20.1.1. Više masne kiseline mogu se sintetizirati u tijelu iz metabolita metabolizma ugljikohidrata. Polazni spoj za ovu biosintezu je acetil-CoA, nastaje u mitohondrijima iz piruvata, produkta glikolitičke razgradnje glukoze. Mjesto sinteze masnih kiselina je citoplazma stanica, gdje se nalazi multienzimski kompleks viša sintetaza masnih kiselina. Ovaj kompleks sastoji se od šest enzima povezanih s protein koji prenosi acil, koji sadrži dvije slobodne SH skupine (APB-SH). Sinteza se odvija polimerizacijom fragmenata s dva ugljika, konačni proizvod je palmitinska kiselina - zasićena masna kiselina koja sadrži 16 atoma ugljika. Obavezne komponente uključene u sintezu su NADPH (koenzim koji nastaje u reakcijama pentozofosfatnog puta oksidacije ugljikohidrata) i ATP.
20.1.2. Acetil-CoA se kreće iz mitohondrija u citoplazmu pomoću citratnog mehanizma (Slika 20.1). U mitohondrijima acetil-CoA stupa u interakciju s oksaloacetatom (enzim - citrat sintaza), rezultirajući citrat transportira se kroz membranu mitohondrija pomoću posebnog transportnog sustava. U citoplazmi citrat reagira s HS-CoA i ATP-om, ponovno se razlažući na acetil-CoA i oksaloacetat (enzim - citrat liaza).
Slika 20.1. Prijenos acetilnih skupina iz mitohondrija u citoplazmu.
20.1.3. Početna reakcija sinteze masnih kiselina je karboksilacija acetil-CoA da nastane malonil-CoA (slika 20.2). Enzim acetil-CoA karboksilaza aktivira se citratom, a inhibira CoA derivati viših masnih kiselina.
Slika 20.2. Reakcija karboksilacije acetil-CoA.
Acetil-CoA i malonil-CoA zatim stupaju u interakciju sa SH skupinama proteina koji prenosi acil (slika 20.3).
Slika 20.3. Interakcija acetil-CoA i malonil-CoA s proteinom koji prenosi acil.
Slika 20.4. Reakcije jednog ciklusa biosinteze masnih kiselina.
Produkt reakcije stupa u interakciju s novom malonil-CoA molekulom i ciklus se ponavlja mnogo puta do stvaranja ostatka palmitinske kiseline.
20.1.4. Zapamtite glavne značajke biosinteze masnih kiselina u usporedbi s β-oksidacijom:
- sinteza masnih kiselina uglavnom se provodi u citoplazmi stanice, a oksidacija - u mitohondrijima;
- sudjelovanje u procesu vezanja CO2 s acetil-CoA;
- acil-transfer protein sudjeluje u sintezi masnih kiselina, a koenzim A sudjeluje u oksidaciji;
- Za biosintezu masnih kiselina potrebni su redoks koenzimi NADPH, a za β-oksidaciju NAD+ i FAD.
Prethodno se pretpostavljalo da su procesi cijepanja obrnuti procesi sinteze, uključujući sintezu masnih kiselina koja se smatrala procesom obrnutim u odnosu na njihovu oksidaciju.
Sada je utvrđeno da mitohondrijski sustav biosinteze masnih kiselina, uključujući malo modificirani slijed reakcije β-oksidacije, provodi samo produljenje masnih kiselina srednjeg lanca koje već postoje u tijelu, dok potpuna biosinteza palmitinske kiseline iz acetil-CoA aktivno nastavlja izvan mitohondrija na sasvim drugom putu.
Pogledajmo neke važne značajke puta biosinteze masnih kiselina.
1. Sinteza se događa u citosolu, za razliku od razgradnje, koja se događa u matriksu mitohondrija.
2. Intermedijeri sinteze masnih kiselina kovalentno su povezani sa sulfhidrilnim skupinama acilnog prijenosnog proteina (ATP), dok su intermedijeri razgradnje masnih kiselina povezani s koenzimom A.
3. Mnogi enzimi za sintezu masnih kiselina u višim organizmima organizirani su u multienzimski kompleks koji se naziva sintetaza masnih kiselina. Nasuprot tome, čini se da se enzimi koji kataliziraju razgradnju masnih kiselina ne povezuju.
4. Rastući lanac masne kiseline produljuje se sekvencijalnim dodavanjem komponenti s dva ugljika izvedenih iz acetil-CoA. Aktivirani donor komponenti s dva ugljika u fazi elongacije je malonil-ACP. Reakcija elongacije se pokreće oslobađanjem CO 2 .
5. NADPH ima ulogu redukcijskog sredstva u sintezi masnih kiselina.
6. U reakcijama sudjeluje i Mn 2+.
7. Elongacija pod utjecajem kompleksa sintetaze masnih kiselina prestaje u fazi stvaranja palmitata (C 16). Daljnje produljenje i uvođenje dvostrukih veza provode drugi enzimski sustavi.
Stvaranje malonil koenzima A
Sinteza masnih kiselina počinje karboksilacijom acetil-CoA u malonil-CoA. Ova ireverzibilna reakcija predstavlja ključni korak u sintezi masnih kiselina.
Sinteza malonil-CoA je katalizirana acetil-CoA karboksilaza a provodi se korištenjem energije APR-a. Izvor CO 2 za karboksilaciju acetil-CoA je bikarbonat.
Riža. Malonil-CoA sinteza
Acetil-CoA karboksilaza sadrži kao prostetičku skupinu biotin.
Riža. Biotin
Enzim se sastoji od promjenjivog broja identičnih podjedinica, od kojih svaka sadrži biotin, biotin karboksilaza, prijenosni protein karboksibiotina, transkarboksilaze, kao i regulacijski alosterički centar, tj. predstavlja multienzimski kompleks. Karboksilna skupina biotina kovalentno je vezana na ε-amino skupinu lizinskog ostatka prijenosnog proteina karboksibiotina. Karboksilaciju biotinske komponente u formiranom kompleksu katalizira druga podjedinica, biotin karboksilaza. Treća komponenta sustava, transkarboksilaza, katalizira prijenos aktiviranog CO 2 s karboksibiotina na acetil-CoA.
Enzim biotin + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Enzim biotin + ADP + Pi,
CO 2 ~Biotin-enzim + Acetil-CoA ↔ Molonil-CoA + Biotin-enzim.
Duljina i fleksibilnost veze između biotina i njegovog transportnog proteina omogućuje premještanje aktivirane karboksilne skupine s jednog aktivnog mjesta enzimskog kompleksa na drugo.
Kod eukariota, acetil-CoA karboksilaza postoji kao protomer bez enzimske aktivnosti (450 kDa) ili kao aktivni filamentni polimer. Njihova interkonverzija regulirana je alosterički. Ključni alosterički aktivator je citrat, koji pomiče ravnotežu prema aktivnom fibroznom obliku enzima. Optimalna orijentacija biotina u odnosu na supstrate postiže se u vlaknastom obliku. Za razliku od citrata, palmitoil-CoA pomiče ravnotežu prema neaktivnom obliku protomera. Stoga palmitoil-CoA, krajnji proizvod, inhibira prvi kritični korak u biosintezi masnih kiselina. Regulacija acetil-CoA karboksilaze kod bakterija znatno se razlikuje od one kod eukariota, budući da su kod njih masne kiseline prvenstveno prekursori fosfolipida, a ne rezervno gorivo. Ovdje citrat nema učinka na bakterijsku acetil-CoA karboksilazu. Aktivnost transkarboksilazne komponente sustava regulirana je guanin nukleotidima, koji koordiniraju sintezu masnih kiselina s rastom i diobom bakterija.
BJELORUSKO DRŽAVNO SVEUČILIŠTE INFORMATIKE I RADIO ELEKTRONIKE
Zavod za ETT
SAŽETAK
Na temu:
“Oksidacija nezasićenih masnih kiselina. Biosinteza kolesterola. Transport membrane"
MINSK, 2008
Oksidacija nezasićenih masnih kiselinaiz.
U principu, to se događa na isti način kao i zasićeni, ali postoje neke osobitosti. Dvostruke veze prirodnih nezasićenih masnih kiselina imaju cis konfiguraciju, au CoA esterima nezasićenih kiselina, koji su međuproizvodi tijekom oksidacije, dvostruke veze imaju trans konfiguraciju. U tkivima postoji enzim koji mijenja konfiguraciju dvostruke veze iz cis u trans.
Metabolizam ketonskih tijela.
Pod pojmom ketonska (acetonska) tijela podrazumijevaju se acetoctena kiselina, -hidroksimaslačna kiselina i aceton. Ketonska tijela nastaju u jetri kao rezultat deacilacije acetoacetil CoA. Postoje dokazi koji ukazuju na važnu ulogu ketonskih tijela u održavanju energetske homeostaze. Ketonska tijela su vrsta opskrbljivača gorivom za mišiće, mozak i bubrege i djeluju kao dio regulatornog mehanizma koji sprječava mobilizaciju masnih kiselina iz skladišta.
Biosinteza lipida.
Biosinteza lipida iz glukoze važan je dio metabolizma u većini organizama. Glukoza, u količinama koje premašuju neposredne energetske potrebe, može biti građevinski materijal za sintezu masnih kiselina i glicerola. Sinteza masnih kiselina u tkivima odvija se u citoplazmi stanice. Mitohondriji uglavnom uključuju produljenje postojećih lanaca masnih kiselina.
Ekstramitohondrijska sinteza masnih kiselina.
Gradivni blok za sintezu masnih kiselina u citoplazmi stanice je acetil CoA, koji uglavnom dolazi iz mitohondrija. Za sintezu je potrebna prisutnost ugljičnog dioksida i bikarbonatnih iona te citrata u citoplazmi. Mitohondrijski acetil CoA ne može difundirati u staničnu citoplazmu jer mitohondrijska membrana je za nju nepropusna. Mitohondrijski acetil CoA stupa u interakciju s oksaloacetatom, stvarajući citrat i prodire u staničnu citoplazmu, gdje se cijepa na acetil CoA i oksaloacetat.
Postoji još jedan način da acetil CoA prodre kroz membranu - uz sudjelovanje karnitina.
Faze biosinteze masnih kiselina:
Stvaranje malonil CoA vezanjem ugljičnog dioksida (enzim biotin i ATP) s koenzimom A. Za to je potrebna prisutnost NADPH 2.
Stvaranje nezasićenih masnih kiselina:
U tkivima sisavaca postoje 4 porodice nezasićenih masnih kiselina -
1. palmitoleinska, 2. oleinska, 3. linolna, 4. linolenska
1 i 2 se sintetiziraju iz palmitinske i stearinske kiseline.
Biosinteza triglicerida.
Sinteza triglicerida odvija se iz glicerola i masnih kiselina (stearinska, palmitinska, oleinska). Put biosinteze triglicerida odvija se stvaranjem glicerol-3-fosfata.
Glicerol 3-fosfat se acilira u fosfatidnu kiselinu. Zatim dolazi do defosforilacije fosfatidne kiseline i stvaranja 1,2-diglicerida. Zatim dolazi do esterifikacije s molekulom acil CoA i stvaranja triglicerida. Glicerofosfolipidi se sintetiziraju u endoplazmatskom lancu.
Biosinteza zasićenih masnih kiselina.
Neposredni prekursor jedinica s dva ugljika u sintezi masnih kiselina je malonil CoA.
Potpuna sinteza zasićenih masnih kiselina katalizirana je posebnim kompleksom sintetaze koji se sastoji od 7 enzima. Sustav sintetaze koji katalizira sintezu masnih kiselina u topivoj frakciji citoplazme odgovoran je za sljedeću neto reakciju u kojoj se jedna molekula acetil CoA i 7 molekula malonil CoA kondenziraju u jednu molekulu palmitinske kiseline (redukcija se provodi izašao NADPH). Jedna molekula acetil CoA potrebna za reakciju služi kao inicijator.
Stvaranje malonil CoA:
1. Citrat može proći kroz membranu mitohondrija u citoplazmu. Mitohondrijski acetil CoA se prenosi u oksaloacetat kako bi se formirao citrat, koji može proći kroz mitohondrijsku membranu u citoplazmu putem transportnog sustava. U citoplazmi se citrat razgrađuje u acetil CoA, koji se u interakciji s ugljikovim dioksidom pretvara u malonil CoA. Ograničavajući enzim cjelokupnog procesa sinteze masnih kiselina je acetil CoA karboksilaza.
2. U sintezi masnih kiselina, acil-transfer protein služi kao neka vrsta sidra na koji se dodaju acil intermedijeri tijekom formiranja alifatskog lanca. U mitohondrijima se molekule zasićenih masnih kiselina izdužuju u obliku CoA estera sekvencijalnim dodavanjem CoA. Acilne skupine acetil CoA i malonil CoA prenose se na tiolne skupine proteina prijenosa acil-a.
3. Nakon kondenzacije ovih fragmenata s dva ugljika, oni se reduciraju u više zasićene masne kiseline.
Naknadni stupnjevi sinteze masnih kiselina u citoplazmi slični su obrnutim reakcijama mitohondrijske β-oksidacije. Provedba ovog procesa sa svim međuproduktima čvrsto je povezana s velikim multienzimskim kompleksom - sintetazom masnih kiselina.
Regulacija metabolizma masnih kiselina.
Procesi metabolizma masti u tijelu regulirani su neurohumoralnim putem. U isto vrijeme, središnji živčani sustav i moždana kora koordiniraju različite hormonalne utjecaje. Cerebralni korteks vrši trofički utjecaj na masno tkivo bilo preko simpatičkog i parasimpatičkog sustava ili preko endokrinih žlijezda.
Održavanje određenog omjera između katabolizma i anabolizma masnih kiselina u jetri povezano je s utjecajem metabolita unutar stanice, kao i utjecajem hormonalnih čimbenika i konzumirane hrane.
Kada se regulira β-oksidacija, dostupnost supstrata je od najveće važnosti. Opskrbu jetrenih stanica masnim kiselinama osiguravaju:
1. hvatanje masnih kiselina iz masnog tkiva, regulaciju ovog procesa provode hormoni.
2. hvatanje masnih kiselina (zbog sadržaja masti u hrani).
3. oslobađanje masnih kiselina pod djelovanjem lipaze iz jetrenih triglicerida.
Drugi kontrolni faktor je razina energetskih rezervi u stanici (odnos ADP i ATP). Ako ima puno ADP-a (rezerve stanične energije su male), tada dolazi do reakcija konjugacije, što potiče sintezu ATP-a. Ako je sadržaj ATP-a povećan, gore navedene reakcije su inhibirane, a nakupljene masne kiseline se koriste za biosintezu masti i fosfolipida.
Sposobnost ciklusa limunske kiseline da katabolizira acetil CoA nastao tijekom -oksidacije važna je u ostvarivanju ukupnog energetskog potencijala katabolizma masnih kiselina, kao i neželjenog nakupljanja ketonskih tijela (acetooctena kiselina, -hidroksibutirat i aceton).
Inzulin pospješuje biosintezu masnih kiselina, pretvaranje ugljikohidrata u masti. Adrenalin, tiroksin i hormon rasta aktiviraju razgradnju (lipolizu) masti.
Smanjenje proizvodnje hormona hipofize i spolnih hormona dovodi do stimulacije sinteze masti.
Poremećaji lipida
1. Kršenje procesa apsorpcije masti
a) nedovoljna opskrba pankreasnom lipazom
b) kršenje protoka žuči u crijeva
c) poremećaj gastrointestinalnog trakta (oštećenje epitelnog pokrova).
2. Poremećaj procesa prijelaza masti iz krvi u tkiva – poremećen je prijelaz masnih kiselina iz hilomikrona krvne plazme u masne depoe. Ovo je nasljedna bolest povezana s nedostatkom enzima.
3. Ketonurija i ketonemija - za vrijeme gladovanja kod osoba s dijabetesom je povećan sadržaj ketonskih tijela - to je ketonemija. Ovo stanje prati ketonurija (prisutnost ketonskih tijela u mokraći). Zbog neuobičajeno visoke koncentracije ketonskih tijela u ulaznoj krvi, mišići i drugi organi ne mogu se nositi s njihovom oksidacijom.
4. Ateroskleroza i lipoproteini. Dokazana je vodeća uloga pojedinih klasa lipoproteina u patogenezi ateroskleroze. Stvaranje lipidnih mrlja i plakova praćeno je dubokim degenerativnim promjenama unutar vaskularne stijenke.
kolesterol
U sisavaca se većina (oko 90%) kolesterola sintetizira u jetri. Najveći dio (75%) koristi se u sintezi tzv. žučnih kiselina, koje pomažu u probavi lipida unesenih hranom u crijevima. Čine ih dostupnijima hidrolitičkim enzimima - lipazama. Glavna žučna kiselina je količna kiselina. Kolesterol je također metabolički prekursor drugim važnim steroidima, od kojih mnogi djeluju kao hormoni: aldosteron i kortizon, estron, testosteron i androsteron.
Normalne razine kolesterola u plazmi su unutar 150-200 mg/ml. Visoke razine mogu dovesti do taloženja kolesterolskih plakova u aorti i malim arterijama, što je stanje poznato kao arterioskleroza (ateroskleroza). U konačnici, doprinosi srčanoj disfunkciji. Održavanje normalne razine kolesterola postiže se pravilnom prehranom, kao i in vivo regulacijom acetil-CoA puta. Jedan od načina za smanjenje visoke razine kolesterola u krvi je unos spojeva koji smanjuju sposobnost tijela da sintetizira kolesterol. Kolesterol se sintetizira u jetri i krvnoj plazmi i pakira u lipoproteinske komplekse koji se transportiraju u druge stanice. Prodor kolesterola u stanicu ovisi o prisutnosti membranskih receptora koji vežu takve komplekse, koji endocitozom ulaze u stanicu, a zatim lizosomski enzimi oslobađaju kolesterol unutar stanice. Utvrđeno je da pacijenti s visokom razinom kolesterola imaju defektne receptore; to je genetski defekt.
Kolesterol je prethodnik mnogih steroida, kao što su fekalni steroidi, žučne kiseline i steroidni hormoni. Kada se iz kolesterola stvaraju steroidni hormoni, prvo se sintetizira međuprodukt pregnenolon, koji služi kao prekursor progesterona - hormona posteljice i žutog tijela, muških spolnih hormona (testosteron), ženskih spolnih hormona (estrona) i hormona nadbubrežne žlijezde ( kortikosteron).
Glavni početni materijal za biosintezu ovih hormona je aminokiselina tirozin. Njegov izvor je u stanicama -
1. Proteoliza
2. Stvaranje iz fenilalanina (esencijalni AK)
Biosinteza steroidnih hormona, unatoč njihovom raznolikom spektru djelovanja, jedinstven je proces.
Progesteron zauzima središnje mjesto u biosintezi svih steroidnih hormona.
Postoje 2 načina njegove sinteze:
Od kolesterola
Od acetata
U reguliranju brzine biosinteze pojedinih steroidnih hormona, hipofizni tropni hormoni igraju ključnu ulogu. ACTH stimulira biosintezu kortikalnih nadbubrežnih hormona.
Postoje 3 razloga za poremećaj biosinteze i oslobađanja specifičnih hormona:
1. Razvoj patološkog procesa u samoj endokrinoj žlijezdi.
2. Kršenje regulatornih utjecaja na procese iz središnjeg živčanog sustava.
3. Poremećena koordinacija aktivnosti pojedinih endokrinih žlijezda.
Biosinteza kolesterola.
Ovaj proces ima 35 faza.
Postoje 3 glavna:
1. Pretvorba aktivnog acetata u mevalonsku kiselinu
2. Stvaranje skvalena
3. Oksidativna ciklizacija skvalena u kolesterol.
Kolesterol je prethodnik mnogih steroida:
Fekalni steroidi, žučne kiseline, steroidni hormoni. Razgradnja kolesterola je njegova pretvorba u žučne kiseline u jetri.
Pokazalo se da se regulacija biosinteze kolesterola provodi promjenom sinteze i aktivnosti -hidroksi-metil glutaril CoA reduktaze. Ovaj enzim je lokaliziran u membranama endoplazmatskog retikuluma stanice. Njegova aktivnost ovisi o koncentraciji kolesterola, što dovodi do smanjenja aktivnosti enzima. Regulacija aktivnosti reduktaze kolesterolom primjer je regulacije ključnog enzima krajnjim produktom prema principu negativne povratne sprege.
Postoji drugi put za biosintezu mevalonske kiseline.
Za unutarstaničnu diferencijaciju biosinteze kolesterola potrebnog za unutarstanične potrebe (sinteza lipoproteina stanične membrane) od kolesterola koji se koristi za stvaranje masnih kiselina važna su dva autonomna puta. Kao dio lipoproteina, kolesterol napušta jetru i ulazi u krv. Sadržaj ukupnog kolesterola u krvnoj plazmi je 130-300 mg/ml.
Molekularne komponente membrana.
Većina membrana se sastoji od približno 40% lipida i 60% proteina. Lipidni dio membrana sadrži pretežno polarne lipide različitih vrsta; gotovo cjelokupna količina polarnih lipida stanice koncentrirana je u njezinim membranama.
Većina membrana sadrži malo triacilglicerola i sterola, s izuzetkom u tom smislu plazma membrana stanica viših životinja s njihovim karakterističnim visokim sadržajem kolesterola.
Omjer između različitih lipida je konstantan za bilo koji tip stanične membrane i stoga je genetski određen. Većina membrana ima isti omjer lipida i proteina. Gotovo sve membrane su lako propusne za vodu i neutralne lipofilne spojeve, manje su propusne za polarne tvari kao što su šećeri i amidi, a vrlo su slabo propusne za male ione kao što su natrij ili klor.
Većinu membrana karakterizira visok električni otpor. Ova opća svojstva poslužila su kao osnova za stvaranje prve važne hipoteze o građi bioloških membrana - hipoteze o elementarnoj membrani. Prema hipotezi, elementarna membrana se sastoji od dvosloja miješanih polarnih lipida, u kojem su ugljikovodični lanci okrenuti prema unutra i tvore kontinuiranu ugljikovodičnu fazu, a hidrofilne glave molekula usmjerene su prema van, svaka od površina lipidnog dvosloja prekriven je monomolekularnim slojem proteina, čiji su polipeptidni lanci u izduženom obliku. Ukupna debljina elementarne membrane je 90 angstrema, a debljina lipidnog dvosloja je 60-70 angstrema.
Strukturna raznolikost membrana veća je od one koja se temelji na hipotezi elementarne membrane.
Ostali modeli membrana:
1. Strukturni protein membrane nalazi se unutar lipidnog dvosloja, a ugljikovodični repovi lipida prodiru u slobodne itd.................
Sinteza masnih kiselina
SINTEZA MASNIH KISELINA
1. De novo biosinteza (sinteza C16 palmitinske kiseline).
1. Sustav modifikacije masnih kiselina:
procesi elongacije masnih kiselina (produljenje za 2 atoma ugljika),
desaturacija (stvaranje nezasićene veze).
Značajan dio masnih kiselina sintetizira se u jetri, a manjim dijelom u masnom tkivu i laktacijskim žlijezdama.
de novo SINTEZA
Početna tvar je acetil-CoA.
Acetil-CoA, nastaje u mitohondrijskom matriksu kao rezultat oksidativne dekarboksilacije piruvata, krajnjeg produkta glikolize, mora se transportirati kroz membranu mitohondrija u citosol gdje dolazi do sinteze masnih kiselina.
FAZA I. TRANSPORT ACETIL-COA IZ MITOHONDRIJA U CITOSOLE
1. Karnitinski mehanizam.
2. U sastavu citrata nastalog u prvoj reakciji TCA ciklusa:
OKSALOACETAT |
||||
mitohondrije |
ACETIL-CoA |
1 HS-CoA |
||
citoplazma |
ACETIL-CoA |
||||||
MALAT OKSALOACETAT
NAD+ 3
1 - citrat sintaza; 2 – citrat-liaza;
3 - malat dehidrogenaza;
4 – malik enzim; 5 - piruvat karboksilaza
ETAPA II. STVARANJE MALONYL-CoA
CH3 -C- KoA |
COOH-CH2 - C-KoA |
acetil-CoA acetil-CoA karboksilaza, malonil-CoA koja sadrži biotin
Provodi ga multienzimski kompleks “sintaza masnih kiselina” koji uključuje 6 enzima i protein za prijenos acil-a (ATP). ACP uključuje derivat pantotenske kiseline 6-fosfopantetein, koji ima SH skupinu, sličnu HS-CoA.
STADIJ III. STVARANJE PALMITINSKE KISELINE
STADIJ III. STVARANJE PALMITINSKE KISELINE
Nakon toga, acil-ACP ulazi u novi ciklus sinteze. Nova molekula malonil-CoA dodaje se slobodnoj SH skupini ACP. Zatim se eliminira acilni ostatak, koji se prenosi na malonilni ostatak uz istovremenu dekarboksilaciju, te se ciklus reakcija ponavlja. Dakle, ugljikovodični lanac buduće masne kiseline postupno raste (za svaki ciklus - za dva atoma ugljika). To se događa dok se ne proširi na 16 ugljikovih atoma.
Sinteza palmitinske kiseline (C16) iz acetil-CoA.
1) Javlja se u citoplazmi stanica jetre i masnog tkiva.
2) Značaj: za sintezu masti i fosfolipida.
3) Javlja se nakon jela (tijekom razdoblja apsorpcije).
4) Nastaje iz acetil-CoA dobivenog iz glukoze (glikoliza → ODPVK → Acetil-CoA).
5) U procesu se uzastopno ponavljaju 4 reakcije:
kondenzacija → redukcija → dehidracija → redukcija.
Na kraju svakog LCD ciklusa produljuje se za 2 atoma ugljika.
Donor 2C je malonil-CoA.
6) NADPH + H + sudjeluje u dvije redukcijske reakcije (50% dolazi od PPP, 50% od enzima MALIC).
7) Samo prva reakcija događa se izravno u citoplazmi (regulatorna).
Preostala 4 ciklička temelje se na posebnom kompleksu palmitat sintaze (sinteza samo palmitinske kiseline)
8) Regulacijski enzim funkcionira u citoplazmi - Acetil-CoA karboksilaza (ATP, vitamin H, biotin, klasa IV).
Struktura kompleksa palmitat sintaze
Palmitat sintaza je enzim koji se sastoji od 2 podjedinice.
Svaki se sastoji od jednog PPC-a, na kojem se nalazi 7 aktivnih centara.
Svako aktivno mjesto katalizira vlastitu reakciju.
Svaki PPC sadrži acil prijenosni protein (ATP), na kojem se odvija sinteza (sadrži fosfopantetonat).
Svaka podjedinica ima HS grupu. U jednom, HS grupa pripada cisteinu, u drugom, fosfopantotenskoj kiselini.
Mehanizam
1) Acetil-Coa, dobiven iz ugljikohidrata, ne može ući u citoplazmu, gdje se odvija sinteza FA. Izlazi kroz prvu reakciju TCA ciklusa - stvaranje citrata.
2) U citoplazmi citrat se razgrađuje na acetil-Coa i oksalacetat.
3) Oksaloacetat → malat (reakcija TCA ciklusa u suprotnom smjeru).
4) Malat → piruvat, koji se koristi u ODPVC.
5) Acetil-CoA → sinteza FA.
6) Acetil-CoA se pretvara u malonil-CoA pomoću acetil-CoA karboksilaze.
Aktivacija enzima acetil-CoA karboksilaze:
a) pojačavanjem sinteze podjedinica pod utjecajem inzulina - tri tetramera se sintetiziraju odvojeno
b) pod utjecajem citrata dolazi do spajanja tri tetramera i aktiviranja enzima
c) tijekom gladovanja glukagon inhibira enzim (fosforilacijom), ne dolazi do sinteze masti
7) jedan acetil CoA iz citoplazme prelazi u HS skupinu (iz cisteina) palmitat sintaze; jedan malonil-CoA po HS skupini druge podjedinice. Dalje se pojavljuje palmitat sintaza:
8) njihova kondenzacija (acetil CoA i malonil-CoA)
9) redukcija (donator – NADPH+H + iz PPP)
10) dehidracija
11) redukcija (donator – NADPH + H + iz enzima MALIC).
Kao rezultat toga, acil radikal se povećava za 2 ugljikova atoma.
 |
Mobilizacija masti
Tijekom posta ili duže tjelesne aktivnosti oslobađa se glukagon ili adrenalin. Oni aktiviraju TAG lipazu u masnom tkivu koja se nalazi u adipocitima i tzv tkivna lipaza(osjetljivo na hormone). Razgrađuje masti u masnom tkivu na glicerol i masne kiseline. Glicerol odlazi u jetru za glukoneogenezu. FA ulaze u krv, vežu se za albumin i putuju do organa i tkiva, koriste se kao izvor energije (svi organi, osim mozga, koji koristi glukozu i ketonska tijela tijekom posta ili dugotrajnog vježbanja).
Za srčani mišić FA je glavni izvor energije.
β-oksidacija
β-oksidacija– proces cijepanja masnih kiselina za izvlačenje energije.
1) Specifični put katabolizma FA do acetil-CoA.
2) Javlja se u mitohondrijima.
3) Uključuje 4 reakcije koje se ponavljaju (tj. uvjetno cikličke):
oksidacija → hidratacija → oksidacija → cijepanje.
4) Na kraju svakog ciklusa, FA se skraćuje za 2 atoma ugljika u obliku acetil-CoA (ulazi u TCA ciklus).
5) Reakcije 1 i 3 su reakcije oksidacije i povezane su s CPE.
6) Vit. B 2 – koenzim FAD, vit. PP – NAD, pantotenska kiselina – HS-KoA.
Mehanizam prijenosa FA iz citoplazme u mitohondrije.
1. FA se moraju aktivirati prije ulaska u mitohondrije.
Samo aktivirani FA = acil-CoA može se transportirati kroz lipidnu dvostruku membranu.
Nositelj je L-karnitin.
Regulacijski enzim β-oksidacije je karnitin aciltransferaza-I (KAT-I).
2. CAT-I prenosi FA u intermembranski prostor.
3. Pod utjecajem CAT-I, acil-CoA se prenosi na transporter L-karnitina.
Nastaje acilkarnitin.
4. Uz pomoć translokaze ugrađene u unutarnju membranu, acilkarnitin prelazi u mitohondrij.
5. U matriksu se pod utjecajem CAT-II FA odcjepljuje od karnitina i ulazi u β-oksidaciju.
Karnitin se vraća natrag u međumembranski prostor.
reakcije β-oksidacije
1. Oksidacija: FA se oksidira uz sudjelovanje FAD (enzim acil-CoA-DG) → enoil.
FAD stiže u Centar za etiku (r/o=2)
2. Hidratacija: enoil → β-hidroksiacil-CoA (enzim enoil hidrataza)
3. Oksidacija: β-hidroksiacil-CoA → β-ketoacil-CoA (uz sudjelovanje NAD-a koji ulazi u CPE i ima p/o = 3).
4. Cijepanje: β-ketoacil-CoA → acetil-CoA (enzim tiolaza, uključuje HS-KoA).
Acetil-CoA → TCA ciklus → 12 ATP.
Acil-CoA (C-2) → sljedeći β-oksidacijski ciklus.
Proračun energije za β-oksidaciju
Na primjeru meristične kiseline (14C).
· Izračunajte koliko se acetil-CoA razgrađuje na masne kiseline
½ n = 7 → TCA ciklus (12ATP) → 84 ATP.
· Brojimo koliko je ciklusa potrebno da se raspadnu
(1/2 n)-1=6 5(2 ATP za 1 reakciju i 3 ATP za 3 reakcije) = 30 ATP
· Oduzmite 1 ATP potrošen na aktivaciju FA u citoplazmi.
Ukupno – 113 ATP.
Sinteza ketonskih tijela
Gotovo sav acetil-CoA ulazi u TCA ciklus. Manji dio se koristi za sintezu ketonskih tijela = acetonskih tijela.
Ketonska tijela– acetoacetat, β-hidroksibutirat, aceton (za patologiju).
Normalna koncentracija je 0,03-0,05 mmol/l.
Sintetizirani su samo u jetri iz acetil-CoA proizvedenog β-oksidacijom.
Kao izvor energije koriste ga svi organi osim jetre (bez enzima).
S produljenim postom ili dijabetesom, koncentracija ketonskih tijela može se povećati desetke puta, jer pod tim uvjetima, FA su glavni izvor energije. U tim uvjetima dolazi do intenzivne β-oksidacije, a sav acetil-CoA nema vremena iskoristiti u TCA ciklusu, jer:
nedostatak oksaloacetata (koristi se u glukoneogenezi)
· kao rezultat β-oksidacije nastaje puno NADH+H+ (u 3 reakcije) koji inhibira izocitrat-DH.
Posljedično, acetil-CoA ide u sintezu ketonskih tijela.
Jer Ketonska tijela su kiseline; uzrokuju pomak u acidobaznoj ravnoteži. Javlja se acidoza (zbog ketonemija).
Ne stignu se iskoristiti i pojavljuju se u mokraći kao patološka komponenta → ketourija. Također se osjeća miris acetona iz usta. Ovo stanje se zove ketoza.
Metabolizam kolesterola
kolesterol(Xc) je monohidrični alkohol baziran na prstenu.
27 atoma ugljika.
Normalna koncentracija kolesterola je 3,6-6,4 mmol/l, nije dopušteno više od 5.
· za izgradnju membrana (fosfolipidi: Xc = 1:1)
· sinteza žučne kiseline
· sinteza steroidnih hormona (kortizol, progesteron, aldosteron, kalcitriol, estrogen)
· u koži pod utjecajem UV zračenja koristi se za sintezu vitamina D3 – kolekalciferola.
Tijelo sadrži oko 140 g kolesterola (uglavnom u jetri i mozgu).
Dnevne potrebe - 0,5-1 g.
Sadržano samo u proizvodima životinjskog podrijetla (jaja, maslac, sir, jetra).
Chc se ne koristi kao izvor energije, jer njegov se prsten ne cijepa na CO 2 i H 2 O i ne oslobađa ATP (bez enzima).
Višak kolesterola se ne izlučuje, ne taloži, već se taloži u stijenci velikih krvnih žila u obliku plakova.
Tijelo sintetizira 0,5-1 g kolesterola. Što se više unosi hranom, manje se sintetizira u tijelu (normalno).
Kolesterol se u tijelu sintetizira u jetri (80%), crijevima (10%), koži (5%), nadbubrežnim žlijezdama i spolnim žlijezdama.
Čak i vegetarijanci mogu imati povišenu razinu kolesterola jer... Za njegovu sintezu potrebni su samo ugljikohidrati.
Biosinteza kolesterola
Pojavljuje se u 3 faze:
1) u citoplazmi - prije stvaranja mevalonske kiseline (slično sintezi ketonskih tijela)
2) u EPR – na skvalen
3) u hitnoj - na kolesterol
Oko 100 reakcija.
Regulacijski enzim je β-hidroksimetilglutaril-CoA reduktaza (HMG reduktaza). Statini za snižavanje kolesterola inhibiraju ovaj enzim).
Regulacija HMG reduktaze:
a) Inhibiran prema principu negativne povratne sprege viškom kolesterola iz hrane
b) Sinteza enzima može se povećati (estrogen) ili smanjiti (kolesterol i žučni kamenci)
c) Enzim aktivira inzulin defosforilacijom
d) Ako ima puno enzima, onda se višak može razgraditi proteolizom
Kolesterol se sintetizira iz acetil-CoA, dobivenim iz ugljikohidrata(glikoliza → ODPVC).
Rezultirajući kolesterol u jetri pakira se zajedno s mastima u ne-VLDL. VLDL ima apoprotein B100, ulazi u krv i nakon dodatka apoproteina C-II i E prelazi u zreli VLDL koji odlazi u LP lipazu. LP lipaza uklanja masti iz VLDL (50%), ostavljajući LDL koji se sastoji od 50-70% estera kolesterola.
· opskrbljuje kolesterolom sve organe i tkiva
· stanice imaju receptore u B100, pomoću kojih prepoznaju LDL i apsorbiraju ga. Stanice reguliraju unos kolesterola povećanjem ili smanjenjem broja B100 receptora.
U dijabetes melitusu može doći do glikozilacije B100 (dodavanje glukoze). Posljedično, stanice ne prepoznaju LDL i dolazi do hiperkolesterolemije.
LDL može prodrijeti u krvne žile (aterogene čestice).
Više od 50% LDL-a vraća se u jetru, gdje se kolesterol koristi za sintezu žučnih kiselina i inhibiciju vlastite sinteze kolesterola.
Postoji mehanizam zaštite od hiperkolesterolemije:
· regulacija sinteze vlastitog kolesterola prema principu negativne povratne sprege
stanice reguliraju unos kolesterola povećanjem ili smanjenjem broja receptora B100
· funkcioniranje HDL-a
HDL se sintetizira u jetri. Ima oblik diska i sadrži malo kolesterola.
LVP funkcije:
uklanja višak kolesterola iz stanica i drugih lipoproteina
· opskrbljuje C-II i E drugim lipoproteinima
Mehanizam djelovanja HDL-a:
HDL ima apoprotein A1 i LCAT (enzim lecitin kolesterol aciltransferaza).
HDL odlazi u krv, a LDL dolazi do nje.
A1 prepoznaje da LDL sadrži puno kolesterola i aktivira LCAT.
LCAT cijepa FA od HDL fosfolipida i prenosi ih u kolesterol. Nastaju esteri kolesterola.
Esteri kolesterola su hidrofobni, pa se kreću unutar lipoproteina.
TEMA 8
METABOLIZAM: METABOLIZAM PROTEINA
Vjeverice - To su visokomolekularni spojevi koji se sastoje od ostataka α-aminokiselina koji su međusobno povezani peptidnim vezama.
Peptidne veze nalaze se između α-karboksilne skupine jedne aminokiseline i amino skupine sljedeće α-aminokiseline.
Funkcije proteina (aminokiselina):
1) plastična (glavna funkcija) - proteini mišića, tkiva, dragulja, karnitina, kreatina, nekih hormona i enzima sintetiziraju se iz aminokiselina;
2) energija
a) u slučaju prekomjernog unosa hranom (>100 g)
b) tijekom duljeg posta
Posebnost:
Aminokiseline, za razliku od masti i ugljikohidrata, nisu pohranjeni .
Količina slobodnih aminokiselina u tijelu je oko 35 g.
Izvori proteina za tijelo:
proteini iz hrane (glavni izvor)
proteini tkiva
· sintetiziran iz ugljikohidrata.
Ravnoteža dušika
Jer 95% ukupnog dušika u tijelu pripada aminokiselinama, onda se o njihovom metabolizmu može suditi po ravnoteža dušika – omjer unesenog dušika i izlučenog urinom.
ü Pozitivno – manje se izlučuje nego unosi (u djece, trudnica, u razdoblju oporavka nakon bolesti);
ü Negativno – izlučuje se više nego što se prima (starost, razdoblje dugotrajne bolesti);
ü Ravnoteža dušika - kod zdravih ljudi.
Jer proteini hrane glavni su izvor aminokiselina, onda govore o “ potpunost proteinske prehrane ».
Sve aminokiseline se dijele na:
· zamjenjivi (8) – Ala, Gli, Ser, Pro, Glu, Gln, Asp, Asn;
· djelomično zamjenjivi (2) – Arg, Gis (sporo se sintetizira);
· uvjetno zamjenjivi (2) – Cis, Tyr (mogu se sintetizirati s obzirom na to primici nezamjenjivih – Met → Cis, Fen → Tyr);
· nezamjenjiv (8) – Val, Ile, Lei, Liz, Met, Tre, Fen, Tpf.
U tom smislu oslobađaju se proteini:
ü Kompletan – sadrži sve esencijalne aminokiseline
ü Nepotpuno – ne sadrži Met i Tpf.
Probava bjelančevina
Osobitosti:
1) Proteini se probavljaju u želucu i tankom crijevu
2) Enzimi – peptidaze (cijepaju peptidne veze):
a) egzopeptidaze – duž rubova od C-N krajeva
b) endopeptidaze – unutar proteina
3) Enzimi želuca i gušterače proizvode se u neaktivnom obliku - proenzimi(jer bi probavili vlastita tkiva)
4) Enzimi se aktiviraju djelomičnom proteolizom (cijepanjem dijela PPC-a)
5) Neke se aminokiseline raspadaju u debelom crijevu
 |
1. Ne probavljaju se u usnoj šupljini.
2. U želucu djeluje na bjelančevine pepsin(endopeptidaza). Razgrađuje veze koje tvore amino skupine aromatskih aminokiselina (Tyr, Fen, Tpf).
Pepsin proizvode glavne stanice kao neaktivan pepsinogen.
Parijetalne stanice proizvode klorovodičnu kiselinu.
Funkcije HCl:
ü Stvara optimalan pH za pepsin (1,5 – 2,0)
ü Aktivira pepsinogen
ü Denaturira proteine (olakšava djelovanje enzima)
ü Baktericidno djelovanje
Aktivacija pepsinogena
Pepsinogen se pod utjecajem HCl pretvara u aktivni pepsin polaganim cijepanjem 42 aminokiseline. Aktivni pepsin tada brzo aktivira pepsinogen ( autokatalitički).
Tako se u želucu proteini razgrađuju na kratke peptide koji ulaze u crijeva.
3. U crijevima enzimi gušterače djeluju na peptide.
Aktivacija tripsinogena, kimotripsinogena, proelastaze, prokarboksipeptidaze
U crijevu se pod utjecajem enteropeptidaze aktivira tripsinogen. Zatim se iz njega aktivirao tripsin aktivira sve ostale enzime djelomičnom proteolizom (kimotripsinogen → kimotripsin, proelastaza → elastaza, prokarboksipeptidaza → karboksipeptidaza).
tripsin cijepa veze koje tvore karboksilne skupine Lys ili Arg.
kimotripsin– između karboksilnih skupina aromatskih aminokiselina.
Elastaza- veze koje tvore karboksilne skupine Ala ili Gly.
karboksipeptidaza cijepa karboksilne veze s C-kraja.
Tako se u crijevu stvaraju kratki di- i tripeptidi.
4. Pod djelovanjem crijevnih enzima razgrađuju se na slobodne aminokiseline.
Enzimi – di-, tri-, aminopeptidaze. Nisu specifične za vrstu.
Rezultirajuće slobodne aminokiseline apsorbiraju se sekundarnim aktivnim transportom s Na+ (protiv koncentracijskog gradijenta).
5. Neke se aminokiseline raspadaju.
Truljenje – enzimski proces razgradnje aminokiselina u niskotoksične produkte uz oslobađanje plinova (NH 3, CH 4, CO 2, merkaptan).
Vrijednost: za održavanje vitalne aktivnosti crijevne mikroflore (pri truljenju Tyr stvara otrovne proizvode fenol i krezol, Tpf - indol i skatol). Otrovni proizvodi ulaze u jetru i neutraliziraju se.
Katabolizam aminokiselina
Glavni put – deaminacija – enzimski proces eliminacije amino skupine u obliku amonijaka i stvaranje keto kiseline bez dušika.
Oksidativna deaminacija
· Neoksidira (Ser, Tre)
Intramolekularni (Njegov)
· Hidrolitički
Oksidativna deaminacija (glavna)
A) Izravno – samo za Glu, jer za sve ostale, enzimi su neaktivni.
Pojavljuje se u 2 faze:
1) Enzimski
2) Spontano
Kao rezultat toga nastaju amonijak i α-ketoglutarat.
Transaminacijske funkcije:
ü Jer reakcija je reverzibilna, služi za sintezu neesencijalnih aminokiselina;
ü Početna faza katabolizma (transaminacija nije katabolizam, jer se broj aminokiselina ne mijenja);
ü Za preraspodjelu dušika u tijelu;
ü Sudjeluje u malat-aspartatnom shuttle mehanizmu prijenosa vodika u glikolizi (reakcija 6).
Odrediti aktivnost ALT i AST U klinici se mjeri de Ritisov koeficijent za dijagnosticiranje bolesti srca i jetre:
Na 0,6 – hepatitis,
1 – ciroza,
10 – infarkt miokarda.
Dekarboksilacija aminokiseline - enzimski proces uklanjanja karboksilne skupine u obliku CO 2 iz aminokiselina.
Kao rezultat toga nastaju biološki aktivne tvari - biogeni amini.
Enzimi – dekarboksilaze.
Koenzim – piridoksalfosfat ← vit. B6.
Nakon djelovanja, biogeni amini se neutraliziraju na 2 načina:
1) Metilacija (dodavanje CH3; donor - SAM);
2) Oksidacija s eliminacijom amino skupine u obliku NH 3 (MAO enzim – monoaminooksidaza).