TŁUSZCZE

Lipidy - zw organiczne nierozpuszczalne w wodzie, a bardzo dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych takich jak: benzen, aceton, etery, niektóre alkohole

Najważniejsze funkcje tłuszczów to:

- Źródło energii i szkieletów węglowych dla wielu procesów anabolicznych, zaspokajają bieżące potrzeby organizmu.

- Magazynują energię

- Ochronna (izolacyjna) - chronią organizmy przed wychładzaniem, są składnikami ścian i błon komórkowych, skóry kręgowców, pokrywają powierzchnię liści

- Budulcowa - wosk u pszczół do budowy gniazd

- Niektóre pochodne pełnią funkcje hormonów

Tłuszcze dzielimy na:

1.Tłuszcze właściwe są to estry gliceroli i jednokarboksylowych kwasów organicznych nazywanych potocznie kwasami tłuszczowymi. Kwasy tłuszczowe należą niemal wyłącznie do jednokarboksylowych kwasów alifatycznych nasyconych lub nienasyconych o parzystej liczbie atomów 4-20 C i o nie rozgałęzionym łańcuchu. Tłuszcze o dużej zawartości kwasów nienasyconych przyjmują postać ciekłą i nazywane są olejami i występują przede wszystkim u roślin. U zwierząt tłuszcze właściwe przyjmują konsystencję stałą gdyż w nich dominują kwasy nasycone

2.Woski to mieszanina estrów wyższych jednohydroksylowych alkoholi o 16-31 at. C i jednokarboksylowych nasyconych lub nienas. kwasów tłuszczowych. Najczęściej występują takie alkohole jak cetylowy (18 at. C), cerylowy (26 at. C)

3.Tłuszcze złożone zbudowane z alkoholi, kw. tłuszczowych, i dodatkowych składników reszt fosforanowych, cukrowych, choliny, kolaminy, seryny. Wśród nich są 2 grupy: a).Fosfolipidy

Wśród fosfolipidów najważniejszą rolę zajmują fosfoglicerydy. Są one zbudowane z glicerolu, którego 2 grupy OH są zestryfikowane resztami kwasów tłuszczowych, a ostatnia grupa OH jest zestryfikowana resztą kwasu fosforowego. Związek taki (najprostszy fosfoglicerol) nazywamy kwasem fosfatydowym.Ważną rolę pełnią:

- lecytyny (fosfatydylocholiny)

- kefaliny (fosfatydyloetanoloaminy)

- fosfatydyloseryny

Jeżeli grupę OH reszty fosforanowej kwasu fosfatydowego zestryfikujemy produktem dekarboksylacji seryny - etanoloaminą (kolaminą) wówczas powstaje związek o nazwie kefalina. Natomiast zastępując etyloaminę choliną powstaje lecytyna inaczej fosfatydylocholina. Jeżeli w podobny sposób z kwasem fosfatydowym połączymy serynę wówczas powstaje fosfatydyloseryna. Wszystkie te 3 związki (kolamina, cholina i seryna) nazywane są związkami azotowymi o charakterze alkoholi. Fosfolipidy pełnią ważne funkcje metaboliczne, gdyż są składnikami błon komórkowych. Drugą podgrupę w ramach fosfolipidów obok fosfoglicerydów stanowią fosfosfingozyny. Tłuszcze te zamiast glicerolu zawierają sfingozynę. Jest to 18-to węglowy dwuhydroksylowy aminoalkohol. Występuje w dużych ilościach w mózgu zwłaszcza w otoczkach włókien nerwowych. B)Glikolipidy - oprócz glicerolu lub sfingozyny oraz kwasów tłuszczowych zawierają w swym składzie składnik cukrowy. Jest nim najczęściej galaktoza lub laktoza. W dużych ilościach w bł komórkowej

Katabolizm tłuszczowców

Zarówno tłuszcze właściwe, woski, jak i tłuszcze złożone podlegają procesom katabolicznym. W przewodzie pokarmowym są one rozkładane przez enzymy trawienne lipolityczne. Poza przewodem pokarmowym rozkładane są przez enzymy lipolityczne wewnątrzkomórkowe. W przewodzie pokarmowym rozkład cząsteczki 1,2,3-triacyloglicerolu przebiega przy udziale lipazy trzustkowej, a rozkład fosfoglicerydów przy udziale fosfolipaz trzustkowych. Lipaza trzustkowa rozkłada wiązania estrowe przy udziale cząsteczki H₂O działając w 2 etapach:

1.Rozkłada wiązanie przy 1 i 3 węglu

2.Rozkłada wiązanie przy 2 atonie węgla

Produktami działania lipaz są 3 cząsteczki kwasu tłuszczowego i cząsteczka glicerolu. Powstałe w tum procesie glicerol i kwasy tłuszczowe przechodzą do krwioobiegu i przenoszone są do różnych komórek organizmu. Glicerol ulega fosforylacji i utlenieniu (odwodorowaniu) do fosfodihydroksyacetonu. W procesie tym biorą udział 2 enzymy:

- kinaza glicerolowi (wymaga udziału ATP, przekształca glicerol w 3-fosfoglicerol)

- dehydrogenaza 3- fosfoglicerolowa (NAD+, 3-fosfoglicerol w fosfodihydroksyaceton)

Fosfodihydroksyaceton może być przekształcony w aldehyd 3-fosfoglicerynowy przy udziale izomerazy trifosfoglicerynowej (enzymu glikolitycznego). Powstały aldehyd 3-fosfoglicerynowy może wejść w przemiany glikolityczne i przekształcić się w pirogronian, ale może też wejść w przemiany glukoneogenetyczne prowadzące do powstania glukozy.

Katabolizm kwasów tłuszczowych:

Kwasy tłuszczowe, aby mogły wejść w przemiany kataboliczne muszą być wcześniej zaktywowane czyli być podniesione na wyższy poziom energetyczny. Aktywacja ta polega na połączeniu reszty acylowej kwasu z koenzymem A (CoA). Tworzy się wiązanie tioestrowe. W procesie tym bierze udział ATP, CoA oraz enzym syntetaza acylo-CoA. Aktywacja kwasów tłuszczowych odbywa się na zewnętrznej błonie mitochondrialnej (od strony cytoplazmy). Natomiast proces rozkładu (β-utlenianie kwasów tłuszczowych) odbywa się w MATRIX mitochondrialnym, stąd też zaktywowane aminokwasy mogą być przetransportowane przez wewnętrzną błonę mitochondrialną, która dla wielu związków jest nieprzepuszczalna. Transport ten odbywa się przy udziale L-karnityny. W tym celu na zewnętrznej błonie mitochondrialnej, bądź przestrzeni międzybłonowej mitochondriów ma miejsce tworzenia kompleksów karnityny z acylo­-CoA. W procesie tym bierze udział acylotransferaza karnitynowa I. Produktem działania tego enzymu jest acylokarnityna. Następnie acylokarnityna z udziałem translokazy jest transportowana przez wewnętrzną błonę mitochondrialną do MATRIX. Po MATRIX`owej stronie tej błony grupa acylowa zostaje z powrotem przeniesiona na CoA przez acylotransferazę karnitynową II. Wolna karnityna powraca do cytozolu przy udziale translokazy. Utlenianie kwasów tłuszczowych w MATRIX mitochondrialnym sprowadza się do tego, że w każdym cztero-enzymatycznym cyklu powstaje 1 cząsteczka acetylo-CoA oraz acylo-CoA o łańcuchu krótszym o dwa węgle. Cykl ten powtarza się do chwili, gdy produktami końcowymi są 2 cząsteczki acetylo-CoA. Proces ten nosi nazwę β-utleniania, ponieważ zmiany zachodzące przy udziale 4 enzymów dotyczą węgla przy pozycji β (trzeci węgiel). Enzymami tymi są:

- dehydrogenaza acylo- CoA współdziałająca z FAD

- hydrataza enoilo- CoA

- dehydrogenaza hydroksyacylo- CoA

- β-ketotiolaza

Powstałe w tym procesie cząsteczki acetylo-CoA mogą być wykożystane do syntezy wielu związków w tym kwasów tłuszczowych, ketociał (ciał ketonowych). Mogą też wchodzić w przemiany cyklu Krebsa i być utleniane do CO₂ i H₂O w łańcuchu oddechowym.

Reakcja utlenienia palmitynianu:

Palmitylo- CoA + 7FAD + 7NAD⁺ + 7CoA + 7H₂O 8acetylo- CoA + FADH₂ + 7NADH + 7H⁺

Biosynteza kwasów tłuszczowych:

Synteza kwasów tłuszczowych, pomimo że pod wieloma względami przypomina ich katabolizm, ale przebiega zupełnie innymi torami niż ich rozkład. Świadczą o tym następujące dane:

1.Synteza ma miejsce w cytozolu, podczas gdy rozkład w MATRIX mitochondrialnym.

2.Związki pośrednie syntezy są kowalencyjnie związane z grupą SH białkowego nośnika grup acylowych - ACP, podczas gdy produkty rozpadu zawsze połączone są z CoA.

3.Enzymy biorące udział w biosyntezie kwasów są połączone w 1 cząsteczkę białkową o nazwie syntaza kwasów tłuszczowych, natomiast enzymy rozkładające występują każdy osobno (nie są zasocjowane).

4.Produktami rozkładu kwasów są cząsteczki acetylo-CoA czyli cząsteczki dwuwęglowe, podczas gdy przy biosyntezie donorem jednostek dwuwęglowych jest związek trójwęglowy - malonylo-ACP

5.W procesie syntezy kwasów tłuszczowych zużywane są cząsteczki NADH + H⁺, podczas gdy w czasie rozkładu powstają NADH i FADH₂.

6.W rozkładzie biorą udział kwasy (o różnej długości) podczas gdy synteza kwasów kończy się na 16-węglowym kwasie. Synteza 18-węglowego (stearynowego) wymaga dodatkowego enzymu.

W procesie syntezy kwasów tłuszczowych bierze udział 7 enzymów połączonych w kompleks enzymatyczny „syntaza kwasów tłuszczowych”:

- karboksylaza acetylo-CoA (wytwarza molonylo ACP)

- transacylaza acetylowi (odpowiedzialny za przeniesienie odpowiednich reszt: acetylowej i molonylowej z Co A na ACP)

- transacylaza malonylowa(~~)

Te 3 enzymy mają za zadanie przygotowania dwóch substratów wyjściowych czyli: acetylo-ACP i malonylo-ACP rozpoczynających proces wydłużania łańcucha acylowego. Z kolei elongacja przebiega przy udziale 4 enzymów:

- enzymu kondensującego - acylomalonylo-ACP

- reduktazy β-ketoacylo-ACP

- dehydratazy 3-hydroksyacylo-ACP

- reduktazy enoilo-ACP

Proces elongacji ma charakter cykliczny gdzie w każdym obrocie bierze udział acylo-ACP zawsze o 2 węgle dłuższym łańcuchu oraz malonylo-ACP. Proces ten trwa do chwili, gdy produktem końcowym jest 16-sto węglowy kwas połączony z ACP. Proces ten kończy deacylaza, która usuwa ACP i uwalnia kwas palmitynowy.

Synteza 3-fosfoglicerolu

3-fosfoglicerol jako substrat do syntezy tłuszczu właściwego powstaje z fosfodihydroksyacetonu przy udziale dehydrogenazy 3-fosfoglicerolowej

Synteza tłuszczu właściwego (1,2,3-triacyloglicerolu)

Synteza tych związków zaczyna się od estryfikacji gr -OH w pozycji pierwszej 3-fosfoglicerolu przy udziale acylotransferazy 3-fosfoglicerolowej. Powstaje kwas lizo fosfatydowy. W kolejnej reakcji acylotransferaza 3-fosfoglicerolowa estryfikuje gr -OH z pozycji drugiej kwasu lizo fosfatydowego dając produkt - kwas fosfatydowy. Nastepnie kw fosfatydowy jest substratem dla fosfatazy, która usuwa reszty kw fosfatydowego z pozycji trzeciej dając jako produkt diacyloglicerol, który nastepnie wchodzi w reakcje zaktywowanego kw tłuszczowego przy udziale acylotransferazy 3-fosfoglicerolowej. Powstaje 1,2,3-triacyloglicerol

Synteza fosfoglicerydów (lecyny)

Proces syntezy lecytyny polega na dwustopniowej aktywacji choliny i pozniejszej syntezie lecytyny z CDP choliny (cytydynodifosforanu choliny) jako aktywnej choliny oraz diacyloglicerolu. W I estapie aktywacji choliny bierze udział kinaza choliny, która przenosi resztę fosforanową z ATP i umieszcza na cholinie dajac fosfocholine. II etap polega na przemieszczeniu CMP z CTP na fosfocholinę dając CDP-cholinę

Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu:

Powstały w szlaku glikolitycznym lub też w przemianach aminokwasów pirogronian w warunkach tlenowych wchodzi w przemianę tzw. oksydacyjnej dekarboksylacji. Proces ten przebiega w MATRIX mitochondrialnym. Enzymem odpowiedzialnym za tę reakcję jest komplex dehydrogenazy pirogronianowej. W skład tego komplexu wchodzą 3 enzymy:

• dehydrogenaza pirogronianowa

• acetylotransferaza dihydroliponianowa

• dehydrogenaza dihydroliponianowa

Powstały w tej reakcji acetyloCoA wchodzi w przemiany cyklu Krebsa. Może też być wykorzystywany w reakcji syntezy np. kwasów tłuszczowych. Z kolei NADH regenerowany jest w łańcuchu oddechowym.

---