Biochemie 10 lipidy biosyntesa

MASTNÉ KYSELINY,
LIPIDY
(BIOSYNTÉZA)
OBSAH
Syntéza
• mastných kyselin
• cholesterolu
• žlučové kyseliny
• isoprenoidy
• steroly
Rozdíly mezi odbouráváním a syntézou
mastných kyselin
1. Syntéza mastných kyselin probíhá v cytoplasmě, odbourávání
v matrix mitochondrií. Acetyl-CoA vstupuje do cytoplasmy ve formě
citrátu.
2. Meziprodukty syntézy mastných kyselin jsou kovalentně vázány na
sulfhydrylové skupiny ACP (acyl carrier protein), kdežto
meziprodukty degradace jsou vázány na SH skupinu CoA.
3. Enzymy syntézy mastných kyselin vyšších organismů jsou spojeny
do polypeptidového řetězce zvaného synthasa mastných kyselin.
Enzymy degradace jsou v matrix volně.
Rozdíly mezi odbouráváním a syntézou
mastných kyselin
4. Řetězec mastných kyselin se prodlužuje o dva uhlíky z acetyl-CoA.
Aktivovaným donorem dvou uhlíků je malonyl-CoA a prodlužování
řetězce je poháněno odštěpováním CO2.
5. Redukčním činidlem při syntéze je NADPH, oxidačními činidly při
degradaci jsou FAD a NAD+.
6. Prodlužování řetězce na synthase mastných kyselin končí tvorbou
palmitátu (C16). Další prodlužování řetězce a tvorba nenasycených
kyselin probíhá na jiných enzymech.
Srovnání syntézy a odbourávání mastných
kyselin
Trikarboxylátový transportní systém
Vstup acetyl-CoA do cytoplasmy
• Membrána je nepropustná pro
acetyl-CoA
• Vstup do cytosolu ve formě
citrátu
• Cytosolová
ATP-citrátlyasa
(připomíná obrácenou reakci
citrátsyntasy)
• Transport citrátu do cytosolu
je v rovnováze s transportem
pyruvátu do mitochondrií
• Reakce malát na pyruvát je
zdrojem NADPH
Zdroj NADPH pro syntézu mastných kyselin
• Oxaloacetát
je redukován za účasti NADH na malát cytosolovou
malátdehydrogenasou:
• Oxaloacetát + NADH + H+ malát + NAD+
• Malát
je oxidačně dekarboxylován NADP+-malátovým enzymem
(také jablečný enzym):
• Malát + NADP+ pyruvát + CO2 + NADPH
• Konečně pyruvát vstupuje do mitochondrie, kde je karboxylován
pyruvátkarboxylasou:
• Pyruvát + CO2 + ATP + H2O oxaloacetát + ADP + Pi + 2 H+
• Sumární rovnice:
• NADP+ + NADH + ATP + H2O NADPH + NAD+ + ADP + Pi + H+
Transfer acetyl-CoA do cytosolu
Biosynéza
mastných
kyselin
Acetyl-CoA-karboxylasa
Klíčovým krokem syntézy mastných kyselin je tvorba malonyl-CoA
Acetyl-CoA + ATP + HCO3-  malonyl-CoA + ADP + Pi + H+
• Katalyzuje acetyl-CoA-karboxylasa (obsahuje biotin).
• Reakce probíhá ve dvou stupních:
Acetyl-CoA-karboxylasa
Struktura:
• U E.coli – dvě podjednotky (biotinkarboxylasa a transkarboxylasa),
biotin vázán na 3. podjednotce tj. protein přenášející biotinový
karboxyl
• U savců a ptáků – jeden polypeptidický řetěze má obě enzymové
aktivity biotinkarboxylasa a transkarboxylasa
Acetyl-CoA-karboxylasa
Ptačí a savčí acetyl-CoA-karboxylasa je
regulačním
enzymem
metabolismu
mastných kyselin.
• U savců a ptáků rychlost biosyntézy MK
je regulována rovnováhou reakce:
Protomer (neaktivní) ↔ polymer(aktivní)
• Tvorbu polymerů pozitivně ovlivňuje
citrát (aktivuje biosyntézu MK)
• Rozpad polymerů iniciuje palmitoylCoA a AMP – zpětnovazebný inhibitor
Acetyl-CoA-karboxylasa
Ptačí a savčí acetyl-CoA-karboxylasa je regulačním enzymem
metabolismu mastných kyselin.
Hormonální regulace
Glukagon, adrenalin, noradrenalin – spouští cAMP fosforylaci
enzymu, která posouvá rovnováhu ve prospěch neaktivního
protomeru
Inzulin stimuluje syntézu mastných kyselin aktivací karboxylasy
Insulin (glukagon a adrenalin mají opačný účinek).
Poznámka
U prokaryontních organismů je enzym acetyl-CoA-karboxylasa regulován
prostřednictvím guanidinových nukleotidů → MK jsou syntetizovány v
odpovědi na požadavky buněčného růstu. MK nejsou skladovány jako tuky,
fungují jako prekursory fosfolipidů.
Místa regulace
metabolismu
mastných kyselin
Biosynéza
mastných kyselin
Jednotlivé kroky syntézy mastných kyselin
1 Syntéza malonyl-CoA
acetyl-CoA-karboxylasa
2 Navázání acetyl-CoA na acetyltransacylasa
CE
3 Navázání malonyl-CoA na malonyltransacylasa
ACP
4 Kondenzační reakce:
acylmalonyl-ACP-kondenzační enzym
Acetyl-CE + malonyl-ACP  acetoacetyl-ACP + (CE) + CO2
5 První redukce
b-ketoacyl-ACP-reduktasa
Acetoacetyl-ACP + NADPH + H+  D-3-hydroxybutyryl-ACP + NADP
6 Dehydratace
3-hydroxyacyldehydratasa
D-3-Hydroxybutyryl-ACP  krotonyl-ACP + H2O
7 Druhá redukce
enoyl-ACP-reduktasa
Krotonyl-ACP + NADPH + H+  butyryl-ACP + NADP+
Savčí synthasa mastných kyselin
Savčí synthasa mastných kyselin
Doména 1 (modrá): AT-acetyltransferasa, MT-malonyltransferasa, CEkondenzační enzym.
Doména 2 (žlutá): ACP, b-ketoacylreduktasa (KR), dehydratasa (DH),
enoylreduktasa (ER).
Doména 3 (červená): thioesterasa (TE). Flexibilní raménka (zelená).
AT
MT
DH
ER
KR
ACP
TE
CE
Cys
SH
SH
TRANSLOKACE
HS
SH
Cys
REDUKCE
TE
ACP
KR
ER
KONDENZACE
DH
MT
Uvolnění
palmitátu
CE
Vstup
substrátu
AT
ACP – fosfopanteteinové raménko
ACP – fosfopanteteinové raménko,
meziprodukty syntézy mastných kyselin.
na
kterém jsou
vázány
Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce
• Funguje jako dimer.
• Ke kondenzaci dochází mezi malonylem zavěšeným na jedné
podjednotce ACP a acetylem na SH kondenzačního enzymu
druhé podjednotky.
CE
ACP
CE
SH
S
C
ACP
SH
HS
O
O
H3C
H2C
S
ACP
C
C
O
CH3
KONDENZACE
-
O
SH
CE
H2C
CO2
S
ACP
C
C
O
O
SH
CE
Elongace řetězce
Elongace řetězce je zahájena spojením acetylu na kondenzačním
enzymu(CE), který je součástí synthasy mastných kyselin,
s malonylem na ACP
O
H3C
C
S
Acetyl-CE
CE
+
-
O
O
O
C
C
C
H2
KONDENZACE
S
Malonyl-ACP
ACP
H3C
CE + CO2
O
O
C
C
C
H2
S
Acetoacetyl-ACP
ACP
Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce
• Obě redukce a dehydratace na fosfopantheteinovém raménku ACP
CE
ACP
CE
SH
HS
CH3
H2C
S
ACP
C
C
O
ACP
SH
HS
CH3
REDUKCE
O
H2C
SH
CE
S
ACP
C
H-C-OH
CH2
O
SH
CE
První redukce
H3C
O
O
C
C
C
H2
S
Acetoacetyl-ACP
ACP
REDUKCE
H+ + NADPH
HO
H3C
NADP+
O
H
C
C
H2
C
S
ACP
D-3-Hydroxybutyryl-ACP
Dehydratace
HO
H3C
O
H
C
C
H2
C
DEHYDRATACE
S
ACP
D-3-Hydroxybutyryl-ACP
H3C
H2O
O
H
C
C
C
S
H
Krotonyl-ACP
ACP
Druhá redukce
O
H
H3C
C
C
C
S
H
Krotonyl-ACP
ACP
REDUKCE
H+ + NADPH
H3C
NADP+
H2
C
O
C
H2
C
S
Butyryl-ACP
ACP
Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce
• Translokací se přenese řetězec z ACP na SH skupinu
kondenzačního enzymu stejné podjednotky
CE
ACP
CE
SH
HS
CH3
H2C
S
ACP
C
SH
HS
CH3
TRANSLOKACE
H2C
CH2
O
SH
CE
ACP
SH
ACP
O
CH2
C
S
CE
Synthasa mastných kyselin- mechanismus reakce
• Další malonyl se naváže na raménko ACP druhé podjednotky.
• Probíhá druhá kondenzace na protilehlou podjednotku dimeru
CE
ACP
CE
SH
HS
S
HS
O
CH3
H2C
SH
ACP
O
ACP
C
CH3
H2C
CH2
C
Malonyl-CoA
S
CE
CoA
SH
ACP
O
CH2
O
CH2
C
-
S
CE
C
O
Pokračování syntézy
•V
dalším kole syntézy se kondenzuje malonyl-ACP s butyrylACP za tvorby C6-b-ketoacyl-ACP.
• Poté následuje první redukce, dehydratace a druhá redukce za
tvorby C6 – acyl ACP.
• Prodlužování řetězce se opakuje až do délky C16 – palmitát.
• Thioesterasa je enzym, který odštěpuje palmitát z ACP a tím je
syntéza ukončena.
Biosyntéza mastných
kyselin
Savčí synthasa mastných kyselin
Stechiometrie syntézy mastných kyselin
Stechiometrie syntézy palmitátu:
Acetyl-CoA + 7 malonyl-CoA + 14 NADPH + 20 H+ 
 palmitát + 7 CO2 + 14 NADP+ + 8 CoA + 6 H2O
Stechiometrie syntézy malonyl CoA:
7 Acetyl-CoA + 7 CO2 + 7 ATP 7 malonyl-CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 H+
Celkově:
8 Acetyl-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6 H+ 
palmitát + 14 NADP+ + 8 CoA + 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi
Prodlužování mastných kyselin
• Prodlužování řetězce a tvorba nenasycených mastných kyselin
probíhá na cytosolární straně membrány endoplasmatického
retikula.
• Aktivace s ATP
• Tvorba dlouhých MK zejména v mozku
• Biosyntéza v oddělených krocích (rozdíl od základní biosyntézy MK)
• Acyl je vázán na CoA místo na ACP
Desaturace mastných kyselin
• Nutný molekulární kyslík
• Tvorba oleoyl-CoA (cis D9-dvojná vazba) ze stearoyl-CoA:
Stearoyl-CoA + NADPH + H+ + O2 oleoyl-CoA + NADP+ + 2 H2O
• Savci nemají enzymy katalyzující vstup dvojné vazby za uhlík C-9
řetězce mastných kyselin.
• Savci nemohou syntetizovat linoleát (18 : 2 cis D9, D12) a linolenát
(18 : 3 cis D9, D12, D15).
• Obě mastné kyseliny jsou pro savce esenciální – musí být dodány
s potravou.
Desaturace mastných kyselin
Desaturace a prodloužení mastných kyselin
• Polynenasycené MK - potřebné pro tvorbu signálních molekul
• Zdroj jsou rostlinné oleje
• Ryby nedokáží syntetizovat, ale akumulují je z potravy
Biosyntéza složených
lipidů
• Většina enzymů je asociována s
membránou endoplazmatického
retikula
Glycerol-3-P vzniká
• v játrech redukcí glyceron-3-P
nebo fosforylací glycerolu, který
játra vychytávají z krve pomocí
glycerolkinasy
• v tukové tkání redukcí
meziproduktů glykolýzy nebo
glyceroneogenezí z např alaninu
kys. asparagové a malátu (není
přítomna glycerolkinasa)
Souhrn metabolismu lipidů.
• Novotvorba
Glyceroneogeneze
glycerol-3-fosfátu z pyruvátu, která je nutná pro
reesterifikaci mastných kyselin, zejm. v tukové tkáni.
• Až
na poslední krok (redukci dihydroxyacetonfosfátu) se shoduje
s první fází glukoneogeneze, klíčovým enzymem (limitujícím
rychlost) je fosfoenolpyruvátkarboxykináza.
• Dihydroxyacetonfosfát
pro tvorbu glycerol-3-fosfátu pro syntézu
triacylglycerolů má původ v glykolýze nebo z oxaloacetátu –
glyceroneogeneze.
• Při hladovění
je asi 30 % mastných kyselin vstupujících do jater
reesterifikováno na triacylglycerol a ten poté transportován VLDL.
• Adipocyty v situaci hladovění vykazují také glyceroneogenezi.
• Nemají glukoneogenezi, ale mají enzym glukoneogeneze
–
fosfoenolpyruvátkarboxykinasu (PEPCK), který je aktivován při
nízkých hladinách glukosy. Převádí oxaloacetát na fosfoenolpyruvát
(GTP).
Eikosanoidy (20C)
• Eikosanoidy (z řec. eikosi − dvacet) jsou sloučeniny odvozené
od polyenových nenasycených mastných kyselin s řetězcem
dlouhým 20 uhlíků (deriváty arachidonové kyseliny).
Řadíme sem
• leukotrieny
• prostanoidů: prostaglandiny, prostacykliny a tromboxany.
Vznikají především účinkem enzymů
• cyklooxygenázy
• cytochromu P450
• lipogenázy
Eikosanoidy (20C)
Prostaglandin E2 – PGE Objeveny
v seminální plazmě. Vyskytují se téměř ve
všech tkáních (ledviny, myokard, plíce,
stěny arterií a jinde), ve kterých působí jako
místní hormony.
Thromboxany, objevené v trombocytech
(dále leukocyty a žírné buňky).
Leukotrieny - poprvé popsány
v leukocytech.
Eikosanoidy (20C)
• Eikosanoidy jsou vnitrobuněčné signalizační molekuly (tzv.
autokrinní), které ovlivňují svalový stah, srážení krve, bolest
či například zánět.
• Poločas eikosanoidů je mimořádně krátký, v řádu minut.
• Eikosanoidy působí při velmi nízkých koncentracích a
způsobují bolest a horečku. Regulují tlak krve, srážení krve
a reprodukci.
• Nejsou transportovány krví, ale působí lokálně v blízkosti
buněk ve kterých se tvoří. Rozpadají se řádově v minutách a
sekundách.
Eikosanoidy (20C)
• Hlavním enzymem syntézy prostaglandinů je prostaglandin H2
synthasa. Má dvě katalytické aktivity: cyklooxygenasa a
peroxidasa. Označuje se COX !
• Aspirin inhibuje syntézu prostaglandinů acetylací specifického Ser
prostaglandin H2 synthasy.
• Další nesteroidní protizánětlivé látky jako ibuprofen a
acetaminophen se nekovalentně váží na enzym a podobně blokují
aktivní místo.
CH3
C=O
CH3
H3C
C C
H3C H H2
NH
C COOH
H
Ibuprofen
OH
Acetaminofen
Eikosanoidy (20C)
Biosyntéza isopentenyldifosfátu
a cholesterolu
Biosyntéza isopentenyldifosfátu v cytoplasmě
• Meziprodukty jsou 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) a
• HMG-CoA se převádí
• v mitochondriích na acetyl-CoA a acetoacetát (ketolátky)
• v cytosolu na mevalonát
CYTOSOL
H3C
O
O
C
C
C
H2
+
S
2 H
+
2 NADPH
CoA
O
Acetoacetyl-CoA
-
+
O
O
H3C
C
S
CoA
H2O
CoA
C
H3C
C
H2
OH
C
C
H2
CoA
+
2 NADP+
O
-
O
H3C
C
C
H2
C
C
H2
CH2
Mevalonát
O
C
OH
OH
S
CoA
O
3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA
(HMG-CoA)
C
H3C
Acetyl-CoA
CoA
S
Acetyl-CoA
O
-
O
MITOCHONDRIE
C
+
C
H2
CH3
C
Acetoacetát
O
Biosyntéza isopentenyldifosfátu v cytoplasmě
• Syntéza mevalonátu je klíčovým stupněm syntézy cholesterolu.
• Redukce
HMG-CoA enzymem HMG-CoA-reduktasou
ireversibilním stupněm, kontrolním bodem syntézy.
• Reduktasa
je integrální součástí
v endoplasmatickém retikulu.
membránových
je
proteinů
HMG-CoA + 2 NADPH + 2 H+ mevalonát + 2 NADP+ + CoA
Biosyntéza isopentenyldifosfátu v cytoplasmě
Rozvětvená dráha
metabolismu
isoprenoidů v savčích
buňkách
Biosyntéza cholesterolu
Cholesterol:
• Modulátor fluidity živočišných membrán
• Prekurzor steroidních hormonů
• Prekurzor žlučových kyselin
• Prekurzor vitaminu D
• Cholesterol
má 27 uhlíkových atomů a všechny mají původ
v acetyl-CoA.
21 H3C
20
18 CH3
19 CH3
2
3
HO
1
A
4
10
5
11
9
B
6
12
C
13
14
8
7
17
D 16
15
22
23
24
25
27 CH3
CH3
26
Syntéza isopentenyldifosfátu
Syntéza cholesterolu se uskutečňuje ve třech stupních:
A) Syntéza isopentenyldifosfátu, jako aktivní isoprenové jednotky.
B) Kondenzace šesti molekul isopentenyldifosfátu za tvorby
skvalenu.
C) Cyklizace skvalenu řadou reakcí na tetracyklický produkt, který je
bezprostředně převeden na cholesterol.
COO
-
COO
CH3
OH
CH2 OH
-
COO
CH3
ATP
ADP
Mevalonát
ATP
P
O
COO
CH3
OH
CH2 O
-
O
+
O
5-Fosfomevalonát
2-
ADP
ATP
P
O
H2C
CH3
OH
CH2 O
-
-
O
+
O
ADP
P
O
+
O
5-Difosfomevalonát
O
2-
CH3
2-
O PO3
CH2 O
P
O
-
CO2 + Pi
O
+
O
P
O
O
+
O
2-
CH2 O
P
O
-
O
+
O
P
O
+
O
3-Isopentenyldifosfát
O
2-
Izomerizace isopentenyldifosfát –
dimethylallyldifosfát
H2C
H3C
CH3
CH3
3CH 2O PO 2PO 3
3CH 2O PO 2PO 3
3-Isopentenyldifosfát
Dimethylallyldifosfát
Biosyntéza cholesterolu
Mechanismus kondenzace allylového substrátu
• Mechanismus kondenzace allylového substrátu (dimethylallyldifosfát)
s 3-isopentenyldifosfátem.
• Kondenzace hlava – ocas.
3-Isopentenyldifosfát
CH3
3PO 2PO 3
CH3
CH3
R
H
Allylový substrát
PPi
CH 2O
H2C
+
CH 2O
R
3PO 2PO 3
-
CH2
H
Allylový karbanion
Geranyl, farnesyl
• Geranyl = dimethylallyldifosfát + isopentenyldifosfát
• Farnesyl = geranyl + isopentenyldifosfát
3PO 2PO 3
CH3
+
H2C
CH3
CH2
R
C
H2
CH3
CH 2O
H
CH 2O
H2C
CH3
+
H
3PO 2PO 3
CH2
R
H
H
Geranyl(10C)-(farnesyl-15C)-difosfát
Geranyldifosfát
CH3
3OPO2PO 3
H3C
Dimethylallyldifosfát
CH3
3-
H2C
OPO2PO 3
3-Isopentenyldifosfát
PPi
CH3
3-
OPO2PO 3
CH3
H3C
Geranyldifosfát
Farnesyldifosfát
CH3
OPO2PO 3
CH3
H3C
Geranyldifosfát
Dimethylallyldifosfát
3-
CH3
3-
H2C
OPO2PO 3
3-Isopentenyldifosfát
PPi
CH3
CH3
CH3
H3C
Farnesyldifosfát
Farnesyldifosfát
3-
OPO2PO 3
Skvalen
• Skvalen = 2 x farnesyldifosfát + NADPH
• Kondenzace hlava – ocas.
CH3
3-
OPO2PO 3
CH3
CH3
H3C
Farnesyldifosfát
Farnesyldifosfát + NADPH
PPi + NADP+ + H+
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
H3C
CH3
Skvalen
CH3
Cyklizace skvalenu
• Cyklizace skvalenu na lanosterol přes skvalen epoxid
a protosterolový kationt
O2 + NADPH + H+
H2O + NADP+
O
Skvalen
Skvalen epoxid
H+
H
H3C
+
CH3
CH3
H
H
H3C
H
CH3
CH3
H
H+
HO
H3C
H
CH3
Lanosterol
HO
CH3
CH3
H
Protosterolový kation
Lanosterol
Základní struktura
peroxisomu
• Lanosterol přechází řadou reakcí na cholesterol.
• odstranění tří methylů (3xCO2)
• redukce jedné dvojné vazby NADPH
• přesun druhé dvojné vazby
H3C
CH3
H3C
CH3
CH3
H3C
CH3
H3C
19 KROKŮ
CH3
CH3
HO
CH3
HCOOH + 2 CO2
HO
H3C
CH3
Lanosterol
Cholesterol
Regulace biosyntézy a transportu cholesterolu.
Regulace aktivity HMG-CoA reduktasy
• Krátkodobá regulace katalytické aktivity
1. kompetitivní inhibicí (úplná suprese vyžaduje dva regulátory
– cholesterol z LDL a nesteroidní produkt syntetizovaný
endogenně z mevalonátu)
2. allosterické efekty
3. kovalentní modifikace – reverzibilní fosforylace
4. Hormonální
• Dlouhodobá
regulace na úrovni koncentrace enzymu – jeho
syntézy a odbourání
Regulace HMG-CoA reduktasy vratnou fosforylací
Inhibitory syntézy cholesterolu
• Syntéza
cholesterolu může být
efektivně blokována třídou sloučenin
zvaných statiny (např. lovastatin také
s názvem mevacor).
• Jedná se o silné inhibitory
HMG-CoA reduktasy.
HO
COO
-
OH
O
(Ki = 1 nM)
H3C
H
O
CH3
H3C
• Atherosklerosa !!
Lovastatin
CH3
Inhibitory syntézy cholesterolu
Regulace biosyntézy a transportu cholesterolu.
cholesterol z LDL
• snižuje rychlost syntézy HMG-CoA reduktasy
• zvyšuje rychlost syntézy acyl-CoA-cholesterol-acyltransferasy
(ACAT) (esterifikace)
Regulace transportu cholesterolu.
• Regulací syntézy receptorů pro LDL.
• Vysoké koncentrace cholesterolu uvnitř buňky potlačují syntézu
receptorů pro LDL, nízké stimulují
• Regulace
rychlostí esterifikace tedy i rychlostí odbourávání
volného cholesterolu.
• ACAT
(cholesterolacyl-transferasa) enzym katalyzuje esterifikaci
cholesterolu je regulován vratnou fosforylací i dlouhodobou
kontrolou
Syntéza žlučových kyselin
• Polární deriváty cholesterolu – vysoce efektivní detergenty
Cholesterol
O
OH
H3C
COO
-
OH
CH3
H3C
SCoA
CH3
H3C
CH3
HO
CH3
CH3
OH
HO
Trihydroxykoprostanoát
OH
CH3
Cholyl-CoA
Taurin
Glycin
O
OH
H3C
CH3
O
NH
COO
CH3
HO
CH3
OH
-
H3C
CH3
CH3
OH
Glykocholát
HO
CH3
OH
Taurocholát
-
NH
SO 3
Steroidní hormony
Cholesterol je prekurzorem
pěti hlavních tříd steroidních
hormonů:
• progestageny
• glukokortikoidy
• mineralokortikoidy
• androgeny
• estrogeny
.
Biosyntetická cesta
tříd steroidních
hormonů.
Základní steroidní hormony
Testosteron
androgeny
Aldosteron
mineralokortikoid
Kortizol
glukokortikoidy
Estradiol
estrogeny
Funkce steroidních hormonů
• Progestagen
jako progesteron – připravuje dělohu pro přijetí
vajíčka.
• Androgeny
jako testosteron – vývoj sekundárních pohlavních
znaků mužů.
• Estrogeny jako estron – vývoj sekundárních pohlavních znaků žen,
ovariální cyklus.
• Glukokortikoidy jako kortisol – ovlivňují metabolismus sacharidů,
proteinů a lipidů, inhibice zánětů.
• Mineralokortikoidy
jako aldosteron – regulace vylučování vody a
solí ledvinami (zvýšení reabsorbce Na+ a vylučování K+ a H+ což
vede ke zvýšení objemu a tlaku krve).
Místo syntézy steroidních hormonů
Hlavními místy syntézy steroidních hormonů jsou:
• Žluté tělísko (Corpus luteum) pro progestageny.
• Vaječníky pro estrogeny.
• Varlata pro androgeny.
• Kůra nadledvinek pro glukokortikoidy a mineralokortikoidy.
Vitamin D
• Kontrola hladiny Ca2+ a fosfátů.
• Aktivním hormonem je kalcitriol.
• Nejedná se o pravý steroid
H3C
CH3
H3C
CH3
CH3
H3C
CH3
H3C
CH3
Ultrafialové záření
HO
HO
7-Dehydroxycholesterol
H3C
CH3
H3C
Provitamin D3
CH3
H3C
OH
CH3
OH
Kalcitriol
(1,25-Dihydroxycholekalciferol)
CH3
H3C
CH2
HO
CH3
CH2
HO
Vitamin D3
(Cholekalciferol)
• Vitamin
Struktura vitaminu D2
D2 (ergokalciferol) má
shodnou strukturu s vitaminem
D3 až na vedlejší řetězec v poloze
17 !
CH3
CH3
• Vytváří
se v kůži působením UV
záření z rostlinného ergosterolu
(je v mléce).
CH3
H3C
CH3
9
10
Ergosterol
HO
• Vitaminy D se ukládají v tucích.
CH3
CH3
- kalcifikují se měkké tkáně, tvoří
ledvinové kameny.
vitaminy D.
CH3
H3C
• Vysoké hladiny vedou k intoxikaci
• Pigmentace chrání před intoxikací
CH3
CH3
CH2
HO
Vitamin D2 (ergokalciferol)
Isopentenyldifosfát
Prekurzorem
• terpenů
• řetězců ubichinonu
• chlorofylu
• karotenoidů
• vitaminu K
Myrcen
(bobkový list)
Limonen
(citronová silice)
Zingiberen
(zázvor)
Vitamin K
• Je syntetizován
- rostlinami jako fylochinon
- bakteriemi jako menachinon
(střevní bakterie)
• Je rozpustný v tucích
• Je nezbytný
- pro funkci několika proteinů podílejících se na srážení krve
- v procesu mineralizace kostí, buněčného růstu a metabolismu
proteinů cévní stěny.
• Denní doporučený příjem je 0,5 - 1 mg
• Díky jeho syntéze ve střevě je jeho nedostatek vzácný.
• Zdroj: Zelené části rostlin, játra, rostlinné oleje, maso, pistáciové
oříšky
Ubichinon (Q10)
• Podobnost s vitamínem K2
• Za výzkum koenzymu Q10 byla v roce
1978 Angličanu Peteru Mitchellovi
udělena Nobelova cena.
• Je obsažen ve většině lidských buněk,
vyjma červených krvinek a buněk v
čočce, kterým chybí mitochondrie.
• Dvě základní funkce.
1. pomáhá v přeměnách v elektronovém transportním řetězci
na membráně mitochondrií, například u akceptoru zvaného
cytochrom bc1.
2. antioxidant v mitochondriích a lipidových membránách,
brání tyto struktury před volnými radikály.
• Koenzym Q10 je z části syntetizován v těle, z části je přijímám
potravou. S věkem klesá podíl vlastní syntézy. V orgánech dochází
k poklesu tkáňové koncentrace Q10.
Vitamin E
• Vitamin E je souhrnné pojmenování přírodních
chemických látek (jinak též tokoferoly).
• Patří mezi vitamíny rozpustné v tucích.
• V organismu slouží jako důležitý antioxidant,
chrání buněčné membrány před poškozením
volnými radikály.
Tokoferol
chemický název
α-tokoferol
5,7,8-trimethyltokol
β-tokoferol
5,8-dimethyltokol
γ-tokoferol
7,8-dimethyltokol
δ-tokoferol
8-methyltokol
Vitamin A (retinol)
• Je rozpustný v tucích
• Dvě přirozené formy – vitamín A1 (retinol) a vitamín A2 (3dehydroretin).
• Je nutný pro
1. tvorbu rodopsinu, zrakového pigmentu používaného za nízkého
osvětlení. Nedostatek vede k šerosleposti
2. důležitý antioxidant
3. je nezbytný pro vývoj epitelií, při jeho nedostatku buňky
rohovatí (xeróza).
• Zdrojem vitaminu A je alfa-karoten, beta-karoten a lykopen, což
jsou oranžová a červená barviva.
• Vitamín A vzniká z provitamínu A, tedy především z beta-karotenu.
Fytol (20C)
• Fytol (20C) = diterpenový alkohol
• Je složen ze čtyř isoprenových jednotek.
• Fytol-vedlejší řetězec chlorofylu je
• Prekurzor vitaminu E a K1
Karotenoidy
• Karotenoidy – barviva rajčat a mrkve. Absorbují světlo, protože
obsahují konjugované dvojné vazby (mezi 400 až 500 nm).
• Jejich
C40 uhlíkatý řetězec je skládán z C5 jednotek až po
geranylgeranyldifosfát C20, jehož dvě molekuly kondenzují
způsobem hlava-ocas za tvorby fytoenu C40.
• Fytoen
přejde po dehydrogenaci na lykopen. Cyklizací obou
konců lykopenu získáme b-karoten – prekurzor retinalu.
Lykopen
b-Karoten
Triacylglyceroly z potravy
• Triacylglyceroly ze střevní sliznice jsou z důvodu nerozpustnosti
převáděny na micely za účasti žlučových kyselin. Žlučové
kyseliny jsou amfipatické (obsahují polární i nepolární části),
jsou syntetizovány v játrech a uvolňovány ze žlučníku.
• Žlučové
kyseliny obalí triacylglyceroly a usnadní tak funkci
hydrolytickým lipasam. Např. glykocholát.
O
OH
H
H
CH3
H
CH3
HO
H3C
H
OH
Glykocholát
N
H
COO
-
Lipoproteiny
• Lipidy vázané na proteiny – kovalentní vazba, na proteiny je
navázána – mastná kyselina, glykolipidový zbytek, fosfolipid,
kotví proteiny v membráně
• Lipoproteiny
– částice tvořené z nekovalentně asociovaných
lipidů a proteinů, působí jako přenašeče triacylglycerolů a
cholesterolu v krevní plazmě
Stavba krevního lipoproteinu
Lipoproteiny
• Chylomikrony transportují exogenní triacylglyceroly do střev
• Lipoproteiny s velmi nízkou (VLDL), nízkou (LDL) a střední
hustotou (IDL) přenášejí
cholesterol z jater do tkání
endogenní
triacylglyceroly
• Lipoproteiny s
a
vysokou hustotou (HDL) přenášejí endogenní
cholesterol z tkání do jater
Třída lipoproteinů
Hlavní lipidy
Chylomikrony
triacylglyceroly
VLDL
endogenní triacylglyceroly, estery cholesterolu,
cholesterol
IDL
estery cholesterolu, triacylglyceroly, cholesterol
LDL
estery cholesterolu, cholesterol, triacylglyceroly
HDL
estery cholesterolu, cholesterol
LDL – hlavní transportér cholesterolu krví
Model transportu triacylglycerolů a
cholesterolu u lidí
Funkce lipoproteinů
Chylomikrony
• Cíl
- dopravit triacylglyceroly z potravy do svalu a adipozní
tkáně a cholesterol z potravy do jater.
• Vznikají ve střevní sliznici, uvolněny do střevní lymfy a do cév.
• Adherese
na vnitřním povrchu kapilár kosterního svalstva a
tukové tkáně.
• Hydrolýza triacylglycerolů lipasami
• Monoacylglyceroly a MK jsou přijímány tkáněmi.
• Chylomikronové zbytky s cholesterolem vstupují
jsou vychytány játry.
do oběhu a
Funkce lipoproteinů
VLDL
• syntetizovány v játrech
• transport lipidů a cholesterolu do tkání
• receptorová endocytoza – vstup LDL do jater a dalších tkání
HDL
• opačná funkce než LDL
• odstraňují cholesterol z tkání
• HDL receptory
• játra likvidují cholesterol přes žlučové kyseliny
Receptorová endocytoza
Ateroskleroza
• Progresivní choroba začínající ukládáním lipidů v buňkách
hladkého svalstva vnitřních tepen – stávají se fibrózními, zužují
se a mohou se uzavřít
• Vznik souvisí s hladinou cholesterolu v plasmě
• Snížení rozkladu plasmových LDL v důsledku nedostatku LDL
receptorů
• Zvýšená rychlost tvorby IDL
• Epidemiologické studie – vysoká hladina plasmových HDL má
úzkou souvislost s nízkým výskytem kardiovaskulárního
onemocnění
Úloha LDL receptorů
Hypercholesterolemie – plyne z nadprodukce
nebo nedostatečného využití LDL a je vyvolána
1. Geneticky – familiární
hypercholesterolemie (FH)– nedostatek
receptorů pro LDL
2. Potravou s vysokým obsahem cholesterolu
– podobný účinek jako FH – nadbytečný
cholesterol z potravy potlačuje syntézu LDL
receptorů
Vlastnosti biologických membrán
• Membrány tvoří vrstvené struktury o síle dvou molekul. Tloušťka
membrán je mezi 6 nm až 10 nm.
• Membrány obsahují hlavně lipidy a proteiny v poměru od 1 : 4 až
4 : 1.
• Membránové
lipidy jsou malé molekuly s částmi hydrofilními a
hydrofobními. Vytváří lipidové dvojvrstvy.
• Specifické
proteiny zprostředkovávají různé funkce membrán.
Proteiny slouží jako pumpy, kanály, receptory, přenašeče energie a
enzymy.
• Membrány jsou nekovalentní seskupení.
• Membrány jsou asymetrické. Dvě strany biologické membrány se
od sebe liší.
• Membrány vytváří fluidní mozaiku.
• Většina membrán je elektricky polarizována.
Struktura plasmatické membrány
Složení membrán
Model tekuté mozaiky
Vlastnosti - redistribuce a inzerce proteinů, fúze biomembrán, plasticita
membrán, exocytóza, endocytóza, transport
Lipidy
Hydrofilní doména
Hydrofobní doména
Rostlinné membránové lipidy
Steroly
Pohyb fosfolipidů v membáně
rychlý - v jedné vrstvě (2mm/s)
pomalý - mezi vrstvami
molekuly nejsou vázány kovalentně
postranní difúze
kmitání
Pohyb sterolů
poskakování
rotace
přepínání - „flippasa“ - přepínač
- pomalá difúze ve vrstvě lipidů,
- rychlý přesun mezi vrstvami lipidů (bez enzymu)
Proteiny - podle asociace s lipidovou dvojnou vrstvou
Proteiny
periferní a integrované
4 třídy membránových
proteinů - vázané na:
1. mastné kyseliny
2. prenylové skupiny
3. fosfatidylinositol
4. cholesterol (u rostlin
nejsou známy)
•
•
•
•
•
•
Funkce biologických membrán
kompartmentace (oddělení) určitých složek
transport molekul (permeabilní bariera)
specifita membrány (informační procesy)
metabolické děje
transformace energie
možnost změny tvaru
Funkce proteinů plasmatické membrány
Transport
Enzymatická
aktivita
Signální
přenos
Mezibuněčné
spoje (živ.b.)
Vzájemné
rozpoznávání
buněk(živ. b.)
Připojení k
cytoskeletu
Funkční
Příklad
Specifická funkce
třída
proteinu
Přenašeče Sodná pumpa
Aktivně čerpá Na+ ven z
(Na+/K+-ATPáza buněk a K+ do buněk
Spojníky Integriny
Spojuje aktinová filamenta
uvniř buňky s proteiny
extracelulární matrix
Receptory Receptor
Váže příslušný růstový
destičkového
faktor a generuje
růstového
intracelulární signál pro růst
faktoru
a dělení buňky
Enzymy
Adenylátcykláza Tvorba cAMP, odpověď na
extracelulární signály