Lipidy. Zakład Chemii Medycznej. Pomorski Uniwersytet Medyczny

Transkrypt

1 Lipidy Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

2 I. Lipidy Substancje organiczne, występujące w organizmach żywych, nierozpuszczalne w wodzie, ale dające się ekstrahować rozpuszczalnikami organicznymi (np. chloroformem, acetonem, benzenem) 2

3 Najważniejsze biologiczne funkcje lipidów są materiałem budulcowym dla wszystkich struktur błoniastych komórki (fosfolipidy, cholesterol, glikolipidy) decydują o właściwościach dynamicznych błony komórkowej, wpływają na jej płynność, asymetrię, przepuszczalność, aktywność enzymatyczną oraz właściwości receptorowe (fosfolipidy, cholesterol, kwasy tłuszczowe) są materiałem energetycznym (wolne kwasy tłuszczowe) oraz pełnią funkcję zapasową (triacyloglicerole u zwierząt) pełnią funkcję izolacyjną i ochronną (np. woski) uczestniczą w przekazywaniu sygnałów przez komórki (np. diacyloglicerol aktywujący kinazę C, eikozanoidy: prostanoidy i leukotrieny), biorą udział w zjawiskach immunologicznych (eikozanoidy) 3

4 LIPIDY (podział wg Bloora) Proste (estry kwasów tłuszczowych z alkoholami) tłuszcze woski właściwe (acyloglicerole) fosfolipidy: glicerofosfolipidy Sfingolipidy (sfingofosfolipidy) Złożone (estry kwasów tłuszczowych z alkoholami zawierającymi dodatkowe grupy funkcyjne ) glikolipidy: cerebrozydy gangliozydy inne lipidy złożone: sulfolipidy aminolipidy lipoproteiny Prekursory i pochodne lipidów: kwasy tłuszczowe glicerol alkohole inne niż glicerol sterole węglowodany witaminy rozpuszczalne w tłuszczach hormony 4

5 KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości (1) 1. KT są monokarboksylowymi kwasami o łańcuchach węglowodorowych, zbudowanych z różnej ilości atomów węgla, od 4 do 30. Ze względu na liczbę atomów węgla dzielimy je na: 1. krótkołańcuchowe (<6 atomów C) 2. średniołańcuchowe (8 14 atomów C) 3. długołańcuchowe (> 16 atomów C) 2. Kwasy tłuszczowe mają charakter amfipatyczy: łańcuch węglowodorowy KT ma charakter hydrofobowy grupa karboksylowa KT jest polarna 5

6 KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości (2) Kwasy tłuszczowe Nasycone zawierające > 10 atomów węgla: są substancjami stałymi są nierozpuszczalnymi w wodzie ich temperatura topnienia wzrasta wraz z długością łańcucha Nienasycone (zawierają przynajmniej jedno wiązanie podwójne) na ogół w temperaturze pokojowej są substancjami płynnymi jednonienasycone wielonienasycone 6

7 KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości (3) Ze względu na obecność wiązania podwójnego nienasycone kwasy tłuszczowe mogą występować w dwóch formach stereoizomerycznych: cis i trans Kwas oleinowy Kwas elaidynowy 6 7

8 Nazewnictwo KWASÓW TŁUSZCZOWYCH (1) 1. Nazwy zwyczajowe w większości przypadków wywodzą się od źródła ich odkrycia 2. Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich - stosuje się końcówkę anowy dla kwasów nasyconych enowy dla kwasów nienasyconych Kwas stearynowy Kwas oktadekanowy Kwas linolowy Kwas 9,12 oktadekadienowy 8

9 Nazewnictwo KWASÓW TŁUSZCZOWYCH (2) Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich położenie podwójnego wiązania oznacza się symbolem Δ, a numery węgli biorących udział w tworzeniu wiązań podwójnych, liczone są od węgla grupy karboksylowej litery n lub ω (omega) oznaczają miejsce wiązania podwójnego, licząc od grupy metylowej w Kwas tłuszczowy z wiązaniem D-9 9

10 NNKT Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe (witamina F) Wyróżniamy trzy rodziny omega: omega-3, omega-6 i omega-9 Cyfry 3, 6 i 9 określają, przy którym atomie węgla (począwszy od skrajnej grupy metylowej), znajduje się pierwsze wiązanie podwójne. Organizm człowieka potrafi sam wstawić podwójne wiązanie tylko w pozycji dziewiątej licząc od grupy metylowej (omega-9) Prekursory kwasów omega z wiązaniem w pozycji 3 (omega-3: kwas alfa-linolenowy) i 6 (omega-6: kwas linolowy) muszą być dostarczone do organizmu wraz z pokarmami (NNKT). Źródła NNKT: - oleje roślinne kukurydziany, sojowy, lniany, arachidowy - fosfolipidy zwierzęce - wielonienasycone kwasy tłuszczowe z rodziny omega-3 z pięcioma i sześcioma wiązaniami podwójnymi występują w dużych ilościach w olejach z ryb. 10

11 TŁUSZCZE WŁAŚCIWE (acyloglicerole) ze względu na budowę chemiczną należą do estrów: - składnik alkoholowy glicerol - składnik kwasowy jednokarboksylowe wyższe kwasy tłuszczowe najczęściej są to mieszaniny triacylogliceroli różnych kwasów tłuszczowych Glicerol H 2 C OH C 1 sn-1 HO C H C 2 ß sn-2 H 2 C OH C 3 sn-3 w acyloglicerolach drugorzędowa grupa hydroksylowa położona jest po lewej stronie atomu wegla do oznakowania pozycji kwasów tłuszczowych stosuje się system numeracji stereospecyficznej (sn), umieszczając przedrostek sn przed nazwą reszty glicerolowej, np. 1,2,3 triacylo-sn-glicerol 11

12 Glicerofosfolipidy Kwas fosfatydowy Fosfatydylocholina (lecytyna): Kwas fosfatydowy + HO CH2 CH2 N(CH3)3 (cholina) Glicerofosfolipidy zbudowane są z czterech składników: glicerolu dwóch reszt acylowych połączonych wiązaniami estrowymi z atomami C1 i C2 glicerolu ortofosforanu połączonego wiązaniem estrowym z węglem C3 glicerolu innego alkoholu (cholina, etanoloamina, seryna, inozytol, glicerol) połączonego grupą -OH z resztą ortofosforanu 12

13 Sfingofosfolipidy Zbudowane są z: sfingozyny długołańcuchowego, jednonienasyconego aminoalkoholu dihydroksylowego długołańcuchowego kwasu tłuszczowego ortofosforanu choliny 13

14 Sfingofosfolipidy sfingozyna + nienasycony kwas tłuszczowy ceramid (N- acetylosfingozyna) + cholina + H 3 PO 4 sfingmielina 14

15 Glikosfingolipidy Zawierają: - ceramid - cząsteczkę cukru galaktozyloceramid (galaktocerebrozyd) glukozyloceramid (glukocerebrozyd) 15

16 II. Izoprenoidy, steroidy i ich pochodne

17 izopren (2-metyl-1,3 butadien) 17

18 Otrzymywanie cholesterolu skwalen lanosterol układ steranu cholesterol 18

19 Układ steranu (1) C D A B cyklopentanoperhydrofenantren Budowa - trzy pierścienie cykloheksanu - jeden pierścień cyklopentanu Składnik - cholesterolu - hormonów sterydowych - kwasów żółciowych pod płaszczyzną nad płaszczyzną pierścienia 18 Przyłączone grupy metylowe - do węgla C13 węgiel C18 - do węgla C10 węgiel C19 Znajdują się nad płaszczyzną pierścienia (pozycja ß) Pierścienie B i C oraz C i D położenie trans 19

20 Układ steranu (2) --- pod płaszczyzną nad płaszczyzną pierścienia 5- - hydrogen 5-b- hydrogen układ trans układ cis Atom wodoru przy węglu C5: - pierścienie A i B są w konformacji trans b - pierścienie A i B są w konformacji cis 20

21 Cholesterol (1) Brak atomu wodoru przy węglu C5 podwójne wiązanie w pierścieniu B Hydroksylowa pochodna steranu grupa -OH przy węglu C3 --- pod płaszczyzną nad płaszczyzną pierścienia 21

22 Cholesterol (2) jest przedstawicielem steroidów, zawiera sześć jednostek izoprenowych posiada płaską, sztywną strukturę występuje we wszystkich błonach biologicznych zwierząt (z wyjątkiem błon mitochondrialnych) w cytoplazmie obecny w postaci zestryfikowanej w płynach ustrojowych transportowany w lipoproteinach jego nadmiar przyspiesza rozwój zmian miażdżycowych w naczyniach krwionośnych (LDL) stanowi 10-15% suchej masy mózgu jest substratem do syntezy: kwasów żółciowych, hormonów steroidowych, witaminy D 3 22

23 Kwasy żółciowe powstają z cholesterolu w wątrobie zawierają od 1 do 3 grup hydroksylowych związanych z pierścieniem zawierają grupę karboksylową w łańcuchu bocznym mają właściwości amfipatyczne obniżają napięcie powierzchniowe wody emulgują tłuszcze pokarmowe 23

24 Kwasy żółciowe - kwas cholowy 24

25 Hormony steroidowe Cholesterol C27 Pregnenolon C21 Progestageny C21 (progesteron- utlenienie grupy 3-hydroksylowej pregnenolonu do grupy 3-ketonowej i izomeryzacja podwójnego wiązania) usunięcie z progesteronu atomów węgla C20 i C21 Glukokortykoidy C21 (kortyzol- hydroksylacja progesteronu przy węglach C17, C21 i C11 ) Androgeny C19 (testosteron- redukcja grupy ketonowej do hydroksylowej przy C17 w androstendionie) demetylacja androgenów Mineralokortykoidy C21 (aldosteron- powstaje z kortykosteronu przez utlenianie grupy metylowej C18 do aldehydu) Estrogeny C18 (estradiol) 25

26 III. Eikozanoidy Kwas arachidonowy i jego pochodne

27 Kwas arachidonowy (1) Eikozanoidy pochodne dwudziestowęglowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych Kwas arachidonowy: kwas 5,8,11,14-eikozatetraenowy wzór półstrukturalny: CH 3 (CH 2 ) 4 CH=CHCH 2 CH=CHCH 2 CH=CHCH 2 CH=CH(CH 2 ) 3 COOH 27

28 Kwas arachidonowy (2) syntetyzowany jest w tkankach większości ssaków z kwasu linolowego prekursor kilku grup związków o silnym i bardzo zróżnicowanym działaniu biologicznym pochodne zalicza się do grupy hormonów tkankowych stężenie wolnego kwasu arachidonowego w komórkach jest na ogół bardzo niewielkie. jeden ze składników fosfolipidów błonowych. 28

29 Kwas arachidonowy (3) Fosfolipaza A2 katalizuje przy udziale jonów wapnia i ATP uwalnianie kwasu arachidonowego z fosfolipidów błonowych. czynniki powodujące przemieszczenie fosfolipazy A2 z cytozolu do błony komórkowej: reakcja antygen-przeciwciało, stymulacja fizyczna (zimno, miejscowe zmiany składu i stężenia jonów) bodziec zapalny angiotensyna II adrenalina trombina steroidy przeciwzapalne hamują fosfolipazę A2 29

30 Fosfolipidy błonowe lipoksygenazy fosfolipaza A 2 Kwas arachidonowy syntazy PGH (cyklooksygenazy) izoprostany epoksygenazy/p450 HPETE hepoksyliny (trioksyliny) PGG 2 EET Śródłańcuchowe HETE ω-końcowe HETE PGH 2 HETE (lipoksyny) Leukotrieny (LT) Prostanoidy: prostaglandyny (PG) prostacykliny (PGI) tromboksany (TX) 30

31 Fosfolipidy błonowe fosfolipaza A 2 kwas arachidonowy lipoksygenazy HPETE Leukotrieny (LT) hepoksyliny (trioksyliny) HETE (lipoksyny) Leukotrien A4 Leukotrien B4 Leukotrien C4 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 31 chemotaktyczny dla eozynofilów)

32 Fosfolipidy błonowe fosfolipaza A 2 kwas arachidonowy syntazy PGH (cyklooksygenazy) 2 izoformy cyklooksygenazy: COX-1 - produkowana konstytutywnie COX-2 - jest produkowana indukcyjnie PGG 2 PGH 2 Prostanoidy: prostaglandyny (PG) prostacykliny (PGI) tromboksany (TX) 32

33 Fosfolipidy błonowe fosfolipaza A 2 kwas arachidonowy 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 epoksygenazy/p450 EET Śródłańcuchowe HETE ω-końcowe HETE 33

34 Fosfolipidy błonowe fosfolipaza A 2 kwas arachidonowy izoprostany 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 34

35 Fosfolipidy błonowe fosfolipaza A 2 kwas arachidonowy izoprostany 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). 35

36 LITERATURA Żak I. Chemia medyczna. SLAM, html 36