Lipidy

Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

2

I. Lipidy

Substancje organiczne, występujące w organizmach żywych,

nierozpuszczalne w wodzie, ale dające się ekstrahować

rozpuszczalnikami organicznymi (np. chloroformem, acetonem, benzenem)

3

Najważniejsze biologiczne funkcje lipidów

są materiałem budulcowym dla wszystkich struktur błoniastych komórki (fosfolipidy, cholesterol, glikolipidy)

decydują o właściwościach dynamicznych błony komórkowej, wpływają na jej

płynność, asymetrię, przepuszczalność, aktywność enzymatyczną oraz właściwości receptorowe (fosfolipidy, cholesterol, kwasy tłuszczowe)

są materiałem energetycznym (wolne kwasy tłuszczowe) oraz pełnią funkcję

zapasową (triacyloglicerole u zwierząt) pełnią funkcję izolacyjną i ochronną (np. woski) uczestniczą w przekazywaniu sygnałów przez komórki (np. diacyloglicerol

aktywujący kinazę C, eikozanoidy: prostanoidy i leukotrieny), biorą udział w zjawiskach immunologicznych (eikozanoidy)

4

LIPIDY (podział wg Bloora)

Proste (estry kwasów tłuszczowych z alkoholami)

tłuszcze właściwe

(acyloglicerole)

woski

Złożone (estry kwasów tłuszczowych z alkoholami zawierającymi

dodatkowe grupy funkcyjne )

fosfolipidy:

glicerofosfolipidy

Sfingolipidy (sfingofosfolipidy)

glikolipidy: cerebrozydy gangliozydy

inne lipidy złożone:

sulfolipidy

aminolipidy

lipoproteiny

Prekursory i pochodne lipidów:

kwasy tłuszczowe sterole (np. cholesterol) witaminy rozpuszczalne

w tłuszczach hormony

5

KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości (1)

1. KT są monokarboksylowymi kwasami o łańcuchach węglowodorowych, zbudowanych z różnej ilości atomów węgla, od 4 do 30.

Ze względu na liczbę atomów węgla dzielimy je na:

1. krótkołańcuchowe (<6 atomów C) 2. średniołańcuchowe (8 – 14 atomów C) 3. długołańcuchowe (> 16 atomów C)

2. Kwasy tłuszczowe mają charakter amfipatyczy: łańcuch węglowodorowy KT ma charakter hydrofobowy grupa karboksylowa KT jest polarna

6

KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości (2)

Kwasy tłuszczowe

Nasycone zawierające > 10 atomów węgla:

są substancjami stałymi są nierozpuszczalnymi w wodzie ich temperatura topnienia wzrasta wraz z długością łańcucha

Nienasycone (zawierają przynajmniej jedno wiązanie podwójne)

na ogół w temperaturze pokojowej są substancjami płynnymi

jednonienasycone

wielonienasycone

7

KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości (3)

Ze względu na obecność wiązania podwójnego nienasycone kwasy tłuszczowe mogą występować

w dwóch formach stereoizomerycznych: cis i trans

Kwas oleinowy Kwas elaidynowy 6

8

Nazewnictwo KWASÓW TŁUSZCZOWYCH (1)

1. Nazwy zwyczajowe w większości przypadków wywodzą się od źródła ich odkrycia

2. Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich - stosuje się końcówkę

–anowy dla kwasów nasyconych –enowy dla kwasów nienasyconych

Kwas oktadekanowy Kwas 9,12 oktadekadienowy

Kwas stearynowy Kwas linolowy

9

Nazewnictwo KWASÓW TŁUSZCZOWYCH (2)

Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich położenie podwójnego wiązania oznacza się symbolem Δ,

a numery węgli biorących udział w tworzeniu wiązań podwójnych, liczone są od węgla grupy karboksylowej

litery n lub ω (omega) oznaczają miejsce wiązania podwójnego, licząc od grupy metylowej

Kwas tłuszczowy z wiązaniem D-9

w

10

NNKT – Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe

(witamina F) Wyróżniamy trzy rodziny omega: omega-3, omega-6 i omega-9 Cyfry 3, 6 i 9 określają, przy którym atomie węgla (począwszy od skrajnej

grupy metylowej), znajduje się pierwsze wiązanie podwójne. Organizm człowieka potrafi sam wstawić podwójne wiązanie tylko w pozycji

dziewiątej licząc od grupy metylowej (omega-9) Prekursory kwasów omega z wiązaniem w pozycji 3 (omega-3:

kwas alfa-linolenowy) i 6 (omega-6: kwas linolowy) muszą być dostarczone do organizmu wraz z pokarmami (NNKT).

Źródła NNKT: - oleje roślinne kukurydziany, sojowy, lniany, arachidowy - fosfolipidy zwierzęce - wielonienasycone kwasy tłuszczowe z rodziny omega-3 z pięcioma

i sześcioma wiązaniami podwójnymi występują w dużych ilościach w olejach z ryb.

11

TŁUSZCZE WŁAŚCIWE (acyloglicerole)

w acyloglicerolach drugorzędowa grupa hydroksylowa położona jest po lewej stronie atomu wegla

do oznakowania pozycji kwasów tłuszczowych stosuje się system numeracji stereospecyficznej (sn), umieszczając przedrostek –sn przed nazwą reszty glicerolowej, np. 1,2,3 – triacylo-sn-glicerol

H2C – OH C 1 sn-1 HO – C – H C 2 ß sn-2 H2C – OH C 3 sn-3

Glicerol

ze względu na budowę chemiczną należą do estrów: - składnik alkoholowy – glicerol - składnik kwasowy – jednokarboksylowe wyższe kwasy tłuszczowe najczęściej są to mieszaniny triacylogliceroli różnych kwasów tłuszczowych

12

Glicerofosfolipidy

Glicerofosfolipidy zbudowane są z czterech składników: glicerolu dwóch reszt acylowych połączonych wiązaniami estrowymi z atomami C1

i C2 glicerolu ortofosforanu połączonego wiązaniem estrowym z węglem C3 glicerolu innego alkoholu (cholina, etanoloamina, seryna, inozytol, glicerol)

połączonego grupą -OH z resztą ortofosforanu

Kwas fosfatydowy Fosfatydylocholina (lecytyna):

Kwas fosfatydowy + HO – CH2 – CH2 – N(CH3)3 (cholina)

13

Sfingofosfolipidy

Zbudowane są z: sfingozyny – długołańcuchowego, jednonienasyconego

aminoalkoholu dihydroksylowego

długołańcuchowego kwasu tłuszczowego ortofosforanu choliny

14

Sfingofosfolipidy

sfingozyna

+ nienasycony

kwas tłuszczowy

ceramid (N- acetylosfingozyna)

+ cholina

+ H3PO4

sfingmielina

15

Glikosfingolipidy

Zawierają: - ceramid - cząsteczkę cukru

galaktozyloceramid (galaktocerebrozyd)

glukozyloceramid (glukocerebrozyd)

II. Izoprenoidy, steroidy i ich pochodne

17

http://www.iupac.org/didac/

izopren (2-metyl-1,3 butadien)

18

Otrzymywanie cholesterolu

skwalen

lanosterol

cholesterol układ steranu

19

Układ steranu (1)

Budowa - trzy pierścienie cykloheksanu

- jeden pierścień cyklopentanu

Składnik - cholesterolu

- hormonów sterydowych

- kwasów żółciowych

A B

C D

cyklopentanoperhydrofenantren

19

18

Przyłączone grupy metylowe - do węgla C13 – węgiel C18 - do węgla C10 – węgiel C19

Znajdują się nad płaszczyzną pierścienia (pozycja ß) Pierścienie B i C oraz C i D – położenie trans

--- pod płaszczyzną

nad płaszczyzną

pierścienia

20

Układ steranu (2)

Atom wodoru przy węglu C5:

- pierścienie A i B są w konformacji trans

b - pierścienie A i B są w konformacji cis

--- pod płaszczyzną

nad płaszczyzną

pierścienia

5- - hydrogen 5-b- hydrogen układ trans układ cis

21

Cholesterol (1)

Brak atomu wodoru przy węglu C5

podwójne wiązanie w pierścieniu B

Hydroksylowa pochodna steranu –

grupa -OH przy węglu C3

--- pod płaszczyzną

nad płaszczyzną

pierścienia

22

Cholesterol (2)

jest przedstawicielem steroidów, zawiera sześć jednostek izoprenowych

posiada płaską, sztywną strukturę występuje we wszystkich błonach biologicznych zwierząt

(z wyjątkiem błon mitochondrialnych) w cytoplazmie obecny w postaci zestryfikowanej w płynach ustrojowych transportowany w lipoproteinach jego nadmiar przyspiesza rozwój zmian miażdżycowych

w naczyniach krwionośnych (LDL) stanowi 10-15% suchej masy mózgu jest substratem do syntezy: kwasów żółciowych, hormonów

steroidowych, witaminy D3

23

Kwasy żółciowe

powstają z cholesterolu w wątrobie

zawierają od 1 do 3 grup hydroksylowych związanych z pierścieniem

zawierają grupę karboksylową w łańcuchu bocznym

mają właściwości amfipatyczne obniżają napięcie powierzchniowe wody

emulgują tłuszcze pokarmowe

24

Kwasy żółciowe - kwas cholowy

25

Hormony steroidowe Cholesterol C27

Mineralokortykoidy C21 (aldosteron- powstaje z kortykosteronu przez

utlenianie grupy metylowej C18 do aldehydu)

Estrogeny C18 (estradiol)

Androgeny C19 (testosteron- redukcja grupy

ketonowej do hydroksylowej przy C17 w androstendionie)

Progestageny C21 (progesteron- utlenienie grupy 3-hydroksylowej pregnenolonu

do grupy 3-ketonowej i izomeryzacja podwójnego wiązania)

Pregnenolon C21

Glukokortykoidy C21 (kortyzol- hydroksylacja progesteronu

przy węglach C17, C21 i C11 )

usunięcie z progesteronu atomów węgla C20 i C21

demetylacja androgenów

III. Eikozanoidy

Kwas arachidonowy i jego pochodne

27

Kwas arachidonowy (1)

Kwas arachidonowy:

kwas 5,8,11,14-eikozatetraenowy

wzór półstrukturalny:

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH

9 8 6 5 3 1

11 12 14 15 17 19

10

20

Eikozanoidy – pochodne dwudziestowęglowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych

28

Kwas arachidonowy (2)

syntetyzowany jest w tkankach większości ssaków z kwasu linolowego

prekursor kilku grup związków o silnym i bardzo zróżnicowanym działaniu biologicznym

pochodne zalicza się do grupy hormonów tkankowych stężenie wolnego kwasu arachidonowego w komórkach jest na

ogół bardzo niewielkie.

jeden ze składników fosfolipidów błonowych.

29

Kwas arachidonowy (3)

Fosfolipaza A2 katalizuje przy udziale jonów wapnia i ATP uwalnianie kwasu arachidonowego z fosfolipidów błonowych.

czynniki powodujące przemieszczenie fosfolipazy A2 z cytozolu

do błony komórkowej: reakcja antygen-przeciwciało, stymulacja fizyczna (zimno, miejscowe zmiany składu i stężenia jonów) bodziec zapalny angiotensyna II adrenalina trombina

steroidy przeciwzapalne hamują fosfolipazę A2

30

Fosfolipidy błonowe

fosfolipaza A2

Kwas arachidonowy izoprostany

HPETE

lipoksygenazy syntazy PGH (cyklooksygenazy)

epoksygenazy/P450

hepoksyliny (trioksyliny)

HETE (lipoksyny)

Leukotrieny (LT)

PGG2

PGH2

Prostanoidy: prostaglandyny (PG) prostacykliny (PGI) tromboksany (TX)

EET Śródłańcuchowe HETE ω-końcowe HETE

31

Fosfolipidy błonowe

fosfolipaza A2

kwas arachidonowy

HPETE

lipoksygenazy

hepoksyliny (trioksyliny)

HETE (lipoksyny)

Leukotrieny (LT)

Leukotrien A4 Leukotrien C4 Leukotrien B4

LTB4 działa chemotaktycznie; najsilniej na neutrofile, znacznie słabiej na eozynofile •stymuluje uwalnianie enzymów lizosomalnych oraz rodników nadtlenkowych przez neutrofile •zwiększa przepuszczalność naczyń Leukotrieny cysteinylowe (LTC4, LTD4, LTE4) •kurczą centralne i obwodowe drogi oddechowe •zwiększają nadreaktywność oskrzeli •stymulują wydzielanie śluzu przez komórki kubkowe oskrzeli •zwiększają przepuszczalność naczyń •działają chemotaktycznie (LTD4 swoisty czynnik chemotaktyczny dla eozynofilów)

32

Fosfolipidy błonowe

fosfolipaza A2

kwas arachidonowy

syntazy PGH (cyklooksygenazy)

PGG2

PGH2

Prostanoidy: prostaglandyny (PG) prostacykliny (PGI) tromboksany (TX)

2 izoformy cyklooksygenazy: COX-1 - produkowana konstytutywnie COX-2 - jest produkowana indukcyjnie

33

Fosfolipidy błonowe

fosfolipaza A2

kwas arachidonowy

epoksygenazy/P450

EET Śródłańcuchowe HETE ω-końcowe HETE

Wpływają na: uwalnianie hormonu peptydowego napięcie mięśniówki gładkiej naczyń krwionośnych transport jonów (np. układy transportowe w nerkach) regulują proliferację komórek biorą udział w procesach zapalenia i hemostazie biorą udział w szlakach wewnątrzkomórkowej sygnalizacji

34

Fosfolipidy błonowe

fosfolipaza A2

kwas arachidonowy izoprostany

Izoprostany są izomerami prostaglandyn:

zbudowane są z pierścienia cyklopentanowego oraz z dwóch łańcuchów bocznych, w których występują wiązania podwójne i grupa hydroksylowa.

obydwa łańcuchy znajdują się po tej samej stronie pierścienia cyklopentanowego produkowane na drodze nieenzymatycznego mechanizmu wolnorodnikowego są wydalane przez nerki

Funkcje biologiczne izoprostanów indukcja mitogenezy w komórkach mięśni gładkich naczyń krwionośnych działanie naczynioskurczowe – na naczynia krwionośne nerek efekt natriuretyczny modulowanie funkcji płytek krwi

35

Fosfolipidy błonowe

fosfolipaza A2

kwas arachidonowy izoprostany

Wzmożona synteza izoprostanów: w chorobach mięśnia sercowego

choroba niedokrwienna, zawał, wady zastawkowe

miażdzyca – stężenie izoprostanów koreluje dodatnio z czynnikami ryzyka hipercholesterolemia, hiperhomocysteinemia, palenie papierosów,),

choroby wątroby (marskość), cukrzyca układu oddechowego (astma, sarkoidoza), choroby tkanki łącznej (toczeń rumieniowaty układowy).

36

LITERATURA

Żak I. Chemia medyczna. SLAM, 2001.

http://biochigen.slam.katowice.pl/podrecznik.

html