Arkadiusz Kozubek 2012

Transkrypt

1 Arkadiusz Kozubek 2012 Przygotowano w oparciu o dostępne podręczniki i materiały dostępne w sieci Egzamin będzie w stylu znanego Wam z I roku. Radzę chodzić na wykłady dla komentarzy i objaśnień.

2 Związki lipidowe LIPIDY ZWIĄZKI LIPIDOWE tłuszcze i związki tłuszczopodobne Po co (p. one definicje są? i omówienie na poprzednim cyklu wykładowym) pełnią w organizmach żywych trzy główne funkcje: -Pełnią funkcje strukturalne -Uczestniczą w przekazywaniu informacji - Sąźródłem energii, szczególnie te dostarczane z pokarmem Składnik Energia kj/g suchej masy Sucha masa (g Dostępna (kj) energia Kwasy tłuszczowe (tkanka tłuszczowa) Białko (mięśnie) Glikogen (mięśnie) Glikogen (wątroba) Glukoza (płyny ustrojowe)

3 I. Katabolizm I.A. Katabolizm triglicerydów (tłuszczów prostych) i fosfolipidów Tłuszczowce występują w pożywieniu zwierząt jako tłuste elementy składowe diety (n.p. tkanka tłuszczowa mięsa, tłuszcze nabiału) oraz jako dodawane do diety tłuszcze (n.p. masło, smalec, oleje, margaryny) Spożywane z pokarmem podlegają przemianom metabolicznym dzięki którym organizm będzie mógł je wykorzystać jako źródło energii 3

4 Ogólne etapy wprowadzania triglicerydów pokarmowych do organizmu zwierzęcia Tłuszcze z pożywienia są degradowane do monoglicerydów i wolnych kwasów tłuszczowych w dwunastnicy a w komórkach nabłonka tworzą ponownie triglicerydy, które kondensują z lipoproteinami dając chylomikrony, które docierają do wątroby, płuc, serca, mięśni i innych organów. 4

5 Hydroliza trójglicerydów w tkance tłuszczowej (lipoliza) jest regulowana hormonalnie 5

6 Lipazy 6

7 Lipazy 7

8 Fosfolipazy 8

9 Fosfolipazy 9

10 Fosfolipazy A 2 10

11 Fosfolipazy A 2 11

12 Fosfolipazy A 2 12

13 Fosfolipazy A 2 Kinetyka działania specyfika w stosunku do innych enzymów gdyż substrat nie jest rozpuszczalny w wodzie 13

14 Fosfolipazy A 2 14

15 Fosfolipazy C 15

16 Udział fosfolipaz w sygnalizacji komórkowej 16

17 Fosfolipazy D 17

18 Fosfolipazy D 18

19 19

20 Dalsze etapy katabolizmu glicerydów Trawienie triglicerydów przebiega poprzez diglycerydy. Powstają one głównie podczas trawienia triglicerydów w żołądku i dwunastnicy. U ludzi lipaza żołądkowa preferencyjnie hydrolizuje wiązanie estrowe w pozycji sn-3 dając sn-1,2-diacyloglicerole. W środowisku kwaśnym ulegają one izomeryzacji do sn-1,3-diacylogliceroli, które znowu sąhydrolizowane w pozycji sn-3 dając w konsekwencji monoacyloglicerole powszechnie wykazywane w treści żołądkowej. W dwunastnicy lipaza trzustkowa hydrolizuje wiązania sn-1 i sn-3 dając mieszaninę sn-2,3 i sn-1,2-diacylogliceroli. One również ulegają chemicznej izomeryzacji co w konsekwencji prowadzi do całkowitego zhydrolizowania tych tłuszczów. 20

21 Los glicerolu Uwolniony glicerol wchodzi w szlak Glikolizy a następnie Cyklu Kwasu Cytrynowego 21

22 Los wolnych kwasów tłuszczowych I Szczególna rola kwasu arachidonowego 22

23 Los wolnych kwasów tłuszczowych II Aby mogły być źródłem energii konieczna jest ich metaboliczna aktywacja Kwasy tłuszczowe są aktywowane metabolicznie w zewnętrzej błonie mitochondrialnej lub na powierzchni retikulum przez dołączenie CoA. Reakcję katalizuje syntetaza acylo-coa Uaktywniony metabolicznie kwas tłuszczowy Dalsze etapy katabolizmu kwasów tłuszczowych odbywają się w matriks mitochondrialnej 23

24 Uaktywniony metabolicznie kwas tłuszczowy 24

25 25

26 Los kwasów tłuszczowych w mitochondriach Najpierw zaktywowane kwasy muszą zostać przeniesione z cytosolu do mitochondriów. Do tego celu służy tzw. Prom karnitynowy 26

27 Degradacja kwasów tłuszczowych w mitochondriach β-oksydacja Reakcje:! 1 -utlenienie 2 -uwodnienie 3 -utlenienie 4 -tioliza 27

28 Degradacja kwasów tłuszczowych w mitochondriach β-oksydacja Dehydrogenaza acylo-coa 28

29 Dehydrogenaza acylo-coa FAD FAD przekazuje elektrony na flawoproteinę przekazującą elektrony (ETF). Elektrony te przy udziale swoistego białka żelazowo-siarkowego są użyte do redukcji ubichinonu włączającego je w mitochondrialny łańcuch transportu elektronów zysk 1,5 cząsteczki ATP 29

30 Ostatnia reakcja - tioliza Do cyklu kwasu cytrynowego Do ponownej obróbki -zawrócenie do etapu I 30

31 Bilans β-oksydacji Woda metaboliczna 31

32 β-oksydacja kwasów nienasyconych β-oksydacja kwasu olejowego (18:1 delta 9) konieczny jest dodatkowy enzym izomeraza enoilo-coa, który zmienia konfigurację wiązania podwójnego z cis na trans 32

33 Cały proces przebiega tak 33

34 w przypadku wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (tu kwas linolowy 18:2 delta 9,12) konieczne są dwa dodatkowe enzymy: izomeraza enoilo-coa reduktaza 2,4-dienoilo-CoA 34

35 β-oksydacja kwasów nieparzystowęglowych (częstych u roślin i organizmów morskich) Wymagana jest obecność dodatkowych trzech enzymów: Karboksylazy propionylo-coa (biotyna) Epimerazymetylomalonylo-CoA Mutazymetylomalonylo-CoA (B12) 35

36 β-oksydacja kwasów nieparzystowęglowych Najpierw zachodzi odpowiednia liczba cyklów β-oksydacji ażdo pozostania resztki Produkt wchodzi do CKTK lub po przekształceniu w jabłczan i przejściu do cytosolu jest dekarboksylowany do pirogronianu, który potem zostanie spalony 36

37 β-oksydacja w peroksysomach i glioksysomach różni się od mitochondrialnej tylko pierwszą reakcją występuje tu oksydaza (dehydrogenaza) acylo-coa (inna od tej występującej w normalnej β-oksydacji) Elektrony nie wędrują bowiem przez łańcuch oddechowy a trafiają bezpośrednio na tlen dając H 2 O 2 Z tego względu uzyskuje się z kwasu tłuszczowego mniej cząsteczek ATP (FAD vs NAD) 37

38 Cały proces wygląda jak na schemacie 38

39 α-oksydacja kwasów rozgałęzionych W tłuszczu mleka przeżuwaczy (krowy, owce) i produktach nabiałowych występuje kwas fitanowy, produkt utleniania fitolu (z chlorofilu). Obecność grupy metylowej przy węglu C-3 blokuje β-oksydację, konieczną jest więc inna droga utleniania tego kwasu. 39

40 40

41 Genetyczny defekt dotyczący niedoboru α-hydroksylazy kwasu fitanowego prowadzi do choroby Refsuma (RD), w której jest on akumulowany w surowicy, płynach ustrojowych oraz tkankach prowadząc do zaburzeń neurologicznych, degeneracji móżdżku oraz obwodowej neuropatii. Dodatkowo nocną ślepotę, łuskowatą skórę, zaburzenia słuchu a także zaćmę. Najbardziej efektywną formą terapii klasycznej postaci choroby jest zdecydowane ograniczenie w diecie kwasu fitanowego (absolutny zakaz spożywania roślin zielonych). Ostatnio (2006) wykazano, że izoenzymy cytochromów P450 (CYP4) uczestniczą w eliminacji/zapobieganiu akumulacji kwasu fitanowego poprzez jego degradację na drodze ω-hydroxylacji. Dodatkowy równoległy brak/niedobór dekarboksylazy kwasu α-hydroksyfitanowego prowadzi do innej poważnej jednostki chorobowej rhizomelic chondrodysplasia punctata (RCDP), która jest wynikiem autosomalnej recesywnej jednostki związanej z nieprawidłowościami w biogenezie peroksysomów. Chorzy charakteryzują się skróconymi kończynami, nienormalnym rozwojem kości i chrząstek (widocznymi już w rozwoju płodowym), niedorozwojem psychomotorycznym a także zaćmą. Większość chorych umiera w dzieciństwie. Na razie nie ma na nią lekarstwa. 41

42

43 ω-oksydacja W retikulum endoplazmatycznym komórek eukariotycznych zachodzi także inny proces utleniania kwasów tłuszczowych (n-ffa), który prowadzi do powstania kwasów dikarboksylowych. Jest katalizowany przez monooksygenazę cytochromu P-450 używającą tlen O 2 jako substratu. 43

44 44

45 Birringer M. et al. Free Radical Biol. Med. 31 (2001)

46 Produkty ω-oksydacji 4-n-nonylofenolu Zalko, D. et al. Drug Metab. Disp. 31 (2003)

47 Proponowany szlak ω-oksydacji 5-n-alkilorezorcynoli Ross A.B. Alkylresorcinols in cereal grains. PhD Thesis, 2003, Uppsala 47

48 Katabolizm pierścienia aromatycznego Chapman PJ, Ribbons DW J. Bacteriol. 125 (1976)

49 Ciała ketonowe Chociaż większość acetylo-coa powstającego w czasie degradacji kwasów tłuszczowych ulega utlenieniu w cyklu TCA, to jego część przekształcana jest w procesie ketogenezy w: zwane ciałami ketonowymi aceton, acetooctan b-hydroksymaślan Głównym powodem ich wzmożonego powstawania jest niedobór szczawiooctanu, kluczowego akceptora acetylo-coa wprowadzającego go do CKTK 49

50 Ciała ketonowe Chociaż większość acetylo-coa powstającego w czasie degradacji kwasów tłuszczowych ulega utlenieniu w cyklu TCA, to jego część przekształcana jest w procesie ketogenezy w: zwane ciałami ketonowymi aceton, acetooctan b-hydroksymaślan Głównym powodem ich wzmożonego powstawania jest niedobór szczawiooctanu, kluczowego akceptora acetylo-coa wprowadzającego go do CKTK

51 Tworzenie ciał ketonowych

52 Wykorzystanie ciał ketonowych jako źródła energii Acetooctan i b-hydroksymaślan są transportowalną formą kwasów tłuszczowych. Mogą krążyć w ustroju bez potrzeby tworzenia kompleksu z albuminą lub innymi wiążącymi kwasy tłuszczowe białkami i dostarczać energii potrzebującym tkankom, szczególnie mięśniowi sercowemu i korze nerek.

53 Ciała ketonowe jako źródło energii w mięśniach

54

55 Katabolizm cholesterolu

56 Kataboliczna obróbka cholesterolu prowadzi do powstania kwasów żółciowych i ich soli. Najbardziej powszechnymi żółci kwasami żółciowymi są: Kwas chenodeoksycholowy (ok. 45%) Kwas cholowy (ok. 31%) Są określane nazwą podstawowych kwasów żółciowych. W jelicie są one poddawane obróbce przez bakterie dając tzw. Drugorzędowe kwasy żółciowe (deoksycholan i litocholan). Kwasy żółciowe występują także w postaci sprzężonej z innymi związkami, n.p. glicyną i tauryną.

57 Znaczenie kliniczne syntezy kwasów żółciowych Pełnią cztery ważne funkcje fizjologiczne: -Ich synteza i następnie wydalanie z kałem stanowią główną drogę eliminacji nadmiaru cholesterolu z organizmu -Kwasy żółciowe i fosfolipidy solubilizują (rozpuszczają) cholesterol w żółci zapobiegając jego wytrącaniu w woreczku żółciowym -Współuczestniczą jako emulsyfikatory w trawieniu lipidów i wspomagają lipazy trzustkowe -Ułatwiają wchłanianie w jelitach rozpuszczalnych w tłuszczach witamin

58 Cholesterol prekursorem innych bioaktywnych cząsteczek -Hormony sterydowe

59 Nieenzymatyczne degradacje lipidów - peroksydacja Wolne rodniki Reaktywne formy tlenu - ROS Definicja wolnego rodnika: cząsteczka posiadająca jeden lub więcej wolnych, niesparowanych elektronów. Czyli jest to cząsteczka (lub jon) o spinie elektronowym różnym od 0. Większość elektronów w atomach i cząsteczkach występuje parami. Układ, w którym na jakimś orbitalu jest tylko jeden elektron jest zazwyczaj nietrwały i dąży do przyjęcia lub oddania elektronu - zwykle z udziałem innego atomu lub cząsteczki. Rodniki są zwykle obojętne elektrycznie i zazwyczaj bardzo reaktywne. W "typowych" reakcjach z udziałem rodników ich stężenie w mieszaninie reakcyjnej jest zwykle dość niskie, ze względu na ich dużą reaktywność.

60 Wolne rodniki powstają np. na skutek homolitycznego rozpadu wiązań chemicznych. Może ono następować pod wpływem naświetlania promieniowaniem ultrafioletowym, promieniowaniem rentgenowskim, przez bombardowanie elektronami, w wyniku niektórych reakcji redoks, a także w wyniku termicznego rozpadu (tzw. dysocjacji termicznej) takich związków jak np.: nadtlenki lub sole diazoniowe. Czas życia wolnych rodników i ich reaktywność zależą od ich struktury. Trwałość rodników alkilowych rośnie wraz z ich rzędowością. Stabilizujący wpływ ma także sprzężenie z sąsiednimi grupami (np. z podwójnym wiązaniem). Najprostszym rodnikiem jest pojedynczy atom wodoru, który składa się z protonu i jednego, niesparowanego elektronu. Średni czas życia rodnika wodorowego, w gazowym wodorze w temperaturze pokojowej to ok. 2,5 nanosekundy - co oznacza, że statystycznie tyle czasu mija od powstania tego rodnika do jego związania z drugim rodnikiem i powstania zwykłej cząsteczki wodoru: H 2.

61 Reaktywne formy tlenu- substancje chemiczne, będące produktami jedno-, dwu- lub trójelektronowej redukcji cząsteczki tlenu, oraz formy im pokrewne. Wykazują większą aktywność chemiczną aniżeli cząsteczka tlenu w podstawowym stanie trypletowym. Wytwarzane są zarówno w układach nieożywionych jak i w komórkach organizmów żywych jako produkty reakcji fizjologicznych, takich jak np.: utlenianie kwasów tłuszczowych i alkoholi z udziałem enzymów flawinowych, hydroksylowanie cząsteczek ksenobiotyków, przemiany kwasu arachidonowego, synteza tyroksyny, fagocytoza. Przykłady: wolne rodniki- wodorotlenowy ( OH), alkoksylowy (RO ), nadtlenkowy (ROO ), tlenek azotu (NO ), rodnik wodoronadtlenkowy HO 2, anionorodnik ponadtlenkowy O 2 -; nadtlenki- nadtlenek wodoru (H 2 O 2 ), nadtlenki organiczne (ROOR); tlen singletowy (1O 2 ).

62 Przebieg reakcji wolnorodnikowej: 1. inicjacja 2. propagacja (elongacja) 3. terminacja

63 Żelazo w organiźmie może katalizować procesy wolnorodnikowej destrukcji Komórkowe cykle oks-red zaangażowane w przemiany wolnych rodników

64 Produkty utleniania lipidów

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75 Prewencja przeciwnowotworowa

76 Enzymatyczne utleniania kwasów tłuszczowych EIKOZANOIDY (gr. εἴκοσι, eikosi = dwadzieścia, czyli zawierające 20 atomów węgla) grupa organicznych związków chemicznych, będących produktami przemian niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT): przede wszystkim kwasu arachidonowego a także kwasu linolowego i kwasu α-linolenowego. Dzielimy je na: prostaglandyny, prostacykliny, tromboksany i leukotrieny. Eikozanoidy wykazują znaczną aktywność i spełniają bardzo wiele istotnych metabolicznie funkcji. Są obecne w bardzo wielu różnego rodzaju tkankach. Związki te nie są przechowywane w komórce a są szybko syntetyzowane i uwalniane (5-60 sek.) W odpowiedzi na bodźce (histamina, adrenalina, angiotensyna II, trombina) w komórce uruchamiany jest system degradacji lipidów. Najczęściej są to fosfolipazy cytozolowe i nietrzustkowe wydzielnicze typu II. 76

77 77

78 78

79 Prostaglandyny (PGs) Należą one do hormonów parakrynowych (działających miejscowo), są regulatorami procesów fizjologicznych, powstają wskutek pobudzenia nerwowego. Po zadziałaniu na komórkę czynników fizjologicznych takich jak hormony i neuroprzekaźniki, lub patologicznych, takich jak toksyny, czynniki drażniące, mikroorganizmy, następuje uwalnianie hormonów tkankowych. Powodują one zaburzenia wewnątrz komórki, m.in. uszkadzają błonę lizosomów. Hydrolazy mogą hydrolizować wiązania estrowe fosfolipidów błonowych, czego efektem jest uwolnienie wolnych kwasów tłuszczowych do cytoplazmy. Jeżeli uwolnionym kwasem jest kwas arachidonowy, ulega on kaskadzie kwasu arachidonowego w wyniku czego powstają PGs. 79

80 Najczęściej są to fosfolipazy cytosolowe i nietrzustkowe wydzielnicze typu II. cpla2 jest rozpuszczalnym białkiem wymagającym do swej aktywności niskie stężenie jonów Ca2+ (500 nm) i swoistym do kwasu arachidonowego w pozycji sn-2. spla2 wymaga wysokiego stężenia jonów wapnia (ok. 1 mm) i nie wykazuje swoistości ani w stosunku do grupy polarnej fosfolipidu ani kwasu tłuszczowego w pozycji sn-2. 80

81 Kwas arachidonowy ulega przemianom z udziałem zespół enzymów zwanych syntetazą prostaglandynową (syntazą peroksydów prostaglandynowych PGHS), w której skład wchodzą: cyklooksygenaza oraz izomerazy specyficzne komórkowo i tkankowo enzymy, które odpowiadają za wytworzenie poszczególnych PG. Prostaglandyny syntetyzowane są przez enzym zwany cyklooksygenazą (COX). Istnieją dwie formy enzymu COX: COX-1 i COX-2. Obie formy syntetyzują prostagladyny, z tym, że ich funkcja jest nieco inna. Prostaglandyny pochodzenia COX-1 m.in. chronią błonę wyściełającą żołądek, zmniejszając wytwarzanie kwasu żołądkowego, regulując wydzielanie śluzu oraz prawidłowe ukrwienie żołądka Prostaglandyny pochodzenia COX-2 uczestniczą w procesach zapalnych i przyczyniają się do powstania bólu, gorączki i obrzęków. 81

82 PGHS-1 (COX-1) jest związana z błoną ER od strony światła tego organellum oraz z zewnętrzną błoną otoczki jądrowej. Jest hemoproteiną zawierającą jedną protoporfirynę IX na każdy monomer (jest białkiem dimerycznym o masie 2x72 kda). Białko jest N-glikozylowane na resztach asparagin 68, 144 i 410. Po biosyntezie białko to zawiera sekwencję sygnałową długości AA, które potem są odcinane (transport do ER) pozostawiając 574 AA łańcuch. W PGHS-1 monomery są połączone w układzie głowa-ogon. Każdy monomer zawiera w rejonie N-końcowym 55 AA domenę podobną do czynnika wzrostu naskórka (EGF), region łączący (50 AA, domena wiązania z błoną) oraz C-końcową domenę katalityczną. PGHS-2 (COX-2) posiada sekwencję aminokwasową w 60% identyczna jak COX-1. Różnice obecne są w sekwencji sygnałowej oraz w składzie domeny wiążącej enzym do błony. COX-2 występuje w dwóch formach -72 i 74 kda, pierwsza z nich jest glikozylowana w trzech miejscach, druga w czterech. PGHS-2 jest w 60% sekwencji AA identyczna z PGHS-1. Głównymi różnicami są skład sekwencji sygnałowej oraz skład domeny wiązania z błoną (reszty PGHS-1). PGHS-2 występuje w dwóch formach - o masie 72 i 74 kda. Pierwsza jest N-glikozylowana w trzech miejscach (podobnie jak PGHS-1) a druga - w czterech. 82

83 Miejsca aktywne PGHS-1 Dla działania PGHS wymagana jest obecność ponadtlenku utleniającego hemową grupę prostetyczną. To powoduje utlenianie reszty tyrozynowej i inaktywację enzymu, który traci jedno miejsce aktywne na każde 1400 cykli katalitycznych. PGHS-1 jest związana z błoną ER od strony światła tego organellum oraz z zewnętrzną błoną otoczki jądrowej. Jest hemoproteiną zawierającą jedną protoporfirynę IX na każdą podjednostkę, gdyż jest dimerem o masie 2 x 72 kda. 83

84 Obie PGHS są integralnymi białkami błonowymi, mimo że nie posiadają typowych struktur transmembranowych. Zakotwiczone są w jednej tylko monowarstwie przez 4 krótkie α-helikalne fragmenty obecne w domenie zwanej regionem łączącym (występuje w każdym monomerze pomiędzy C-końcową domeną katalityczną a domeną podobną do czynnika wzrostu naskórka (EGF). Synteza eikozanoidów indukowana jest uszkodzeniem tkanki. Rozwijający się stan zapalny powoduje migrację monocytów i neutrofilów, które reagują z komórkami otaczających je tkanek pobudzając je do syntezy ikozanoidów. 84

85 Działanie prostaglandyn jest silne i różnorodne, często przeciwstawne i jest to: -pobudzenie lub hamowanie skurczy mięśni gładkich macicy, przewodu pokarmowego, przewodu oddechowego, naczyń krwionośnych -hamowanie wydzielania soku żołądkowego -pobudzenie ruchliwości plemników -są także mediatorami odczynu zapalnego -działają chemotaktycznie na leukocyty Znanych jest obecnie ponad 16 rodzajów PGyn u człowieka oznaczonych literami: PGA, PGB, PGD, PGE, PGF, PGG, PGH, PGI, PGI2 a także cyframi, które oznaczają liczbę wiązań nienasyconych w łańcuchu: PGA2, PGE2, PGH2. 85

86 PGG2 PGH2 PGA1 PGC1 86

87 Synteza prostaglandyn jest hamowana zarówno przez przez szereg niesteroidowych przeciwzapalnych leków (NSAID), takich jak aspiryna, ibuprofen (Advil ), flurbiprofen, acetaminofen (Tylenol ), indometacyna i SC-558 jak i przez przeciwzapalne leki steroidowe (które wybiórczo hamują PGHS-2 na poziomie transkrypcji) 87

88 Sposoby hamowania PGHS-1 przez NSAID: aspiryna (kwas acetylosalicylowy) konkuruje z arachidonianem o wiązanie z miejscem aktywnym PGHS, mimo iż wiązanie właściwego substratu jest x bardziej efektywne. Po związaniu aspiryny następuje acetylacja seryny 530, która de facto nie jest wymagana dla katalizy, inhibując aktywność cyklooksygenazową a nie wpływając na aktywność peroksydazową 88

89 W przypadku PGHS-2 mimo acetylacji reszty seryny homologicznej do Ser 530 obecnej w PGHS-1, enzym może nadal utleniać arachidonian ale nie do PGH2 lecz do 15R-HETE. Tromboksany odkryte w płytkach krwi, odpowiedzialne są za ich agregację. Aspiryna stosowana w małych dawkach, hamując biosyntezę tromboksanów w płytkach krwi, bez istotnego wpływu na syntezę innych prostanoidów w innych komórkach, zmniejsza krzepliwość krwi, co ma pozytywne znaczenie przy chorobach układu krążenia oraz ich profilaktyce (Acard) gdyż dojrzałe płytki nie posiadają jądra i możliwości syntetyzowania nowych białek. Inne komórki, mimo działania hamującego aspiryny mogą odnowić pulę PGHS dzięki biosyntezie de novo. W przypadku płytek krwi musi powstać nowe ich pokolenie co zajmuje 5-10 dni. 89

90 Inne NSAID działają gównie przez konkurencję z substratem ibuprofen konkuruje o miejsce wiązania substratu, jest inhibitorem odwracalnym flurbiprofen i indometacyna hamują PGHS-1 i PGHS-2 przez tworzenie mostka solnego z Arg 120 z centrum aktywnego Flurbiprofen Indometacyna 90

91 Większość NSAID hamuje obie PGHS. Ponieważ hamowanie PGHS-1, jako efekt uboczny, jest wrzodogenne główne badania skupiają się na inhibitorach PGHS-2 jako bezpiecznych antyzapalnych i antybólowych preparatach. Przykładem takiego leku jest SC-558, który inhibuje specyficznie PGHS-2. 91

92 Prostanoidy, syntetyzowane w jednych komórkach posiadają receptory w błonach komórkowych komórkach docelowych. Przykładem są receptory prostaglandyny E (EP-receptory) oraz receptor TP (TxA/PGH). Pierwsze z nich tworzą rodzinę zawierającą 4 receptory. EP1 związany jest z aktywacją fosfolipazy C, EP2 i EP4 ze stymulacją cyklazy adenylowej a EP3 (w tym kilka jego izoform) z hamowaniem cyklazy adenylowej. Receptor TP jest receptorem posiadającym siedem domen transmembranowych, podobnie do rodziny rodopsyn. 92

93 Główną fizjologiczną rolą prostanoidów jest koordynowanie odpowiedzi komórek na działanie hormonu. W większości przypadków jest ona mediowana przy udziale białek z rodziny białek G. Kiedy prostanoidy dostaną się do krążenia są szybko inaktywowane. Pierwszym krokiem jest utlenianie PGE2 do 15-keto pochodnej, procesu katalizowanego przez dehydrogenazę 15-hydroksyprostaglandynową. W dalszym kataboliźmie następuje redukcja wiązań podwójnych pomiędzy C-13 a C-14, ω-oksydacja oraz β-oksydacja. 93

94 Prostacykliny PGI2 -hormon tkankowy z grupy prostaglandyn wytwarzany przez ściany naczyń krwionośnych głównie w śródbłonkach płuc z kwasu arachidonowego pod wpływem enzymów: syntazy prostaglandyny i syntazy prostacykliny. Hamuje zlepianie (agregację) płytek krwi, działa rozkurczowo na naczynia krwionośne i obniża ciśnienie krwi. Została odkryta w 1976 przez zespół polsko-brytyjski (m.in. R. Gryglewski, A. Szczeklik). Odkrycie prostacykliny otwiera nowe możliwości w zapobieganiu zawałowi serca i w jego leczeniu. 94

95 Leukotrieny są autokrynnymi lub parakrynnymi eikozanoidami powstającym z kwasu arachidonowego w wyniku działania enzymu 5-lipoksygenazy. Nazwa "leukotrieny" pochodzi od słów leukocyt i trien. To co później zostało nazwane leukotrienem C - substancja wolnej reakcji anafilaktycznej (SRS, ang. - "Slow Reaction Smooth muscle-stimulating Substance" lub "Slow Reacting Substance of anaphylaxis" - SRS-A) była opisana już w 1938 i 1940 przez Feldberga i Kellawaya. Wyizolowali oni SRS z tkanki płucnej po przedłużonym okresie ekspozycji na jad węża i histaminę. Do leukotrienów należą: LTA4, LTB4, LTC4, LTD4, LTE4 i LTF4. LTC4, LTD4 i LTE4 sączęsto nazywane leukotrienami cysteinylowymi z powodu obecności aminokwasu cysteiny w ich strukturze. Leukotrieny cysteinylowe stanowią SRS-A. 95

96 Fosfolipidy błonowe fosfolipaza A 2 kwas arachidonowy lipoksygenazy HPETE HETE hepoksyliny (trioksyliny) lipoksyny Leukotrieny (LT) lipoksygenazy niehemowe dioksygenazy wielonienasyconych kwasów tłuszczowych v stwierdzono istnienie ok. 40 lipoksygenaz roślin i ssaków. v substratem dla lipoksygenaz jest kwas arachidonowy v wbudowują atomu tlenu do łańcucha kwasu tłuszczowego v nadrodzina lipoksygenaz zawiera cztery rodziny: v 5- lipoksygenazy v 8-lipoksygenazy v 12-lipoksygenazy v 15-lipoksygenazy v w rodzinie 12-LOX wyróżniamy typy: vpłytkowy, vleukocytarny vepidermalny. 96

97 5-HPETE kwas 5-HydroPeroksyEikozaTetraEnowy Hepoksyliny: monohydroksyepoksy pochodne AA odpowiadają za uwalnianie wapnia wewnątrzkomórkowego otwierają kanały potasowe. 5-HETE kwas 5-HydroksyEikozaTetraEnowy Lipoksyny trihydroksyeikozanoidy działanie podobne do leukotrienów antagonizują one prozapalne działanie leukotrienów (?) są endogennymi inhibitorami procesów zapalnych (?) czynniki sygnalizujące ich zakończenie(?) 97

98 Leukotrieny 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) 98

99 Reakcje epoksygenacji są związane z przekształcaniem kwasu arachidonowego przez wprowadzanie pojedynczego atomu tlenu przez związane z cytochromem P450 oksydazy, np. monooksydazy. Enzymy te wymagają jako kofaktorów flawoproteinową reduktazę cyt P450, NADPH/NAPD i tlen cząsteczkowy. Produkty 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 v EET v Śródłańcuchowe HETE v w-końcowe HETE 99

100 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 100

101 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). 101

102 Eikozanoid Podstawowe miejsce syntezy Aktywność biologiczna PGD 2 Komórki tuczne Rozszerzanie naczyń PGE 2 Nerki, śledziona, serce Rozszerzanie naczyń, wzmaganie wpływu bradykininy i histaminy, wywoływanie skurczów macicy, agregacje płytek, utrzymywanie otwartego płodowego przewodu tętniczego PGF 2 Nerki, śledziona, serce Zwężanie naczyń, skurcz mięśni gładkich PGH 2 Prekursor dla tromboksanu A2 i B2, zapoczątkowanie agregacji płytek i zwężanie naczyń PGI 2 Serce, komórki śródbłonka naczyń Hamowanie agregacji płytek, zapoczątkowanie rozszerzania naczyń TXA 2 Płytki krwi Zapoczątkowanie agregacji płytek i zwężanie naczyń TXB 2 Płytki krwi Zapoczątkowanie zwężania naczyń LTB 4 Monocyty, granulocyty zasadochłonne, granulocyty obojetnochłonne, granulocyty kwasochłonne, komórki tuczne, komórki nabłonkowe Zapoczątkowanie chemotaksji i agrehacji leukocytów LTC 4 Monocyty i makrofagi pęcherzykowe, granulocyty zasadochłonne, granulocyty kwasochłonne, komórki tuczne, komórki nabłonkowe Składnik SRS-A2 (wolno reagującej substancji anafilaktycznej), zapoczątkowanie rozszerzania oskrzeli i zwężanie oskrzeli LTD 4 Monocyty i makrofagi pęcherzykowe, granulocyty zasadochłonne, komórki tuczne, komórki nabłonkowe Główny składnik SRS-A2, zapoczątkowanie rozszerzania oskrzeli i zwężanie oskrzeli LTE 4 Granulocyty zasadochłonne i komórki tuczne Składnik SRS-A2, zapoczątkowanie rozszerzania oskrzeli i zwężanie oskrzeli 102

103 Basic pathways of ceramide metabolism and interrelationship of regulatory pathways mediated by bioactive lipids. Hannun Y A, Obeid L M J. Biol. Chem. 2002;277:

104 Compartmentalization of ceramide metabolism and function. Hannun Y A, Obeid L M J. Biol. Chem. 2002;277:

105 II. BIOSYNTEZA ZWIĄZKÓW LIPIDOWYCH Biosynteza lipidów, mimo iż od strony chemicznej wygląda podobnie do ich rozkładu, przebiega innymi szlakami. Intermediaty biosyntezy są kowalencyjnie związane z grupami sulfhydrylowymi białkowych nośników grup acylowych (ACP) - w przeciwieństwie do reakcji degradacji, gdzie połączone są z grupą SH koenzymu A. Synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytozolu, a enzymy w nią zaangażowane są składnikami jednego wielofunkcyjnego łańcucha polipeptydowego-syntetazy kwasów tłuszczowych (u roślin i bakterii występują one oddzielnie). Koenzymem zaangażowanym w syntezę jest NADP/NADPH (w przeciwieństwie do degradacji, gdzie występowało NAD + /NADH). Strategia syntezy: Łańcuchy kwasów tłuszczowych powstają przez łączenie dwuwęglowych jednostek pochodzących pośrednio z acetylo-coa, a bezpośrednio z malonylo- CoA (powstaje w reakcji aktywacji jednostek octanowych przebiegającej z rozkładem ATP). Dodawanie dwuwęglowych fragmentów do rosnącego łańcucha jest napędzane przez dekarboksylację malonylo-coa. Wydłużanie łańcucha przebiega aż do uzyskania przez niego długości 16 atomów C (kwas palmitynowy). Dodatkowe atomy węgla oraz wiązania podwójne dodawane są przez inne enzymy.

106 Sumarycznie primer ekstender Podstawowym substratem biosyntezy kwasów tłuszczowych jest acetylo-coa pochodzący z: degradacji aminokwasów w cytozolu, utleniania kwasów tłuszczowych w mitochondriach oraz z powstającego w wielu reakcjach pirogronianu, który w matrix mitochondrialnej zamieniany jest przez dehydrogenaze pirogronianową (reakcja oksydacyjnej dekarboksylacji) w acetylo-coa.

107 Acetylo-CoA powstający w matrix mitochondrialnej nie przechodzi przez błony tego organellum na zasadzie transportu prostego. W celu transportu do cytozolu przekształcany jest do cytrynianu, a po przejściu bariery błony jest w cytozolu przekształcany z powrotem w acetylo-coa i szczawiooctan. Ten ostatni wraca do mitochondrium po przekształceniu w pirogronian.

108 A dokładniej wygląda to tak

109 NADPH potrzebny do biosyntezy pochodzi ze szlaku pentozofosforanowego lub z reakcji dekarboksylującej dehydrogenazy jabłczanowej: Ilość produkowanego w ten sposób NADPH zależy od ilości dostępnego jabłczanu. Policzmy: -każdy cytrynian przechodzący do cytozolu daje 1 cząsteczkę acetylo-coa i 1 cząsteczkę jabłczanu, -do powstania 1 cząsteczki kw. palmitynowego potrzebne jest 8 cząsteczek acetylo-coai 14 NADPH, - 8 cząsteczek NADPH otrzymujemy przy przekształceniu 8 cząsteczek jabłczanu, pozostałe 6 cząsteczek NADPH pochodzić będzie zatem ze szlaku pentozofosforanowego. -jeżeli jabłczan powróci do mitochondrium przed dekarboksylacją do postaci pirogronianu, całość potrzebnego NADPH pochodzić będzie ze szlaku pentozofosforanowego.