WYŻSZA SZKOŁA INŻYNIERII BEZPIECZEŃSTWA I

EKOLOGII W SOSNOWCU

LIPIDY

LIPIDY

BUDOWA I METABOLIZM

BUDOWA I METABOLIZM



Lipidy

są

heterogenną

grupą

nierozpuszczalnych

w

wodzie

( hydrofobowych ) związków organicznych ,

które mogą być eksrtahowane z tkanek przy

użyciu rozpuszczalników niepolarnych. Z

powodu ich nierozpuszczalności w środowisku

wodnym rozmieszczenie lipidów w organizmie

jest bardzo nierównomierne.



Lipidy są głównym źródłem energii dla

organizmu ludzkiego. W organizmie ludzkim

najobficiej występującymi lipidami są kwasy

tłuszczowe,

ascyloglicerole,

fosfolipidy,

sfinogolipidy oraz cholesterol i jego liczne

pochodne.

arachidowy

stearynowy

palmitynowy

arachidonowy

3

erukowy

erukowy

oleinowy

oleinowy

linolowy

linolowy

linolenow

linolenow

y

y

Kwasy tłuszczowe składają się z łańcucha

węglowodorowego

zakończonego

grupą

karboksylową . W fizjologicznym pH grupa ta

występuje w postaci zjonizowanej (-COO-),

kwas tłuszczowy , którego grupa –COOH

została pozbawiona fragmentu –OH nosi

nazwę reszty acylowej lub grupy acylowej.

Ze względu na obecność wiązania podwójnego

nienasycone kwasy tłuszczowe mogą występować

w dwóch formach stereoizomerycznych: cis i trans

5

Kwas oleinowy Kwas elaidynowy

Nasycone kwasy tłuszczowe to kwasy tłuszczowe

nie zawierające podwójnych wiązań w cząsteczce.

W warunkach normalnych są zwykle białymi

ciałami stałymi. Kwasy zawierające w łańcuchu

więcej niż 10 atomów węgla są nierozpuszczalne

w wodzie i są nielotne.

7

Nazwa

zwyczajowa

kwasu

Nazwa

systematyczna

kwasu

Symbol

kwasu

Wzór

chemiczny

kwasu

Temperatura

topnienia

Masłowy

Butanowy

C 4:0

CH

3

(CH

2

)

2

COOH

- 7,9

Kapronowy

Heksanowy

C 6:0

CH

3

(CH

2

)

4

COOH

- 3,4

Kaprylowy

Oktanowy

C 8:0

CH

3

(CH

2

)

6

COOH

16,7

Kaprylony

Dekanowy

C 10:0

CH

3

(CH

2

)

8

COOH

31,6

Laurynowy

Dodekanowy

C 12:0

CH

3

(CH

2

)

10

COOH

44,2

Mirystynowy

Tetradekanowy

C 14:0

CH

3

(CH

2

)

12

COOH

53,9

Palmitynowy

Heksadekanowy

C 16:0

CH

3

(CH

2

)

14

COOH

63,0

Stearynowy

Oktadekanowy

C 18:0

CH

3

(CH

2

)

16

COOH

69,6

Arachidowy

Eikosanowy

C 20:0

CH

3

(CH

2

)

18

COOH

75,3

Behenowy

Doeikosanowy

C 22:0

CH

3

(CH

2

)

20

COOH

79,9

Nienasycone kwasy tłuszczowe są to kwasy

tłuszczowe zawierające wiązania podwójne. Są

one z reguły bezbarwnymi cieczami. W

większości z nich wszystkie wiązania podwójne

są w pozycji cis, a po każdym wiązaniu

podwójnym następuje 3n (gdzie n = 1, 2, 3...)

atomów węgla.

Wśród nienasyconych kwasów tłuszczowych

wyróżnia się grupę wielonienasyconych

kwasów tłuszczowych, które, jak sama nazwa

wskazuje, zawierają więcej niż jedno wiązanie

podwójne. Są one niezbędnym elementem

diety człowieka (stanowią grupę tzw. witamin

F, inaczej egzogenne lub niezbędne kwasy

tłuszczowe), gdyż są nam potrzebne do

tworzenia

ważnych

związków

(np.

prostaglandyn), a nie są syntezowane przez

nasze organizmy (mogą je syntezować

jedynie rośliny).

Nazwa

zwyczajowa

kwasu

Nazwa

systematyczna

kwasu

Nazwa

skrótowa

kwasu

Wzór chemiczny kwasu

Tetradecenowy

9 – tetradecenowy

14:1  9

CH

3

(CH

2

)

3

CH=CH(CH

2

)

7

COOH

Oleinowy

9 – oktadecenowy

18:1  9

18:1 (n-9)

CH

3

(CH

2

)

7

CH=CH(CH

2

)

7

COOH

Eikosenowy

9 - eikosenowy

20:1  9

CH

3

(CH

2

)

9

CH=CH(CH

2

)

7

COOH

Erukowy

13 - doeikosenowy

22:1  13

CH

3

(CH

2

)

7

CH=CH(CH

2

)

11

COOH

Nerwonowy

15 - tetraeikosenowy

24:1  15

CH

3

(CH

2

)

7

CH=CH(CH

2

)

13

COOH

Linolowy

9,12 -
oktadekadienowy

18:2  9,12

18:2 (n-9)

CH

3

CH(CH=CHCH

2

)

3

(CH

2

)

6

COOH

Linolenowy

9,12,15 -
oktadekatrienowy

18:3  9,12,15

18:3 (n-3)

CH

3

CH

2

(CH=CHCH

2

)

3

(CH

2

)

6

COOH

Eikosatrienowy

5,8,11 - eikosatrienowy

20:3  5,8,11

20:3 (n-9)

CH

3

(CH

2

)

7

(CH=CHCH

2

)

3

(CH

2

)

2

COOH

Arachidonowy

5,8,11,14 -
eikosatetraenowy

20:4 

5,8,11,14

20:4 (n-6)

CH

3

(CH

2

)

4

(CH=CHCH

2

)

4

(CH

2

)

2

COOH

10



kwas a-linolenowy -
C18:3;9,12,15



kwas linolowy – C 18:2;9,12

11

Kwasy w-3 i w-6



nie mogą być syntetyzowane w
organizmie



muszą być dostarczone z
pożywieniem

Występują w:



olejach roslinnych



olejach z ryb

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

12



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

13

H

2

C – OH C 1  sn-1

HO – C – H C 2  sn-2

H

2

C – OH C 3  sn-3

Glicerol
triacyloglicerol

O

O H

2

C – O – C – R

1

R

2

– C – O – C – H

H

2

C – O – C – R

3

O

Węglowodany nie są jedynym substratem w szeregu

reakcji określanych jako oddychanie komórkowe.

Miejscem łączącym utlenianie kwasów tłuszczowych

z ogólnymi szlakami oddychania komórkowego jest

cykl Krebsa, do którego kwasy tłuszczowe włączane

są jako acetylo-CoA Aby mogło do tego dojść, lipidy

przechodzą szereg reakcji określanych jako β-

oksydacja,

której

ostatecznym

efektem

jest

wytworzenie acetylo-CoA.

Proces utleniania lipidów pełniących funkcję materiałów

zapasowych – triacylogliceroli – rozpoczyna się od ich

hydrolizy. Reakcja ta przeprowadzana jest przez lipazy. W

efekcie procesu hydrolizy triacylogliceroli – lipolizy –

powstają kwasy tłuszczowe oraz glicerol. Alkohol ten ulega

fosforylacji przeprowadzanej przez kinazę glicerolową ze

zużyciem

cząsteczki

ATP.

Powstały

3-fosfoglicerol

przekształcany

jest

przez

dehydrogenazę

glicerolofosforanową do fosfodihydroksyacetonu. Podczas

dehydrohenacji redukcji ulega jedna cząsteczka NAD

+

.

Powstały fosfodihydroksyaceton jest jednym z metabolitów

glikolizy, w którą jest włączany.

Acylo-CoA utleniany jest w kilku cyklicznych reakcjach.

Pierwszą z nich przeprowadza dehydrogenaza acylo-CoA.

Podczas tej reakcji redukowany jest także FAD stanowiący

grupę prostetyczną dehydrogenazy acylo-CoA. Enzym ten,

podobnie jak kompleks II łańcucha oddechowego,

zlokalizowany jest na wewnętrznej stronie wewnętrznej

błony mitochondrialnej. Reakcję przeprowadza hydrataza

enoilo-CoA , określana także jako krotonaza lub hydroliaza

3-hydroksyacylo-CoA. W reakcji uwodnienia powstaje L-3-

hydroksyacylo-CoA

utleniany

następnie

przez

dehydrogenazę L-3-hydroksyacylo-CoA do 3-ketoacylo-CoA.

Schemat przebiegu β-oksydacji. 1 –
syntaza acylo-CoA, 2 –
dehydrogenaza acylo-CoA, 3 –
hydrataza enoilo-CoA, 4 –
dehydrogenaza L-3-hydroksyacylo-
CoA, 5 – β-ketoliaza.

W przypadku kwasów tłuszczowych o nieparzystej
liczbie atomów węgla ostatecznie nie powstają
jedynie cząsteczki acetylo-CoA, lecz ostani fragment
(propionylo-CoA) posiada trzy atomy węgla. Może on
być włączony do cyklu Krebsa dopiero po
przekształceniu do bursztynylo-CoA – intermediatu
uczestniczącego w cyklu. Propionylo-CoA ulega
karboksylacji przeprowadzanej przez karboksylazę
propionylo-CoA . W wyniku tej reakcji zużyty zostaje
jon

wodorowęglanowy

HCO

3–

,

a

jednocześnie

cząsteczka ATP hydrolizowana jest do ADP. Powstaje
D-metylomalonylo-CoA ulegający racemizacji do L-
metylomalonylo-CoA, który przekształcany jest do
bursztynylo-CoA przez mutazę metylomalonylo-CoA

.

Nieco bardziej skomplikowana jest β-oksydacja

kwasów tłuszczowych nienasyconych. Obecność
wiązania podwójnego między atomami węgla C3 i C4
zatrzymuje reakcje β-oksydacji. Kontynuację procesu
umożliwia przesunięcie wiązania podwójnego w
łańcuchu kwasu tłuszczowego przez enzym określany
nazwą izomeraza, który zmienia podwójne wiązanie
cis-Δ³ w trans-Δ². W przypadku kwasów tłuszczowych
wielonienasyconych konieczne jest zredukowanie
2,4-dienoilowego

związku

pośredniego

przez

reduktazę

2,4-dienoilo-CoA

z

wykorzystaniem

NADPH

+

jako reduktora, co prowadzi do likwidacji

wiązania podwójnego w nieodpowiedniej pozycji.

Biosynteza kwasów tłuszczowych odbywa się w

cytoplazmie

komórek

tłuszczowych

(adipocyty,

lipocyty). Do procesu potrzebny jest acetylokoenzym

A, który powstaje w wyniku katabolizmu glukozy przy

udziale dehydrogenazy pirogronianowej. W biosyntezie

kwasów tłuszczowych wyróżnić można kilka etapów:

1. Aktywacja acetylokoenzmu A przez karboksylazę do malonylo-

koenzymu A w obecności ATP i witaminy H, czyli biotyny. Zatem
acetylokoenzym A ulega karboksylacji do malonylokoenzymu A
(malonylo-CoA).

2.  Synteza kwasów tłuszczowych na kompleksie enzymatycznym –

syntetazie kwasów tłuszczowych. W skład syntetazy (kompleksu
enzymatycznego) wchodzi ACP (Acyl Carrier Protein). ACP przenosi
acyle, czyli produkty pośrednie. ACP zawiera z kolei panteteinę
(układ 4’fosforanu panteteiny). Tworzony kwas tłuszczowy jest
związany kowalencyjnie z enzymem. Reszta butylowa lub reszta
acetylowa jest przeniesiona na ACP. Następnie dochodzi do
połączenia reszty malonylowej pochodzącej z malonylo-koenzymu
A (malonylo-CoA) z resztą acetylową, powstaje 4-węglowa
cząsteczka acetoacetylo-S-ACP. Zatem zachodzi kondensacja
reszty acetylowej z resztą malonylową. Wydzielony wówczas jest
CO

2

i HS-ACP. CO

2

jest uwolniony w wyniku działania syntazy 3-

oksoacylo-ACP. Przemiany te można zaliczyć do etapu startowego i
etapu kondensacji.

3. Etap redukcji odbywa się przy udziale NADPH i

reduktazy 3-oksoacylo-ACP. Dochodzi do redukcji
grupy –okso. Powstaje reszta beta-hydroksyacylowa,
która poddana jest dehydratacji przy udziale
dehydratazy 3-hydroksy-ACP. Powstaje reszta alfa,
beta-dehydro-acylowa,

która

zostaje

poddana

redukcji (chodzi o wiązanie podwójne) przy udziale
NADPH i reduktazy enoilo-ACP. Powstaje 4-węglowy
rodnik butyrylowy. W następnym obrocie reakcji
powstaje kolejna jego cząsteczka, przy czym reszta
acylowa z wcześniej wytworzonego rodnika jest
przeniesiona na tę następna, wydzielony jest
wówczas dwutlenek węgla i powstaje reszta beta-
ketoacylowa. Ta znów podlega kondensacji z kolejną.
W ten sposób tworzony kwas ulega wydłużaniu do
odpowiedniej masy.

4.Uwalnianie gotowego łańcucha kwasy

tłuszczowego odbywa się przy pomocy
deacylazy. Odłącza ona kwas od HS-ACP, z
którym był połączony, o czym wspomniano
na początku.



CH

3

CO ~ S-CoA + 7HOOC-CH

2

CO~S-

CoA + 14 NADPH + 14 H

+



CH

3

(CH

2

)

14

CO~S-CoA + 7 CO

2

+ 7 HS-

CoA + 14 NADP

+

+ 6H

2

O

Biosynteza triacylogliceroli zachodzi w

wątrobie, tkance tłuszczowej i w

gruczole mlekowym podczas laktacji.

Proces ten można podzielić na dwa

etapy:

 powstawanie glicerolo-3-fosforanu
 estryfikacja glicerolu kwasami

tłuszczowymi

Może powstawać na dwa sposoby :

Poprzez fosforylację glicerolu – wolny

glicerol, powstający jako produkt lipolizy w

tkance tłuszczowej, transportowany jest do

wątroby gdzie pod działaniem kinazy

glicerolowej jest przetwarzany na glicerolo-

3-fosforan

W wyniku redukcji fosfodihydroksyacetonu -

będącego

metabolitem

pośrednim

glikolizy,powstającego w reakcji rozpadu

fruktozo-1,6-bis-fosforanu,

katalizowanego

przez aldolazę. Jest redukowany przez

dehydrogenazę glicerolo-3-fosforanową do

glicerolo-3-fosforanu.

Olicerolo-3-fosforan

jest

estryfikowany

dwiema resztami kwasów tłuszczowych,

pochodzą cymi z 2 cząsteczek acylo~S-CoA.

Proces

ten

jest

katalizowany

przez

acylotransferazę

glice-rolo-3-fosforanową.

Powstaje kwas fosfatydowy. Jest to ester

glicerolu, w którym jedna grupa -OH jest

zestryfikowana kwasem fosforowym, a dwie

pozostałe grupy -OH kwasami tłuszczowymi

Kwas fosfatydowy jest substratem dla

fosfatazy

fosfatydynowej.

Enzym

ten

odłącza

resztę

fosforanową.

Powstaje

diacyloglicerol i uwalnia się fosforan

nieorganiczny.

Diacyloglicerol,

pod

działaniem

ucylotransferazy

diacyloglicerolowej, wiąże trzecią resztę

kwasu

tłuszczowego,

tworząc

triacyloglicerol

Triacyloglicerole,

syntetyzowane

w

komórkach

tłuszczowych,

są

przechowywane w cytoso-lu jako zapasowy

materiał

energetyczny.

Natomiast

większość triacylogliceroli powstających w

wątrobie wbudowuje się do kompleksów

lipoproteinowych, przechodzą one do krwi i

są transportowane do innych tkanek.

Zdolność

komórek

tłuszczowych

do

biosyntezy

tri acylogliceroli

zależy

od

dostępności

fosfodihydroksyacetonu,

będącego pośrednim metabolitem glikolizy,

która pozostaje pod kontrolą insuliny. Przy

niedoborze tego hormonu zdolność adi-

pocytów do pobierania i przetwarzania

glukozy jest drastycznie ograniczona.

Skutkuje

to

zmniejszeniem

syntezy

triacylogliceroli w tych komórkach.

Są to trzy drobnocząsteczkowe związki,

powstałe z reszt acetylowych, aceton,

acetooctan i β-hydroksymaślan. Powstają w

wątrobie, natomiast są zużywane, jako

substraty,

energetyczne

w

innych

narządach. W warunkach zdrowia i przy

prawidłowym

odżywianiu

ilość

ciał

ketonowych jest znikomo mała. Narasta

natomiast w okresie głodu i u chorych na

cukrzycę

spowodowaną

niedoborem

insuliny.

Aceton jest zawarty w niewielkich ilościach w

krwi i moczu. Większe od normy jego stężenie

pojawia się w organizmie przy zaawansowanej

i nieleczonej cukrzycy.

Ciała ketonowe są alternatywnym produktem

utleniania wolnych kwasów tłuszczowych w

wątrobie, a proces ich powstawania określa

się terminem ketogeneza. Stężenie ciał

ketonowych w surowicy u zdrowych osób nie

przekracza 0,2 mmol/l. Mózg, serce i mięśnie

potrafią wykorzystywać je jako materiał

energetyczny,

ale

w

prawidłowych

warunkach,

głównym

wykorzystywanym

materiałem jest glukoza.

W pewnych warunkach metabolicznych

dochodzi do zwiększenia produkcji ciał

ketonowych. Najczęściej zachodzi to w

cukrzycy przy znacznym niedoborze insuliny

i może prowadzić do ketonemii i kwasicy

ketonowej,

a

w

zaawansowanych

przypadkach

ketonowej

śpiączki

cukrzycowej. Stwierdzono, że nadmierne

stężenie ciał ketonowych we krwi jest

spowodowane

raczej

zwiększoną

ich

produkcją niż zmniejszoną przemianą w

tkankach pozawątrobowych.

Ciata

ketonowe,

powstające

w

mitochondriach

wątroby,

nie

są

przetwarzane w tym narządzie. Przenikają

do krwi. Aceton jest nieprzydatny w

metabolizmie i zostaje wydalony, głównie

dro gą

nerkową.

Acetooctan

i

p-

hydroksymaśian są wychwytywane przez

mięśnie szkieletowe, mięsień sercowy i korę

nerki.

Fosfolipidy

(inaczej

fosfatydy

lub

fosfotłuszczowce) to lipidy, w których skład

wchodzą: glicerol, kwasy tłuszczowe, kwas

fosforowy związany z zasadą azotową, np.

choliną.

Rys. Ogólny model budowy fosfolipidu

Fosfolipidy stanowią istotny składnik budowy

błony komórkowej. Fosforylacja lipidów do

fosforylowanego kwasu tłuszczowego jest też

początkiem ich aktywacji biologicznej, po

której

następuje

dekarboksylacja

i

dehydrogenacja, które są kolejnymi etapami

procesu spalania tłuszczów w żywych

organizmach. Występują obficie szczególnie

w: tkance nerwowej, wątrobie i krwi.

Charakterystyczną cechą fosfolipidów jest to,

że oprócz reszt kwasów tłuszczowych

występują w nich również reszty kwasu

fosforowego(V).

Wyróżnia

się

glicerofosfolipidy (pochodne glicerolu) i

sfingofosfolipidy

(pochodne

sfingozyny).

Przez

resztę

fosforową

do

rdzenia

glicerofosfolipidowego może być dołączony

inny związek organiczny (np. aminokwas,

amina). Fosfolipidy stanowią główny składnik

lipidowy błon cytoplazmatycznych (np.

fosfatydylocholina, zwana także lecytyną).

Sfingomielina

to

organiczny

związek

chemiczny z bedący tłuszczem złożonym

zbudowanym ze sfingozyny, reszty kwasu

tłuszczowego, reszty fosforanowej i choliny.

Występuje w dużych ilościach w mózgu i

tkance nerwowej.

Organiczne związki chemiczne, lipidy,

których wspólną cechą jest występowanie

w ich cząsteczkach szkieletu węglowego w

formie czterech sprzężonych pierścieni,

czyli steranu

(cyklopentanoperhydrofenantrenu).

Potocznie cholesterolem nazywa się obecne
w osoczu krwi pokrewne substancje lipidowe
– lipoproteiny, w skład których między innymi
wchodzi też cholesterol.

Cholesterol zaliczamy do steroidów. Są to

związki należące do lipidów (cechą łączące

bardzo różne substancje tej grupy jest słaba

rozpuszczalność w wodzie charakteryzująca

też cholesterol umiejscawiający się w

organizmie w lipoproteinach albo błonach

biologicznych

-

w

środowisku

hydrofobowym).

Odgrywa kluczową rolę w wielu procesach

biochemicznych, m.in.: syntezie witaminy D3

oraz hormonów o budowie sterydowej takich

jak kortyzon, progesteron, estrogeny i

testosteron. Jego obecność w błonach

komórek nerwowych mózgu ma duże

znaczenie dla funkcjonowania synaps. Istnieją

też doniesienia, że odgrywa on dużą rolę w

działaniu

systemu

immunologicznego

(odpornościowego).

Schemat steroidogenezy (syntezy hormonów sterydowych)

Żółć jest mieszaniną związków organicznych i

nieorganicznych. Jej głównymi składnikami są

lecytyna

(fosfatydylocliolina)

i

sole

kwasów

żółciowych.

Kwasy żółciowe zawierają 24 atomy węgla. Nie

posiadają wiązań podwójnych.

Kwas chenodeoksycholowy

Kwasy żółciowe są syntetyzowane w

wątrobie

na

drodze

wieloetapowego

procesu, w którym następuje wysycenie

podwójnego wiązania w pierścieniu B,

skrócenie podstawnika w pozycji C

17

o 3

atomy węgla i utlenienie końcowego z

pozostałych

do

grupy

karboksylowej.

Produktami tego procesu są kwas cholowy i

kwas

chenodeoksycholowy,

zwane

pierwotnymi kwasami żółciowymi.

Przed opuszczeniem wątroby kwasy żółciowe

są wiązane z glicyną lub z tauryną poprzez

wiązanie

amidowe

między

grupą

karboksylową kwasu żółciowego a grupą

aminową glicyny lub tauryny. Produkty tych

reakcji noszą nazwę soli kwasów żółciowych,

są

nimi

kwasy:

gliko-cholowy,

glikochenodeoksycholowy, taurocholowy i

taurochenodeoksycholowy.

Sole kwasów żółciowych wydzielone do

światła jelita są absorbowane do krążenia

wrotnego i ponownie wychwytywane przez

komórki wątrobowe. Transport osoczowy

wolnych kwasów żółciowych (podobnie jak

kwasów tłuszczo wych) wymaga udziału

przenośnika białkowego w postaci albuminy, z

którą

kwasy

te

tworzą

rozpuszczalne

kompleksy.

Wątroba przetwarza zarówno pierwotne, jak i
wtórne kwasy żółciowe w ich sole, poprzez
wiązanie glicyny bądź tauryny i ponownie
wydziela je z żółcią. Ten ciągły, wielokrotny
proces sekrecji soli kwasów żółciowych do
żółci, ich pasaż i przemiana w jelicie cienkim,
a następnie powrót do wątroby jest określany
jako krążenie wątrobowo-jeli-towe żółci. W
ciągu doby wątroba wydziela do dwunastnicy
od 15 do 30 g soli kwasów żółciowych. Tylko
znikoma ich część (około 0,5 g) wydala się z
organizmu drogą jelitową. Ubytek ten jest
rekompensowany przez syntezę nowych
kwasów żółciowych.

Daniel Bednarek
Łukasz Bil