Univerzita Komenského v Bratislave

Jesseniova lekárska fakulta v Martine

prof. MUDr. Dušan DOBROTA, CSc.

Metabolizmus lipidov

Lipidy

- heterogénne vo vode nerozpustné molekuly
- výskyt: membrány, tukové kvapôčky

Význam:
- zdroj energie
- hydrofóbna bariéra
- udržiavanie homeostázy (PG, steroidy)
- rozpúšťadlo pre D, E, K, A

Klasifikácia:
•

triacylglyceroly (TAG)

•

vyššie mastné kyseliny (VMK)

•

glykolipidy

•

steroidy

•

sfingolipidy

•

fosfolipidy

•

...

- poruchy lipidového metabolizmu – obezita, ateroskleróza

- denný príjem 60 – 150 g
a/ 90% - TAG
b/ 10% - cholesterol (CH), estery cholesterolu (ECH), fosfolipidy, VMK

Trávenie:

A. Ústa a žalúdok
1. lipáza (kyselinorezistentná, linguálna)
- TAG
- rýchlosť hydrolýzy nízka
- emulgifikácia lipidov nie je
2. žalúdočná lipáza
- TAG (MK s krátkym a stredne dlhým reťazcom – mlieko)
- enzým aktívny pri neutrálnom pH (deti !!)

Trávenie lipidov

- hormonálna regulácia

metabolizmu lipidov

v tenkom čreve

B. Emulgifikácia
- TAG – nerozpustné vo vode → trávenie len na povrchu
- zvýšenie povrchu tukových kvapiek
- duodenum: 1. peristaltika
2. soli žlčových kyselín

- deriváty cholesterolu
- glycín, taurín (amidová väzba)

C. Enzymatická degradácia
1. Triacylglyceroly
- enzymatická lipáza (esteráza)
- C1 a C3
- produkt: 2-monoacylglycerol + VMK
- kolipáza – proteín stabilizujúci interakciu lipáza ↔ tuková kvapka
2. Estery cholesterolu
- cholesterylesterhydroláza (cholesterolesteráza)
- produkt CH + VMK

3. Fosfolipidy
- fosfolipáza A2 (aktivácia: trypsín)
- C2
- produkt: lyzofosfolipid + VMK [fosfatidylcholín lyzolecitín]
- C1 – lyzofosfolipáza → glycerol + P (fosfát) + báza
4. Hormonálna kontrola
- hormonálna regulácia produkcie hydrolytických enzýmov degradujúcich
lipidy v potrave
a/ cholecystokinin (CCK, pankreozymin)
- peptid secernovaný bb. mukózy dolného duodena a jejuna
- ↑ produkcia a uvolnenie produkcie exokrinnej časti pankreasu
- ↑ kontrakcia žlčníka a uvolnenie žlče
- ↓ motility žalúdka
b/ sekretín
- peptid produkovaný bb. mukózy tenkého čreva
- ↓ pH chýmu – produkt na sekréciu
- ↑ produkcie pankreatickej šťavy (hydrogénuhličitany) → neutralizácia
→ pH vhodné pre tráviace enzýmy



 

 lecitín

D. Absorbcia lipidov
- mixované micely: VMK, CH, 2-monoacylglycerol + soli žlčových kyselín
- absorbcia cez kefkový lem enterocytov
- VMK s krátkym a stredne dlhým reťazcom → priamo

E. Resyntéza TAG a ECH
- enterocyty
- acyl CoA syntáza (tiokináza) → aktivácia VMK
- acyltransferázy → 2-monoacylglycerol + aktivovaná MK → resyntéza TAG
- VMK s krátkym a stredne dlhým reťazcom → transport krvou vo väzbe na albumín
- acyltransferázy → resyntéza FL a ECH

F. Sekrécia lipidov z enterocytov
- tvorba chylomikrónov
- jadro: TAG, ECH
- obal: proteíny, FL, CH
- chylomikróny → exocytóza do lymfatického systému → ductus thoracicus →
v. subclavia sin.
- apolipoproteín B-48 – syntéza v enterocytoch

Absorpcia lipidov nachádzajúcich sa

v zmesi miciel intestinálnych mukozálnych buniek

Hromadenie a sekrécia chylomikrónov

z intestinálnych mukozálnych buniek

G. Využitie lipidov z potravy
- TAG (chylomikróny) → tukové tkanivo, sval

→ srdce, pľúca, obličky, pečeň

- lipoproteínová lipáza → syntéza v adipocytoch a svalových bb.

→ lokalizácia - luminálny povrch endotelu kapilár

1. Využitie VMK
- svalové bb. (aj iné) → produkcia energie
- transport krvou → albumín
- adipocyty → resyntéza TAG
2. Využitie glycerolu
- pečeň → Gly-3-P → glykolýza a glukoneogenéza
3. Využitie chylomikrónových zvyškov
- ECH, PL, proteíny → pečeň → hydrolýza → recyklovanie

Metabolizmus mastných kyselín

Mastné kyseliny (vyššie karboxylové kyseliny):
a/ voľné - plazma (väzba na albumín) – hladovanie
- tkanivá (malé množstvo)
- oxidácia v tkanivách (sval, pečeň)
- prekurzory – glykolipidy,FL ,sfingolipidy, prostaglandíny, ECH
b/ esterifikované - TAG – hlavná energetická zásoba organizmu
- ECH

Štruktúra MK:
- amfipatický charakter
- nasýtené a nenasýtené (cis- konjugácia)
- citlivosť na oxidáciu: nenasýtené

  nasýtené

- esenciálne MK – viac ako 2 dvojité väzby (kys. linolová, kys. linolénová)
- kyselina arachidonová – esenciálna ak chýba prekurzor

 kys. linolová

- CH

3 skupina   uhlík

- vetvené MK

 rastlinný pôvod (kys. fytanová  3,7,11,15-tetrametylpalmitová)

Syntéza MK

- de novo syntéza MK

 nadmerný príjem sacharidov a proteínov

- syntéza MK a/ pečeň, laktujúca mliečna žľaza
b/ tukové tkanivo, obličky
- miesto syntézy: cytosól bunky
- štyri enzýmové systémy: a/ acetyl-CoA-karboxyláza
b/ syntáza vyšších karboxylových kyselín
c/ desaturáza
d/ elongačný systém

A. Vznik cytosólového acetyl-CoA
- acetyl CoA v MIT: pyruvát, degradácia MK, ketolátky, AK
- CoA neprechádza membránou MIT
- citrát syntáza: kys. oxaloctová + acetyl-CoA
- citrát lyáza: rozklad v cytosóle
- transport citrátu do cytosólu

 vysoká koncentrácia citrátu v MIT (inhibícia

izocitrátdehydrogenázy

 vysoká konc. ATP)

- citrát carrier protein (CCP)

Prenos acetyl-CoA

z mitochondrie do cytosólu

B. Vznik malonyl-CoA
- acetyl-CoA-karboxyláza

 acetyl-CoA + CO

2

- regulačné miesto

C. Syntáza vyšších karboxylových kyselín
- multienzýmový komplex
- 7 rozdielnych enzýmových aktivít
- doména viažúca derivát kys. pantoténovej (4-fosfopantoteín)
- acyl carrier protein (ACP) – izolovaná doména u prokaryotických bb.



prenos acylových a acetylových zvyškov na terminálnej SH- skupine

1. Transfer acetátu z acetyl-CoA na SH- skupinu ACP
enzým: acetyl-CoA-ACP-transacyláza
acetyl-CoA + ACP-SH

 acetyl-S-ACP + CoA

2. Transfer dvojuhlíkatého zvyšku na SH- skupinu Cys zvyšku v enzýme
acetyl-S-ACP + enzým-SH

 acetyl-S-enzým + ACP-SH

3. ACP prijíma 3 C zvyšok malonátu
enzým: malonyl-CoA-ACP-transacyláza
malonyl-CoA + ACP-SH

 malonyl-S-ACP + CoA

4. Acetyl viazaný cez -S- na enzým reaguje s malonyl-S-ACP
enzým: ketoacyl-ACP-syntáza
malonyl-S-ACP + acetyl-S-enzým

 acetoacetyl-S-ACP + CO

2

5. Keto-skupina je redukovaná na alkohol
enzým:

-ketoacyl-ACP-reduktáza

acetoacetyl-S-ACP + NADPH + H+

 -hydroxylacyl-ACP + NADP+

6. Dehydratácia a tvorba dvojitej väzby
enzým:

-hydroxylacyl-ACP-dehydratáza

-hydroxybutyryl-S-ACP  krotonyl-S-ACP + H

2O

7. Redukcia
enzým: enoyl-ACP-reduktáza
krotonyl-ACP + NADPH + H+

 butyryl-S-ACP + NADP+

8. Transfer štvoruhlíkového zvyšku na SH- skupinu Cys
na periférnej časti enzýmu

9. Naviazanie malonyl-CoA na ACP

10. Kondenzácia dvoch molekúl (štvoruhlíkatý zvyšok + malonyl-CoA)
a uvoľnenie CO

2

Opakovanie 7x

11. Redukcia na beta-uhlíku (karbonylová skupina)

12. Opakovanie 7x

 naviazanie 2 C zvyšku z malonyl-CoA

13. Uvoľnenie 16 C reťazca kys. palmitovej
enzým: palmitoyltioesteráza
palmitoyl-S-ACP + H

2O  palmitát + ACP-SH

Sumárna reakcia:
8 acetyl-CoA + 14 NADPH + 14 H+ + 7 ATP

 kys. palmitová + 8 CoA +

+ 14 NADP+ + 7 ADP + 7 P

i + 7 H2O

D. Zdroje NADPH pre syntézu MK
a/ pentózový cyklus (2 NADPH / 1 molek. Glu)
b/ premena malátu na pyruvát
- enzým: NADP+-dependentná malátdehydrogenáza (jablčný enzým), cytosól
- oxidácia a dekarboxylácia
- vznik malátu: redukcia oxalacetátu
(enzým: NAD+-dependentná malátdehydrogenáza)

E. Spojenie medzi syntézou MK a metabolizmom Glu
1. vznik Pyr v glykolýze
- zdroj acetyl-CoA
- cytosólový redukčný ekvivalent NADH
2. vznik kys. oxaloctovej v MIT
- glukoneogenéza
- vznik citrátu
3. vznik acetyl-CoA
- kondenzácia s kys. oxaloctovou
- citrát (Krebsov cyklus, transport do cytosólu)

4. štiepenie citrátu
- cytosól
- vznik: acetyl-CoA + kys. oxaloctová
5. vznik cytosólového NADPH
6. syntéza palmitoyl-CoA

F. Elongácia a desaturácia
- lokalizácia: MIT a endoplazmatické retikulum

G. Triacylglyceroly
- štruktúra: glycerol + 3 zvyšky MK
- jednoduché = rovnaké MK
- zmiešané = rozdielne MK
- C

1 – nasýtená, C2 – nenasýtená, C3 – nasýtená resp. nenasýtená

- uskladňovanie: tukové kvapôčky v adipocytoch

Biosyntéza MK

Vzťah medzi syntézou palmitátu

a metabolizmom glukózy

Elongácia MK

v mitochondriách

a na ER

Regulácia syntézy MK:

- acetyl-CoA-karboxyláza:
a/ krátkodobá kontrola
- aktivácia protomérov – citrát
- inaktivácia

 depolymerizácia – malonyl-CoA

– palmitoyl-CoA
- fosforylácia – inaktivácia (adrenalín, glukagón)
- defosforylácia – aktivácia (inzulín)

b/ dlhodobá kontrola
-

 syntéza enzýmu – diéta bohatá na sacharidy a chudobná na tuky

-

 syntéza enzýmu – diéta bohatá na tuky a hladovanie

Regulácia aktivity acetyl-CoA-karboxylázy

– plne aktívna je nefosforylovaná forma

Aktivácia acetyl-CoA-karboxylázy

citrátom a inhibícia malonyl-CoA

a palmitoyl-CoA

Degradácia MK

A. Uvoľnenie MK z TAG
- hormónsenzitívna lipáza (HSL) – uvoľnenie z C

1 resp. C3

- lipázy (monoacylglycerol, diacylglycerol)

Aktivácia HSL
- fosforylácia → proteínkináza
- adrenalín → aktivácia adenylátcyklázy → tvorba cAMP
- inzulín → inaktivácia HSL (defosforylácia)
- aktivácia cAMP kaskády !!
a/ aktivácia HSL (fosforylácia) – + degradácia TAG
b/ inaktivácia acetyl-CoA-karboxylázy (fosforylácia) – - syntéza MK

Glycerol
- tukové tkanivo → glycerol → pečeň → glycerol-P
a/ syntéza TAG
b/ oxidácia na dihydroxyacetónfosfát
- glykolýza
- glukoneogenéza

VMK
- tukové tkanivo → albumín → cieľové orgány
výnimka: nervové tkanivo, dreň nadobličky, Ery

B. β-oxidácia MK
- lokalizácia: a/ v matrix MIT (odbúravanie nasýtených MK; krátke až
stredne dlhé reťazce MK → CO

2 a H2O)

b/ v peroxizómoch (dlhé nenasýtené MK → kratšie reťazce)

Aktivácia VMK
- naviazanie koenzýmu A
a/ 3 enzýmy:
I. acetyl-CoA-syntáza – kys. octová, propionová, akrylová
II. oktanoyl-CoA-syntáza – MK s C

4 až C12

III. dodekanoyl-CoA-syntáza – MK s C10 až C18

K

+

, Mg2+

R – COOH + CoA – SH + ATP R – CO – SCoA + AMP + PP

i-

b/ enzým: CoA-transferáza

R – COOH + sukcinyl-CoA → R – CO – SCoA + HOOC – CH

2 – CH2 – COOH

Aktivácia MK

Transport MK do MIT
- vstup MK do bb. → acyl-CoA
enzým: acyl-CoA-syntáza (tiokináza)
- MIT membrána – nepriepustná pre acyl-CoA
- karnitín – transportný systém
a/ karnitín-acyltransferáza I
- vonkajší povrch vnútornej membrány MIT
b/ karnitín-acyltransferáza II
- vnútorný povrch vnútornej membrány MIT
c/ translokáza (karnitín-acylkarnitín translokáza)
- regulácia → malonyl-CoA – inhibícia karnitín-acyltransferázy I
↑ syntéza de novo → ↓ transport do MIT

Acylácia karnitínu – prenos acylu

z acyl-CoA na OH- skupinu karnitínu

Transport mastnej kyseliny (acylu) do matrix

mitochondrie cez vnútornú mitochondriálnu membránu

Reakcie β-oxidácie
- 4 reakcie
- β uhlík
- skrátenie reťazca o 2 uhlíky
enzýmy:
a/ acyl-CoA-dehydrogenáza (FAD)
b/ enoyl-CoA-hydratáza (sy. krotonáza)
c/ β-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenáza (NAD)
d/ acyl-CoA-acyltransferáza (β-ketotioláza, acetyl-CoA-acetyltransferáza)

Energetická bilancia
- 1 molekula palmitoyl-CoA
7 x NADH (x 3 ATP) = 21 ATP
7 x FADH

2 (x ATP) = 14 ATP

8 x acetyl-CoA (x 12 ATP) = 96 ATP
131 ATP
aktivácia MK (- 2 makroerg. väzby) - 2 ATP
čistý zisk = 129 ATP

Odbúranie VMK s nepárnym počtom atómov C
- β-oxidácia: acetyl-CoA + propionyl-CoA
a/ syntéza metylmalonyl-CoA
enzým: propionyl-CoA-karboxyláza (biotín)
b/ syntéza sukcinyl-CoA
enzým: metylmalonyl-CoA-mutáza

C. α-oxidácia VMK
- oxidácia na α uhlíku → α oxoskupina
- dekarboxylácia → karboxylová kys. kratšia o 1 C
- MIT a ER mozgu
- enzým: a/ oxygenáza – O

2, Mg

2+

, NADPH

2

b/ dekarboxyláza - O

2, Fe

2+

, kys. Askorbová

D. Ω-oxidácia VMK
- oxidácia na ω uhlíku
- enzým: monooxygenáza (O

2, NADPH2, cyt. P-450)

- vznik α a ω dikarboxylových kys.
- ER mozgu

Poradie reakcií pri

-oxidácii MK
(uvoľňuje sa acetyl-CoA)

-oxidácia mastných kyselín

ω-oxidácia mastných kyselín

Porovnanie syntézy a degradácie MK

Klinické poznámky:
a/ kongenitálne chýbanie karnitín-acyltransferázy v skeletálnom svale
b/ ↓ koncentrácia karnitínu – neschopnosť odbúrať MK
– myeloglobinémia
– svalová slabosť
c/ nedostatok acyl-CoA-dehydrogenázy pre MK so stredne dlhým reťazcom
(3 enzýmy) – výskyt cca 1 : 10 000 novorodencov
– ↓ oxidácia MK a hypoglykémia
– 10 % postihnutých – SIDS (Sudden Infant Death Syndrome)
d/ nedostatok vit. B

12

- kys. propionová a kys. metylmalónová v moči
e/ nedostatok alebo chýbanie metylmalonyl-CoA-mutázy
- acidémia a acidúria (kys. metylmalónová)
f/ Refsumova choroba
- neschopnosť oxidovať kys. fytanovú α-oxidácia
- na β uhlíku je metylová skupina