Definiie

Lipidele biomolecule organiceinsolubile n ap se pot extrage din celule i esuturi cu solveni organici nepolari.

Funcii biologice

componente structurale ale membranelor ofer rezerve de energienveli protector al multor organecomponente ale suprafeei celulare implicate n recunoaterea celular, n specificitatea de specie i imunitatea tisular. unele sunt -vitamine cu funcii reglatorii -hormoni rol n controlul homeostaziei

Clasificarea lipidelor

Structural lipidele se mpart n: I. Lipide simple : esteri ai acizilor grai cu glicerina (triacilgliceroli)

esteri ai acizilor grai cu alcooli superiori monocarboxilici (ceruri)

II. Lipide complexe:glicerofosfolipide-esteri ai glicerinei cu acizi grai - compui azotai -un rest de acid fosforicsfingolipide: conin- un alcool complex(sfingozina) - acizi grai -compui azotai -un rest de acid fosforic

Exemple:Fosfolipide(lecitin,cefalin)glicolipidesulfatideaminolipidelipoproteineIII. Derivai ai lipidelor - compui rezultai prin hidroliza lipidelor simple i complexe.Exemple: - acizii grai: - saturai - nesaturai - glicerina - steroizi - aldehide grase - corpi cetonici

Funcional lipidele se mpart n : I. Lipide de rezerv.

- localizate n esutul adipos - constituite n special din trigliceride de provenien exogen (alimentar)

II. Lipidele citoplasmatice -lipide complexe care alctuiesc elementul constant care variaz numai n funcie de natura esutului.

Structura i proprietile acizilor grai saturai

Acizii grai sunt elemente constitutive ale diferitelor clase de lipide. n stare liber acizii grai se ntlnesc n cantiti mici n celule i esuturi.Acizii grai conin -un lan de hidrocarbur saturat sau nesaturat -grupare carboxilic terminal. Acid gras saturat

Acid gras nesaturat

Acizii grai din lipidele plantelor i animalelor superioare cuprind un numr par de atomi de C, n majoritate lanuri formate din 14-22 atomi de carbon.

Acizii grai saturai pot exista ntr-un numr infinit de conformaii datorit faptului c legtura simpl permite rotaia liber a atomilor de carbon.

Forma cea mai probabil este cea extins, cu un coninut minim de energie.

Acizii grai nesaturai prezint conformaia cis. n cazul acizilor polinesaturai dublele legturi nu sunt niciodat conjugate.

Acizii grai sunt:

insolubili n ap solubili n solveni nepolari, de asemenea ei se solubilizeaz n NaOH i KOH cu formare de sruri numite spunuri. nu absorb lumina nici n vizibil nici n UV prin ncalzire cu KOH acizii grai polinesaturai pot fi izomerizai n acizi grai cu duble legturi conjugate, form sub care absorb lumina UV ntre 230-260 nm.

Acizii grai nesaturai dau reacii de adiie la legtura dubl.

Reacia de hidrogenare

Adiia de halogeni (iod) are utilitate practic n determinarea numrului de duble legturi din acizii grai liberi sau din acizii grai care alctuiesc lipidele.

Acizi grai saturai:

Acizii grai nesaturai acizi monoenoici

Acizi polienoici

Acizii linoleic, linolenic i arahidonic sun acizi grai eseniali.

Metabolismul acizilor grai saturaiDigestia i absorbia lipidelorDigestia i absorbia lipidelor alimentare necesit: 1. prezena acizilor biliari (compuii majori ai bilei) care conduc la:a. emulsionarea lipidelor alimentareb. activarea enzimelor lipolitice; c. absorbia produselor finale ale digestiei.2. pH alcalin -bicarbonaii sucului pancreatic creaz pH-ul optim pentru enzimele lipolitice.3. Prezena enzimelor lipolitice: lipaza, fosfolipazele, etc

Digestia lipidelor

n cavitatea bucal Trigliceridele nu se supun modificrilor deoarece saliva nu conine enzime digestiei lor.Celulele situate n apropierea papilelor circumvalate din mucoasa lingual( glandele Ebner) formeaz lipaza,ce hidrolizeaz trigliceridele (n absena srurilor biliare i la un pH=4).Poate avea importan la bolnavii cu insuficien pancreatic.Un rol deosebit ndeplinete la nou nscutul prematur,la care lipaza pancreatic lipsete.

Sugari-lipaza lingual hidrolizeaz trigliceridele n poziia 3 1,2 digliceridn stomac digestia are loc doar la copiii sugari (pH sucului gastric = 5) sub aciunea lipazei gastrice se hidrolizeaz trigliceridele din lapte.la aduli are loc n intestinul subire.Prezena enzimelor lipoliticeCondiii pentru emulsionarea lipidelorpH optim pentru aciunea enzimelor (neutru sau slab alcalin)

n intestin - chimul gastric este neutralizat de bicarbonaii sucului pancreatic i intestinal. Grsimile se supun emulsionrii sub aciunea srurilor acizilor biliari i enzimelor lipolitice. srurilor acizilor biliari se amplaseaz la suprafaa grsime-ap mpedic separarea acestor 2 faze. Peristaltismul intestinului ajut la frmiarea picturilor mici de grsime, iar srurile acizilor biliari le menin n stare suspendat, mpedicnd contopirea picturilor mici de grsime.

Grsimile ingerate constau ntr-o varietate de lipide din care majoritare sunt fosfolipidele i triacilglicerolii.

Circa 15% din triacilgliceroli sunt hidrolizai n stomac de ctre o lipaz secretat de ctre celulele secretoare gastrice.

Ceea ce rmne din triacilgliceroli i fosfolipide, este hidrolizat n intestinul subire de ctre enzime secretate de celulele acinare ale pancreasului. Acestea includ o fosfolipaz i o triacilglicerol lipaz.

Lipaza pancreatic acioneaz asupra micelelor de triacilgliceroli .

Srurile biliare acioneaz asupra picturilor mari de lipide pentru a le transforma n micele de mici dimensiuni.

Lipaza este o protein de 46kDa care se insereaz ea nsi n interfaa de pe suprafaa micelelor, mpreun cu colipaza, un cofactor proteic de 10 kDa care este esenial pentru activitatea enzimatic.

n imaginea A, n absena lipidelor, regiunea capac a lipazei (lied) acoper centrul activ dar, n prezena lipidelor (imaginea B), capacul este retras spre procolipaza.

Aciunea colipazei

Lipaza ndeprteaz cei doi acizi grai dinspre exterior, dnd natere la monoacilglicerol.

Acizii grai i monoacilglicerolul sunt transportai n celulele ce cptuesc peretele intestinal.

Dup absorbie, acizii grai sunt convertii n acid gras CoA prin reacie. Acid gras CoA poate apoi reaciona cu monoacilglicerolul pentru a reforma triacilglicerol care este apoi ncorporat n chilomicroni.

Triacilglicerolul se formeaz i n celulele intestinale, din glicerol-3-fosfat i acid gras CoA.

Aciunea lipazelor

Absorbia lipidelorLa nivelul microvililor enterocitelor, lipidele se desfac dinstructura micelelor i trec n enterocit.Srurile biliare se desfac din structura micelelor i rmn n lumenul intestinal pentru a forma noi micele.n prezena lor se absorb 97% din lipide, pe cnd n absena lor, se atinge un procent de numai 50 - 60%.n enterocit:-acizii grai i monogliceridele refac rapid trigliceridele, meninnd un gradient de concentraie, ntre lumenul intestinal i celul,favorabil absorbiei;- colesterolul liber absorbit n enterocit este convertit la colesterol esterificat.

O parte din trigliceride sunt formate din glicerofosfatul rezultat din catabolismul glucozei.Trigliceridele i cea mai mare parte a colesteroluluiesterificat formeaz mpreun cu fosfolipidele i proteinehidrosolubile specifice (apoproteine), complexe denumitechilomicroni (chilocromi).

Chilomicronii sunt eliberai pe la polul bazal enterocitelor prin exocitoz i trec n limf.Datorit marii cantiti de chilomicroni din limfaticele intestinale,acestea se mai numesc i vase chilifere, iar limfa - chil.Chilomicronii trec din limf n snge, unde persista cca 6 ore.

Acizii grai cu lan scurt (ca cei din lipidele untului) sunt direct absorbii de capilarele sanguine din viloziti, de unde trec n sngele portal.

Acizii grai cu lan lung sunt convertii n trigliceride n enterocit.

n lipsa enzimelor pancreatice, ca i n cazul lipsei srurilor biliare,digestia i absorbia lipidelor este alterat i deficitar (lipidele se elimin n scaun,determinnd aspectul steatoreic al acestuia)

Apariia steatoreei se mai poate datora inhibiiei lipazei pancreatice n prezena unui exces de secreie gastric acid, care reduce semnificativ pH-ul intestinal.

Catabolismul acizilor graiAcizii grai se degradeaz prin cedarea succesiv a unor fragmente de 2 atomi de C, n urma unui proces de oxidare ce ar avea loc la nivelul carbonului din poziia n raport cu gruparea carboxil.

Catabolismul acizilor grai presupune activarea i transportul acizilor grai saturai n mitocondrie unde are loc oxidarea propriu-zis (-oxidarea).

Activarea acizilor grai se face cu consum de ATP i participarea CoA cu formare de tioesteri, ce nu penetreaz membrana intern.

Pentru traversarea barierei are loc o transesterificare de pe CoA pe o molecul carrier numit carnitin.

Activarea i transportul acizilor grai saturai

Pentru activarea i transportul acizilor grai saturai sunt necesare anumite enzime: tiokinaze (acil CoA -sintetaze) acil CoA-transferaze.Aceste enzime se gsesc n membrana mitocondrial extern, intramitocondrial precum i n microzomi.

Activarea acizilor grai se realizeaz n membrana mitocondrial extern, dup care are loc transferul acidului gras activat cu ajutorul canitinei n mitocondrie, unde pune n libertate carnitina i acidul gras intr n procesul de -oxidare propriu-zis.

Oxidarea propriu-zis (- oxidarea)

Procesul de -oxidare sau ciclul lui Lynen se desfoar n mitocondrie. Etapele procesului de -oxidare sunt urmtoarele:dehidrogenarea de tip - aditia stereospecific a moleculei de apdehidrogenareclivare - (tioliz)

Degradarea acizilor gra prin -oxidare are loc pe o cale alctuit din 2 reacii de dehidrogenare, ntrerupte de o hidratare i o scindare prin tioliz, cnd se pierd 2 atomi de C sub form de acetil- CoA.

Restul obinut, mai scurt cu e atomi de C repet calea pn este integral degradat la acetil- CoA.

Acidul gras se oxideaz total pn la CO2, ap i energie.

Pentru oxidarea acidului palmitic care este format din 16 atomi de C, acesta trece de 7 ori prin procesul de -oxidare propriu-zis, rezultnd la final 7 molecule de acetil-CoA.Bilanul energetic pentru oxidarea aciduli palmitic este urmtorul: Din cele 8 Ac-CoA ----- 8 x 12 ATP = 96 ATPn fiecare tur de -oxidare se formeaz 5 ATP---- 7 x 5ATP = 35 ATPn procesul de activare se consum 1 ATPTotal: 130 ATP / molecul de acid palmitic oxidat.

Pe lng procesul de -oxidare se mai cunosc i alte procese de oxidare a acizilor grai cum ar fi: -oxidarea i - oxidarea.

Catabolismul acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon Oxidarea acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon se realizeaz dup acelai model ca i -oxidarea Presupune aceleai etape: -activarea, -transportul n mitocondrie, -integrarea n -oxidare. n final se ajunge la un rest cu 5 atomi de carbon. Acesta se scindeaz la acetil CoA i propionil-CoA..

Propionil-CoA se transform n succinil-CoA, care intr n TCA

Enzime- propionil CoA carboxilaza (biotin dependent) - metilmalonil-mutaza(deoxiadenozilcobalamina)derivat sintetizat de organism din vitamina B12Deficit enzimatic apare acidul metilmalonic n snge i urin (acidemie i acidurie metilmalonic )scade pH sngelui.Copii prezint acidoz metabolic ,hipotonie, retard mental.La pacienii cu deficien de vitamina B12 acidul propionic i acidul metilmalonic se excret n urin. -prezint neuropatie periferic,tulburri de memorie,depresie.

Biosinteza acizilor grai

Biosinteza acizilor grai saturai se realizeaz din acetil-CoA (precursorul principal)

Procesul are loc predominant nficatesutul adiposglandele mamare ale animalelor superioare.

Procesul de biosintez difer de cel al oxidrii acizilor grai.

Biosinteza acizilor grai -n citosol oxidarea acizilor grai -n mitocondrii.

Prezena citratului este necesar pentru obinerea unor viteze maxime de sintez, dar nu este cerut pentru oxidarea lor.

CO2 este esenial pentru sinteza acizilor grai n extractele celulare, dei nu este ncoporat n acizii nou sintetizai.

Aceste observaii au dus la concluzia c sinteza acizilor grai se realizeaz cu un grup de enzime total diferit de cel folosit la oxidarea acizilor grai.

Reacia de sintez a acizilor grai este catalizat de un sistem multienzimatic complex din citosol, numit complexul sintetazei acizilor grai.

Biosinteza acidului palmitic Precursorul esenial al acizilor grai este acetil-CoA.

din cele 8 uniti acetil necesare pentru biosinteza acidului palmitic-numai una este furnizat de acetil-CoA-restul sunt furnizate sub form de malonil-CoA, format din acetil-CoA i HCO3- ntr-o reacie de carboxilare.

restul acetil i cele 7 resturi malonil sunt supuse unor trepte succesive de condensare care elibereaz 7 CO2 formnd acidul palmitic.

Singura molecul de acetil-CoA necesar procesului servete ca iniiator, cei doi atomi de C ai acestei grupri acetil devenind atomii de C terminali ai acidului format. Creterea lanului acidului gras ncepe la gruparea carboxil a acetil-CoA i continu prin adiia succesiv a resturilor acetil la captul carboxil al lanului care crete. Fiecare rest acetil este obinut dintr-un rest de acid malonic, care ptrunde n sistem sub form de malonil-CoA.

Al 3-lea atom de C al acidului malonic este eliminat sub form de CO2.

Intermediarii acil al procesului de alungire a lanului sunt tioesteri, dar nu ai CoA, ca n cazul oxidrii acizilor grai, ci ai unui conjugat proteic, numit protein acil-transportoare (PTA).

Aceast protein poate forma un complex cu cele 6 enzime implicate pentru sinteza complet a acidului palmitic. n majoritatea celulelor eucariotelor, toate proteinele complexului sintetazei acizilor grai sunt asociate ntr-un grup multienzimatic.

Sursa de atomi de carbonPrincipala surs de carbon = acetil-CoA format n mitocondrii prin - decarboxilarea oxidativ a piruvatului -degradarea oxidativ a unor aminoacizi - oxidarea acizilor grai cu lanuri lungi

Acetil-CoA nu poate trece ca atare din mitocondrie n citosol. Citratul format n mitocondrii din acetil-CoA i oxalil-acetat, poate s treac prin membrana mitocondrial n citoplasm pe calea sistemului de transport tricarboxilat. n citosol acetil-CoA este regenerat din citrat sub aciunea ATP-citrat liazei, care catalizeaz reacia:Citrat + ATP + CoA = acetil-CoA + ADP + Pa + oxalil-acetat

Formarea de malonil-CoAMalonil-CoA se formeaz din acetil-CoA i bicarbonat n citosol, prin aciunea acetil-CoA carboxilazei.

Atomul de C al bicarbonatului devine carbonul carboxilic distal sau liber al malonil-CoA.

Acetil-CoA carboxilaza este o enzim ce conine biotin ca grupare prostetic

Biotina legat covalent este transportor intermediar al unei molecule de CO2, ntr-un ciclu de reacii n dou trepte.

Reacia catalizat de acetil-CoA carboxilaza (enzim allosteric) este etapa reglatoare care limiteaz viteza n cadrul biosintezei acizilor grai.

Citratul este modulatorul pozitiv al acestei reacii deplasnd echilibrul ntre monomerul inactiv i polimerul activ, n favoarea celui din urm(determin polimerizarea dimerilor). Inactivarea acetil- CoA carboxilazei se poate face de ctre acilgras-CoA cu lant lung ce determina depolimerizarea .Reacia acetil-CoA carboxilazei este de fapt mai complex . Unitatea monomeric a enzimei conine 4 subuniti diferite.

Una dintre aceste subuniti, biotin-carboxilaza (BC), catalizeaz prima treapt a reaciei totale i anume carboxilarea resturilor de biotin legat de a doua subunitate, care se numete proteina transportoare biotin-carboxil (PTBC).

Resturile de biotin ale proteinei transportoare de carboxil servesc ca prghii n transportul ionului bicarbonat de pe subunitatea biotin-carboxilzei la acetil-CoA, care este legat la situsul activ al subunitii carboxil-transferazei.

Trecerea de la forma monomeric inactiv a acetil-CoA carboxilazei la forma polimeric activ a enzimei are loc cnd citratul este legat de cea de-a patra subunitate a fiecrui monomer.

Reaciile sistemului sintetazeiDup formarea malonil-CoA, urmeaz sinteza acizilor grai ntr-o secven de 6 trepte succesive, catalizate de 6 enzime ale complexului sintetazei acizilor grai.

Cea de-a aptea protein din sistem, nu are activitate enzimatic, ea este protein transportoare de acil, de care este ataat covalent lanul de formare a acidului gras.

Complexul acid gras-sintetazei este un dimer

fiecare monomer conine 2 grupri SH

una aparine 4-fosfopanteteinei din ACP (Acyl-Carrier-Protein) alta unei cisteine din -cetoacilsintetazei

Cei 2 monomeri sunt astfel aranjai nct n apropierea ACP-SH dintr-un monomer se gsete o grupare Cis-SH din cetoacilsintetaza.

Biosinteza acidului gras ncepe prin legarea unei molecule de acetil-CoA de gruparea Cis-SH, catalizat de acetil-transacilaza.

Malonil-CoA se combin cu gruparea SH a 4-fosfopanteteinei legat de ACP din cellalt monomer n prezena malonil-transacilazei.

n continuare acetilul atac gruparea metilen din malonil, reacie catalizat de -cetoacil-sintetaza cu eliberarea de Co2 i formarea de -cetoacil enzima.

Gruparea SH a cisteinei rmne liber.

Prin reacia de decarboxilare se elibereaz energie necesar condensrii i desfurrii secvenei de reacii.

Gruparea cetoacil legat de enzim este redus, deshidratat, redus din nou pentru a forma acil enzima saturat.

Reaciile sunt analoage celor din -oxidare, cu deosebirea c -hidroxiacidul este izomerul D(-), iar donorul este NADPH.

n continuarea a nou grupare malonil atac gruparea SH a fosfopanteteinei deplasnd restul acil saturat la gruparea SH liber a cisteine. Secvena de reacii se repet de 7 ori, de fiecare dat fiind ncorporat un rest malonil, pn la formarea acidului palmitic.

Reaciile procesului de biosintez sunt urmtoarele:

Ecuaia global de obinere a acidului palmitic este:

Acidul palmitic format pentru a putea fi ncorporat ntr-o cale metabolic este activat n prezena de tiokinaz i ATP la palmitil-CoA. Moleculele de NADPH necesare reaciilor de reducere se formeaz prin oxidarea glucozo-6-fosfatului pe calea fosfogluconatului.

Etapele ce conduc la biosinteza acizilor grai difer de cele implicate n oxidarea acizilor grai astfel:localizarea intracelulartipul de transportor de grupri acilforma sub care sunt adugate sau ndeprtate unitile cu 2 atomi de carbonspecificitatea fa de NADP+ a reaciei -cetoacil -hidroxiaciluluiconfiguraia stereoizomeric a intermediarului -hidroxiacilsistemul acceptor-donor de e- ai etapei crotonil-butirilrspunsul la citrat i HCO3-.