U zwierząt FAS jest homodimerem (2x250 kd). W każ dym polipeptydzie są trzy domeny. Pierwsza domena zawiera transacylazy acetylową i malonylową oraz

Transkrypt

1 U grzybó w i zwierząt synteza kwasó w tłuszczowych zachodzi w multienzymatycznym kompleksie syntazy kwasó w tłuszczowych (FAS) U droż dż y FAS (2.4x10 6 D) składa się z dwó ch typó w podjednostek (α kd, β kd) w konfiguracji dodekameru α 6 β 6. W podjednostce α znajduje się aktywność enzymu kondensującego, reduktazy β-ketoacylowej i białkowy noś nik acylowy. W podjednostce β zlokalizowane są aktywnoś ci transferazy acetylowej, transferazy malonylowej, dehydratazy β-hydroksyacylowej i reduktazy enoilowej

2 U zwierząt FAS jest homodimerem (2x250 kd). W każ dym polipeptydzie są trzy domeny. Pierwsza domena zawiera transacylazy acetylową i malonylową oraz syntazę β-ketoacylową. Domena ta odpowiedzialna jest za wiązanie i kondensację reszt acetylowych i malonylowych. Druga domena, odpo-wiedzialna za redukcję intermediató w syntetyzowanych przez pierwszą domenę, zawiera białkowy noś nik grup acylowych, reduktazę β-ketoacylową, dehydratazę i reduktazę enoilo-acp. Trzecia domena zawiera tioesterazę uwalniajacą palmitynian Pierwsza domena jednej z podjednostek FAS reaguje z drugą i trzecią domena drugiej podjednostki (konfiguracja głowa-ogon)

3 Reakcja elongacji na retikulum polega na dodawaniu dwuwę glowych jednostek w procesie utleniajacej dekarboksylacji z udziałem malonylo-coa Reakcja elongacji w mitochondriach polega na dodawaniu i nastę pnej redukcji dwuwę glowych fragmentó w. W procesie będącym odwró ceniem β-oksydacji (z wyjątkiem tego, ż e do nasycenia podwó jnego wiazania uż ywany jest NADPH a nie FADH 2 ). Redukcja β-ketoacylu do β-hydroksyacylu zachodzi przy udziale NADH, wysycanie podwó jnego wiązania przy udziale NADPH

4 Podwó jne wiązania Prokariota wprowadzają podwó jne wiązania w procesie niezależ nym od tlenu. Po standardowej syntezie do 10-wę glowego fragmentu - β-hydroksydekanoilo-acp dehydrogenaza tioestru β-hydroksydekanoilowego tworzy wiązanie podwó jne cis βγ. Nastę pują trzy cykle elongacji do palmitoilo-acp (16:1 9 -ACP). Na tym etapie synteza moż e ulec zakończeniu, lub być kontynuowana u E.coli do cis-waksenianu (18:1 11 ) U eukariota synteza podwó jnego wiązania zachodzi w procesie zależ nym od tlenu po osiągnię ciu długoś ci C przez syntetyzowany łańcuch kwasu tłuszczowego. Dehydrogenacja stearoilo-coa zachodzi w ś rodku łańcucha Prokariota (E.coli) nie są zdolne do syntezy wielonienasyconych kwasó w Eukariota prowadzą taką syntezę, roś liny bez ograniczeń, zwierzę ta tylko przy wę glach bliż szych niż C9. Inne kwasy wielonienasycone muszą być dostar-czane w diecie (egzogenne kwasy tłuszczowe)

5 Ssaki mogą wprowadzać dodatkowe wiązanie podwó jne (mię dzy grupą karboksylową a wiązaniem podwó jnym w pozycji C9) w nienasyconych kwasach tłuszczowych pochodzących z diety. Przykładem jest synteza arachidonianu (prekursora prostaglandyn i leuko-trienó w) z egzogennego kwasu linolowego. Synteza zachodzi przez desaturację z wytworzeniem wiązania w pozycji C6 (powstaje kwas linolenowy 18:3 6,9,12 ). Dochodzi nastę pnie do elongacji poprzez kondensację z malonylo-coa. Przyłączenie dwó ch atomó w wę gla przesuwa wiązanie podwó jne na pozycje 8,11,14. Kolejna desaturacja przy C5 prowadzi do powstania kwasu arachidonowego (20:4 5,8,11,14 )

6 Desaturacje realizowane przez ró żne organizmy

7 Regulacja biosyntezy kwasó w tłuszczowych Związana z β-oksydacją kwasu tłuszczowego, glikolizą i cyklem TCA Zasadniczym metabolitem we wszystkich powyż szych szlakach jest acetylo-coa Malonylo-CoA powstający podczas syntezy kwasó w tłuszczowych blokuje acylotransferazę karnitynową, zatrzymu-jąc wnikanie do mitochondrió w pochodnych acylo-coa i w konsekwencji hamuje β-oksydację Cytrynian jest aktywatorem karboksylazy acetylo-coa Acylo-CoA są inhibitorami karboksylazy acetylo-coa. Stopień inhibicji jest proporcjonalny do długoś ci łańcucha kwasu tłuszczowego. Palmitoilo-, stearylo- i arachidynylo-coa są najmocniejszymi inhibitorami karboksylazy

8 Regulacja odbywa się ró wnież na poziomie hormonalnym. Glukagon aktywuje cyklazę adenylową, camp aktywuje kinazy białkowe, któ re fosforylując karboksylazę acetylo-coa zmieniają jej powinowactwo do cytrynianu. Kinaza fosforyluje ró wnież lipazę triacylogliceroli (aktywacja). Odwrotnie wpływa na przemianę kwasó w tłuszczowych insulina, jej receptory stymulują fosfodiesterazę rozkładającą camp

9 Synteza fosfolipidó w u eukariota

10 Synteza PI, PG i DPG (CL)

11 Konwersja PS-PE u ssakó w

12 Synteza plazmalogenó w Syntetyzowane są z fosfodihydroksyacetonu Synteza rozpoczyna się od acylacji fosfodihydroksyacetonu W nastę pnym etapie grupa acylowa na C1 wymieniona jest na długołańcuchowy alkohol powstający z redukcji dwoma cząsteczkami NADH odpowiedniego acylo-coa Kolejne etapy to redukcja do alkoholu i acylacja 2-keto grupy z rdzenia fosfodihydroksyacetonu Powstały 1-alkilo-2-acyloglicero-3-P reaguje podobnie jak kwas fosfatydowy, dając analogi fosfatydylocholiny czy fosfatydyloetanoloaminy Działanie związanej z ER desaturazy powoduje powstanie plazmalogenu z α-β nienasyconym eterowo związanym łańcuchem w pozycji C1

13 Synteza PAF (czynnika agregującego płytki krwi) Rozszerza naczynia krwionosne, obniż a ciś nienie krwi, agreguje płytki krwi

14 Synteza ceramidó w

15 Biosynteza cholesterolu Cholesterol (obecny tylko u zwierząt) jest zasadniczym składnikiem błon komó rkowych, prekursorem kwasó w ż ó łciowych i hormonó w sterydowych. Witamina D 3 pochodzi z 7-dehy-drosterolu, prekursora cholesterolu Biosynteza cholesterolu zachodzi w wątrobie Rozpoczyna się syntezą mewalonianu z acetylo-coa. β-ketotiolaza kondensuje 2 cząst. acetylo-coa do acetoacetylo-coa. W nastę pnej reakcji prowadzonej przez syntetazę HMG-CoA po kondensacji z trzecią cząsteczką acetylo-coa powstaje 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-CoA (HMG-CoA). Trzecia reakcja, w któ rej z HMG- CoA powstaje przez redukcję 3-R-mewalonian reguluje biosyntezę cholesterolu. Reakcja ta katalizowana jest przez reduktazę HMG-CoA, 97 kd glikoproteinę zlokalizowaną w błonie ER z centrum aktywnym wystającym do cytosolu Regulacja odbywa się przez: (1) fosforylację camp zależ ną kinazą białkową powodującą inaktywację reduktazy. Inaktywacja odwracana jest przez 2 specyficzne fosfatazy (2) degradację reduktazy HMG-CoA. Wysoki poziom cholesterolu przyspiesza degradację enzymu (3) ekspresję genu - wysoki poziom cholesterolu obniż a poziom reduktazowego mrna

16 Nastę pnymi etapami biosyntezy cholesterolu są: fosforylacja mewalonianu do 5-pirofosfomewalonianu, dekarboksylacja przekształcająca go w pirofosforan izopentenylu (zuż ywane są na powyż szych 3 etapach 3 cząst. ATP), izomeryzacja prowadząca do powstania dimetyloallilopirofosforanu Kondensacja dwó ch cząsteczek dimetyloallilopirofosforanu daje pirofosforan geranylu (C10) i 2 cząst. ATP Dołą czenie jeszcze jednej cząst. dimetyloallilopirofosforanu powoduje powstanie pirofosforanu farnezylu (C15) Hydroliza wydzielonego PP i napę dza reakcje Kondensacje przebiegają w systemie głowa-ogon, jest to reguła w reakcjach polimeryzacji jednostek izoprenowych Wyjątkiem jest polimeryzacja dwó ch cząsteczek pirofosforanu farnezylu, któ ra zachodzi w systemie ogon-ogon (ze zuż yciem NADPH) i prowadzi do powstania skwalenu (C30)

17 Nastę pnym etapem biosyntezy jest cyklizacja. Rozpoczyna się ona od przekształcenia skwalenu w epoksyd 2,3-skwalenu przez monooksygenazę skwalenową z ER (z uż yciem FAD, NADPH, O 2 i noś nika białkowego). Inny enzym związany z błonami ER - cyklaza oksydoskwalen-lanosterol katalizuje cyklizację lanosterolu Po dalszych przekształceniach (20 etapó w) poprzez desmosterol lub 7-dehydrosterol powstaje cholesterol Przyłą czenie acetylo-coa przez acylotransferazę acetylo-coa-chole-sterol powoduje powstanie estró w cholesterolu formy umoż liwiającej transport w płynach ustrojowych

18 Biosynteza kwasó w żó łciowych Karboksylowe pochodne cholesterolu ułatwiające rozkład spoż ywanych w diecie tłuszczó w Pierwszy etap biosyntezy to powstanie 7α-hydroksycholesterolu, któ ry po szeregu przekształceń daje kwas cholowy. Reakcja katalizowana jest przez oksydazę uż ywającą O 2 jako substratu. Jeden atom tlenu zuż yty jest do hydroksylacji cholesterolu, drugi redukowany jest do H 2 O. Cytochrom P450 aktywuje O 2 do reakcji hydroksylacji zachodzącej przy syntezie kwasó w tłuszczowych, hormonó w sterydowych i szlakach detoksyfikacji związkó w aromatycznych

19 Synteza hormonó w sterydowych Synteza rozpoczyna się od przekształcenia cholesterolu przez desmolazę (dwie hydroksylazy, cyto-chrom P450) mitochondrialną w pregnenolon Pregnenolon transportowany jest z mitochondrió w do ER, gdzie ulega przekształceniu w progesteron Progesteron jest prekursorem hormonó w płciowych (androgenó w i estrogenó w) oraz kortykosterydó w Hormony sterydowe nie mają błonowych receptoró w, przenikają przez błonę i wiąż ą się z receptorem w jądrze lub cytoplazmie. Kompleksy receptor hormon wiąż ą się z odpowiednimi sekwencjami DNA regulując transkrypcję

20 Transport lipidó w w organizmie zachodzi w formie kompleksó w lipoproteinowych. Klasyfikuje się je na podstawie ich gę stoś ci właś ciwej. Im wię kszy udziałbiałka, tym cię ż sze kompleksy. Im wię cej lipidu, tym wieksza ich ś rednica Wyró ż niamy lipoproteiny o duż ej gę stoś ci (HDL), małej gę stoś ci (LDL), poś redniej gę stoś ci (IDL), bardzo małej gę stoś ci (VLDL) i chylomikrony HDL i VLDL powstają głó wnie w ER hepatocytó w (w niewielkim stopniu takż e w jelitach), chylomikrony powstają w jelitach, LDL głó wny kompleks transportujący cholesterol i jego estry powstaje z VLDL VLDL transportuje lipidy z wątroby Chylomikrony transportują z jelit głownie triacyloglicerole, ró wnież estry cholesterolu

21 W miejscach docelowych kapilarach mięśni i komó rkach tłuszczowych lipaza lipoproteinowa hydrolizuje triacyloglicerole, powodując przekształcenie VLDL w IDL. Te przekształcają się w LDL i wracają do wątroby albo kierowane są do tkanki tłuszczowej i gruczołow nadnerczy

22 Budowa receptora LDL Stosunek HDL do LDL decyduje o rozkładzie cholesterolu w organizmie i zmianach miaż dż ycowych Czas pó łtrwania LDL wynosi 24 godziny HDL mają dłuż szy okres pó łtrwania (5-6 dni) Ś wież o powstały HDL nie ma estró w cholesterolu, z czasem dochodzi do akumulacji tych estró w w wyniku działania acylotransferazy lecytyna:cholesterol (LCAT) Białko przenoszące estry cholesterolowe powoduje przeniesienie części tych estró w z HDL do VLDL i LDL HDL transportuje nabyty cholesterol do wątroby, usuwając go tym samym z cyrkulacji. Tłumaczy to pozytywny związek mię dzy poziomem HDL a ryzykiem choroby wieńcowej (odwrotnie z LDL) Zaburzenia w metabolizmie LDL prowadzą do wysokiego poziomu cholesterolu w surowicy (Brown i Goldstein Nobel 1985). Przyczyną jest brak receptora (albo jego inaktywacja) dla LDL Zbyt wysoki poziom cholesterolu obniż yć moż na lowastatyną (mewinolyną) kompetycyjnym inhibitorem reduktazy HMG-Co-A, hamując biosyntezę mewalonianu

23 Poró wnanie systemó w metabolizmu lipidó w