Metabolizm nienasyconych kwasów tłuszczowych i ich znaczenie w profilaktyce i terapii układu krwionośnego

Transkrypt

1 Artykuł przeglądowy/review paper Metabolizm nienasyconych kwasów tłuszczowych i ich znaczenie w profilaktyce i terapii układu krwionośnego Metabolism of unsaturated fatty acids and their importance in circulatory system prophylaxis and therapy Agata Jabłońska-Trypuć, Romuald Czerpak Zakład Nauk Biologicznych, Wyższa Szkoła Kosmetologii i Ochrony Zdrowia w Białymstoku Przegląd Kardiodiabetologiczny 2009; 4, 2: Słowa kluczowe: kwasy tłuszczowe, kwas traumatynowy, prostaglandyny, choroba sercowo-naczyniowa. Key words: fatty acids, traumatic acid, prostaglandins, cardiovascular disease. Streszczenie Tłuszcze są podstawowym, wysokoenergetycznym składnikiem żywności. Szczególnie istotna jest zawartość kwasów tłuszczowych w diecie, a zwłaszcza proporcja kwasów nasyconych do jednonienasyconych i wielonienasyconych. Nienasycone niezbędne kwasy tłuszczowe (NNKT), zwłaszcza szeregu n-3 i n-6, nie mogą być syntetyzowane przez człowieka i muszą być dostarczane w diecie. Podstawowe z nich to kwas α-linolenowy, będący prekursorem kwasu eikozapentaenowego i dokozaheksaenowego, oraz kwas linolowy prekursor kwasu arachidonowego. Dostarczenie tych kwasów decyduje o prawidłowym funkcjonowaniu organizmu człowieka. Alternatywnym źródłem NNKT może być kwas traumatynowy (kwas trans-2-dodeceno-1,10-dikarboksylowy TA), który jest hormonem przyrannym roślin. Jest syntetyzowany z polinienasyconych kwasów tłuszczowych linolowego i linolenowego. Kwas traumatynowy stymuluje podziały komórek i gojenie się ran. Indukuje fosforylację tyrozyny w białkach. Procesem podobnym do syntezy kwasu TA u roślin jest proces ω-oksydacji kwasów tłuszczowych u zwierząt. Dostarcza on energii komórkom. Niezestryfikowane kwasy tłuszczowe (non-esterified fatty acids NEFA) działają jako wtórne przekaźniki sygnałów ze środowiska pozakomórkowego poprzez wiele różnych ścieżek transdukcji sygnałów. Zaangażowane są w dwie główne ścieżki transdukcji sygnału z hydrofilowej powierzchni błony komórkowej do hydrofobowego wnętrza jądra. Kwasy tłuszczowe (i prawdopodobnie TA) mogą więc bezpośrednio lub pośrednio oddziaływać na ekspresję określonych genów. Abstract Fats are a basic, highly energetic component of food. The composition of fatty acids in the daily diet is of special importance, in particular the ratio between the saturated and mono- and polyunsaturated fatty acids. The n-3 and n-6 unsaturated fatty acids are impossible to synthesize; thus they must be supplied in the diet. The two basic fatty acids are: α-linolenic acid a precursor to eicosapentaenoic acid and to docosahexaenoic acid and linoleic acid a precursor to arachidonic acid. Human organisms must be supplied with unsaturated fatty acids, because they determine their proper functions. Traumatic acid (TA, trans-2-dodeceno- 1,10-dicarboxylic acid), which is a wound hormone in plants, can be an alternative source of essential unsaturated fatty acids. It is synthesized from polyunsaturated fatty acids: linolenic and linoleic. TA stimulates cell division and wound healing. TA induces the tyrosine phosphorylation of proteins. TA biosynthesis in plants is a similar process to fatty acids ω-oxidation in animals. This process provides energy for cells. Non-esterified fatty acids (NEFA) act as second messengers of signals from the extracellular matrix. They act through many different signal transduction pathways. NEFA are involved in two main signal transduction pathways from the hydrophilic cell membrane surface to the hydrophobic nucleus interior. Fatty acids (and probably TA) can directly or indirectly influence on certain gene expression. Adres do korespondencji: mgr Agata Jabłońska-Trypuć, Wyższa Szkoła Kosmetologii i Ochrony Zdrowia, ul. Krakowska 9, Białystok, tel , faks , a.jablonska-trypuc@wskosm.pl

2 56 Agata Jabłońska-Trypuć, Romuald Czerpak Wyniki badań klinicznych oraz dane epidemiologiczne wskazują na zależność istniejącą między chemicznym składem ilościowo-jakościowym diety a ryzykiem chorób sercowo-naczyniowych. W krajach bardzo uprzemysłowionych i wysoko rozwiniętych cywilizacyjnie epidemia chorób układu krążenia jest w dużym stopniu spowodowana niewłaściwym odżywianiem, głównie nadmiernym spożyciem tłuszczów oraz ich niekorzystnym składem chemicznym. Tłuszcze w organizmie człowieka spełniają głównie funkcję materiału energetycznego i są również niezbędne do jego prawidłowego funkcjonowania metabolicznego [1]. W latach 40. XX w. Sinclair opisał związek między dietą bogatą w jednonienasycone (monounsaturated fatty acids MUFA) i wielonienasycone kwasy tłuszczowe (polyunsaturated fatty acids PUFA) a małą liczbą zgonów z przyczyn sercowo-naczyniowych u ludzi [2]. Od tej pory nienasycone kwasy tłuszczowe uważa się za potencjalny środek zapobiegania lub leczenia chorób sercowo-naczyniowych [3]. Już w 1929 r. George i Mildred Burr wykazali, że nienasycone kwasy tłuszczowe są niezbędnymi związkami do prawidłowego wzrostu i rozwoju zwierząt [4]. Muszą być dostarczane w diecie, ponieważ organizm człowieka nie ma zdolności do ich biosyntezy, a ich deficyt prowadzi do stanów patologicznych. Należą do nich przede wszystkim kwas linolowy (C18:2 ω-6 LA), α-linolenowy (C18:3 ω-3 αlna) oraz metabolity tych kwasów syntetyzowane w organizmie człowieka lub dostarczane z dietą, takie jak: kwas arachidonowy (C20:4 ω-6 AA), eikozapentaenowy (C20:5 ω-3 EPA) i dokozaheksaenowy (C22:6 DHA) [5]. Kwasy tłuszczowe jako długołańcuchowe kwasy karboksylowe mogą nie mieć wiązań podwójnych między atomami węgla (nasycone kwasy tłuszczowe, np. stearynowy), mieć jedno podwójne wiązanie (MUFA, np. oleinowy) albo co najmniej dwa podwójne wiązania (PUFA, np. linolowy). Połączenie trzech cząsteczek kwasów tłuszczowych z cząsteczką glicerolu tworzy triglicerydy. Rodzaj kwasów tłuszczowych budujących takie cząsteczki określa, czy dany tłuszcz jest płynny czy stały w temperaturze pokojowej. Pospolite kwasy tłuszczowe mają swoje nazwy zwyczajowe, ale określane są wg systemu ω. Określa on pozycję podwójnego wiązania położonego najbliżej ostatniego (najdalej położonego od grupy karboksylowej) atomu węgla węgla ω. Koniec ω cząsteczki rzadko zmienia się podczas przemian metabolicznych. Z punktu widzenia metabolizmu człowieka najważniejsze kwasy tłuszczowe należą do kwasów ω-3 i ω-6. Strukturę kwasu oznacza się również kodem literowo-liczbowym, np. kwas linolowy C18:2 ω-6, oznacza, że łańcuch kwasu zawiera 18 atomów węgla, w łańcuchu są dwa wiązania podwójne i należy on do rodziny ω-6 [6]. Kwasy tłuszczowe są półproduktami do syntezy fosfolipidów i eikozanoidów (prostaglandyn i leukotrienów). Kwasy C20 i C22 prekursorzy bardzo aktywnych eikozanoidów pochodzą z biokonwersji kwasu linolowego (LA C18:2) i kwasu α-linolenowego (ALA C18:3), które to podlegają kolejnym etapom wydłużania łańcucha (elongacji) i wprowadzania kolejnych wiązań podwójnych (desaturacji). Kwasy LA i ALA muszą być dostarczane z pokarmem, ponieważ organizm ludzki nie ma zdolności ich biosyntezy, natomiast wykazuje zdolność do ich przebudowy biochemicznej. Przemiany te mogą polegać na enzymatycznym odszczepianiu dwóch atomów wodoru lub wydłużeniu łańcucha węglowodorowego o dwie grupy metylenowe. Elongacja lub desaturacja w cząsteczce kwasu tłuszczowego odbywa się po stronie bliższej grupy karboksylowej. Przeciwny fragment cząsteczki kwasu bliższy grupie metylowej pozostaje niezmieniony. Procesy te zwykle zachodzą naprzemiennie, dlatego też w organizmie człowieka powstają metabolity kwasów tłuszczowych o atomach węgla i 2 6 wiązaniach podwójnych. Desaturazy i elongazy są enzymami zlokalizowanymi w warstwie lipidowej mikrosomów i dla swojej aktywności wymagają atomów cynku. Szybkość przemian kwasów tłuszczowych zależy bezpośrednio od aktywności desaturazy 4, 5 i 6. Desaturaza 6 katalizuje przemianę C18:2 ω-6 do kwasu dihomo-γ-linolenowego (ω-6 DGLA C18:3), natomiast C18:3 ω do kwasu stearydonowego. Desaturaza 5 katalizuje reakcję biosyntezy kwasu arachidonowego ω-6 C20:4 z DGLA oraz kwasu eikozapentaenowego (ω-3 EPA C20:5) z kwasu stearydonowego. Desaturaza 4 konwertuje natomiast kwas eikozapentaenowy (EPA) do kwasu dokozaheksaenowego (ω-3 DHA C22:6) (ryc. 1.) [7]. Kwas eikozapentaenowy pod działaniem cyklooksygenazy jest metabolizowany do prostaglandyn, prostacyklin i tromboksanów (PGE 3, PGI 3 itx 3 ), wypierających wielokrotnie aktywniejsze analogiczne produkty przemian kwasu arachidonowego (PGE 2, PGI 2 itx 2 ). Podobnie jest w przypadku leukotrienów LTA 5 ilte 5, powstających pod wpływem lipooksygenazy z EPA, w porównaniu z LTA 4 ilte 4, powstającymi z kwasu arachidonowego (ryc. 2.) [1, 7]. Odpowiednio skomponowana dieta może być istotnym elementem profilaktyki oraz terapii chorób układu krążenia, w tym nadciśnienia tętniczego. Wyniki badań wykazują, że zarówno MUFA, jak i PUFA mogą prowadzić do obniżenia ciśnienia tętniczego. Hipoteza błonowa jest jedną z koncepcji tłumaczących patogenezę nadciśnienia tętniczego. Wiąże ona zmiany struktury i funkcji błon komórkowych z licznymi zaburzeniami prowadzącymi do wzrostu ciśnienia. Kwasy tłuszczowe są istotnymi elementami budującymi błony komórkowe

3 Metabolizm nienasyconych kwasów tłuszczowych i ich znaczenie w profilaktyce i terapii układu krwionośnego 57 węglowodany (dieta) dieta NNKT octan C 16:0 C 18:0 desaturaza 6 C 16:1 (ω-7) C 18:1 (ω-9) C 18:2 (ω-6) C 18:3 (ω-3) oleopalmitynowy PO oleinowy O linolowy LA A-linolenowy ALA C 18:3 (ω-6) C 18:4 (ω-3) desaturaza 6 C 16:2 (ω-7) C 18:2 (ω-9) γ-linolenowy GLA stearydonowy elongaza C 20:2 (ω-9) C 20:3 (ω-6) dihomo-γ-linolenowy DGLA C 20:4 (ω-3) desaturaza 5 C 20:3 (ω-9) C 20:4 (ω-6) C 20:5 (ω-3) meadonowy arachidonowy AA timnodowy EPA elongaza C 22:3 (ω-9) C 22:4 (ω-6) C 22:5 (ω-3) desaturaza 4 C 22:5 (ω-6) C 22:6 (ω-3) osmondowy DPA cerwonowy DHA Rycina 1. Schemat przemian biochemicznych kwasów tłuszczowych z rodzin ω-9, ω-6 i ω-3 w organizmie ludzkim [7] Figure 1. Schema of biochemical transformations of ω-9, ω-6 and ω-3 fatty acids in the human body [7] i mają istotny wpływ modulujący na różne ich właściwości, takie jak płynność, transport jonowy, wiązanie wapnia czy synteza prostaglandyn, a więc parametrów, które opisane są jako charakterystycznie zmienione w nadciśnieniu tętniczym [8 10]. Kwasy tłuszczowe nienasycone mogą zmniejszać częstotliwość rytmu serca i poprawiać relaksację mięśnia sercowego, prawdopodobnie dzięki większemu wytwarzaniu i uwalnianiu tlenku azotu [11 13]. Kwas eikozapentaenowy i DHA chronią kardiomiocyty przed uszkodzeniem w przebiegu hipoksji i reoksygenacji przez hamowanie migracji neutrofilów do martwiczego lub niedokrwionego mięśnia sercowego. Wykazano również ich działanie antyarytmiczne in vitro i in vivo oraz zdolność do zapobiegania migotaniu komór wywołanemu niedokrwieniem. Działanie antyarytmiczne wynika z hamowania pobudliwości elektrycznej i automatyzmu kardiomiocytów. Hamując w kardiomiocytach dokomórkowy przepływ jonów sodu, zmniejszają o ok. 50% bodziec elektryczny konieczny do wywołania potencjału czynnościowego, skracają czas trwania potencjału czynnościowego i wydłużają okres refrakcji względnej o ok. 150% [14 17]. Zwiększenie się stosunku EPA do AA w obrębie błon komórkowych powoduje zwiększenie aktywności Ca 2+ -Mg 2+ -ATP-azy w błonach kardiomiocytów. Zmiany te powodują zmniejszenie nasilenia zaburzeń rytmu wywołanych niedokrwieniem poprzez zmianę czynności sercowej Ca-ATP-azy w siateczce sarkoplazmatycznej, co hamuje szybką akumulację wapnia wewnątrzkomórkowego, zmniejsza odpowiedź na noradrenalinę i zapobiega arytmii powstającej w mechanizmie aktywności wyzwalanej [18, 19]. Kwasy tłuszczowe zmieniają metabolizm prostaglandyny E (PGE) i dzięki temu mogą poprawiać nerkowy przepływ krwi, zmniejszać nerkowy opór naczyniowy i zwiększać filtrację kłębuszkową [20]. U chorych z nie-

4 58 Agata Jabłońska-Trypuć, Romuald Czerpak kwasy tłuszczowe (ω-6) kwasy tłuszczowe (ω-3) kwas linolowy (LA) kwas α-linolenowy (ALA) kwas arachidonowy (AA) kwas eikozapentaenowy (E\PA) 5-lipooksygenaza cyklooksygenaza (COX) 5-lipooksygenaza cyklooksygenaza (COX) leukotrien A 4 prostaglandyna H 2 leukotrien A 5 prostaglandyna H 3 leukotrien B 4 prostaglandyna E 2 tromboksan A 2 leukotrien B 5 prostaglandyna E 3 Rycina 2. Metabolizm kwasów tłuszczowych (AA, ALA, LA i EPA) [3] Figure 2. Fatty acids metabolism (AA, ALA, LA and EPA) wydolnością serca zaobserwowano ponadto zwiększone stężenia cytokin. W komórkach jednojądrzastych istnieje odwrotna zależność między syntezą cytokin a stężeniem EPA ze zwiększającym się stężeniem EPA wewnątrz komórek zmniejsza się synteza cytokin. Kwas eikozapentaenowy i DHA powodują ponadto zmniejszenie biosyntezy interleukiny 6 (IL-6) w ludzkich komórkach śródbłonka oraz zmniejszają stężenie czynnika martwicy nowotworów α (tumor necrosis factor α TNF-α) i IL-1β w ścianie tętnic i tym samym potencjalnie hamują migrację oraz proliferację komórek mięśni gładkich [21 24]. Prostaglandyny są cząsteczkami produkowanymi przez komórki zapalne i biorą udział w reakcji zapalnej. Ich działanie może być zarówno immunostymulujące, jak i immunosupresyjne. Kwas eikozapentaenowy współzawodniczy z kwasem arachidonowym (arachidonic acid AA) o miejsce aktywne cyklooksygenazy i kompetycyjnie hamuje metabolizm AA. Może to powodować w efekcie preferencyjną produkcję prostaglandyn o mniejszej aktywności prozapalnej (np. PGE 3 ). Kwas eikozapentaenowy konkuruje z AA także o 5-lipooksygenazę, w wyniku czego powstaje leukotrien LTB 5, którego aktywność prozapalna jest mała w porównaniu z LTB 4 [25]. Zwiększone stężenie MUFA w diecie, zwłaszcza z rodziny ω-3, powoduje supresję biosyntezy TXA2 przez płytki i komórki jednojądrzaste krwi. Niektóre wyniki badań wskazują na zmniejszenie agregacji płytek wskutek zwiększonej suplementacji kwasów tłuszczowych. Nienasycone kwasy tłuszczowe i ich pochodne mogą hamować ekspresję cząsteczek adhezyjnych VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1), ELAM-1 (endothelial leukocyte adhesion molecule-1) oraz ICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1). Kwasy tłuszczowe hamują przyleganie monocytów do pobudzonych komórek śródbłonka także poprzez wpływ na produkcję czynnika aktywującego płytki krwi PAF (platelet activating factor) [26 29]. Hamują one również w ludzkich komórkach mięśni gładkich tętnicy wieńcowej produkcję endoteliny 1 (ET-1), która jest silnym czynnikiem obkurczającym naczynia. Z tego powodu uważa się też, że MUFA i PUFA korzystnie działają w zespole niewydolności serca. Coraz więcej jest badań potwierdzających ich pozytywny wpływ u chorych po świeżym zawale lub u osób z chorobami niedokrwiennymi [30].

5 Metabolizm nienasyconych kwasów tłuszczowych i ich znaczenie w profilaktyce i terapii układu krwionośnego 59 Nadmierne spożycie PUFA sprzyja jednak zwiększeniu stężenia bardzo reaktywnych wolnych rodników powstających w czasie oksydacji kwasów tłuszczowych. Może to zwiększać zagrożenie uszkodzeń struktury DNA i kancerogenezy, zwłaszcza gdy stężenie antyoksydantów jest niewystarczające. Z punktu widzenia konsumenta niekorzystnymi cechami PUFA jest ich nieprzyjemny smak i zapach [5, 7]. Związkiem, który mógłby posłużyć jako źródło MUFA i włączyć się w cykl przemian metabolicznych kwasów tłuszczowych w organizmie człowieka, jest kwas traumatynowy (TA, czyli kwas trans-2-dodeceno-1,10-dikarboksylowy). Należy on do grupy hormonów roślinnych o aktywności cytokininowej i prawdopodobnie może wykazywać działanie antyoksydacyjne, oprócz funkcji typowych dla nienasyconego kwasu tłuszczowego. Kwas traumatynowy należy do tlenowych pochodnych nienasyconych kwasów tłuszczowych. Po raz pierwszy wyizolowali go z niedojrzałych strąków fasoli w latach Bonnier i English. Dotychczas jego obecność stwierdzono w tkankach miękiszowych i twórczych wielu gatunków roślin. Kwas traumatynowy, podobnie jak jego pochodna aldehydowa traumatyna (kwas 2-dodeceno- -1-al-10-karboksylowy), nazwano hormonami przyrannymi, ponieważ pojawiają się w znacznych ilościach wokół zranienia i pobudzają podziały komórek w tkance gojącej się. W największych ilościach występują w młodych, intensywnie rosnących organach, takich jak: liście, owoce i nasiona. Traumatyna, czyli forma aldehydowa (T), okazała się u roślin związkiem bardziej aktywnym biologicznie od TA [31, 32]. Kwas traumatynowy jako związek pochodzenia roślinnego mógłby stanowić pewną alternatywę dla kwasów tłuszczowych pochodzenia zwierzęcego (ryc. 3., 4.). kwas linolowy LOX OOH 13(S)-HPOD HPL n-heksanal CHO OHC kwas 12-oksy-(9z)-dodekanowy OHC traumatyna HO kwas 12-hydroksy-(9z)-dodekanowy HOOC kwas traumatynowy Rycina 3. Biosynteza kwasu traumatynowego z kwasu linolowego [33] Figure 3. Traumatic acid biosynthesis from linoleic acid

6 60 Agata Jabłońska-Trypuć, Romuald Czerpak kwas linolenowy LOX OOH 13(S)-HPOT CHO (3Z)-heksenal CHO OHC 12-oksy-(9z)-dodekanowy OHC traumatyna OH (3Z)-heksenol (2E)-heksenal OH (2E)-heksenol HO kwas 12-hydroksy-(9z)-dodekanowy O(O)H CHO (2E)-4-hydro(pero)ksy-2-heksenal HOOC kwas traumatynowy Rycina 4. Biosynteza kwasu traumatynowego z kwasu linolenowego [33] Figure 4. Traumatic acid biosynthesis from linolenic acid Biosynteza kwasu traumatynowego jest procesem podobnym do przemian zachodzących w organizmie człowieka. Prekursorami są tu 18-węglowe nienasycone kwasy tłuszczowe kwas linolenowy (18:3, 9, 12, 15) i linolowy (18:2, 9, 12). Są one uwalniane z frakcji lipidów błonowych w wyniku działania fosfolipaz typu A 2 i D, a następnie ulegają reakcji utlenienia katalizowanej przez lipooksygenazy (LOX), LOX (EC ). Występują w komórkach wszystkich organizmów eukariotycznych i katalizują reakcję przyłączania tlenu molekularnego do nienasyconych kwasów tłuszczowych. Jest to pierwszy etap w biosyntezie TA u roślin. Produktami reakcji katalizowanych przez LOX są kwas 13-hydroperoksylinolenowy (13-HPOT) i kwas 13-hydroperoksylinolowy (13-HPOD). Kolejnym etapem w biosyntezie TA jest reakcja katalizowana przez liazę wodoronadtlenkową (HPL). W jej wyniku 18-węglowy łańcuch 13-HPOT lub 13-HPOD zostaje rozszczepiony na 6-węglowe aldehydy (2E)-heksenal lub heksanal oraz 12-węglowy kwas 12-okso-(9Z)-dodekanowy. Kwas ten w wyniku izomeryzacji przekształca się do kwasu 12-okso-(10E)- dodekanowego, czyli traumatyny. Następnie nieenzymatyczna autooksydacja traumatyny prowadzi do powstania TA [33 36]. Procesem podobnym do tworzenia TA u roślin jest powstawanie analogicznych związków w komórkach zwierząt w procesie ω-oksydacji kwasów tłuszczowych. Pierwszym etapem tej przemiany jest ω-hydroksylacja, proces odbywający się z udziałem odpowiedniego układu hydroksylującego, zawierającego cytochrom P-450 i NADPH 2, w obecności O 2. Grupa CH 3 jest przekształcana w grupę CH 2 OH, a następnie utlenia się poprzez grupę aldehydową ( CHO) do CO- OH i w ten sposób powstaje kwas dikarboksylowy. Rodzina cytochromów P450 katalizuje ω-hydroksylację nasyconych, nienasyconych oraz rozgałęzionych kwasów tłuszczowych do ważnych pod względem biochemiczno-fizjologicznym związków, takich jak: eikozanoidy, prostaglandyny, leukotrieny i tromboksany. Omega-hydroksylowane kwasy tłuszczowe są metabolizowane poprzez alkohol cytozolowy i dehydrogenazę aldehydową

7 Metabolizm nienasyconych kwasów tłuszczowych i ich znaczenie w profilaktyce i terapii układu krwionośnego 61 do kwasów dikarboksylowych (dicarboxylic acid DCA), które z kolei mogą być metabolizowane poprzez β-oksydację w peroksysomach. W peroksysomach wskutek kilku cykli β-oksydacji powstają krótsze łańcuchy kwasów tłuszczowych. Te krótkie łańcuchy kwasów tłuszczowych mogą być następnie wydzielane z moczem w postaci kwasu adypinowego, syberynowego lub łojowego albo całkowicie utlenione poprzez β-oksydację zachodzącą w mitochondriach lub metabolizowane przez β-oksydację w peroksysomach prowadzącą do powstania bursztynianu i acetylocoa. Bursztynian jest prekursorem glukoneogenezy i związków porfirynowych. AcetyloCoA może służyć natomiast jako źródło energii w cyklu Krebsa lub być prekursorem w procesach biosyntezy licznych związków organicznych metabolitów, w wyniku których powstaje m.in. cholesterol i kwasy tłuszczowe. Chociaż ω-hydroksylacja jest rzadszą ścieżką metaboliczną dla kwasów tłuszczowych (4 15%) niż β-oksydacja, to jej znaczenie istotnie wzrasta w czasie głodzenia organizmu, przy nadmiarze etanolu w organizmie i w różnych chorobach metabolicznych. Wyniki badań in vivo wykazały, że zarówno mitochondria, jak i peroksysomy są zaangażowane w katabolizm DCA, jednak rola mitochondriów wydaje się zależna od rodzaju tkanki i substratu oraz jest prawdopodobnie determinowana przez aktywność dikarboksylotransferazy karnitynowej. W badaniach potwierdzono, że peroksysomy mogą jedynie skracać DCA, ponieważ ich system β-oksydacji nie poradzi sobie z DCA krótszymi niż 6 atomów węgla w cząsteczce. Te skrócone łańcuchy DCA mogą być przesuwane do mitochondriów, gdzie ulegają β-oksydacji, aż do wytworzenia bursztynianu, lub mogą być wydzielane z moczem [37]. Produkty powstające w wyniku procesu ω-oksydacji, czyli DCA, powodują wzrost oksydatywnej fosforylacji i dostarczają komórkom niezbędnej dla regeneracji i proliferacji energii. Różne pochodne DCA odgrywają ważną rolę w sygnałach przekazywanych zarówno w obrębie jednej komórki, jak i między komórkami. Wpływają one m.in. na aktywność kanałów jonowych i ich białkowych transporterów, lipogenezę, aktywację kinaz tyrozynowych i 3-kinazy fosfatydyloinozytolowej. Omega-hydroksylowane kwasy tłuszczowe mogą być metabolizowane i zużyte do wytworzenia energii, lipogenezy, syntezy lipidów strukturalnych oraz do produkcji kwasów tłuszczowych, które funkcjonują jako regulatory hormonalnych receptorów jądrowych [38]. Niezestryfikowane kwasy tłuszczowe (non-esterified fatty acids NEFA) są cząsteczkami sygnałowymi, niepodlegającymi dalszym modyfikacjom i transformacjom metabolicznym. Bardzo trudne jest wykazanie ich obecności w komórce i poza nią in vivo w postaci NEFA lub kwasów tłuszczowych niezwiązanych z białkami, ponieważ są one obecne w komórce w ściśle określonych miejscach przez bardzo krótki czas. Pula tych związków, a szczególnie niezbędnych kwasów tłuszczowych, jest kontrolowana przez kilka różnych grup czynników zarówno egzogennych, jak i endogennych. Pierwszym z nich jest rodzaj odżywiania. Wiele badań wykazało, że profil kwasów tłuszczowych w komórce zależy od ich obecności w diecie. Kolejnym czynnikiem jest obecność różnych lipaz, acylotransferaz i transacylaz, które są specyficznie aktywowane przez grupę związków sygnałowych (steroidów, trombin, toksyn bakteryjnych, neurotransmiterów). Enzymy te działają na szerokie spektrum substratów, uwalniając lub włączając do ich struktury nasycone i nienasycone kwasy tłuszczowe. Różne klasy nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych wykazują różne funkcje biologiczne na poziomie komórkowym, szczególnie związane z proliferacją i różnicowaniem komórek, oraz całego organizmu. Ich zróżnicowany wpływ na funkcjonowanie komórek i całych organizmów wiąże się z ich zróżnicowaną strukturą, stężeniem i asocjacją z innymi czynnikami chemicznymi. Stężenie kwasów tłuszczowych w komórce zależy także od ich transformacji metabolicznych, w wyniku których powstają inne cząsteczki sygnałowe, np. prostaglandyny i leukotrieny. Kwasy tłuszczowe są również wiązane przez specyficzne białka (albuminy, α-foetoproteiny, fatty acid binding protein FABP, lipoproteiny o małej gęstości low density lipoprotein LDL). Wyniki badań wykazują, że NEFA, które działają jako wtórne przekaźniki lub modulatory w sieci połączeń komórkowych i całego organizmu, są pod kontrolą komórkowych lub osoczowych FABP. Ostatnim ważnym czynnikiem kontrolującym zawartość NEFA w organizmie jest jego stan fizjologiczny i metaboliczny. Z dotychczas przeprowadzonych badań wynika, że główną funkcją TA jest stymulowanie podziałów komórkowych [39, 40]. Dodany do kultur różnych gatunków jednokomórkowych glonów powoduje ponaddwukrotne zwiększenie się liczby komórek w porównaniu z grupą kontrolną. Molekularny mechanizm działania TA nie został jednak jeszcze poznany, gdyż w piśmiennictwie nie ma danych dotyczących jego wpływu na podstawowe procesy metaboliczne i fizjologiczne zachodzące w komórkach roślin i zwierząt. Wyniki badań na glonach wykazały intensywne działanie stymulujące TA na wzrost ilości chlorofilu a i b, karotenoidów, monosacharydów i białek rozpuszczalnych. Jedyne istniejące dane wskazują na fakt, że TA wzmaga 1,5-krotnie fosforylację tyrozyny w białkach [39]. Stwierdzono, że wzrost zawartości ufosforylowanych reszt tyrozynowych pod wpływem TA jest największy w przypadku białek o masach molekularnych 19, 20, 22, 26, 31, 42 i 74 kda, natomiast fosforylacja tyrozyny w makropeptydach

8 62 Agata Jabłońska-Trypuć, Romuald Czerpak o masach molekularnych 36, 47 i 49 kda uległa zahamowaniu po dodaniu TA. Wzrost lub spadek poziomu fosforylacji tyrozyny w poszczególnych rodzajach białek pod wpływem TA jest prawdopodobnie wynikiem oddziaływania hormonu na aktywność poszczególnych kinaz i fosfataz białkowych. Połączenie się TA ze specyficznym receptorem w błonie komórkowej powoduje uaktywnienie odpowiedniej kinazy, co z kolei prowadzi do fosforylacji i zmian konformacyjnych odpowiednich białek oraz uruchomienia dalszej kaskady przekazywania sygnałów w komórce [39, 40]. Kwas traumatynowy, wraz z traumatyną, powszechnie występujący u roślin wyższych znany jest jako hormon przyranny, powodujący wspólnie z cytokininami zabliźnianie różnego rodzaju zranień. W dotychczasowych badaniach na roślinach wykazano, że działa on stymulująco na podziały komórek tkanki twórczej i miękiszowej, a także procesy biochemiczne z nimi związane, takie jak: biosynteza białek i kwasów nukleinowych, barwników fotosyntetycznych oraz intensywność fotosyntezy. Nie badano natomiast jego aktywności biologicznej w komórkach zwierzęcych. Ze wstępnych badań autorów niniejszego opracowania, wykonanych na fibroblastach skóry ludzkiej, wynika, że TA działa także stymulująco na ich wzrost, podziały komórkowe i procesy anaboliczne w nich zachodzące. Prawdopodobnie działanie stymulujące TA na poziomie molekularnym komórek roślinnych i zwierzęcych jest podobne do aktywności NEFA. Należy przypuszczać, że w podobny sposób, tak jak działają na poziomie molekularnym w komórkach kwasy tłuszczowe nienasycone, niezestryfikowane (wolne) i związane z białkami, może również działać na komórki ludzkie, np. fibroblasty, TA, który jest tlenową pochodną nienasyconych kwasów tłuszczowych. Może on również być włączany w metabolizm nienasyconych kwasów tłuszczowych w organizmie człowieka i stanowić alternatywę dla NNKT pochodzących z produktów odzwierzęcych. Piśmiennictwo 1. Gajewska-Meszaros S, Meszaros J. Ryby morskie i owoce morza: luksus czy konieczność. Terapia i Leki 2001; 2: Sinclair HM. Deficiency of essential fatty acids and atherosclerosis, etcetera. Lancet 1956; 270: Witte KK, Clark AL. Wielonienasycone kwasy tłuszczowe z ryb morskich w leczeniu niewydolności serca. Pol Arch Med Wewn 2009; 3: Burr ML, Fehily AM, Gilbert JF, et al. Effects of changes in fat, fish, and fibre intakes on death and myocardial reinfarction: diet and reinfarction trial (DART). Lancet 1989; 2: Holman RT. The slow discovery of the importance of omega 3 essential fatty acids in human health. J Nutr 1998; 128 (2 Suppl): 427S-33S. 6. Simopoulos AP. Omega-3 fatty acids in health and disease and in growth and development. Am J Clin Nutr 1991; 54: Stołyhwo-Szpajer M, Piękosz K, Bellwon J, et al. Wielonienasycone kwasy tłuszczowe i ich wpływ na czynniki ryzyka miażdżycy ze szczególnym uwzględnieniem ciśnienia tętniczego. Nadciśnienie Tętnicze 2001; 5: Dominiczak AF, Bohr DF. Cell membrane abnormalities and the regulation of intracellular calcium concentration in hypertension. Clin Sci (Lond) 1990; 79: Russo C, Olivieri O, Girelli D, et al. Increased membrane ratios of metabolite to precursor fatty acid in essential hypertension. Hypertension 1997; 29: Siscovick DS, Raghunathan TE, King I, et al. Dietary intake and cell membrane levels of long-chain n-3 polyunsaturated fatty acids and the risk of primary cardiac arrest. JAMA 1995; 274: Vandongen R, Mori TA, Burke V, et al. Effects on blood pressure of omega 3 fats in subjects at increased risk of cardiovascular disease. Hypertension 1993; 22: Grimsgaard S, Bo/naa KH, Hansen JB, Myhere ES. Effects of highly purified eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid on hemodynamics in humans. Am J Clin Nutr 1998; 68: Nishimura M, Nanbu A, Komori T, et al. Eicosapentaenoic acid stimulates nitric oxide production and decreases cardiac noradrenaline in diabetic rats. Clin Exp Pharmacol Physiol 2000; 27: Kang JX, Leaf A. Prevention and termination of the beta-adrenergic agonist-induced arrhythmias by free polyunsaturated fatty acids in neonatal rat cardiac myocytes. Biochem Biophys Res Commun 1995; 208: Xiao YF, Kang JX, Morgan JP, Leaf A. Blocking effects of polyunsaturated fatty acids on Na + channels of neonatal rat ventricular myocytes. Proc Natl Acad Sci U S A 1995; 92: Kang JX, Xiao YF, Leaf A. Free, long chain, polyunsaturated fatty acids reduce membrane electrical excitability in neonatal rat cardiac myocytes. Proc Natl Acad Sci U S A 1995; 92: Kang JX, Leaf A. Prevention of fatal cardiac arrhythmias by polyunsaturated fatty acids. Am J Clin Nutr 2000; 71 (1 Suppl): S Kinoshita I, Itoh K, Nishida-Nakai M, et al. Antiarrhythmic effects of eicosapentaenoic acid during myocardial infarction enhanced cardiac microsomal (Ca 2+ -Mg 2+ )-ATPase activity. Jpn Circ J 1994; 58: Den Ruijter HM, Berecki G, Verkerk AO, et al. Acute administration of fish oil inhibits triggered activity in isolated myocytes from rabbits and patients with heart failure. Circulation 2008; 117: Düsing R, Struck A, Göbel BO, et al. Effects of n-3 fatty acids on renal function and renal prostaglandin E metabolism. Kidney Int 1990; 38: Berry C, Clark AL. Catabolism in chronic heart failure. Eur Heart J 2000; 21: Bagga D, Wang L, Farias-Eisner R, et al. Differential effects of prostaglandin derived from omega-6 and omega-3 polyunsaturated fatty acids on COX-2 expression and IL-6 secretion. Proc Natl Acad Sci U S A 2003; 100: Shimizu T, Iwamoto T, Itou S, et al. Effect of ethyl icosapentaenoate (EPA) on the concentration of tumor necrosis factor (TNF) and interleukin-1 (IL-1) in the carotid

9 Metabolizm nienasyconych kwasów tłuszczowych i ich znaczenie w profilaktyce i terapii układu krwionośnego 63 artery of culf-sheathed rabbit models. J Atheroscler Thromb 2001; 8: Pakala R, Pakala R, Sheng WL, Benedict CR. Vascular smooth muscle cells preloaded with eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid fail to respond to serotonin stimulation. Atherosclerosis 2000; 153: James MJ, Cleland LG, Gibson RA, Hawkes JS. Interaction between fish and vegetable oils in the relation to rat leukocyte leukotriene production. J Nutr 1991; 121: Mezzano D, Kosiel K, Martínez C, et al. Cardiovascular risk factors in vegetarians. Normalization of hyperhomocysteinemia with vitamin B (12) and reduction of platelet aggregation with n-3 fatty acids. Thromb Res 2000; 100: Woodman RJ, Mori TA, Burke V, et al. Effects of purified eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid on platelet, fibrinolytic and vascular function in hypertensive type 2 diabetic patients. Atherosclerosis 2003; 166: Svaneborg N, Kristensen SD, Hansen LM, et al. The acute and short-time effect of supplementation with the combination of n-3 fatty acids and acetylsalicylic acid on platelet function and plasma lipids. Thromb Res 2002; 105: Mayer K, Merfels M, Muhly-Reinholz M, et al. Omega-3 fatty acids suppress monocyte adhesion to human endothelial cells: role of endothelial PAF generation. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2002; 283: H Kohno M, Ohmori K, Wada Y, et al. Inhibition by eicosapentaenoic acid of oxidized-ldl- and lysophosphatidylcholine-induced human coronary artery smooth muscle cell production of endothelin. J Vasc Res 2001; 38: English J Jr, Bonner J, Haagen-Smit AJ. Structure and synthesis of a plant wound hormone. Science 1939; 90: English J Jr, Bonner J. The wound hormones of plants. I. Traumatin, the active principle of the bean test. J Biol Chem 1937; 121: Pietryczuk A, Czerpak R. Występowanie, biosynteza i aktywność biologiczna kwasu traumatynowego u roślin. Post Biol Kom 2006; 33: Bate NJ, Sivasankar S, Moxon C, et al. Molecular characterization of an Arabidopsis gene encoding hydroperoxide lyase, a cytochrome P-450 that is wound inducible. Plant Physiol 1998; 117: Grekchin AN. Recent developments in biochemistry of the plant lipoxygenase pathway. Prog Lipid Res 1998; 37: Zimmerman DC, Coudron CA. Identification of traumatin, a wound hormone, as 12-oxo-trans-10-dodecenoic acid. Plant Physiol 1979; 63: Ferdinandusse S, Denis S, Van Roermund CW, et al. Identification of the peroxisomal beta-oxidation enzymes involved in the degradation of long-chain dicarboxylic acids. J Lipid Res 2004; 45: Hardwick JP. Cytochrome P450 omega hydroxylase (CYP4) function in fatty acid metabolism and metabolic diseases. Biochem Pharmacol 2008; 75: Asafova EV, Asaleeva GA, Yakovleva VG, Tarchevskii IA. The effect of traumatic acid on tyrosine phosphorylation of proteins in pea seedlings. Dokl Biochem Biophys 2005; 405: Pietryczuk A, Piotrowska A, Czerpak R. The influence of traumatic acid on the growth and metabolite content of the green alga Chlorella vulgaris Beijerinck. Oceanol Hydrobiol Stud 2008; 37: 3-15.