok. 31%)<br />
Są określane nazwą podstawowych kwasów żółciowych.<br />
W jelicie są one poddawane obróbce przez bakterie dając tzw. Drugorzędowe<br />
kwasy żółciowe (deoksycholan i litocholan).<br />
Kwasy żółciowe występują także w postaci sprzężonej z innymi związkami, n.p.<br />
glicyną i tauryną.
Znaczenie kliniczne syntezy kwasów żółciowych<br />
Pełnią cztery ważne funkcje fizjologiczne:<br />
-Ich synteza i następnie wydalanie z kałem stanowią główną drogę<br />
eliminacji nadmiaru cholesterolu z organizmu<br />
-Kwasy żółciowe i fosfolipidy solubilizują (rozpuszczają) cholesterol<br />
w żółci zapobiegając jego wytrącaniu w woreczku żółciowym<br />
-Współuczestniczą jako emulsyfikatory w trawieniu lipidów i wspomagają<br />
lipazy trzustkowe<br />
-Ułatwiają wchłanianie w jelitach rozpuszczalnych w tłuszczach witamin
Cholesterol prekursorem innych bioaktywnych cząsteczek<br />
-Hormony sterydowe
Nieenzymatyczne degradacje lipidów - peroksydacja<br />
Wolne rodniki<br />
Reaktywne formy tlenu - ROS<br />
Definicja wolnego rodnika:<br />
cząsteczka posiadająca jeden lub więcej wolnych, niesparowanych<br />
elektronów.<br />
Czyli jest to cząsteczka (lub jon) o spinie elektronowym różnym od 0.<br />
Większość elektronów w atomach i cząsteczkach występuje parami.<br />
Układ, w którym na jakimś orbitalu jest tylko jeden elektron jest zazwyczaj<br />
nietrwały i dąży do przyjęcia lub oddania elektronu - zwykle z udziałem<br />
innego atomu lub cząsteczki. Rodniki są zwykle obojętne elektrycznie i<br />
zazwyczaj bardzo reaktywne. W "typowych" reakcjach z udziałem rodników<br />
ich stężenie w mieszaninie reakcyjnej jest zwykle dość niskie, ze względu<br />
na ich dużą reaktywność.
Wolne rodniki powstają np. na skutek homolitycznego rozpadu wiązań<br />
chemicznych. Może ono następować pod wpływem naświetlania<br />
promieniowaniem ultrafioletowym, promieniowaniem rentgenowskim,<br />
przez bombardowanie elektronami, w wyniku niektórych reakcji redoks,<br />
a także w wyniku termicznego rozpadu (tzw. dysocjacji termicznej)<br />
takich związków jak np.: nadtlenki lub sole diazoniowe.<br />
Czas życia wolnych rodników i ich reaktywność zależą od ich struktury.<br />
Trwałość rodników alkilowych rośnie wraz z ich rzędowością. Stabilizujący<br />
wpływ ma także sprzężenie z sąsiednimi grupami (np. z podwójnym<br />
wiązaniem).<br />
Najprostszym rodnikiem jest pojedynczy atom wodoru, który składa się z<br />
protonu i jednego, niesparowanego elektronu. Średni czas życia rodnika<br />
wodorowego, w gazowym wodorze w temperaturze pokojowej to ok. 2,5<br />
nanosekundy - co oznacza, że statystycznie tyle czasu mija od powstania<br />
tego rodnika do jego związania z drugim rodnikiem i powstania zwykłej<br />
cząsteczki wodoru: H 2<br />
.
Reaktywne formy tlenu- substancje chemiczne, będące produktami jedno-,<br />
dwu- lub trójelektronowej redukcji cząsteczki tlenu,<br />
oraz formy im pokrewne.<br />
Wykazują większą aktywność chemiczną aniżeli cząsteczka tlenu w<br />
podstawowym stanie trypletowym.<br />
Wytwarzane są zarówno w układach nieożywionych jak i w komórkach<br />
organizmów żywych jako produkty reakcji fizjologicznych, takich jak np.:<br />
utlenianie kwasów tłuszczowych i alkoholi z udziałem enzymów<br />
flawinowych, hydroksylowanie cząsteczek ksenobiotyków, przemiany<br />
kwasu arachidonowego, synteza tyroksyny, fagocytoza.<br />
Przykłady:<br />
wolne rodniki- wodorotlenowy (•OH), alkoksylowy (RO•), nadtlenkowy<br />
(ROO•), tlenek azotu (NO•), rodnik wodoronadtlenkowy HO 2<br />
•, anionorodnik<br />
ponadtlenkowy O 2<br />
•-;<br />
nadtlenki- nadtlenek wodoru (H 2<br />
O 2<br />
),<br />
nadtlenki organiczne (ROOR);<br />
tlen singletowy (1O 2<br />
).
Przebieg reakcji wolnorodnikowej:<br />
1. inicjacja<br />
2. propagacja (elongacja)<br />
3. terminacja
Żelazo w organiźmie może katalizować procesy wolnorodnikowej destrukcji<br />
Komórkowe cykle oks-red zaangażowane w przemiany wolnych rodników
Produkty utleniania lipidów
Prewencja przeciwnowotworowa
Enzymatyczne utleniania kwasów tłuszczowych<br />
EIKOZANOIDY<br />
(gr. εἴκοσι, eikosi = dwadzieścia, czyli zawierające 20 atomów węgla)<br />
grupa organicznych związków chemicznych, będących produktami przemian<br />
niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT): przede wszystkim<br />
kwasu arachidonowego a także kwasu linolowego i kwasu α-linolenowego.<br />
Dzielimy je na:<br />
prostaglandyny, prostacykliny, tromboksany i leukotrieny.<br />
Eikozanoidy wykazują znaczną aktywność i spełniają bardzo wiele istotnych<br />
metabolicznie funkcji. Są obecne w bardzo wielu różnego rodzaju tkankach.<br />
Związki te nie są przechowywane w komórce a są szybko syntetyzowane i<br />
uwalniane (5-60 sek.)<br />
W odpowiedzi na bodźce (histamina, adrenalina, angiotensyna II, trombina) w<br />
komórce uruchamiany jest system degradacji lipidów. Najczęściej są to<br />
fosfolipazy cytozolowe i nietrzustkowe wydzielnicze typu II.<br />
76
Prostaglandyny (PGs)<br />
Należą one do hormonów parakrynowych (działających miejscowo),<br />
są regulatorami procesów fizjologicznych,<br />
powstają wskutek pobudzenia nerwowego.<br />
Po zadziałaniu na komórkę czynników fizjologicznych takich jak hormony i<br />
neuroprzekaźniki, lub patologicznych, takich jak toksyny, czynniki drażniące,<br />
mikroorganizmy, następuje uwalnianie hormonów tkankowych.<br />
Powodują one zaburzenia wewnątrz komórki, m.in. uszkadzają błonę lizosomów.<br />
Hydrolazy mogą hydrolizować wiązania estrowe fosfolipidów błonowych, czego<br />
efektem jest uwolnienie wolnych kwasów tłuszczowych do cytoplazmy. Jeżeli<br />
uwolnionym kwasem jest kwas arachidonowy, ulega on kaskadzie kwasu<br />
arachidonowego w wyniku czego powstają PGs.<br />
79
Najczęściej są to fosfolipazy cytosolowe i nietrzustkowe wydzielnicze<br />
typu II.<br />
cPLA2 jest rozpuszczalnym białkiem wymagającym do swej aktywności<br />
niskie stężenie jonów Ca2+ (500 nM) i swoistym do kwasu<br />
arachidonowego w pozycji sn-2.<br />
sPLA2 wymaga wysokiego stężenia jonów wapnia (ok. 1 mM) i nie<br />
wykazuje swoistości ani w stosunku do grupy polarnej fosfolipidu ani<br />
kwasu tłuszczowego w pozycji sn-2.<br />
80
Kwas arachidonowy ulega przemianom z udziałem zespół enzymów<br />
zwanych syntetazą prostaglandynową (syntazą peroksydów<br />
prostaglandynowych PGHS), w której skład wchodzą:<br />
cyklooksygenaza<br />
oraz izomerazy – specyficzne komórkowo i tkankowo enzymy, które<br />
odpowiadają za wytworzenie poszczególnych PG.<br />
Prostaglandyny syntetyzowane są przez enzym zwany cyklooksygenazą<br />
(COX).<br />
Istnieją dwie formy enzymu COX: COX-1 i COX-2. Obie formy syntetyzują<br />
prostagladyny, z tym, że ich funkcja jest nieco inna.<br />
Prostaglandyny pochodzenia COX-1 – m.in. chronią błonę wyściełającą<br />
żołądek, zmniejszając wytwarzanie kwasu żołądkowego, regulując<br />
wydzielanie śluzu oraz prawidłowe ukrwienie żołądka<br />
Prostaglandyny pochodzenia COX-2 –uczestniczą w procesach zapalnych<br />
i przyczyniają się do powstania bólu, gorączki i obrzęków.<br />
81
PGHS-1 (COX-1) jest związana z błoną ER od strony światła tego<br />
organellum oraz z zewnętrzną błoną otoczki jądrowej. Jest hemoproteiną<br />
zawierającą jedną protoporfirynę IX na każdy monomer (jest białkiem<br />
dimerycznym o masie 2x72 kDa). Białko jest N-glikozylowane na resztach<br />
asparagin 68, 144 i 410.<br />
Po biosyntezie białko to zawiera sekwencję sygnałową długości 24-26 AA,<br />
które potem są odcinane (transport do ER) pozostawiając 574 AA łańcuch.<br />
W PGHS-1 monomery są połączone w układzie głowa-ogon. Każdy<br />
monomer zawiera w rejonie N-końcowym 55 AA domenę podobną do<br />
czynnika wzrostu naskórka (EGF), region łączący (50 AA, domena<br />
wiązania z błoną) oraz C-końcową domenę katalityczną.<br />
PGHS-2 (COX-2) posiada sekwencję aminokwasową w 60% identyczna<br />
jak COX-1. Różnice obecne są w sekwencji sygnałowej oraz w składzie<br />
domeny wiążącej enzym do błony. COX-2 występuje w dwóch formach<br />
-72 i 74 kDa, pierwsza z nich jest glikozylowana w trzech miejscach,<br />
druga w czterech.<br />
PGHS-2 jest w 60% sekwencji AA identyczna z PGHS-1. Głównymi<br />
różnicami są skład sekwencji sygnałowej oraz skład domeny wiązania z<br />
błoną (reszty 70-120 PGHS-1). PGHS-2 występuje w dwóch formach - o<br />
masie 72 i 74 kDa. Pierwsza jest N-glikozylowana w trzech miejscach<br />
(podobnie jak PGHS-1) a druga - w czterech.<br />
82
Miejsca aktywne PGHS-1<br />
Dla działania PGHS wymagana jest obecność ponadtlenku utleniającego<br />
hemową grupę prostetyczną. To powoduje utlenianie reszty tyrozynowej i<br />
inaktywację enzymu, który traci jedno miejsce aktywne na każde 1400 cykli<br />
katalitycznych.<br />
PGHS-1 jest związana z błoną ER od strony światła tego organellum oraz z<br />
zewnętrzną błoną otoczki jądrowej. Jest hemoproteiną zawierającą jedną<br />
protoporfirynę IX na każdą podjednostkę, gdyż jest dimerem o masie 2 x 72<br />
kDa.<br />
83
Obie PGHS są integralnymi białkami błonowymi, mimo że nie posiadają<br />
typowych struktur transmembranowych.<br />
Zakotwiczone są w jednej tylko monowarstwie przez 4 krótkie α-helikalne<br />
fragmenty obecne w domenie zwanej regionem łączącym (występuje w<br />
każdym monomerze pomiędzy C-końcową domeną katalityczną a<br />
domeną podobną do czynnika wzrostu naskórka (EGF).<br />
Synteza eikozanoidów indukowana jest uszkodzeniem tkanki.<br />
Rozwijający się stan zapalny powoduje migrację monocytów i<br />
neutrofilów, które reagują z komórkami otaczających je tkanek<br />
pobudzając je do syntezy ikozanoidów.<br />
84
Działanie prostaglandyn jest silne i różnorodne, często przeciwstawne i jest<br />
to:<br />
-pobudzenie lub hamowanie skurczy mięśni gładkich macicy, przewodu<br />
pokarmowego, przewodu oddechowego, naczyń krwionośnych<br />
-hamowanie wydzielania soku żołądkowego<br />
-pobudzenie ruchliwości plemników<br />
-są także mediatorami odczynu zapalnego<br />
-działają chemotaktycznie na leukocyty<br />
Znanych jest obecnie ponad 16 rodzajów PGyn u człowieka oznaczonych<br />
literami: PGA, PGB, PGD, PGE, PGF, PGG, PGH, PGI, PGI2<br />
a także cyframi, które oznaczają liczbę wiązań nienasyconych w łańcuchu:<br />
PGA2, PGE2, PGH2.<br />
85
PGG2<br />
PGH2<br />
PGA1<br />
PGC1<br />
86
Synteza prostaglandyn jest hamowana zarówno przez przez szereg<br />
niesteroidowych przeciwzapalnych leków (NSAID), takich jak aspiryna,<br />
ibuprofen (Advil®), flurbiprofen, acetaminofen (Tylenol®), indometacyna<br />
i SC-558 jak i przez przeciwzapalne leki steroidowe (które wybiórczo<br />
hamują PGHS-2 na poziomie transkrypcji)<br />
87
Sposoby hamowania PGHS-1 przez NSAID:<br />
aspiryna (kwas acetylosalicylowy) konkuruje z arachidonianem o wiązanie<br />
z miejscem aktywnym PGHS, mimo iż wiązanie właściwego substratu jest<br />
10 000 x bardziej efektywne. Po związaniu aspiryny następuje acetylacja<br />
seryny 530, która de facto nie jest wymagana dla katalizy, inhibując<br />
aktywność cyklooksygenazową a nie wpływając na aktywność<br />
peroksydazową<br />
88
W przypadku PGHS-2 mimo acetylacji reszty seryny homologicznej<br />
do Ser 530 obecnej w PGHS-1, enzym może nadal utleniać<br />
arachidonian ale nie do PGH2 lecz do 15R-HETE.<br />
Tromboksany –odkryte w płytkach krwi, odpowiedzialne są za ich agregację.<br />
Aspiryna stosowana w małych dawkach, hamując biosyntezę tromboksanów<br />
w płytkach krwi, bez istotnego wpływu na syntezę innych prostanoidów w<br />
innych komórkach, zmniejsza krzepliwość krwi, co ma pozytywne znaczenie<br />
przy chorobach układu krążenia oraz ich profilaktyce (Acard) gdyż dojrzałe<br />
płytki nie posiadają jądra i możliwości syntetyzowania nowych białek. Inne<br />
komórki, mimo działania hamującego aspiryny mogą odnowić pulę PGHS<br />
dzięki biosyntezie de novo. W przypadku płytek krwi musi powstać nowe ich<br />
pokolenie co zajmuje 5-10 dni.<br />
89
Inne NSAID działają gównie przez konkurencję z substratem<br />
ibuprofen konkuruje o miejsce wiązania substratu, jest inhibitorem odwracalnym<br />
flurbiprofen i indometacyna hamują PGHS-1 i PGHS-2 przez tworzenie mostka<br />
solnego z Arg 120 z centrum aktywnego<br />
Flurbiprofen<br />
Indometacyna<br />
90
Większość NSAID hamuje obie PGHS. Ponieważ hamowanie PGHS-1,<br />
jako efekt uboczny, jest wrzodogenne główne badania skupiają się na<br />
inhibitorach PGHS-2 jako bezpiecznych antyzapalnych i antybólowych<br />
preparatach. Przykładem takiego leku jest SC-558, który inhibuje<br />
specyficznie PGHS-2.<br />
91
Prostanoidy, syntetyzowane w jednych komórkach posiadają receptory w<br />
błonach komórkowych komórkach docelowych.<br />
Przykładem są receptory prostaglandyny E (EP-receptory) oraz receptor TP<br />
(TxA/PGH).<br />
Pierwsze z nich tworzą rodzinę zawierającą 4 receptory.<br />
EP1 związany jest z aktywacją fosfolipazy C,<br />
EP2 i EP4 ze stymulacją cyklazy adenylowej a<br />
EP3 (w tym kilka jego izoform) z hamowaniem cyklazy adenylowej.<br />
Receptor TP jest receptorem posiadającym siedem domen<br />
transmembranowych, podobnie do rodziny rodopsyn.<br />
92
Główną fizjologiczną rolą prostanoidów jest koordynowanie odpowiedzi<br />
komórek na działanie hormonu. W większości przypadków jest ona<br />
mediowana przy udziale białek z rodziny białek G.<br />
Kiedy prostanoidy dostaną się do krążenia są szybko inaktywowane.<br />
Pierwszym krokiem jest utlenianie PGE2 do 15-keto pochodnej, procesu<br />
katalizowanego przez dehydrogenazę 15-hydroksyprostaglandynową.<br />
W dalszym kataboliźmie następuje redukcja wiązań podwójnych<br />
pomiędzy C-13 a C-14, ω-oksydacja oraz β-oksydacja.<br />
93
Prostacykliny<br />
PGI2 -hormon tkankowy z grupy prostaglandyn wytwarzany przez ściany<br />
naczyń krwionośnych głównie w śródbłonkach płuc z kwasu<br />
arachidonowego pod wpływem enzymów: syntazy prostaglandyny i<br />
syntazy prostacykliny. Hamuje zlepianie (agregację) płytek krwi, działa<br />
rozkurczowo na naczynia krwionośne i obniża ciśnienie krwi.<br />
Została odkryta w 1976 przez zespół polsko-brytyjski (m.in. R. Gryglewski,<br />
A. Szczeklik). Odkrycie prostacykliny otwiera nowe możliwości w<br />
zapobieganiu zawałowi serca i w jego leczeniu.<br />
94
Leukotrieny<br />
są autokrynnymi lub parakrynnymi eikozanoidami powstającym z kwasu<br />
arachidonowego w wyniku działania enzymu 5-lipoksygenazy.<br />
Nazwa "leukotrieny" pochodzi od słów leukocyt i trien. To co później zostało<br />
nazwane leukotrienem C - substancja wolnej reakcji anafilaktycznej (SRS,<br />
ang. - "Slow Reaction Smooth muscle-stimulating Substance" lub "Slow<br />
Reacting Substance of anaphylaxis" - SRS-A) była opisana już w 1938 i 1940<br />
przez Feldberga i Kellawaya. Wyizolowali oni SRS z tkanki płucnej po<br />
przedłużonym okresie ekspozycji na jad węża i histaminę.<br />
Do leukotrienów należą:<br />
LTA4, LTB4, LTC4, LTD4,<br />
LTE4 i LTF4.<br />
LTC4, LTD4 i LTE4 sączęsto<br />
nazywane leukotrienami<br />
cysteinylowymi z powodu<br />
obecności aminokwasu<br />
cysteiny w ich strukturze.<br />
Leukotrieny cysteinylowe<br />
stanowią SRS-A.<br />
95
Fosfolipidy błonowe<br />
fosfolipaza A 2<br />
kwas arachidonowy<br />
lipoksygenazy<br />
HPETE<br />
HETE<br />
hepoksyliny<br />
(trioksyliny)<br />
lipoksyny<br />
Leukotrieny (LT)<br />
lipoksygenazy –niehemowe dioksygenazy<br />
wielonienasyconych kwasów tłuszczowych<br />
v stwierdzono istnienie ok. 40 lipoksygenaz roślin i ssaków.<br />
v substratem dla lipoksygenaz jest kwas arachidonowy<br />
v wbudowują atomu tlenu do łańcucha kwasu tłuszczowego<br />
v nadrodzina lipoksygenaz zawiera cztery rodziny:<br />
v 5- lipoksygenazy<br />
v 8-lipoksygenazy<br />
v 12-lipoksygenazy<br />
v 15-lipoksygenazy<br />
v w rodzinie 12-LOX wyróżniamy typy:<br />
vpłytkowy,<br />
vleukocytarny<br />
vepidermalny.<br />
96
5-HPETE<br />
kwas 5-HydroPeroksyEikozaTetraEnowy<br />
Hepoksyliny:<br />
monohydroksyepoksy pochodne AA<br />
odpowiadają za uwalnianie wapnia wewnątrzkomórkowego<br />
otwierają kanały potasowe.<br />
5-HETE<br />
kwas 5-HydroksyEikozaTetraEnowy<br />
Lipoksyny –trihydroksyeikozanoidy<br />
działanie podobne do leukotrienów<br />
antagonizują one prozapalne działanie leukotrienów ()<br />
są endogennymi inhibitorami procesów zapalnych ()<br />
czynniki sygnalizujące ich zakończenie()<br />
97
Leukotrieny<br />
LTB4 działa chemotaktycznie; najsilniej na neutrofile, znacznie słabiej na<br />
eozynofile<br />
stymuluje uwalnianie enzymów lizosomalnych oraz rodników<br />
nadtlenkowych przez neutrofile<br />
zwiększa przepuszczalność naczyń<br />
Leukotrieny cysteinylowe (LTC4, LTD4, LTE4)<br />
kurczą centralne i obwodowe drogi oddechowe<br />
zwiększają nadreaktywność oskrzeli<br />
stymulują wydzielanie śluzu przez komórki kubkowe oskrzeli<br />
zwiększają przepuszczalność naczyń<br />
działają chemotaktycznie (LTD4 swoisty czynnik chemotaktyczny dla<br />
eozynofilów)<br />
98
Reakcje epoksygenacji są związane z przekształcaniem kwasu<br />
arachidonowego przez wprowadzanie pojedynczego atomu tlenu przez<br />
związane z cytochromem P450 oksydazy, np. monooksydazy. Enzymy<br />
te wymagają jako kofaktorów flawoproteinową reduktazę cyt P450,<br />
NADPH/NAPD i tlen cząsteczkowy.<br />
Produkty wpływają na:<br />
•uwalnianie hormonu peptydowego<br />
•napięcie mięśniówki gładkiej naczyń krwionośnych<br />
•transport jonów (np. układy transportowe w nerkach)<br />
•regulują proliferację komórek<br />
•biorą udział w procesach zapalenia i hemostazie<br />
•biorą udział w szlakach wewnątrzkomórkowej sygnalizacji<br />
v EET<br />
v Śródłańcuchowe HETE<br />
v w-końcowe HETE<br />
99
Izoprostany<br />
‣ są izomerami prostaglandyn:<br />
‣ zbudowane są z pierścienia cyklopentanowego<br />
‣ oraz z dwóch łańcuchów bocznych,<br />
‣ w których występują wiązania podwójne i grupa hydroksylowa.<br />
‣ obydwa łańcuchy znajdują się po tej samej stronie pierścienia cyklopentanowego<br />
‣ produkowane na drodze nieenzymatycznego mechanizmu wolnorodnikowego<br />
‣ są wydalane przez nerki<br />
Funkcje biologiczne izoprostanów:<br />
‣ indukcja mitogenezy w komórkach mięśni gładkich naczyń krwionośnych<br />
‣ działanie naczynioskurczowe –na naczynia krwionośne nerek<br />
‣ efekt natriuretyczny<br />
‣ modulowanie funkcji płytek krwi<br />
100
Wzmożona synteza izoprostanów:<br />
‣ w chorobach mięśnia sercowego<br />
‣ choroba niedokrwienna,<br />
‣ zawał,<br />
‣ wady zastawkowe<br />
‣ miażdzyca –stężenie izoprostanów koreluje dodatnio z czynnikami<br />
ryzyka<br />
‣ hipercholesterolemia,<br />
‣ hiperhomocysteinemia,<br />
‣ palenie papierosów,<br />
‣ choroby wątroby (marskość),<br />
‣ cukrzyca<br />
‣ układu oddechowego (astma, sarkoidoza),<br />
‣ choroby tkanki łącznej (toczeń rumieniowaty układowy).<br />
101
Eikozanoid<br />
Podstawowe miejsce syntezy<br />
Aktywność biologiczna<br />
PGD 2<br />
Komórki tuczne<br />
Rozszerzanie naczyń<br />
PGE 2<br />
Nerki, śledziona, serce<br />
Rozszerzanie naczyń, wzmaganie wpływu bradykininy<br />
i histaminy, wywoływanie skurczów macicy,<br />
agregacje płytek, utrzymywanie otwartego<br />
płodowego przewodu tętniczego<br />
PGF 2<br />
Nerki, śledziona, serce<br />
Zwężanie naczyń, skurcz mięśni gładkich<br />
PGH 2<br />
Prekursor dla tromboksanu A2 i B2, zapoczątkowanie<br />
agregacji płytek i zwężanie naczyń<br />
PGI 2<br />
Serce, komórki śródbłonka naczyń<br />
Hamowanie agregacji płytek, zapoczątkowanie<br />
rozszerzania naczyń<br />
TXA 2<br />
Płytki krwi<br />
Zapoczątkowanie agregacji płytek i zwężanie naczyń<br />
TXB 2<br />
Płytki krwi<br />
Zapoczątkowanie zwężania naczyń<br />
LTB 4<br />
Monocyty, granulocyty<br />
zasadochłonne, granulocyty<br />
obojetnochłonne, granulocyty<br />
kwasochłonne, komórki<br />
tuczne, komórki nabłonkowe<br />
Zapoczątkowanie chemotaksji i agrehacji leukocytów<br />
LTC 4<br />
Monocyty i makrofagi<br />
pęcherzykowe, granulocyty<br />
zasadochłonne, granulocyty<br />
kwasochłonne, komórki<br />
tuczne, komórki nabłonkowe<br />
Składnik SRS-A2 (wolno reagującej substancji<br />
anafilaktycznej), zapoczątkowanie rozszerzania<br />
oskrzeli i zwężanie oskrzeli<br />
LTD 4<br />
Monocyty i makrofagi<br />
pęcherzykowe, granulocyty<br />
zasadochłonne, komórki<br />
tuczne, komórki nabłonkowe<br />
Główny składnik SRS-A2, zapoczątkowanie<br />
rozszerzania oskrzeli i zwężanie oskrzeli<br />
LTE 4<br />
Granulocyty zasadochłonne i<br />
komórki tuczne<br />
Składnik SRS-A2, zapoczątkowanie rozszerzania<br />
oskrzeli i zwężanie oskrzeli<br />
102
Basic pathways of ceramide metabolism and interrelationship of regulatory pathways<br />
mediated by bioactive lipids.<br />
Hannun Y A , Obeid L M J. Biol. Chem. 2002;277:25847-25850<br />
103
Compartmentalization of ceramide metabolism and function.<br />
Hannun Y A , Obeid L M J. Biol. Chem. 2002;277:25847-25850<br />
104
II. BIOSYNTEZA ZWIĄZKÓW LIPIDOWYCH<br />
Biosynteza lipidów, mimo iż od strony chemicznej wygląda podobnie do ich<br />
rozkładu, przebiega innymi szlakami.<br />
Intermediaty biosyntezy są kowalencyjnie związane z grupami sulfhydrylowymi<br />
białkowych nośników grup acylowych (ACP) - w przeciwieństwie do reakcji<br />
degradacji, gdzie połączone są z grupą –SH koenzymu A.<br />
Synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytozolu, a enzymy w nią<br />
zaangażowane są składnikami jednego wielofunkcyjnego łańcucha<br />
polipeptydowego-syntetazy kwasów tłuszczowych (u roślin i bakterii występują<br />
one oddzielnie). Koenzymem zaangażowanym w syntezę jest NADP/NADPH (w<br />
przeciwieństwie do degradacji, gdzie występowało NAD + /NADH).<br />
Strategia syntezy:<br />
Łańcuchy kwasów tłuszczowych powstają przez łączenie dwuwęglowych<br />
jednostek pochodzących pośrednio z acetylo-CoA, a bezpośrednio z malonylo-<br />
CoA (powstaje w reakcji aktywacji jednostek octanowych przebiegającej z<br />
rozkładem ATP).<br />
Dodawanie dwuwęglowych fragmentów do rosnącego łańcucha jest napędzane<br />
przez dekarboksylację malonylo-CoA. Wydłużanie łańcucha przebiega aż do<br />
uzyskania przez niego długości 16 atomów C (kwas palmitynowy).<br />
Dodatkowe atomy węgla oraz wiązania podwójne dodawane są przez inne<br />
enzymy.
Sumarycznie<br />
primer<br />
ekstender<br />
Podstawowym substratem biosyntezy kwasów tłuszczowych jest acetylo-CoA<br />
pochodzący z:<br />
• degradacji aminokwasów w cytozolu,<br />
• utleniania kwasów tłuszczowych w mitochondriach<br />
oraz z powstającego w wielu reakcjach<br />
• pirogronianu,<br />
który w matrix mitochondrialnej zamieniany jest przez dehydrogenaze<br />
pirogronianową (reakcja oksydacyjnej dekarboksylacji) w acetylo-CoA.
Acetylo-CoA powstający w matrix mitochondrialnej nie przechodzi przez błony<br />
tego organellum na zasadzie transportu prostego.<br />
W celu transportu do cytozolu przekształcany jest do cytrynianu, a po przejściu<br />
bariery błony jest w cytozolu przekształcany z powrotem w acetylo-CoA i<br />
szczawiooctan. Ten ostatni wraca do mitochondrium po przekształceniu w<br />
pirogronian.
A dokładniej wygląda to tak
NADPH potrzebny do biosyntezy pochodzi ze szlaku pentozofosforanowego lub z<br />
reakcji dekarboksylującej dehydrogenazy jabłczanowej:<br />
Ilość produkowanego w ten sposób NADPH zależy od ilości dostępnego jabłczanu.<br />
Policzmy:<br />
-każdy cytrynian przechodzący do cytozolu daje 1 cząsteczkę acetylo-CoA<br />
i 1 cząsteczkę jabłczanu,<br />
-do powstania 1 cząsteczki kw. palmitynowego potrzebne jest 8 cząsteczek<br />
acetylo-CoAi 14 NADPH,<br />
- 8 cząsteczek NADPH otrzymujemy przy przekształceniu 8 cząsteczek jabłczanu,<br />
pozostałe 6 cząsteczek NADPH pochodzić będzie zatem ze szlaku<br />
pentozofosforanowego.<br />
-jeżeli jabłczan powróci do mitochondrium przed dekarboksylacją do postaci<br />
pirogronianu, całość potrzebnego NADPH pochodzić będzie ze szlaku<br />
pentozofosforanowego.
Pierwszym etapem reakcji syntezy kwasów<br />
tłuszczowych jest reakcja katalizowana<br />
przez karboksylazę acetylo-CoA. Grupą<br />
prostetyczną tego enzymu jest biotyna.<br />
Enzym ten jest jedynym występującym w<br />
szlaku syntez kwasów tłuszczowych w<br />
ssaków, który nie jest częścią kompleksu<br />
syntetazy kwasów tłuszczowych.
Pierwszym etapem reakcji syntezy kwasów<br />
tłuszczowych jest reakcja katalizowana<br />
przez karboksylazę acetylo-CoA. Grupą<br />
prostetyczną tego enzymu jest biotyna.<br />
Enzym ten jest jedynym występującym w<br />
szlaku syntez kwasów tłuszczowych w<br />
ssaków, który nie jest częścią kompleksu<br />
syntetazy kwasów tłuszczowych.
U zwierząt karboksylaza acetylo-CoAjest białkiem kształtu filamentu (4-8 x 10 6 Da),<br />
zbudowanym z protomerów o masie 230 kDa . Każdy z nich zawiera biotynę jako grupę<br />
prostetyczną. Aktywna katalitycznie jest jednak tylko forma polimerowa tego enzymu,<br />
pojedyncze protomerysąnieaktywne. Ponieważ enzym ten katalizuje kluczową reakcję<br />
syntezy, niezwykle ważna jest jego regulacja. Jednym z przykładów jest wpływ<br />
palmitoilo-CoA, który zmienia równowagę pomiędzy forma polimerową i<br />
niespolimeryzowaną w kierunku tej nieaktywnej enzymatycznie. Natomiast cytrynian<br />
jest ważnym aktywatorem allosterycznym, jego działanie polega na przesuwaniu<br />
równowagi w stronę przeciwną. Regulacje następują poprzez reakcje fosforylacji i<br />
defosforylacji podjednostek.<br />
Karboksylaza acetylo-CoAwykazuję aktywność regulowaną allosterycznie dostępem<br />
substratu zgodnie z kinetyką modelu jednoprzejściowego.
Inne czynniki regulacyjne<br />
karboksylazy
Malonylo-CoA jest zużywany do syntezy kwasów tłuszczowych jedynie w<br />
postaci związanej z ACP. Przeniesienia CoA-ACP dokonuje transacylaza,<br />
produkt genu fabD.<br />
Kolejnym etapem jest powstanie acetoacetylo-ACP poprzez kondensację<br />
reszty acetylowej z malonylo-ACP.<br />
Może się to odbywać przy udziale dwóch syntaz:<br />
•syntazy 3-ketoacylo-ACP III (1)<br />
•syntazy 3-ketoacylo-ACP I lub II (2)<br />
(1)<br />
(2)
Intermediaty syntezy kwasów tłuszczowych są kowalencyjnie dołączone (przez<br />
wiązanie tioestrowe z grupą fosfopantotenową) do ACP, małego, rozpuszczalnego<br />
białka (8.9 kDa). Poniżej przedstawiono sposób wiązania kwasów tłuszczowych do<br />
acylo-CoA i ACP. Bez grupy fosfopantotenowej jako kofaktora, ACP są nieaktywne<br />
i nie biorą udziału w reakcjach syntezy kwasów tłuszczowych.<br />
Pojedyncze reakcje wydłużania łańcucha kwasów tłuszczowych są bardzo<br />
podobne u bakterii, grzybów, roślin i zwierząt.
Biosynteza kwasów tłuszczowych<br />
u roślin i bakterii<br />
Reakcja wydłużania łańcucha kwasów<br />
tłuszczowych jest zapoczątkowywana<br />
przez acetylotransferazę (transacylazę<br />
acetylową) i malonylotransferazę -<br />
(transacylazę malonylową). Powstające<br />
produkty łączą się ze sobą (reakcja<br />
kondensacji) i powstaje acetoacetylo-<br />
ACP.<br />
Transacylaza nie posiada wysokiej<br />
specyficzności, przenosi również inne<br />
grupy, niż reszta kwasu octowego.<br />
Przykładem jest reszta kwasu<br />
propionowego, która jest potrzebna w<br />
syntezie kwasów o nieparzystej ilości<br />
atomów węgla w łańcuchu.<br />
Malonylotransferaza jest natomiast<br />
enzymem bardzo specyficznym<br />
substratowo.
Kondensacja acetylo-CoAi malonylo-CoA jest katalizowana przez beta-keto-acylo-<br />
ACP syntazę (czyli enzym kondensujący acylo-malonylo-ACP zwany CE).<br />
Mechanizmem napędzającym tę reakcję jest dekarboksylacja podczas niej<br />
zachodząca.<br />
Reakcja ta jest pierwszą reakcją prowadzącą do powstania primera dla<br />
wydłużającego się łańcucha kwasu tłuszczowego.<br />
W kolejnych reakcjach zachodzą procesy: kondensacji, redukcji I, odwodnienia<br />
i redukcji II, w wyniku czego powstaje wielowęglowy łańcuch kwasu tłuszczowego.
U E. coli powstają trzy główne kwasy tłuszczowe:<br />
• kwas palmitynowy (16:0)<br />
• kwas palmitoolejowy (16:1 Δ9)<br />
• kwas cis-wakcenowy (18:1 Δ11)<br />
1 – 3-hydroksydekanoilo-ACP-dehydraza<br />
2 – 3-ketoacylo-ACP syntaza I i II<br />
3 – 3-ketoacylo-ACP syntaza I<br />
4 – 3- ketoacylo-ACP syntaza II
Generalnie:<br />
U prokariotów każda reakcja syntezy jest katalizowana przez<br />
odrębny enzym, z własnym genem, są to tzw. syntazykwasów<br />
tłuszczowych (FAS) typu II, wieloskładnikowe.<br />
Podobny układ spotyka się u roślin wyższych.<br />
U grzybów i zwierząt synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w<br />
multienzymatycznym kompleksie syntazykwasów tłuszczowych<br />
(FAS typu I)
U grzybów i zwierząt synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w multienzymatycznym<br />
kompleksie syntazykwasów tłuszczowych (FAS typu I).<br />
U zwierząt FAS jest homodimerem (2x250 kDa).<br />
W każdej podjednostce są trzy domeny.<br />
Pierwsza zawiera transacylazyacetylową i<br />
malonylową oraz syntazę beata-ketoacylową,<br />
jest ona odpowiedzialna za wiązanie i<br />
kondensację reszt acetylowych i malonylowych.<br />
Druga domena zawiera ACP, reduktazę betaketoacylową,<br />
dehydratazę i reduktazę enoilo-<br />
ACP, odpowiada za redukcje intermediatów<br />
syntezy.<br />
Trzecia domena zawiera tioesterazę, uwalniającą<br />
palmitynian.<br />
Homodimer powstaje z połączenia dwu trójdomenowych podjednostek:<br />
pierwsza domena jednej z podjednostek FAS reaguje z drugą i trzecią domeną<br />
drugiej podjednostki w konfiguracji „głowa-ogon”.
Bezpośrednim produktem syntezy kwasów tłuszczowych jest palmitynian. Komórka<br />
potrafi jednak syntetyzować inne rodzaje kwasów tłuszczowych. Kwasy krótsze<br />
powstają, jeżeli łańcuch jest uwalniany z FAS przed zakończeniem syntezy<br />
palmitynianu. Kwasy dłuższe ulegają dalszej elongacji w mitochondrium lub na ER.<br />
Reakcja zachodząca na ER jest bardzo podobna do już opisanej, dołączane są<br />
elementy dwuwęglowe w reakcji kondensacji malonylo-CoAi istniejącej reszty<br />
kwasu, z wydzieleniem CO2.<br />
Reakcja zachodząca w mitochondrium jest reakcją dokładnie odwrotną do betaoksydacji,<br />
za wyjątkiem wykorzystania<br />
do reakcji redukcji NADPH, a nie FADH2.<br />
Dodawane są reszty acetylo-CoA.
Wprowadzanie wiązań nienasyconych -desaturazy<br />
Zarówno prokarionty, jak i eukarionty wprowadzają do nowo syntetyzowanych<br />
kwasów tłuszczowych pojedyncze wiązania podwójne w konformacji cis. Bakterie<br />
czynią w sposób niezależny od obecności O2, natomiast eukarionty w sposób<br />
zależny od tlenu. Następuje to po osiągnięciu przez łańcuch długości 16-18 atomów<br />
węgla i zachodzi pośrodku łańcucha.<br />
Prokariontynie są zdolne do syntezy wielonienasyconych kwasów tłuszczowych,<br />
eukarionty są: rośliny prowadza taką syntezę bez ograniczeń, natomiast u zwierząt<br />
wiązania podwójne są wprowadzane w części łańcucha poniżej atomu węgla C9.<br />
Inne kwasy wielonienasycone muszą być dostarczane z dietą.
Desaturacje realizowane przez różne organizmy
Synteza kwasów tłuszczowych u roślin
U roślin występują trzy ketosyntazy
Synteza kwasów tłuszczowych u roślin
Porównanie systemów biosyntezy lipidów
Regulacja biosyntezy kwasów tłuszczowych<br />
Związana jest z β-oksydacją kwasu tłuszczowego, glikolizą i cyklem TCA<br />
Zasadniczym metabolitem we wszystkich powyższych szlakach jest<br />
acetylo-CoA<br />
Malonylo-CoA powstający podczas syntezy kwasów tłuszczowych blokuje<br />
acylotransferazę karnitynową, zatrzymując wnikanie do mitochondriów<br />
pochodnych acylo-CoA i w konsekwencji hamuje β-oksydację<br />
Cytrynian jest aktywatorem karboksylazy acetylo-CoA<br />
Acylo-CoA sąinhibitorami karboksylazy acetylo-CoA. Stopień inhibicji jest<br />
proporcjonalny do długości łańcucha kwasu tłuszczowego. Palmitoilo-,<br />
stearylo- i arachidynylo-CoA sąnajmocniejszymi inhibitorami karboksylazy.
Regulacja odbywa się<br />
również na poziomie<br />
hormonalnym.<br />
Glukagon aktywuje cyklazę<br />
adenylową, cAMP aktywuje<br />
kinazy białkowe, które<br />
fosforylując karboksylazę<br />
acetylo-CoA zmieniają jej<br />
powinowactwo do cytrynianu.<br />
Kinaza fosforyluje również<br />
lipazę triacylogliceroli<br />
(aktywacja).<br />
Odwrotnie wpływa na<br />
przemianę kwasów<br />
tłuszczowych insulina, jej<br />
receptory stymulują<br />
fosfodiesterazę rozkładającą<br />
cAMP
Wzajemne oddziaływanie intermediatów glikolizy, β-oksydacji, szlaku<br />
syntez kwasów tłuszczowych i CKTK<br />
136
Schemat przemian lipidów w komórkach watroby 137
Słodycze a tycie czyli cykl glukoza-kwasy tłuszczowe<br />
138
Synteza kwasów tłuszczowych jest regulowana tylko przez poziom cytrynianu
Biosynteza cholesterolu<br />
Cholesterol (obecny tylko u zwierząt) jest zasadniczym składnikiem błon<br />
komórkowych, prekursorem kwasów żółciowych i hormonów sterydowych.<br />
Witamina D3 pochodzi z 7-dehy-drosterolu, prekursora cholesterolu<br />
Biosynteza cholesterolu zachodzi w wątrobie<br />
Rozpoczyna się syntezą mewalonianu z acetylo-CoA.<br />
β-ketotiolaza kondensuje 2 cząst. acetylo-CoA do acetoacetylo-CoA.<br />
W następnej reakcji prowadzonej przez syntetazę HMG-CoA po kondensacji<br />
z trzecią cząsteczką acetylo-CoA powstaje 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-<br />
CoA (HMG-CoA).<br />
Reakcja, w której z HMG-CoA powstaje przez redukcję 3-R-mewalonian<br />
reguluje biosyntezę cholesterolu. Reakcja ta katalizowana jest przez<br />
reduktazę HMG-CoA, 97 kD glikoproteinę zlokalizowaną w błonie ER z<br />
centrum aktywnym wystającym do cytosolu<br />
140
Regulacja odbywa się przez:<br />
- fosforylację cAMP zależną kinazą białkową<br />
powodującą inaktywację reduktazy.<br />
Inaktywacja odwracana jest przez 2<br />
specyficzne fosfatazy<br />
- degradację reduktazy HMG-CoA. Wysoki<br />
poziom cholesterolu przyspiesza degradację<br />
enzymu<br />
-ekspresję genu - wysoki poziom cholesterolu<br />
obniża poziom reduktazowego mRNA<br />
141
Następnymi etapami biosyntezy cholesterolu są:<br />
-fosforylacja mewalonianu do 5-pirofosfomewalonianu, dekarboksylacja<br />
przekształcająca go w pirofosforan izopentenylu (zużywane są na powyższych<br />
3 etapach 3 cząst. ATP), izomeryzacja prowadząca do powstania<br />
dimetyloallilopirofosforanu<br />
-Kondensacja dwóch cząsteczek dimetyloallilopirofosforanu daje pirofosforan<br />
geranylu (C10) i 2 cząst. ATP<br />
-Dołączenie jeszcze jednej cząsteczki dimetyloallilopirofosforanu powoduje<br />
powstanie pirofosforanu farnezylu (C15)<br />
-Hydroliza wydzielonego PPi napędza reakcje<br />
-Kondensacje przebiegają w systemie “głowa-ogon”, jest to reguła w reakcjach<br />
polimeryzacji jednostek izoprenowych<br />
142
Wyjątkiem jest polimeryzacja<br />
dwóch cząsteczek pirofosforanu<br />
farnezylu, która zachodzi w<br />
systemie “ogon-ogon” (ze<br />
zużyciem NADPH) i prowadzi do<br />
powstania skwalenu (C30)<br />
143
Następnym etapem biosyntezy jest cyklizacja.<br />
-Rozpoczyna się ona od przekształcenia<br />
skwalenu w epoksyd 2,3-skwalenu przez<br />
monooksygenazę skwalenową z ER (z<br />
użyciem FAD, NADPH, O 2<br />
i nośnika<br />
białkowego). Inny enzym związany z błonami<br />
ER - cyklaza oksydoskwalen-lanosterol<br />
katalizuje cyklizację lanosterolu<br />
-Po dalszych przekształceniach (20 etapów)<br />
poprzez desmosterol lub 7-α-dehydrosterol<br />
powstaje cholesterol<br />
-Przyłączenie acetylo-CoA przez<br />
acylotransferazę acetylo-CoA-cholesterol<br />
powoduje powstanie estrów cholesterolu –<br />
formy umożliwiającej transport w płynach<br />
ustrojowych<br />
144
Transport lipidów w organizmie<br />
zachodzi w formie kompleksów<br />
lipoproteinowych.<br />
- Klasyfikuje się je na podstawie ich<br />
gęstości właściwej. Im większy<br />
udział białka, tym cięższe<br />
kompleksy. Im więcej lipidu, tym<br />
wieksza ich średnica<br />
- Wyróżniamy lipoproteiny o dużej<br />
gęstości (HDL), małej gęstości<br />
(LDL), pośredniej gęstości (IDL),<br />
bardzo małej gęstości (VLDL) i<br />
chylomikrony<br />
- HDL i VLDL powstają głównie w<br />
ER hepatocytów (w niewielkim<br />
stopniu także w jelitach),<br />
chylomikrony powstają w jelitach,<br />
LDL – główny kompleks<br />
transportujący cholesterol i jego<br />
estry powstaje z VLDL<br />
145
-VLDL transportuje lipidy z wątroby<br />
-Chylomikrony transportują z jelit<br />
głownie triacyloglicerole, również estry<br />
cholesterolu<br />
-W miejscach docelowych – kapilarach<br />
mięśni i komórkach tłuszczowych lipaza<br />
lipoproteinowa hydrolizuje<br />
triacyloglicerole, powodując<br />
przekształcenie VLDL w IDL. Te<br />
przekształcają się w LDL i wracają do<br />
wątroby albo kierowane są do tkanki<br />
tłuszczowej i gruczołow nadnerczy<br />
146
Budowa receptora LDL<br />
• Stosunek HDL do LDL decyduje o rozkładzie<br />
cholesterolu w organizmie i zmianach miażdżycowych<br />
• Czas półtrwania LDL wynosi 24 godziny<br />
HDL mają dłuższy okres półtrwania (5-6 dni)<br />
• Świeżo powstały HDL nie ma estrów cholesterolu,<br />
z czasem dochodzi do akumulacji tych estrów w<br />
wyniku działania acylotransferazy lecytyna:cholesterol<br />
(LCAT)<br />
• Białko przenoszące estry cholesterolowe powoduje<br />
przeniesienie części tych estrów z HDL do VLDL i<br />
LDL<br />
• HDL transportuje nabyty cholesterol do wątroby,<br />
usuwając go tym samym z krążenia. Tłumaczy to<br />
pozytywny związek między poziomem HDL a<br />
ryzykiem choroby wieńcowej (odwrotnie z LDL)<br />
Zaburzenia w metabolizmie LDL prowadzą do<br />
wysokiego poziomu cholesterolu w surowicy (Brown i<br />
Goldstein – Nobel 1985). Przyczyną jest brak<br />
receptora (albo jego inaktywacja) dla LDL<br />
Zbyt wysoki poziom cholesterolu obniżyć można<br />
lowastatyną (mewinolyną) – kompetycyjnym<br />
inhibitorem reduktazy HMG-Co-A, hamując<br />
biosyntezę mewalonianu<br />
147
The biosynthesis of geranylgeranyl diphosphate and other isoprenoids from HMG-CoA. Synthesis of mevalonate<br />
fromHMG-CoA occurs primarily in the endoplasmic reticulum; however, some mevalonate synthesis may occur<br />
in peroxisomes. The synthesis of farnesyl diphosphate from mevalonate is peroxisomal. Farnesyl diphosphate is<br />
a major branch point of the pathway. Farnesyl diphosphate is utilized in the endoplasmic reticulumfor synthesis<br />
of sterols and dolichols, and is utilized in the cytosol for synthesis of geranylgeranyl diphosphate and<br />
farnesylation. Geranylgeranylation by either geranylgeranyl transferase I or II occurs in the cytosol. HMG-CoA,<br />
hydroxymethylglutaryl coenzyme A.<br />
148
Synteza kwasów tłuszczowych u roślin odbywa się głównie w plastydach
Synteza innych lipidów prostych<br />
Tokoferole<br />
150
Tokoferole<br />
151
Ubichinony<br />
152
Karotenoidy<br />
Szlak zaczyna się od<br />
1-deoksy-D-ksylolozo-<br />
5-fosforanu DOXP<br />
153
Biosynteza lipidów fenolowych i innych tzw. poliketydów<br />
154
155
Hipoteza wczesna,<br />
w oparciu o badania nad<br />
Azotobacter vinelandii<br />
Kozubek A. Tyman JHP. ChemRev. 99 (1999) 1-26<br />
156
Nowak-Thompson B. et al. J. Bacteriol. 185 (2003) 860<br />
157
N. Funa, H. Nozawa, A. Hirata, S. Horinouchi PNAS 103 (2006) 6356-6361<br />
158
A. Miyanaga, N. Funa, T. Awakawa, S. Horinouchi PNAS 105 (2008) 871-876<br />
159
szlak poliketydowy<br />
(polioctanowy)<br />
szlak izoterpenowy<br />
(kwasu mewalonowego)<br />
160
Cyklaza kwasu oliwetolowego<br />
OAC is a dimeric α+β barrel (DABB) protein that is structurally similar<br />
to polyketide cyclases from Streptomyces species.<br />
161
Botrytis cinerea mold on grapes may cause<br />
"winegrower's lung", a rare form of hypersensitivity<br />
pneumonitis
Wykorzystanie syntaz poliketydowych w biotechnologii<br />
164
S. Horinouchi J. Antibiot. 61 (2008) 709-728<br />
165
Lipidy złożone - triglicerydy
Synteza fosfolipidów u eukariota
Synteza<br />
PI, PG i DPG (CL)
Konwersja PS-PE u ssaków
Synteza plazmalogenów<br />
Syntetyzowane są z fosfodihydroksyacetonu<br />
Synteza rozpoczyna się od acylacji fosfodihydroksyacetonu<br />
W następnym etapie grupa acylowa na C1 wymieniona jest na<br />
długołańcuchowy alkohol powstający z redukcji dwoma cząsteczkami<br />
NADH odpowiedniego acylo-CoA<br />
Kolejne etapy to redukcja do alkoholu i acylacja 2-keto grupy z rdzenia<br />
fosfodihydroksyacetonu<br />
Powstały 1-alkilo-2-acyloglicero-3-P reaguje podobnie jak kwas<br />
fosfatydowy, dając analogi fosfatydylocholiny czy fosfatydyloetanoloaminy<br />
Działanie związanej z ER desaturazy powoduje powstanie plazmalogenu z<br />
α-β nienasyconym eterowo związanym łańcuchem w pozycji C1
Synteza PAF (czynnika agregującego płytki krwi, Platelet Aggregation Factor)
Synteza sfingofosfolipidów
Synteza ceramidów
Lipidy eterowe
Lipid A is synthesised in the cytoplasmic compartment of Gram-negative bacteria,<br />
and the essential details of the process are now known. In brief in E. coli,<br />
-lipid A is synthesised on the cytoplasmic surface of the inner membrane by a<br />
conserved pathway of nine distinct enzymes, the first six of which are required for<br />
bacterial growth (and are targets for the development of new antibiotics).<br />
-the lipid undecaprenyl phosphate is the intermediate involved in the transfer of<br />
carbohydrate units.<br />
-once the core oligosaccharide is in place, the nascent core-lipid A is flipped to the<br />
outer surface of the inner membrane by a specific transporter when the O-antigen<br />
polymer, which must also be transported from the cytoplasmic side of the<br />
membrane, is attached.<br />
-various modifications of the lipid A can then occur that may not be essential for<br />
growth, but strengthen the permeability barrier and influence the virulence of some<br />
pathogens.
KONIEC