1

6. Biochemia - lipidy

struktura i funkcja

Lipidy (tłuszczowce): struktura i funkcja

Lipidy proste

:

Triacyloglicerole (tłuszcze)

: estry kwasów tłuszczowych i glicerolu

Lipidy złożone

, 3 klasy:

-

fosfolipidy

-

glikolipidy

-

cholesterol

wchodzą w skład błon komórkowych

Fosfolipidy: pochodne glicerolu (nazywane fosfoglicerydami)
lub sfingozyny (nazywane sfingolipidami).

Fosfoglicerydy: glicerol + 2 łańcuchy kwasu tłuszczowego
+ ufosforylowany alkohol.

Klasy lipidów

Klasy lipidów

Lipidy zapasowe Lipidy błonowe (polarne)
(niepolarne)

Triacyloglicerole

Fosfolipidy Glikolipidy

Tłuszcz, czyli triacyloglicerol

Nasycone i nienasycone kwasy tłuszczowe

2

Kaszalot

Olbrot (spermacet): substancja z głowy
kaszalota, mieszanina triacylogliceroli
i wosków, płynna w 37

o

C, krystalizuje

w 31

o

C.

Masa olbrotu może wynosić 4 tony.

Pomaga kaszalotowi utrzymać się
na dużych głębokościach (poniżej 1000 m).

Woski: estry kwasów tłuszczowych (C

14

do C

36

) i alkoholi (C

16

do C

30

)

Wosk pszczeli

Komórki składujące tłuszcze

adipocyty świnki morskiej

kotyledon (stożek wzrostu)

z nasienia Arabidopsis

Skład niektórych tłuszczów

Fosfoglicerydy

: grupy hydroksylowe glicerolu C-1 i C-2 są zestyfikowane

grupami karboksylowymi 2 kwasów tłuszczowych.

Grupa C-3 glicerolu jest zestryfikowana kwasem fosforowym.
Taki fosfogliceryd jest nazywany

fosfatydem

lub

diacyloglicerolo-3-fosforanem

.

W błonach występują niewielkie ilosci fosfatydów,
ale pełnią one kluczową rolę jako związki pośrednie
w biosyntezie innych fosfolipidów.

glicerolo-3-fosforan

Glicerolofosfolipidy

nasycony kwas tłuszczowy (np. palmitynowy)

nienasycony kwas tłuszczowy
(np. oleinowy)

podstawnik
grupy fosforanowej

3

Związki, które estryfikują grupę fosforanową w fosfoglicerydach

Związki, które estryfikują grupę fosforanową w fosfoglicerydach

seryna etanoloamina cholina

glicerol inozytol

Schemat budowy fosfolipidu

kwas

tłuszczowy

kwas

tłuszczowy

fosforan

alkohol

g

li

c

e

ro

l

Archeony (Archaebacteria) zawierają unikalne lipidy błonowe

glicerol

grupy difitanylowe

glicerolo-3-fosforan

glicerol

Archeony mogą rozwijać się w temperaturze powyżej 100

o

C

Długie, rozgałęzione łańcuchy
alkilowe są bardziej odporne
na utlenienie.
Wiązanie eterowe jest bardziej
odporne na hydrolizę.

Fosfoglicerydy

4

Sfingolipidy: fosfolipidy błon niezawierające glicerolu

Sfingolipidy

zawierają, w miejsce glicerolu,

sfingozynę

, aminoalkohol

o długim łańcuchu węglowodorowym.

Grupa aminowa szkieletu sfingozyny łączy się z kwasem tłuszczowym
poprzez wiązanie amidowe.

Ponadto, pierwszorzędowa grupa hydroksylowa sfingozyny
jest zestryfikowana fosfocholiną.

Budowa sfingolipidu

sfingozyna

kwas tłuszczowy

podstawnik

Ceramid: N-acylosfingozyna

Glicerolofosfolipidy

nasycony kwas tłuszczowy (np. palmitynowy)

nienasycony kwas tłuszczowy
(np. oleinowy)

podstawnik
grupy fosforanowej

Podstawniki fosforanu w sfingolipidach

fosfatydylocholina (lecytyna):
fosfocholina
przyłączona do

glicerolu

sfingomielina:
fosfocholina
przyłączona
do

sfingozyny

Porównanie fosfolipidu i sfingolipidu

sfingozyna

kwas
tłuszczowy

kwasy
tłuszczowe

Glikolipidy: sfingolipidy z cukrem zamiast fosfocholiny

Cerebrozyd

: najprostszy glikolipid, zawiera pojedynczy cukier.

Globozydy

: neutralne (nienaładowane) cukry (Gal, Glc, Gal-N-Ac).

Gangliozydy

: zawierają kwas sjalowy (N-acetyloneuraminowy)

1 reszta kwasu sjalowego: GM (mono)
2 reszty kwasu sjalowego: GD (di)

5

Glikolipidy

Glikolipidy determinują grupy krwi ABO

Gangliozydy = najbardziej złożone sfingolipidy,

których łańcuch cukrowy, zawierający co najmniej jeden kwaśny cukier,

jest związany z ceramidem

Gangliozydy powstają w wyniku
uporządkowanego, stopniowego
dodawania reszt cukrów
do ceramidu (N-acylosfingozyny).

O strukturze gangliozydu
decyduje swoistość
glikozylotransferaz.

Fosfolipidy i sfingolipidy są degradowane w lizosomach

Enzymy, które je degradują, to fosfolipazy

Do degradacji glikolipidów potrzebne są również glikozydazy

Mutacje enzymów degradujących glikolipidy moga być przyczyną

chorób spichrzowych

ββββ

-galaktozydaza

gangliozydaza

6

Choroby spichrzowe polegają na gromadzeniu
się produktów rozpadu glikolipidów

choroba Tay-Sachsa

choroba Sandhoffa

choroba Fabry’ego

heksozaminidaza A

neuraminidaza
gangliozydowa

ββββ

-galaktozydaza

heksozaminidaza A i B

αααα

-galaktozydaza A

Choroby spichrzowe

choroba Gauchera

choroba Niemanna-Picka

glukocerebrozydaza

sfingomielinaza

Wycinek komórki nerwowej mózgu dziecka z chorobą Tay-Sachsa.
Nagormadzenie się glikolipidow powoduje uszkodzenie komórek.

depozyty glikolipidów

Kwasy tłuszczowe

Kwasy tłuszczowe

Lipidy błonowe są cząsteczkami amfilowymi:
zawierają grupy hydrofilowe i hydrofobowe

polarna „głowa”

węglowodorowy (niepolarny)
„ogon”

wiązanie eterowe

7

Fosfolipidy i glikolipidy tworzą w środowisku wodnym

warstwy bimolekularne (dwuwarstwy)

micela

błona dwuwarstwowa

Przestrzenny model dwuwarstwy lipidowej

Wiele białek błonowych jest osadzonych w dwuwarstwie lipidowej

Decydujący etap w syntezie kwasów tłuszczowych:

tworzenie malonylo-koenzymu A

Karboksylaza acetylo-CoA: enzym zawierający

biotynę

jako grupę prostetyczną.

1. Biotyna-enzym + ATP + HCO

3

-

CO

2

~biotyna-enzym + ADP + P

i

2. CO

2

~biotyna-enzym + acetylo-CoA 





 malonylo-CoA + biotyna-enzym

Biotyna

(witamina H, witamina B

7

) jest grupą prostetyczną

enzymów katalizujących karboksylację zależną od ATP.
W reakcjach tych biotyna przenosi CO

2

.

Tworzenie malonylo-koenzymu A

karboksybiotyna

8

Karboksylaza acetylo-CoA: karboksylaza biotynowa + transkarboksylaza

Synteza kwasu palmitynowego
przez syntazę kwasów tłuszczowych

Syntaza kwasów
tłuszczowych:
zespół enzymów, które
wytwarzają kwasy tłuszczowe

Fosfopantoteina jest reaktywnym ugrupowaniem ACP
(Acyl Carrying Protein, białka przenoszącego grupy acylowe) i CoA

W jej skład
wchodzi

kwas pantotenowy

Acyl Carrying Protein
jest częścią
syntazy kwasów
tłuszczowych

Kwas pantotenowy

wchodzi też w skład

acetylo-koenzymu A, czynnika przenoszącego
grupy acetylowe

Synteza kwasów tłuszczowych: Etap 1: Kondensacja.
Przyłączenie grupy acetylowej do grupy malonylowej z uwolnieniem CO

2

Syntaza kwasów
tłuszczowych

Etap 2: Redukcja.
Redukcja acetyloacetylo-ACP
do 3-hydroksybutyrylo-ACP

9

Etap 3: Odwodnienie,
z wytworzeniem krotonylo-ACP.

Etap 4: Ponowna redukcja,
z wytworzeniem
butyrylo-ACP.
Nastąpiło wydłużenie
kwasu tłuszczowego
o 2 atomy węgla.

Białka kompleksu syntazy kwasów tłuszczowych u E. coli

ACP Nośnik grup acylowych

wiąże grupy acylowe przez tioester

AT

Transacetylaza acetylo-CoA-ACP

przenosi grupę acylową z CoA

na resztę Cys w KS

KS

Syntaza

ββββ

-ketoacetylu

kondensuje grupy acylowe i malonylowe

MT Transferaza malonylo-CoA-ACP

przenosi grupy malonylowe z CoA na ACP

KR Reduktaza

ββββ

-ketoacetylo-ACP

redukuje grupę

ββββ

-ketonową

do

ββββ

-hydroksy

HD Dehydrataza

ββββ

-hydroksyacylo-ACP

usuwa wodę z

ββββ

-hydroksyacylo-ACP

tworząc podwóje wiązanie

ER Reduktaza enoilo-ACP

redukuje podwójne wiązanie,
tworząć nasycony acylo-ACP

Synteza kwasów tłuszczowych

Kompleks syntazy kwasów tłuszczowych:
każdy segment = aktywność enzymatyczna
Niebieski = enzym aktywny w następnym etapie

ACP

Nośnik grup acylowych

AT

Transacetylaza acetylo-CoA-ACP

KS

Syntaza

ββββ

-ketoacetylu

MT

Transferaza malonylo-CoA-ACP

KR

Reduktaza

ββββ

-ketoacetylo-ACP

HD

Dehydrataza

ββββ

-hydroksyacylo-ACP

ER

Reduktaza enoilo-ACP

AT

Transacetylaza acetylo-CoA-ACP

KS

Syntaza

ββββ

-ketoacetylu

Przeniesienie acetylu na KS: AT

Przeniesienie malonylu na ACP: MT

KS

Syntaza

ββββ

-ketoacetylu

MT

Transferaza malonylo-CoA-ACP

10

1. Kondensacja: KS

KS

Syntaza

ββββ

-ketoacetylu

KR

Reduktaza

ββββ

-ketoacetylo-ACP

2. Redukcja ketonu

KR

Reduktaza

ββββ

-ketoacetylo-ACP

HD

Dehydrataza

ββββ

-hydroksyacylo-ACP

3. Dehydratacja

HD

Dehydrataza

ββββ

-hydroksyacylo-ACP

ER

Reduktaza enoilo-ACP

4. Redukcja podwójnego wiązania

ER

Reduktaza enoilo-ACP

AT

Transacetylaza acetylo-CoA-ACP

Translokacja powstałego butyrylu z ACP na KS

AT

Transacetylaza acetylo-CoA-ACP

MT

Transferaza malonylo-CoA-ACP

Początek następnego etapu syntezy

MT

Transferaza malonylo-CoA-ACP

KS

Syntaza

ββββ

-ketoacetylu

KR

Reduktaza

ββββ

-ketoacetylo-ACP

11

bakterie:
siedem polipeptydów

drożdże:
dwa polipeptydy

kręgowce:
jeden polipeptyd

Struktura syntaz kwasów tłuszczowych

Synteza kwasów tłuszczowych: cytozol w większości organizmów,

ale chloroplasty w roślinach

Wydłużanie kwasów tłuszczowych i tworzenie wiązań nienasyconych

zachodzi z udziałem dodatkowych układów enzymatycznych

Głównym produktem syntezy kwasów tłuszczowych jest palmitynian.
U eukariotów dłuższe kwasy tłuszczowe powstają w reakcjach elongacji
(wydłużenia), katalizowanych przez enzymy na cytozolowej powierzchni
retikulum endoplazmatycznego.

Podczas elongacji cząsteczek acylo-CoA donorem dwuwęglowych
jednostek jest malonylo-CoA.

Nienasycone kwasy tłuszczowe:

kwas linolowy: 18:2 (

∆∆∆∆

9,12

)

kwas linoleinowy: 18:3 (

∆∆∆∆

9,12,15

)

kwas arachidonowy: 20:4 (

∆∆∆∆

5,8,11,14

)

Długość łańcucha:ilość wiązań podwójnych
(

∆∆∆∆

numer węgla,przy którym zaczyna się podwójne wiązanie

)

Nasycone i nienasycone kwasy tłuszczowe

Nasycony nienasycony kwas tłuszczowy

Synteza innych kwasów tłuszczowych

Kręgowce nie mogą wytworzyć kwasu
linolowego 18:2(

∆∆∆∆

9,12

)

i linoleinowego 18: 3(

∆∆∆∆

9,12,15

), dlatego są to

niezbędne (egzogenne) kwasy tłuszczowe.

Synteza nienasyconych kwasów tłuszczowych

desaturaza
kwasów tłuszczowych

W organizmach ssaków nie ma enzymów zdolnych do tworzenia
podwójnych wiązań w położeniu dalszym niż przy węglu-9.
Dlatego konieczne jest spożywanie takich kwasów tłuszczowych,
zawartych np. w rybach.

12

Desaturazy roślinne
utleniają reszty oleinowe
związane z fosfatydylocholiną
do polinienasyconych kwasów
tłuszczowych.

Kwasy omega-nienasycone: niezbędne do życia.
Występują w oleju roślinnym (len, orzechy, zielone rośliny liściaste,
a także ryby morskie).

Kwasy

ω

ωω

ω

-nienasycone

mogą być

ω

ωω

ω

-3 lub

ω

ωω

ω

-6.

Liczba obok symbolu

ω

ωω

ω

oznacza numer atomu węgla,
przy którym zaczyna się
podwójne wiązanie.

Kwasy omega-nienasycone

Trans-nienasycone kwasy tłuszczowe: niebezpieczne dla zdrowia

trans- cis-nienasycony nasycony

Kwasy tłuszczowe trans-nienasycone
powstają z kwasów cis-nienasyconych
w wyniku podgrzewania.

Takie kwasy tłuszczowe mają niższą
temperaturę topnienia niż kwasy
cis-nienasycone, w związku z czym mogą
być używane w formie stałej (margaryna).

Rośliny nie produkują kwasów
trans-nienasyconych, a tłuszcze zwierzęce
nie zawierają w ogóle kwasów nienasyconych.

Wykazano, że kwasy trans-nienasycone
powodują podwyższenie stężenia
cholesterolu LDL i obniżenie HDL.

Prekursorem glicerolofosfolipidów jest
kwas fosfatydowy, który powstaje
z glicerolo-3-fosforanu.

Triacyloglicerole również powstają
z kwasu fosfatydowego.
Produktem pośrednim jest
diacyloglicerol.

13

Fosfolipidy powstają z diacyloglicerolu poprzez dodanie
bocznej grupy estryfikującej

Cholina, składnik
fosfatydylocholiny
(zwanej też lecytyną),
u ssaków musi być dostarczana
z pożywieniem.

Hormony ikozanoidowe powstają z wielonienasyconych

kwasów tłuszczowych

Arachidonian (20:4)

jest prekursorem cząsteczek sygnałowych, takich jak

prostaglandyny, prostacyklina, tromboksany i leukotrieny.

Prostaglandyny

: 20-węglowe kwasy tłuszczowe

zawierające pierścień 5-węglowy.
PG(A...I)

n

n: ilość podw. wiązań poza pierścieniem.

Ikozanoidy: prostaglandyny, prostacyklina, tromboksany, leuktrieny

Prostacyklina

i

tromboksan

: związki pokrewne,

które powstają z prostaglandyn.

Leukotrieny

: pochodne arachidonianu,

zawierają 3 wiązania podwójne.

Prostaglandyny

i inne ikozanoidy są lokalnymi hormonami.

Stymulują stany zapalne, regulują przepływ krwi, kontrolują transport jonów
przez błony, modulują przekazywanie impulsów nerwowych, indukuja sen.

Prostaglandyny mają wiele funkcji regulacyjnych

Ikozanoidy są parahormonami: przenoszą sygnał do sąsiednich komórek
(nazwa: eikosi (gr): dwadzieścia).

Wszystkie ikozanoidy są pochodnymi kwasu arachidonowego
(20:4(

∆∆∆∆

5,8,11,14

)).

Kwas arachidonowy powstaje z kwasu lineinowego (

∆∆∆∆

9,12

),

który musi być dostarczany z pożywieniem.

kwas arachidonowy

fosfolipaza A

2

lipid
błonowy

14

Biosynteza prostaglandyn

Cyklooksygenaza (COX)

: enzym

o 2 aktywnościach:
cyklooksygenza i peroksydaza

Cyklooksygenaza jest hamowana
przez niesterydowe leki przeciwazapalne,
takie jak

aspiryna

i

paracetamol

.

Aktywacja syntezy prostaglandyn

Aspiryna i jej analogi hamują cyklooksygenazę

(Tylenol,
Paracetamol,
Codipar)

(Ibuprom, Ibupar, Advil)

NSAID: non-steroid
anti-inflammatory drugs
(niesterydowe leki
przeciwzapalne)

Wierzba płacząca (Salix alba)

1763: Edmund Stone z Anglii stwierdził,
że kora wierzby jest skuteczna
przeciw gorączce.

Tawuła błotna (Spiraea ulmaria)

1830: niemieccy chemicy oczyścili
aktywny komponent z tawuły błotnej.

1899: Bayer wprowadza na rynek Aspirin

®

(a: acetyl; spir: Spiraea)

15

Struktura cyklooksygenazy (COX)

hem

dwie identyczne podjednostki

Tyr 385

Ser 530

Aspiryna

U ssaków istnieją 2 formy cyklooksygenazy: COX-1 i COX-2.

COX-1 syntezuje prostaglandyny, które regulują wydzielanie
mucyn (polisacharydy) w przewodzie pokarmowym.
COX-2 syntezuje prostaglandyny, które wpływają na temperaturę
ciała, regulują gorączkę i odczucie bólu.

COX-1 i COX-2 mają bardzo podobną budowę, ale kanał wiodący
do miejsca katalitycznego jest trochę inny.

COX-1 ze związanym
ibuprofenem

COX-2 ze związanym
inhibitorem Sc-558

Zaprojektowano leki, które swoiście hamują COX-2.
Okazały się bardzo skuteczne w leczeniu reumatyzmu.

(Pfizer) (Merck, Sharp & Dohme)

Stwierdzono, że Vioxx® może spowodować zawał serca,
więc został wycofany z rynku.
W roku 2006 firma Merck w USA miała 14 000
pozwów sądowych o spowodowanie
śmierci u osób zażywających Vioxx.

ilość recept

Cholesterol: lipid błonowy organizmów eukariotycznych

Cholesterol

polarna
głowa

alkilowy
łańcuch
boczny

16

Cholesterol moduluje płynność błon organizmów eukariotycznych

Prekursorem syntezy cholesterolu jest acetylokoenzym A

Mewalonian i skwalen – związki pośredniczące w syntezie cholesterolu

4 etapy

octan

mewalonian

aktywowany izopren

skwalen

1. Kondensacja 3 cząsteczek octanu

2. Konwersja mewalonianu

w aktywowany izopren

3. Kondensacja sześciu cząsteczek

izoprenu w skwalen (30 C)

4. Cyklizacja skwalenu

w cholesterol

skwalen

cholesterol

1. Powstanie mewalonianu

acetylo-CoA

acetoacetylo-CoA

3-hydroksy-3-metyloglutarylo-CoA

mewalonian

Reduktaza 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-CoA
(główny enzym regulujący syntezę cholesterolu)
skrót: reduktaza HMG-CoA

2. Konwersja mewalonianu w izopren

mewalonian

5-fosfomewalonian

5-pirofosfomewalonian

3-fosfo-5-pirofosfomewalonian

pirofosforan izopentynylu

pirofosforan dimetyloallilu

17

3. Kondensacja sześciu cząsteczek izoprenu w skwalen (30 C)
i) Powstanie pirofosforanu geranylu

pirofosforan izopentynylu

pirofosforan dimetyloallilu

pirofosforan geranylu

pirofosforan geranylu (10 C)

ii) Powstanie pirofosforanu farnezylu

pirofosforan farnezylu (15 C)

iii) Powstanie skwalenu

pirofosforan farnezylu

skwalen

4. Cyklizacja skwalenu w cholesterol

skwalen

epoksyd skwalenu

stigmasterol

ergosterol

lanosterol

cholesterol

(rośliny)

(grzyby)

wymaga molekularnego tlenu

Pochodne cholesterolu

Większość cholesterolu powstaje w wątrobie, i większość jest eksportowana
w postaci soli kwasów żółciowych i estrów cholesterolu.

Sole kwasów żółciowych są
syntezowane w wątrobie,
magazynowane i zagęszczane
w pęcherzyku żółciowym,
i uwalniane stamtąd do jelita
cienkiego.

Sole te działają emulgująco
na tłuszcze pokarmowe.

Ułatwiają hydrolizę tłuszczów
przez lipazy i ich wnikanie
przez ściany jelita.

Estry cholesterolu

Estry cholesterolu powstają
w wątrobie i są transportowane
w postaci lipoprotein.

18

Cholesterol i triacyloglicerole są transportowane

do komórek docelowych przez lipoproteiny

Właściwości lipoprotein osocza krwi

przemieszczanie estrów

cholesterolu do IDL i LDL

A

endogenne estry

cholesterolu

Lipoproteiny o dużej

gęstości (HDL)

endocytoza do wątroby
i innych tkanek z udziałem
receptorów

B-100

endogenne estry
cholesterolu

Lipoproteiny o małej
gęstości (LDL)

endocytoza do wątroby
z udziałem receptorów

i zmiana do LDL

B-100, E

endogenne estry
cholesterolu

Lipoproteiny o
pośredniej gestości
(IDL)

hydroliza przez lipazę
lipoproteinową

B-100, C, E

endogenne
triacyloglicerole

Lipoproteiny o
bardzo małej gęstości
(VLDL)

endocytowa do wątroby
z udziałem receptorów

B-48, E

estry cholesterolu
z pożywienia

Chylomikrony
resztkowe

hydroliza przez lipazę
lipoproteinową

B-48, C, E

triacyloglicerole
z pożywienia

Chylomikrony

Mechanizm uwalniania

lipidów

Apoliproteiny

Głowne lipidy

rdzenia

Lipoproteiny

Lipoproteiny

Lipoproteiny i transport lipidów

LDL

: transport cholesterolu

do tkanek obwodowych
i regulacja syntezy de novo
cholesterolu w tych miejscach.

HDL

: pobieranie cholesterolu

uwalnianego przez obumierające
komórki i błony ulegajace przemianom.

Chylomikrony

transportują

triacylglicerole,cholesterol
i inne lipidy otrzymywane
z pokarmem

VLDL

: nadmiar triacylgliceroli

i cholesterolu, przekraczający
własne potrzeby watroby

Low-density lipoprotein (lipoproteina o małej gęstości)

apoliproteina B-100;
MW=513 000

monowarstwa
fosfolipidowa

triacyloglicerole

wolny (niezestryfikowany)
cholesterol

estry cholesterolu

Receptor LDL odgrywa kluczową role w kontroli

metabolizmu cholesterolu

ApoB-100 ulega degradacji
w lizosomach.

Receptor dla ApoB-100 (LDL)
powraca na powierzchnię komórki.

ApoB-100 jest obecne również
w VLDL, ale domena wiążąca
receptor nie jest dostępna dla
receptora.

Receptor dla LDL: białko transportowe z pięcioma różnymi domenami

Wiązanie LDL: dużo Asp i Glu.
Protonacja w endosomach powoduje
uwolnienie LDL.

Oligosacharydy zwiazane N-glikozydowo

Oligosacharydy związane O-glikozydowo

Domena transmembranowa

Domena cytozolowa, kontroluje interakcje
receptora z dołkami opłaszczonymi

19

Apolipoproteiny ludzkich lipoprotein osocza

daje sygnał do usuwania

VLDL

i resztek chylomikronów

Chylomikrony,

VLDL, HDL

34,145

ApoE

HDL

32,500

ApoD

hamuje lipazę

lipoproteinową

Chylomikrony,

VLDL, HDL

8,751

ApoC-III

aktywuje lipazę

lipoproteinową

Chylomikrony,

VLDL, HDL

8,837

ApoC-II

VLDL, HDL

7,000

ApoC-I

wiąże receptor LDL

VLDL, LDL

513,000

ApoB-100

chylomikrony

240,000

ApoB-48

chylomikromy, HDL

44,000

ApoA-IV

HDL

17,380

ApoA-II

aktywuje LCAT (lecitihin-

cholesterol acyl transferase)

HDL

28,331

ApoA-I

Funkcja

Asocjacja z

lipoproteiną

M.cz.

Apolipoproteina

Lipoproteiny – podział pracy

Chylomikrony

: transport triacyloglicerydow

LDL

: transport cholesterolu i estrów cholesterolu („zły” cholesterol, transportuje do komórek)

HDL

: transport „zużytego” cholesterolu („dobry” cholesterol, transportuje do wątroby)

Względna ilość HDL i LDL wpływa na powstawanie płytek miażdżycowych w naczyniach

Cholesterol/HDL > 4.5 ⇒

⇒

⇒

⇒

duże ryzyko zawału serca

Cholesterol całkowity: kobiety 157-167; mężczyźni 150-174

<200 mg/dl (<5.2 mmol/l)

HDL: kobiety 52-55

>50 mg/dl (1,3 mmol/l)

mężczyźni 35

>35 mg/dl (0.9 mmol/l)

LDL: kobiety 100-106;

mężczyźni 97-116

<135 mg/dl (<3.5 mmol/l)

Płytka miażdżycowa

Apolipoproteina E i choroba Alzheimera

Apolipoprteina E wchodzi w skład chylomikronów, VLDL i HDL.

U człowieka są 3 odmiany (allele): ApoE2 (7%); ApoE3 (78%); ApoE4 (15%).

ApoE4 spotyka się bardzo często u ludzi z chorobą Alzheimera.

Homozygota ApoE4: 16-krotny wzrost ryzyka zachorowania na chorobę Alzheimera.

Prawdopodobna przyczyna: ApoE stabilizuje cytoszkielet neuronów.

ApoE2 i ApoE3 wiążą się do białek mikrotubuli neuronowych;
ApoE4 nie wiąże się do nich.
Może to przyspieszać śmierć neuronów.

Regulacja biosyntezy cholesterolu

Cholesterol może być otrzymywany z pokarmem
lub syntezowany de novo.

Szybkość syntezy cholesterolu zależy od stężenia
tego związku w komórkach.

W regulacji tej pośredniczą zmiany w ilości i aktywności
reduktazy

3-hydroksy-3-metyloglutarylo CoA

(reduktaza HMG-CoA),

która katalizuje syntezę mewalonianu (etap 1 syntezy cholesterolu).

Regulacja biosyntezy cholesterolu

Reduktaza HMG-CoA

insulina

glukagon

cholesterol stymuluje proteolizę
reduktazy HMG-CoA

Analogi mewalonianu zwane

statynami

hamują reduktazę HMG-CoA,

obniżając stężenie cholesterolu

20

Sterole roślinne hamują wchłanianie cholestrolu w przewodzie
pokarmowym i mogą obniżać całkowite stężenie cholesterolu.
Nie mają jednak wpływu na stężenie cholesterolu HDL.

Rodzinna hipercholesterolemia występuje
w postaci heterozygotycznej u ~1 na 500 osób.
U homozygot przebieg choroby może być
bardzo ciężki (zgon przed ukończeniem 30 roku).

Postaci heterozygotyczne charakteryzują się
przedwczesnym wystąpieniem objawów
miażdżycy.

Liczba aktywnych funkcjonalnie receptorów
dla LDL w komórce obniża się do 50%.

Rodzinna hipercholerolemia:
depozyty estrów
cholesterolu w skórze
i łuk lipidowy w tęczówce
(obwódka starcza).

Hormony steroidowe

Sterole

: grupa –OH

w poz. 3

Hormony steroidowe powstają z cholesterolu

Wpływają na metabolizm
białek i węglowodanów;
hamują odpowiedź odpornościową;
reakcje zapalne i alergiczne

Regulują reabsorpcję
Na

+

, Cl

-

, HCO

3

-

w nerkach

Męskie i żeńskie hormony:
wpływają na cechy płciowe;
regulują cykl rozrodczny

Synteza progesteronu i kortykoidów

główny kortykosteroid

Reguluje żeński
cykl rozrodczy

kortykosteroid

21

Synteza androgenów i estrogenów

hormon męski

hormon żeński

hormon żeński

Reguluje żeński
cykl rozrodczy

Hormony, kóre powstają z cholesterolu

testosteron, hormon męski

(jądra)

estradiol, jeden z hormonów żeńskich

(jajniki, łozysko)

kortizol, regulacja metabolizmu glukozy aldosteron (regulacja wydzielania soli)

(kora nadnerczy)

Przekształcanie cholesterolu w glikokortykoidy i androgeny
w warstwie pasmowatej i siatkowatej korze nadnerczy

(glikokortykoidy)

(androgeny)

Androgeny nadnerczy:
DHEA i androstenedion

,

nie mają większego znaczenia
u mężczyzn po zakończeniu
okresu dojrzewania.
U kobiet nadnercza są
podstawowym źródłem
androgenów obecnych
w osoczu.
Androgeny nadnerczy
są odpowiedzialne za
owłosienie łonowe
i pachowe.
W mniejszym stopniu
są odpowiedzialne za
różnicowanie i rozwój
zewnętrznych narządów
płciowych.

Mutacje w genach kodujących 11

ββββ

-hydroksylazę i 21

ββββ

-hydroksylazę

powodują, że powstaje mało glukokortykoidów, a ich prekursory
zostają przekształcone w androgeny. U kobiet może to powodować
wirylizację, czyli powstanie męskich cech.

Witamina D powstaje z cholesterolu poprzez działanie

światła rozszczepiającego pierścień

Witamina D

odgrywa zasadniczą rolę w kontrolowaniu

metabolizmu wapnia i fosforu.

7-dehydrocholesterol obecny w skórze (prowitamina D

3

),

w wyniku reakcji fotochemicznej zachodzącej pod wpływem
promieniowania ultrafioletowego, zmienia się w prewitaminę D

3

,

która spontanicznie izomeryzuje do witaminy D

3

.

Brak witaminy D w dzieciństwie powoduje krzywicę.

7-dehydrocholesterol

cholekalcyferol (prowitamina D

3

)

światło UV

skóra

22

Witamina D

3

zmienia się w wątrobie i nerkach

w 1,25-dihydroksycholekalcyferol, hormon, który reguluje wchłanianie Ca

cholekalcyferol
(witamina D

3

)

1,25-dihydroksycholekalcyferol
(1,25-dihydroksywitamina D

3

)

wątroba
nerki

Jednostki pięciowęglowe łączą się, tworząc różnorodne makrocząsteczki

Witamina A powstaje z

ββββ

-karotenu

ββββ

-karoten

witamina A

1

(retinol)

przecięcie

utlenienie
alkoholu
do aldehydu

11-cis-retinal

światło
widzialne

trans-retinal

utlenienie
alkoholu
do kwasu

kwas
retinowy

hormonalny
sygnał
do komórek
nabłonkowych

Retinal wiąże się z opsyną (bialko) tworząc rodopsynę.

neuronowy
sygnał
do mózgu
(widzenie)

Terpeny: substancje, których podstawową jednostką

strukturalną jest izopren

Monoterpeny

: 2 x izopren (2 x 5 C): olejki eteryczne (kamfora, mentol, cytral)

Seskwiterpeny

: 3 x izopren (3 x 5 C): olejki eteryczne (salinen w selerze),

roślinne czynniki wzrostu

Dwuterpeny

: 4 x izopren (4 x 5C): kwasy żywiczne, fitol (składnik chlorofilu)

Triterpeny

: 6 x izopren (6 x 5C): skwalen, cholesterol, saponiny (naturalne detergenty),

glikozydy nasercowe (digitoksyna)

Tetraterpeny

: 8 x izopren (8 x 5C): karotenoidy

Wieloterpeny

: kauczuk

Izopren nie występuje w stanie wolnym, ani nie bierze udziału w biosyntezie terpenów.
Związkiem wyjściowym jest pirofosforan izopentynylu.

Przykłady biologicznie aktywnych związków izoterpenoidowych

Witamina E
(antyutleniacz)

Witamina K

1

(czynnik krzepnięcia krwi)

Warfaryna
(antykoagulant)

Ubichinon
(przenośnik elektronów
w mitochondriach)

Plastochinon
(przenośnik elektronów
w chloroplastach)

Dolichol
(przenośnik cukrów)

Terpeny

laur (wawrzyn) cytryna imbir

23

Terpeny

Mentol

znany był i stosowany (w Japonii i Chinach) jako lek jeszcze przed naszą erą. Występuje w

olejku mięty pieprzowej i wielu innych olejkach eterycznych. Ma zapach mentolowy. Stosowany
jest nie tylko jako środek zapachowy, ale również lekko drażniący, chłodzący, miejscowo
znieczulający, odświeżający i dezynfekujący. Z tego względu spotyka się go w środkach do
pielęgnacji jamy ustnej, włosów, oraz wodach kolońskich.

α

αα

α

-Terpineol

jest jedną z najważniejszych substancji zapachowych z grupy monocyklicznych

alkoholi terpenowych. Występuje w olejkach eterycznych, m. in. pomarańczowym i
muszkatołowym. Ma zapach bzu i jest stosowany do aromatyzowania mydeł i preparatów do
kąpieli. Podobnie jak mentol wykazuje właściwości dezynfekujące.

Terpenowe ketony cykliczne (

jonony

i

irony

) - związki o zapachu drewna cedrowego,

przechodzącym po rozcieńczeniu w zapach fiołkowy. Należą do najcenniejszych substancji
stosowanych w perfumerii. Ich odkrycie, poznanie budowy i opracowanie metod syntezy jest
jedną z ciekawszych kart historii związków zapachowych. Jonony występują w wielu olejkach
eterycznych (przeważa

α

αα

α

-jonon i znajdują zastosowanie w kompozycjach kwiatowych, takich jak

fiołek, róża, cyklamen, chypre oraz kompozycjach fantazyjnych.

Terpeny

Irony

(71, 72, 73) maja budowę podobną do jononów, często określane są mianem 6-metylo-

jononów. Podobnie jak jonony występują w odmianach izomerycznych, różniących się
położeniem wiązania podwójnego. Są to związki o zapachu fiołka, pozyskiwane z olejku
irysowego oraz otrzymywane metodą syntezy. Są cennymi składnikami perfum.

Terpeny

Ze związków seskwiterpenowych najważniejsze są alkohole alifatyczne, np.

farnezol

(62) i

nerolidol

(63).

Farnezol

(62) występuje w olejku eterycznym kwiatostanu lipy i olejku pomarańczowym. Jest

to gęsta ciecz, o przyjemnym zapachu konwalii, stosowana m. in. do perfumowania pudrów.

Nerolidol

(63) jest składnikiem olejku pomarańczowego oraz balsamu peruwiańskiego, posiada

przyjemny, balsamiczny zapach.
Szczególnie cenne własności organoleptyczne, znajdujące bezpośrednie zastosowanie w
kompozycjach zapachowych, mają alifatyczne alkohole pochodne monoterpenów, np.

rodinol

(64),

cytronellol

(65) i

linalol

(66).

Terpeny

Kauczuk jest cis-poliizoprenem
o masie cząsteczkowej
od 100 000 do 1 000 000.

Kauczukowiec brazylijski (Hevea brasiliensis)

24

Wulkanizacja (Goodyear, 1843) polega na wytworzeniu
disiarczkowych połączeń między łańcuchami węglowodorowymi
poliizoprenu.

Dolichole

Dolichole

: izoprenoidowe alkohole.

U eukariotów jest transporterem
oligosacharydów,
które następnie są przenoszone na białka
w procesie glikozylacji.

Tetraterpeny: karotenoidy

ββββ

-karoten: prekurson dla retinalu, chormoforu występującego we wszytskich znanych

barwnikach wzrokowych

Badanie lipidów

homogenizacja chloroform/metanol/woda

ekstrakcja

chromatografia cienkowarstwowa

adsorpcja na żelu silikonowym

metylacja

chromatografia gazowo-cieczowa
lub
wysokociśnieniowa chromatografia cieczowa

Widmo masowe

06. Biochemia - lipidy

Tematy do zapamiętania

1. Lipidy proste i złożone.
2. Fosfolipidy: fosfoglicerydy i sfingolipidy. Ceramid.
3. Glikolipidy.
4. Działanie fosfolipaz.
5. Budowa dwuwarstwy lipidowej, rola w komórce.
6. Prostaglandyny: rola fizjologiczna.
7. Działanie aspiryny i innych leków przeciwzapalnych.
8. Cholesterol: budowa i funkcja.
9. Transport cholesterolu: LDL i HDL.
10. Hormony steroidowe.
11. Terpeny i kauczuk.