Univerzita Komenského v BratislaveJesseniova lekárska fakulta v Martine

prof. MUDr. Dušan DOBROTA, CSc.

Metabolizmus lipidov

Lipidy

- heterogénne vo vode nerozpustné molekuly

- výskyt: membrány, tukové kvapôčky

Význam:

- zdroj energie

- hydrofóbna bariéra

- udržiavanie homeostázy (PG, steroidy)

- rozpúšťadlo pre D, E, K, A

Klasifikácia:

• triacylglyceroly (TAG)

• vyššie mastné kyseliny (VMK)

• glykolipidy

• steroidy

• sfingolipidy

• fosfolipidy

• ...

- poruchy lipidového metabolizmu – obezita, ateroskleróza

- denný príjem 60 – 150 g

a/ 90% - TAG

b/ 10% - cholesterol (CH), estery cholesterolu (ECH), fosfolipidy, VMK

Trávenie:

A. Ústa a žalúdok

1. lipáza (kyselinorezistentná, linguálna)

- TAG

- rýchlosť hydrolýzy nízka

- emulgifikácia lipidov nie je

2. žalúdočná lipáza

- TAG (MK s krátkym a stredne dlhým reťazcom – mlieko)

- enzým aktívny pri neutrálnom pH (deti !!)

Trávenie lipidov

- hormonálna regulácia

metabolizmu lipidov

v tenkom čreve

B. Emulgifikácia

- TAG – nerozpustné vo vode → trávenie len na povrchu

- zvýšenie povrchu tukových kvapiek

- duodenum: 1. peristaltika

2. soli žlčových kyselín

- deriváty cholesterolu

- glycín, taurín (amidová väzba)

C. Enzymatická degradácia

1. Triacylglyceroly

- enzymatická lipáza (esteráza)

- C1 a C3

- produkt: 2-monoacylglycerol + VMK

- kolipáza – proteín stabilizujúci interakciu lipáza ↔ tuková kvapka

2. Estery cholesterolu

- cholesterylesterhydroláza (cholesterolesteráza)

- produkt CH + VMK

3. Fosfolipidy

- fosfolipáza A2 (aktivácia: trypsín)

- C2

- produkt: lyzofosfolipid + VMK [fosfatidylcholín lyzolecitín]

- C1 – lyzofosfolipáza → glycerol + P (fosfát) + báza

4. Hormonálna kontrola

- hormonálna regulácia produkcie hydrolytických enzýmov degradujúcich

lipidy v potrave

a/ cholecystokinin (CCK, pankreozymin)

- peptid secernovaný bb. mukózy dolného duodena a jejuna

- ↑ produkcia a uvolnenie produkcie exokrinnej časti pankreasu

- ↑ kontrakcia žlčníka a uvolnenie žlče

- ↓ motility žalúdka

b/ sekretín

- peptid produkovaný bb. mukózy tenkého čreva

- ↓ pH chýmu – produkt na sekréciu

- ↑ produkcie pankreatickej šťavy (hydrogénuhličitany) → neutralizácia

→ pH vhodné pre tráviace enzýmy

lecitín

D. Absorbcia lipidov

- mixované micely: VMK, CH, 2-monoacylglycerol + soli žlčových kyselín

- absorbcia cez kefkový lem enterocytov

- VMK s krátkym a stredne dlhým reťazcom → priamo

E. Resyntéza TAG a ECH

- enterocyty

- acyl CoA syntáza (tiokináza) → aktivácia VMK

- acyltransferázy → 2-monoacylglycerol + aktivovaná MK → resyntéza TAG

- VMK s krátkym a stredne dlhým reťazcom → transport krvou vo väzbe na albumín

- acyltransferázy → resyntéza FL a ECH

F. Sekrécia lipidov z enterocytov

- tvorba chylomikrónov

- jadro: TAG, ECH

- obal: proteíny, FL, CH

- chylomikróny → exocytóza do lymfatického systému → ductus thoracicus →

v. subclavia sin.

- apolipoproteín B-48 – syntéza v enterocytoch

Absorpcia lipidov nachádzajúcich sa

v zmesi miciel intestinálnych mukozálnych buniek

Hromadenie a sekrécia chylomikrónov

z intestinálnych mukozálnych buniek

G. Využitie lipidov z potravy

- TAG (chylomikróny) → tukové tkanivo, sval

→ srdce, pľúca, obličky, pečeň

- lipoproteínová lipáza → syntéza v adipocytoch a svalových bb.

→ lokalizácia - luminálny povrch endotelu kapilár

1. Využitie VMK

- svalové bb. (aj iné) → produkcia energie

- transport krvou → albumín

- adipocyty → resyntéza TAG

2. Využitie glycerolu

- pečeň → Gly-3-P → glykolýza a glukoneogenéza

3. Využitie chylomikrónových zvyškov

- ECH, PL, proteíny → pečeň → hydrolýza → recyklovanie

Metabolizmus mastných kyselín

Mastné kyseliny (vyššie karboxylové kyseliny):

a/ voľné - plazma (väzba na albumín) – hladovanie

- tkanivá (malé množstvo)

- oxidácia v tkanivách (sval, pečeň)

- prekurzory – glykolipidy,FL ,sfingolipidy, prostaglandíny, ECH

b/ esterifikované - TAG – hlavná energetická zásoba organizmu

- ECH

Štruktúra MK:

- amfipatický charakter

- nasýtené a nenasýtené (cis- konjugácia)

- citlivosť na oxidáciu: nenasýtené nasýtené

- esenciálne MK – viac ako 2 dvojité väzby (kys. linolová, kys. linolénová)

- kyselina arachidonová – esenciálna ak chýba prekurzor kys. linolová

- CH3 skupina uhlík

- vetvené MK rastlinný pôvod (kys. fytanová 3,7,11,15-tetrametylpalmitová)

Syntéza MK

- de novo syntéza MK nadmerný príjem sacharidov a proteínov

- syntéza MK a/ pečeň, laktujúca mliečna žľaza

b/ tukové tkanivo, obličky

- miesto syntézy: cytosól bunky

- štyri enzýmové systémy: a/ acetyl-CoA-karboxyláza

b/ syntáza vyšších karboxylových kyselín

c/ desaturáza

d/ elongačný systém

A. Vznik cytosólového acetyl-CoA

- acetyl CoA v MIT: pyruvát, degradácia MK, ketolátky, AK

- CoA neprechádza membránou MIT

- citrát syntáza: kys. oxaloctová + acetyl-CoA

- citrát lyáza: rozklad v cytosóle

- transport citrátu do cytosólu vysoká koncentrácia citrátu v MIT (inhibícia

izocitrátdehydrogenázy vysoká konc. ATP)

- citrát carrier protein (CCP)

Prenos acetyl-CoA

z mitochondrie do cytosólu

B. Vznik malonyl-CoA

- acetyl-CoA-karboxyláza acetyl-CoA + CO2

- regulačné miesto

C. Syntáza vyšších karboxylových kyselín

- multienzýmový komplex

- 7 rozdielnych enzýmových aktivít

- doména viažúca derivát kys. pantoténovej (4-fosfopantoteín)

- acyl carrier protein (ACP) – izolovaná doména u prokaryotických bb.

prenos acylových a acetylových zvyškov na terminálnej SH- skupine

1. Transfer acetátu z acetyl-CoA na SH- skupinu ACP

enzým: acetyl-CoA-ACP-transacyláza

acetyl-CoA + ACP-SH acetyl-S-ACP + CoA

2. Transfer dvojuhlíkatého zvyšku na SH- skupinu Cys zvyšku v enzýme

acetyl-S-ACP + enzým-SH acetyl-S-enzým + ACP-SH

3. ACP prijíma 3 C zvyšok malonátu

enzým: malonyl-CoA-ACP-transacyláza

malonyl-CoA + ACP-SH malonyl-S-ACP + CoA

4. Acetyl viazaný cez -S- na enzým reaguje s malonyl-S-ACP

enzým: ketoacyl-ACP-syntáza

malonyl-S-ACP + acetyl-S-enzým acetoacetyl-S-ACP + CO2

5. Keto-skupina je redukovaná na alkohol

enzým: -ketoacyl-ACP-reduktáza

acetoacetyl-S-ACP + NADPH + H+ -hydroxylacyl-ACP + NADP+

6. Dehydratácia a tvorba dvojitej väzby

enzým: -hydroxylacyl-ACP-dehydratáza

-hydroxybutyryl-S-ACP krotonyl-S-ACP + H2O

7. Redukcia

enzým: enoyl-ACP-reduktáza

krotonyl-ACP + NADPH + H+ butyryl-S-ACP + NADP+

8. Transfer štvoruhlíkového zvyšku na SH- skupinu Cys

na periférnej časti enzýmu

9. Naviazanie malonyl-CoA na ACP

10. Kondenzácia dvoch molekúl (štvoruhlíkatý zvyšok + malonyl-CoA)

a uvoľnenie CO2

Opakovanie 7x

11. Redukcia na beta-uhlíku (karbonylová skupina)

12. Opakovanie 7x naviazanie 2 C zvyšku z malonyl-CoA

13. Uvoľnenie 16 C reťazca kys. palmitovej

enzým: palmitoyltioesteráza

palmitoyl-S-ACP + H2O palmitát + ACP-SH

Sumárna reakcia:

8 acetyl-CoA + 14 NADPH + 14 H+ + 7 ATP kys. palmitová + 8 CoA +

+ 14 NADP+ + 7 ADP + 7 Pi + 7 H2O

D. Zdroje NADPH pre syntézu MK

a/ pentózový cyklus (2 NADPH / 1 molek. Glu)

b/ premena malátu na pyruvát

- enzým: NADP+-dependentná malátdehydrogenáza (jablčný enzým), cytosól

- oxidácia a dekarboxylácia

- vznik malátu: redukcia oxalacetátu

(enzým: NAD+-dependentná malátdehydrogenáza)

E. Spojenie medzi syntézou MK a metabolizmom Glu

1. vznik Pyr v glykolýze

- zdroj acetyl-CoA

- cytosólový redukčný ekvivalent NADH

2. vznik kys. oxaloctovej v MIT

- glukoneogenéza

- vznik citrátu

3. vznik acetyl-CoA

- kondenzácia s kys. oxaloctovou

- citrát (Krebsov cyklus, transport do cytosólu)

4. štiepenie citrátu

- cytosól

- vznik: acetyl-CoA + kys. oxaloctová

5. vznik cytosólového NADPH

6. syntéza palmitoyl-CoA

F. Elongácia a desaturácia

- lokalizácia: MIT a endoplazmatické retikulum

G. Triacylglyceroly

- štruktúra: glycerol + 3 zvyšky MK

- jednoduché = rovnaké MK

- zmiešané = rozdielne MK

- C1 – nasýtená, C2 – nenasýtená, C3 – nasýtená resp. nenasýtená

- uskladňovanie: tukové kvapôčky v adipocytoch

Biosyntéza MK

Vzťah medzi syntézou palmitátu

a metabolizmom glukózy

Elongácia MK

v mitochondriách

a na ER

Regulácia syntézy MK:

- acetyl-CoA-karboxyláza:

a/ krátkodobá kontrola

- aktivácia protomérov – citrát

- inaktivácia depolymerizácia – malonyl-CoA

– palmitoyl-CoA

- fosforylácia – inaktivácia (adrenalín, glukagón)

- defosforylácia – aktivácia (inzulín)

b/ dlhodobá kontrola

- syntéza enzýmu – diéta bohatá na sacharidy a chudobná na tuky

- syntéza enzýmu – diéta bohatá na tuky a hladovanie

Regulácia aktivity acetyl-CoA-karboxylázy

– plne aktívna je nefosforylovaná forma

Aktivácia acetyl-CoA-karboxylázy

citrátom a inhibícia malonyl-CoA

a palmitoyl-CoA

Degradácia MK

A. Uvoľnenie MK z TAG

- hormónsenzitívna lipáza (HSL) – uvoľnenie z C1 resp. C3

- lipázy (monoacylglycerol, diacylglycerol)

Aktivácia HSL

- fosforylácia → proteínkináza

- adrenalín → aktivácia adenylátcyklázy → tvorba cAMP

- inzulín → inaktivácia HSL (defosforylácia)

- aktivácia cAMP kaskády !!

a/ aktivácia HSL (fosforylácia) – + degradácia TAG

b/ inaktivácia acetyl-CoA-karboxylázy (fosforylácia) – - syntéza MK

Glycerol

- tukové tkanivo → glycerol → pečeň → glycerol-P

a/ syntéza TAG

b/ oxidácia na dihydroxyacetónfosfát

- glykolýza

- glukoneogenéza

VMK

- tukové tkanivo → albumín → cieľové orgány

výnimka: nervové tkanivo, dreň nadobličky, Ery

B. β-oxidácia MK

- lokalizácia: a/ v matrix MIT (odbúravanie nasýtených MK; krátke až

stredne dlhé reťazce MK → CO2 a H2O)

b/ v peroxizómoch (dlhé nenasýtené MK → kratšie reťazce)

Aktivácia VMK

- naviazanie koenzýmu A

a/ 3 enzýmy:

I. acetyl-CoA-syntáza – kys. octová, propionová, akrylová

II. oktanoyl-CoA-syntáza – MK s C4 až C12

III. dodekanoyl-CoA-syntáza – MK s C10 až C18

K+, Mg2+

R – COOH + CoA – SH + ATP R – CO – SCoA + AMP + PPi-

b/ enzým: CoA-transferáza

R – COOH + sukcinyl-CoA → R – CO – SCoA + HOOC – CH2 – CH2 – COOH

Aktivácia MK

Transport MK do MIT

- vstup MK do bb. → acyl-CoA

enzým: acyl-CoA-syntáza (tiokináza)

- MIT membrána – nepriepustná pre acyl-CoA

- karnitín – transportný systém

a/ karnitín-acyltransferáza I

- vonkajší povrch vnútornej membrány MIT

b/ karnitín-acyltransferáza II

- vnútorný povrch vnútornej membrány MIT

c/ translokáza (karnitín-acylkarnitín translokáza)

- regulácia → malonyl-CoA – inhibícia karnitín-acyltransferázy I

↑ syntéza de novo → ↓ transport do MIT

Acylácia karnitínu – prenos acylu

z acyl-CoA na OH- skupinu karnitínu

Transport mastnej kyseliny (acylu) do matrix

mitochondrie cez vnútornú mitochondriálnu membránu

Reakcie β-oxidácie

- 4 reakcie

- β uhlík

- skrátenie reťazca o 2 uhlíky

enzýmy:

a/ acyl-CoA-dehydrogenáza (FAD)

b/ enoyl-CoA-hydratáza (sy. krotonáza)

c/ β-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenáza (NAD)

d/ acyl-CoA-acyltransferáza (β-ketotioláza, acetyl-CoA-acetyltransferáza)

Energetická bilancia

- 1 molekula palmitoyl-CoA

7 x NADH (x 3 ATP) = 21 ATP

7 x FADH2 (x ATP) = 14 ATP

8 x acetyl-CoA (x 12 ATP) = 96 ATP

131 ATP

aktivácia MK (- 2 makroerg. väzby) - 2 ATP

čistý zisk = 129 ATP

Odbúranie VMK s nepárnym počtom atómov C

- β-oxidácia: acetyl-CoA + propionyl-CoA

a/ syntéza metylmalonyl-CoA

enzým: propionyl-CoA-karboxyláza (biotín)

b/ syntéza sukcinyl-CoA

enzým: metylmalonyl-CoA-mutáza

C. α-oxidácia VMK

- oxidácia na α uhlíku → α oxoskupina

- dekarboxylácia → karboxylová kys. kratšia o 1 C

- MIT a ER mozgu

- enzým: a/ oxygenáza – O2, Mg2+, NADPH2

b/ dekarboxyláza - O2, Fe2+, kys. Askorbová

D. Ω-oxidácia VMK

- oxidácia na ω uhlíku

- enzým: monooxygenáza (O2, NADPH2, cyt. P-450)

- vznik α a ω dikarboxylových kys.

- ER mozgu

Poradie reakcií pri

-oxidácii MK

(uvoľňuje sa acetyl-CoA)

-oxidácia mastných kyselín

ω-oxidácia mastných kyselín

Porovnanie syntézy a degradácie MK

Klinické poznámky:

a/ kongenitálne chýbanie karnitín-acyltransferázy v skeletálnom svale

b/ ↓ koncentrácia karnitínu – neschopnosť odbúrať MK

– myeloglobinémia

– svalová slabosť

c/ nedostatok acyl-CoA-dehydrogenázy pre MK so stredne dlhým reťazcom

(3 enzýmy) – výskyt cca 1 : 10 000 novorodencov

– ↓ oxidácia MK a hypoglykémia

– 10 % postihnutých – SIDS (Sudden Infant Death Syndrome)

d/ nedostatok vit. B12

- kys. propionová a kys. metylmalónová v moči

e/ nedostatok alebo chýbanie metylmalonyl-CoA-mutázy

- acidémia a acidúria (kys. metylmalónová)

f/ Refsumova choroba

- neschopnosť oxidovať kys. fytanovú α-oxidácia

- na β uhlíku je metylová skupina