METABOLIZM KWASÓW
TŁUSZCZOWYCH

Kwasy tłuszczowe – grupa związków zawierających

długi łańcuch węglowodorowy zakończony grupą

karboksylową

Kwasy tłuszczowe spełniają cztery zasadnicze

funkcje:

•

Materiał budulcowy fosfolipidów i glikolipidów

Związki te o właściwościach amfofilowych są ważnymi

składnikami błon biologicznych

•

Wiele białek ulega modyfikacji przez kowalencyjne
związanie z kwasami tłuszczowymi, które
umiejscawiają je w odpowiednim ułożeniu w
błonach

•

Pochodne kwasów tłuszczowych pełnią funkcje
hormonów i międzykomórkowych informatorów

•

Kwasy tłuszczowe są materiałem energetycznym

Są one magazynowane w postaci triacylogliceroli

Triacyloglicerole to estry glicerolu nie mające

ładunku

• Triacyloglicerole (dawniej trójglicerydy) nazywa się

więc tłuszczami obojętnymi

Nazewnictwo kwasów tłuszczowych

• Nazwę systematyczną kwasu tłuszczowego urabia

się od nazwy wyjściowego węglowodoru, do której

dodaje się określenie kwas oraz końcówkę –owy

• Nasycony kwas tłuszczowy zawierający łańcuch

zbudowany z 18 atomów węgla nosi nazwę kwas

oktadekanowy

(18:O)

• Kwas tłuszczowy o C18 zawierający jedno wiązanie

podwójne nazywamy kwasem oktadek

e

nowym

(18:1)

• Z dwoma podwójnymi wiązaniami to kwas

oktadeka

dien

owy

(18:2)

• Z trzema wiązaniami podwójnymi to kwas

oktadeka

trie

nowy

(18:3)

Atomy węgla w łańcuchu kwasu numerujemy zaczynając od
węgla karboksylowego:

Położenie wiązania podwójnego

• Położenie wiązania podwójnego oznacza się

symbolem Δ z liczbowym indeksem określającym
węgiel przy którym się znajduje

• Na przykład cis-Δ

9

znaczy, że w łańcuchu jest

wiązanie podwójne cis pomiędzy atomami węgla 9 i
10

• Określenie trans Δ

2

oznacza, że w łańcuchu jest

wiązanie podwójne trans pomiędzy atomami węgla 2
i 3

•

w fizjologicznych warunkach pH kwasy tłuszczowe są

zjonizowane, dlatego określamy je jako aniony np.
palmitynian, lub heksadekanian

Atom węgla w grupie metylowej znajdującej się na dystalnym końcu
łańcucha nazywamy

węglem ω

Kwasy tłuszczowe różnią się długością

łańcucha i stopniem nienasycenia

• Kwasy tłuszczowe występujące w organizmach

żywych maja zwykle parzystą liczbę atomów,

zazwyczaj od 14 do 24

• W zwierzęcych kwasach tłuszczowych łańcuch

węglowodorowy jest prawie zawsze nierozgałęziony

• Łańcuch alkilowy może być nasycony lub zawierać

jedno lub więcej wiązań podwójnych

• Wiązanie podwójne w większości kwasów

nienasyconych ma konfigurację cis

• Kwasy tłuszczowe i ich pochodne są tym bardziej

płynne, im ich łańcuchy są krótsze i bardziej

nienasycone

Triacyloglicerole są magazynami bardzo

skondensowanej energii

• Utlenienie 1 g kwasu tłuszczowego wyzwala

około 37.7 kJ, natomiast z tej samej masy

cukrowców lub białek uzyskuje się tylko

około 16.7 kJ

• Powodem tak dużej różnicy jest to, że kwasy

tłuszczowe są znacznie silniej zredukowane

niż białka lub cukrowce

• Triacyloglicerole mają charakter silnie

niepolarny, dzięki czemu są magazynowane

praktycznie w postaci bezwodnej. W

rezultacie 1 g prawie bezwodnego tłuszczu

magazynuje ponad sześć razy więcej energii

niż taka sama ilość uwodnionego glikogenu

W toku ewolucji triacyloglicerole, a nie glikogen, stały

się głównym magazynem zapasów energii dla różnych

organizmów

Przeciętnie człowiek o masie 70 kg ma zapas paliwa:
• w formie triacylogliceroli równoważny 418690 kJ
• w formie białek 104670 kJ (głównie mięśnie)
• w formie glikogenu 2512 kJ
• w formie glukozy 167.5

Gdyby energia triacylogliceroli, stanowiąca około 11 kg

masy ciała, była przechowywana w formie glikogenu
to człowiek ważyłby o 55 kg więcej

Głównym miejscem gromadzenia się triacylogliceroli w organizmie ssaków

jest cytoplazma komórek tłuszczowych

Triacyloglicerole są hydrolizowane z udziałem

lipaz kontrolowanych przez cAMP

Cykliczny AMP (cAMP)

Pierwszym krokiem w wykorzystywaniu tłuszczowców jako źródła energii
jest ich hydroliza katalizowana przez lipazy:

Aktywność lipaz jest kontrolowana

hormonalnie

• Adrenalina, noradrenalina, glukagon oraz

hormon adrenokortykotropowy stymulują
cyklazę adenylanową znajdującą się w
komórkach tłuszczowych

• Zwiększone stężenie cAMP stymuluje

następnie kinazę białek, która z kolei
aktywuje lipazę przez jej fosforylację

• Tak więc hormony wywołują lipolizę
• Insulina zmniejsza lipolizę poprzez inhibicję

cyklazy adenylanowej

Glicerol powstały w wyniku lipolizy ulega fosforylacji i utlenieniu
do fosforanu dihydroksyacetonu, który jest przekształcany poprzez
izomeryzację w aldehyd 3-fosfoglicerynowy i wchodzi na tor przemian
glikolizy i glukoneogenezy. Stąd glicerol może ulec przekształceniu do
pirogronianu lub glukozy.

Reakcje te zachodzą w wątrobie

Kwasy tłuszczowe są rozkładane przez kolejne

usuwanie jednostek dwuwęglowych

Przed utlenieniem kwasy tłuszczowe wiążą się z koenzymem A tj. ulegają
aktywacji. Polega ona na utworzeniu wiązania tioestrowego między grupami
tiolową CoA i karboksylowa kwasu. Źródłem energii jest ATP

Aktywacja przebiega na zewnętrznej błonie mitochondrialnej
i jest katalizowana przez syntetazę acylo-CoA (tiokinazę kwasów
tłuszczowych

Aktywacja kwasów tłuszczowych przebiega w dwóch etapach:

Co napędza tę reakcję?
Jak wykazano – energia uwalniana z pirofosforanu, który
ulega
szybkiej hydrolizie z udziałem pirofosfatazy.

R-COO

-

+ CoA + ATP + H

2

O → acylo-CoA + AMP + 2 Pi + 2

H

+

Karnityna przenosi zaktywowane kwasy

tłuszczowe o długich łańcuchach do matriks

mitochondrialnej

• Kwasy tłuszczowe ulegają aktywacji na zewnętrznej błonie

mitochondrialnej, ale ich utlenianie zachodzi w matriks

• Ponieważ cząsteczki acylo-CoA o długich łańcuchach nie

przenikają łatwo przez wewnętrzną błonę mitochondrialną
potrzebny jest specjalny mechanizm transportu

• Aktywowane kwasy tłuszczowe o długich łańcuchach

przekraczają błonę po sprzężeniu z karnityną

• Reakcję katalizuje acylotransferaza

(palmitoilotransferaza) karnitynowa I związana z
zewnętrzną błoną mitochondrialną

Cykl degradacji kwasów tłuszczowych

• Nasycony łańcuch tłuszczowy acylo-CoA

ulega rozkładowi w powtarzającej się
sekwencji czterech reakcji utleniania przez
FAD, uwodnienia, utlenienia sprzężonego z
redukcją NAD oraz tiolizy przez CoA

• W rezultacie każdego cyklu tych reakcji

łańcuch węglowodorowy grupy acylowej jest
krótszy o dwa atomy węgla oraz powstaje
FADH

2

, NADH i acetylo-CoA

Β-oksydacja kwasów tłuszczowych

Dehydrogenaza acylo-CoA

Hydrataza enoilo-CoA

Dehydrogenaza I-3-hydroksyacylo-CoA

Β-ketotiolaza

Zupełne utlenienie palmitynianu dostarcza 106 cząsteczek ATP

W każdym cyklu reakcji łańcuch acylo-CoA ulega skróceniu o
dwa atomy
węgla i powstaje NADH, FADH

2

oraz acetylo-CoA:

Degradacja palmitoilo-CoA wymaga siedmiu reakcji.
Podczas siódmego cyklu C

4

-ketoacylo-CoA ulega tiolizie do

dwóch cząsteczek acetylo-CoA.
Stąd stechiometria utleniania palmitoilo-CoA wynosi:

7 FADH2 = 10.5 ATP
7 NADH x 2 = 17.5 ATP
8 acetylo-CoA = 80 ATP
Σ = 108 ATP
2 cząsteczki ATP zużywane są do aktywacji palmitynianu
Zupełne utlenienie palmitynianu dostarcza netto 106 cząsteczek ATP

Proces β-oksydacji wielonienasyconych kwasów

tłuszczowych

Do utleniania kwasów nienasyconych

niezbędne są dwa enzymy:

• Izomeraza

• reduktaza

SYNTEZA KWASÓW TŁUSZCZOWYCH PRZEBIEGA

INNYM TOREM NIŻ ICH ROZKŁAD

CYKL ELONGACJI W SYNTEZIE KWASÓW TŁUSZCZOWYCH

ZWIERZĘCA SYNTAZA KWASÓW
TŁUSZCZOWYCH

AT transferaza
acetylowa

MT transferaza malonylowa

CE enzym kondensujący

ACP białkowy nośnik grup acylowych
KR reduktaza β-keroacylowa

ER reduktaza enoilowa
DH dehydrataza

TE tioesteraza

SYNTAZA KWASÓW TŁUSZCZOWYCH

• Dimer zbudowany z dwóch jednakowych

podjednostek o masie po 260 kDa

• Każdy łańcuch zawiera trzy funkcjonalne domeny:
• Domena 1 odpowiedzialna za wejście substratów i

ich kondensację (AT, MT i CE)

• Domena 2 odpowiedzialna za redukcję (ACP, KR,

DH i ER)

• Domena 3 odpowiedzialna za uwalnianie

palmitynianu, zawiera tiosterazę (TE)

• Stąd w pojedynczym łańcuchu polipeptydowym

znajduje się 7 różnych miejsc katalitycznych