Wykład 8

Kwasy tłuszczowe: składają się z łańcucha węglowodorowego zakończonego grupą karboksylową. w fizjologicznym pH grupa ta jest zjonizowana coo^- [hydrofilowa]

Kwasy tłuszczowe dzielą się na nienasycone i nasycone [rycina - wzory] Kwasy nienasycone mogą zawierać od jednego do sześciu wiązań podwójnych, najczęściej o konfiguracji cis, konfiguracja trans występuję bardzo rzadko, obecność podwójnego wiązania typu cis powoduje że w miejscu tym następuję zagięcie długiej osi kwasu tłuszczowego. Jeżeli kwasy tłuszczowe zawierają dwa lub więcej wiązań podwójnych to atomy węgla uczestniczące w tworzeniu takich wiązań są rozdzielone przez grupę CH₂ . w miarę wzrostu liczby atomu węgla w cząsteczce kwasu tłuszczowego rośnie temperatura topnienia a wzrost liczby podwójnych wiązań powoduje obniżenie tej temperatury. Cząsteczka kwasu tłuszczowego ma charakter amfipatyczny oznacza to że posiada ona fragment hydrofobowy [łańcuch węglo-wodorowy] i fragment hydrofilowy [zjonizowana grupa karboksylowa] Jednak w kwasach tłuszczowych o długim łańcuchu węglowodorowym dominują właściwości hydrofobowe

Mimo obecności fragmentu hydrofilowego są nierozpuszczalne w wodzie. Atomy węgla w kwasie tłuszczowym mogą być numerowane dwojako

poczynając od węgla grupy karboksylowej oznaczonej nr 1

albo od węgla C2 wiążącego grupę karboksylową [węgiel alfa] ostatni węgiel tworzący koniec metylenowy niezależnie od długości łańcucha to węgiel oznaczany symbolem ω

Niemal wszystkie kwasy tłuszczowe mają łańcuch prosty a kwasy o łańcuchu rozgałęzionym występują bardzo rzadko, np. kwas fitynowy [występuje w mleku] [rycina]

II [Ksero]

Temat: Utlenianie kwasów tłuszczowych

Głównym źródłem kwasów tłuszczowych w komórce jest lipoliza acylogriceroli i estrów cholesterolu oraz ich biosynteza denowo [wewnątrz w komórce]

Procesy te zachodzą w cytozolu komórki, natomiast spalanie czyli utlenianie kwasów tłuszczowych zachodzi w mitochondriach zatem kwasy tłuszczowe muszą być przetransportowane do wnętrza mitochondriom. Kwasy tłuszczowe o krótkim łańcuchu [do 10 atomów węgla] np. kwas octowy i priopionowy przenikają bezpośrednio do wnętrza mitochondriom, są tam aktywowane przez przyłączenie CoA-SH [koenzymu A] kosztem energii powstałej z hydrolizy cząsteczki ATP przy udziale enzymu syntetazy ~S CoA[acylo S koenzymu A] zwany tiotinazą mitochondrialnom [rycina] tak powstaje ~S CoA

Kwasy tłuszczowe o długich łańcuchach [od 12 atomów węgla] nie przenikają bezpośrednio przez błony mitochondriom a ich aktywacja zachodzi w cytozolu komórki w podobny sposób jak poprzednia, a enzymem katalizującym tą reakcje jest syntetaza ~S CoA cytozolowa [acylo S koenzymu A cytozolowa]

W komórce musi działać specyficzny system transportu grup arylowych z cytozolu do mitochondriów przenośnikiem tym jest karnityna a system nosi nazwę czółenek karnitynowych. wiązanie karnityny z grupą acylową wymaga nakładu energii i zachodzi przy udziale acylo Transferaz karnitynowej I produkt reakcji acylo-karnityna przenika do mitochondriów tam grupa acelowa zostaje przeniesiona na mitochondrialny przy udziale mitochondrialnej acylo-transferazy karnitynowej II i powstaje ponownie acetylo-S koenzym A i karnityna która powraca do cytozolu

Aktywność enzymu acylo- karnitynowej I jest hamowana malonylo [wysokoenergetyczne wiązanie] S koenzym A który w cytozolu komórki ochrania nowo powstające kwasy tłuszczowe przed ich przedwczesnym wnikaniem do mitochondriów a następnie degradacją

Utlenianie kwasów tłuszczowych w mitochondriach jest procesem dwu etapowym

1. pierwszy etap tego procesu nosi nazwę beta-oksydacji ponieważ polega na wielokrotnie powtarzanych reakcjach od wodorownia łańcucha węglowego kwasu tłuszczowego przy węglu beta i na rozkładzie utlenianego substratu na fragmenty dwu węglowe [acetylo S koenzym A (wysokoenergetyczne wiązanie)] Każdy cykl beta oksydacji powoduje skrócenie łańcucha kwasu tłuszczowego o kolejny fragment dwu węglowy. Produktem końcowym beta oksydacji jest n liczba cząsteczek acetylo S koenzymu A

2. Drugi etap procesu utleniania kwasów tłuszczowych polega na utlenianiu reszt acetylowych w cyklu kwasów trikarboksylowych czyli dużym cyklu Krebsa, do dwutlenku węgla i wody
   przebieg beta oksydacji wszystkich kwasów tłuszczowych jest podobny jednak miedzy utlenianiem kwasów o parzystej i nieparzystej liczbie atomów węgla, kwasów nasyconych i nienasyconych oraz kwasów o łańcuchu prostym i rozgałęzionym istnieją pewne różnice, większość kwasów tłuszczowych nasyconych zawiera parzystą liczbę atomów węgla dlatego podczas beta-oksydacji rozpadają się na odpowiednio n liczbę cząsteczek acetylo S koenzymu A. w przypadku beta-oksydacji kwasów tłuszczowych o nieparzystej liczbie atomów węgla na końcu procesu powstaje fragment trzy węglowy tak zwany propionylo [wysokoenergetyczne wiązanie] S koenzym A który nie ulega beta-oksydacji i wymaga specjalnych przekształceń

Temat: beta oksydacja kwasów tłuszczowych nasyconych o parzystej liczbie atomów węgla

1. kwasy tłuszczowe w mitochondriach są aktywowane przez przyłączenie CoA - SH [koenzym A - SH] przydziale enzymu syntetazy acylo S koenzymu A [mitochondrialnego]

2. acylo [Wysokoenergetyczne wiązanie] S koenzym A ulega odwodorowaniu przy udziale dehydrogenazy acylo S koenzymu A. Akceptorem wodorów w tej reakcji FAD który redukuje się do FAD A2 a produktem reakcji jest trans-enoilo [Wysokoenergetyczne wiązanie] S koenzym A

3. w kolejnej reakcji następuje przyłączenie cząsteczki wody w miejscu podwójnego wiązania przy udziale hydratazy enoilo [Wysokoenergetyczne wiązanie] S koenzymu A. wodór wiąże się z węglem Alfa a grupa OH z węglem beta i powstaje beta - hydroksyl-acylo [Wysokoenergetyczne wiązanie] Koenzym A

4. Na powstały wyżej produkt reakcji działa dehydrogenaza beta - hydroksyl acylo [Wysokoenergetyczne wiązanie] S koenzymu A która przy udziale nad+ odłącza parę atomów wodoru i powstaje produkt reakcji beta-keto acylo [Wysokoenergetyczne wiązanie] S koenzym A

5. Kolejna reakcja prowadzi do skrócenia łańcucha kwasu tłuszczowego o fragment dwu węglowy, reakcję katalizuje tliolaza i koenzym A - SH następuje tu odłączenie acetylo [Wysokoenergetyczne wiązanie] S koenzymu A i powstanie nowego krótszego o dwa atomy węgla acylo [Wysokoenergetyczne wiązanie] S koenzymu A który to jest ponownie metabolizowany [od reakcji drugiej] liczba zachodzących obrotów beta oksydacji równa się N-1 gdyż produktem ostatniej SA dwie cząsteczki acetylo S koenzymu A które to Są włączane do cyklu Krebsa gdzie następuję ich całkowite utlenianie do dwutlenku węgla i wody. Ilość uwalnianej energii w wyniku całkowitego utleniania kwasu tłuszczowego zależy od długości łańcucha węglowego, możemy to obliczyć na przykładzie kwasu palmitynowego zawierającego 16 atomów węgla aktywacja kwasu palmitynowego zachodzi w cytozolu a strata energii na tą aktywacje wynosi dwie cząsteczki ATP w każdej beta oksydacji zachodzą dwie reakcje utleniania

I. z udziałem FAD której towarzyszy powstanie dwóch cząsteczek ATP i druga z NAD której towarzyszy powstanie 3 cząsteczek ATP, zatem każdy powrót beta oksydacji dostarcza 5 cząsteczek ATP spalanie każdej cząsteczki acetylo S koenzymu A w cyklu Krebsa dostarcza 12 cząsteczek ATP proces beta oksydacji kwasu palmitynowego zachodzi 7 razy a w jego wyniku powstaje 8 cząsteczek acetylo [Wysokoenergetyczne wiązanie]S koenzymu A, zatem bilans energetyczny całkowitego utleniania kwasu Palmitynowego do dwutlenku węgla i wody przedstawia się następująco 1. aktywacja palmitynianu do palmitoilo S koenzymu A - 2 cząsteczki ATP

2. beta oksydacja Palmitoilo S koenzymu A [ 7 x 5 ATP + 35 cząsteczek ATP]
3. spalanie acetylo S koenzymu A w cyklu Krebsa [8 x 12 + 96 cząsteczek ATP = 129 cząsteczek ATP]

Temat: utlenianie glicerolu

1.glicerol powstaje w komórkach tłuczkowych jest on produktem glikolizy triacylogriceroli, nie może on być metabolizowany w komórkach tłuszczowych ponieważ nie zawierają one kinazy gricelorowej

glicerol z komórek tłuszczowych jest transportowany do krwi a następnie do komórek wątroby czyli hepatocytów

w cytozolu hepatocytów następuje jego fosforylacja przez kinaze glicerolowom i powstaje glicerolo-3 fosforan w reakcji tej zużywana jest jedna cząsteczka ATP

2. w kolejnym etapie utleniania glicerolo-3 fosforan jest metabolizowany przez dehydrogenazę glicerolo-3 fosforanową z udziałem redukcji NAD do NADH+H+ powstaje fosfodihydroksyaceton jest on metabolizowany dalej drogą dla glikolizy i droga dla glukoneogenezy może być więc przekształcany w glukozę lub może być utleniany do pirogronianu. Pirogronian ulega drogą oksytadywnej dekarboksylacji i przekształcany jest do acetylo S koenzymu A i dalej po przez cykl Krebsa utleniany do dwutlenku węgla i wody

Bilans energetyczny utleniana glicerolu

1. fosforylacja glicerolu - 1 cząsteczka ATP

2. utlenianie glicerolo-3 fosforanu do fosfodihydroksyacetonu + 3 cząsteczki ATP

3. przemiana fosfodihydroksyacetonu do pirogronianu + 5 ATP

4. oksydatywna dekarboksylacja pirogronianu + 3 cząsteczki ATP

5. spalanie acetylo S koenzymu A w cyklu Krebsa + 12 cząsteczek ATP

łącznie utlenianie jednej cząsteczki glicerolu do dwutlenku węgla i wody dostarcza 22 cząsteczek ATP

udział [glicerowców] lipidów w wysiłku fizycznym

każdy wysiłek fizyczny odbywa się kosztem rozpadu cząsteczek ATP, resynteza ATP może odbywać się na drodze katabolicznych procesów beztlenowych np. rozpadu fosfokreatyny i glikolizy beztlenowej oraz Na drodze procesów tlenowych np. glikolizy tlenowej i utleniania tłuszczowców. Lipidy stanowią drugi po węglowodanach substrat energetyczny dla pracujących mięśni przy długotrwałym wysiłku fizycznym resynteza ATP odbywa się na drodze fosforylacji tlenowej a organizm zaczyna korzystać z zapasów lipidów głównie z kwasów tłuszczowych ulegają one utlenianiu czyli degradacji z uwalnianiem cząsteczek ATP podczas wysiłków długotrwałych następuję przejście z weglowodoanowych na lipidowe źródła energii. Na początku wysiłku o umiarkowanej intensywności stężenie kwasów tłuszczowych w osoczu ulega niewielkiemu obniżeniu przyczyną tego jest warzysz wzrost z użycia kwasów tłuszczowych ale nie towarzyszy tym zmianą wzrost lipolizy w tkance tłuszczowej. W miarę kontynuowania wysiłku przy tym samym obciążeniu następuje pobudzenie lipolizy i wtedy poziom kwasów tłuszczowych rośnie aż do ustalenia stałego poziomu - [platean]. Dowóz wolnych kwasów tłuszczowych wraz z krwią do pracujących mięśni zależy od kilku czynników

- typu mięśni

- szybkości transportu kwasów tłuszczowych do cytoplazmy komórek mięśniowych

- szybkości transportu kwasów tłuszczowych z cytozolu do mitochondriów

- wydolności mitochondriów

- dostępności pirogronianów [nasilenie metabolizmu węglowodanowego]

Węglowodanów poniżej pewnego poziomu zaburza funkcjonowanie cyklu Krebsa a tym samym uwalnianie kwasów tłuszczowych, jest stare biochemiczne powiedzenie

„że tłuszcze spalają się w ogniu węglowodanów”

Wolne kwasy tłuszczowe są głównym źródłem energii w czasie wysiłki około 50 % V O2 max . Ilość dostarczanej energii z degradacji wolnych kwasów tłuszczowych zależy od długości ich łańcucha oraz rodzaju wiązań między atomami węgla

Wykład z Biochemia 22-04-2008

1/4 Dominik Konstanty

---