background image

1

1

Metabolizm lipidów

1. Synteza lipidów

2. Utlenianie lipidów

2

Porównanie syntezy kwasów tłuszczowych z 

degradacją kwasów tłuszczowych :

1.

Synteza przebiega w cytozolu, a degradacja w matriks mitochondrialnej

2.

Produkty pośrednie syntezy kwasów tłuszczowych są kowalencyjnie 

związane z grupą 

–SH białkowego nośnika reszt acylowych (ACP), 

produkty pośrednie β-oksydacji kwasów tłuszczowych są związane z 

grupą 

–SH Co A.

3.

Synteza jest katalizowana przez 

syntazę kwasów tłuszczowych

, która         

u zwierząt jest enzymem wielofunkcyjnym. W pojedynczym łańcuchu 

polipeptydowym zlokalizowanych jest sześć różnych aktywności 

enzymatycznych.  U mikroorganizmów i roślin jest to kompleks 

pojedynczych enzymów. Enzymy uczestniczące 

w degradacji kwasów 

tłuszczowych 

są 

odrębnymi białkami

.

4.

Łańcuch kwasu tłuszczowego ulega wydłużaniu przez 

dołączanie 

kolejnych 

jednostek dwuwęglowych

, pochodzących z acetylo-CoA. 

Bezpośrednim, aktywowanym dawcą tych jednostek dwuwęglowych jest 

malonylo-ACP. Podczas degradacji 

uwalniane są 

cząsteczki               

acetylo-CoA (cząsteczki dwuwęglowe). 

5.      

Reduktorem

w procesie biosyntezy kwasów tłuszczowych jest 

NADPH

Utleniaczami

w procesie degradacji kwasów tłuszczowych są 

NAD

+

i FAD

.  

background image

2

3

Pochodzenie acetylo-CoA

Metabolizm szkieletów węglowych

aminokwasów ketogennych

Pirogronian

Oksy

dacy

jna d

ekarb

oksy

lacja

Acetylo-CoA

Rozpad ciał
ketonowych

ß-oksydacja 
kwasów 
tłuszczowych

Katabolizm szkieletów 
węglowych aminokwasów 
ketogennych

4

Pochodzenie NADPH

Dekarboksylacja jabłczanu
przez enzym jabłczanowy
(dehydrogenaza 
jabłaczanowa
dekarboksylująca

Transport cytrynianu z 
mitochondrium do 
cytoplazmy

Szlak fosforanów pentoz

NADPH

background image

3

5

Przeniesienie acetylo-CoA z matriks

mitochondrialnej do cytozolu

1

1

-liaza ATP-cytrynianowa

Potencjał
redukcyjny 
NADH→NADPH

2

2

– dehydrogenaza   

jabłczanowa

3

3

– enzym jabłczanowy (dehydrogenaza jabłczanowa

dekarboksylująca zależna od NADP

+

)

6

ACP

CoA

Karboksylaza acetylo-CoA

ACP

CoA

Transacylaza

acetylowa

Transacylaza

malonylowa

Acetylo - ACP

Malonylo - ACP

background image

4

7

Syntaza kwasów tłuszczowych w komórkach kręgowców

Jest białkiem dimerycznym, w każdym 

pojedynczym łańcuchu 

polipeptydowym zawiera trzy 

domeny o aktywnościach:

Domena I : AT- transferaza

acetylowa, MT- transferaza

malonylowa, CE- enzym 

kondensujący (syntaza 3-

ketoacylo-ACP);

Domena II : ACP- białkowy 

przenośnik grup acylowych,              

KR- reduktazę β-ketoacylo-ACP,           

DH- dehydratazę 3-hydroksyacylo-

ACP, ER-reduktazę enoilową;

Domena III: TE- tioesteraza,czyli

hydrolaza acylo-ACP, enzym 

rozkładający palmitoilo-ACP i 

uwalniający palmitynian.

Domena I

Domena II

Domena III

Berg, Tymoczko, Stryer , Bochemia, 2005, PWN

Podjednostki funkcjonalne

8

Elongacja kwasów tłuszczowych

W każdym obrocie cyklu elongacji w syntezie kwasów 

tłuszczowych wyróżniamy cztery etapy (reakcje):

1. Kondensacja acetylo-ACP i malonylo-ACP, co daje 

acetoacetylo-ACP. Reakcję katalizuje:

enzym kondensujący acylo-malonylo-ACP (CE), czyli 

syntaza β- ketoacylo-ACP.

2. Redukcja acetoacetylo-ACP do D-3-hydroksybutyrylo-ACP. 

Reakcję katalizuje:
reduktaza ββββ-ketoacylo-ACP (KR), reduktor- NADPH.

3. Odwodnienie D-3-hydroksybutyrylo-ACP do krotonylo-ACP. 

Reakcję katalizuje: dehydrataza 3-hydroksyacylo-ACP 

(DH).

4. Redukcja krotonylo-ACP przez cząsteczkę NADPH prowadzi 

do powstania butyrylo-ACP. Reakcję katalizuje:

reduktaza enoilo-ACP (ER). W następnych etapach 

dołączane są cząsteczki malonylo-ACP.

background image

5

9

Biosynteza kwasów tłuszczowych

malonylo~ S-CoA

Palmitoilo-ACP powstaje
po siedmiokrotnym przejściu 
reakcji od 1 do 4

palmitoilo-ACP

Tioesteraza (Hydrolaza acylo- ACP) 

palmitynian

CH

3

- (CH

2

)

14

– COO

-

(CE)

(KR)

(DH)

(ER)

10

Regulacja syntezy kwasów tłuszczowych

Synteza kwasów tłuszczowych następuje wtedy gdy w komórce jest 

wysokie stężenie sacharydów (glukozy) i ATP, a niskie kwasów 

tłuszczowych.

Aktywność 

karboksylazy acetylo-CoA

jest regulowana:

1.

na drodze fosforylacji/defosforylacji, 

2.

podlega także regulacji hormonalnej - glukagon i adrenalina stabilizują 

ufosforylowaną nieaktywną formę enzymu, zaś przy wysokim poziomie 

glukozy w komórce insulina aktywuje enzym .

3.

podlega regulacji allosterycznej - cytrynian jest aktywatorem 

allosterycznym, a palmitynian hamuje działanie enzymu .

+

AMP

-

ATP

GLUKAGON

ADRENALINA

+

INSULINA

PALMITYNIAN 

-

-

Berg, Tymoczko, Stryer , Bochemia, 2005, PWN

background image

6

11

Synteza triacylogliceroli (triglicerydów, TG, TAG

)

• Zachodzi w komórkach wątroby, tkanki tłuszczowej i w 

komórkach gruczołu mlekowego w okresie laktacji.

• Enzymy syntezy TG są związane  z błonami retikulum

endoplazmatycznego gładkiego.

• Etapy procesu:
 powstawanie glicerolo-3-fosforanu i aktywacja kwasów 

tłuszczowych

 estryfikacja  glicerolo-3-fosforanu kwasami tłuszczowymi

12

Pi

acylotransferaza glicerolo-3-fosforanowa

kinaza glicerolowa

Aktywacja kwasów 
tłuszczowych

:

R-COO

-

+ ATP + 

CoA

syntetaza acylo-CoA

R-C - CoA

O

acylo-CoA

AMP + PPi

background image

7

13

Synteza kwasów tłuszczowych u roślin

• NADPH niezbędny do 

syntezy kwasów 
tłuszczowych  pochodzi z 
procesu fotosyntezy

• acetylo~SCoA pochodzi z 

oksydacyjnej 
dekarboksylacji 
pirogronianu lub jest 
produktem reakcji 
katalizowanej przez 
syntetazę acetylo~SCoA: 

octan + ATP→

acetylo ~SCoA+AMP+PPi

14

STECHIOMETRIA SYNTEZY KWASÓW 
TŁUSZCZOWYCH

Reakcja syntezy palmitynianu (C

16

):

Acetylo-CoA + 7 malonylo-CoA + 14NADPH + 20H

+

palmitynian + 7CO

2

+ 14 NADP

+

+ 8CoA + 6H

2

O

Równanie syntezy malonylo-CoA

:

7acetylo-CoA + 7CO

2

+ 7ATP         7 malonylo-CoA + 7 ADP +                        

7P

i

+ 14H

+

Reakcja sumaryczna syntezy palmitynianu:

8 acetylo-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H

+

palmitynian + 14 NADP

+

+ 8 CoA + 6H

2

O + 7 ADP + 7 P

i

background image

8

15

Kwas palmitynowy

Forma 
niezdysocjowana

Forma zdysocjowana

(anionowa)

Grupa (reszta) kwasu

palmitynowego

16

Powszechnie występujące kwasy tłuszczowe

background image

9

17

Numeracja atomów węgla w kwasach 

tłuszczowych

18

Glicerofosfolipidy

background image

10

19

sfingozyna

20

Acyloglicerole

background image

11

21

Enzymy lipolityczne (rozkładające 

lipidy)

Lipazy (hydrolazy) katalizują  proces lipolizy (hydrolizy 

lipidów).

 Lipaza kwasostabilna – żołądek
Lipaza żądkowa – żądek – u niemowląt
 Lipaza trzustkowa – jelito cienkie
 Fosfolipaza A - jelito cienkie
 Esteraza cholesterolowa – jelito cienkie
 Lipaza lipoproteinowa – powierzchnia komórek śródbłonka

naczyń włosowatych mięśni szkieletowych, tkanki tłuszczowej, 
serca, płuc, nerek i wątroby

 Lipaza hormonowrażliwa (lipaza triacyloglicerolowa) – enzym 

wewnątrzkomórkowy (przede wszystkim w adipocytach)

22

Struktura chylomikronu i innych lipoprotein

Rdzeń – lipidy hydrofobowe.

Zewnętrzna część – bardziej polarne lipidy (fosfolipidy) i białka 
(apolipoproteiny).

Zadania apolipoprotein: 

• sprawiają, że hydrofobowe lipidy są rozpuszczalne we krwi;

• posiadają sygnały kierujące lipoproteiny do określonych komórek 

background image

12

23

ROZKŁAD TRIACYLOGLICEROLI W TKANCE TŁUSZCZOWEJ

Lipaza
triacyloglicerolowa

ADIPOCYT

Triacyloglicerol

glicerol

kwasy tłuszczowe

glikoliza

pirogronian

glukoneogeneza

β

-oksydacja

acetylo-CoA

cykl Krebsa

Komórki wątroby

Inne tkanki

24

        glycerol                             glycerol-3-P                 dihydroxyacetone-P

CH

2

CH

CH

2

OH

HO

O

PO

3

CH

2

CH

CH

2

OH

HO

OH

CH

2

C

CH

2

OH

O

PO

3

O

ATP     ADP

             H

+

 +

NAD

+

   NADH

1

2

glicerol

glicerolo-3-P

fosforan dihyroksyacetonu

Glicerol pochodzący z rozkładu triglicerydów (triacylogliceroli) 
ulega przekształceniu do 

fosforanu dihydroksyacetonu

, który jest 

metabolitem glikolizy.

Przemianę katalizują enzymy:

1 – kinaza glicerolowa

2 – dehydrogenaza glicerolofosforanowa

background image

13

25

UTLENIANIE GLICEROLU

GLUKOZA

FOSFODIHYDROKSYACETON

PIROGRONIAN 

GLUKON

EOGENE

ZA

GLIKO

LIZA

ZYSK ENERGETYCZNY:

Utlenianie glicerolo-3-P     1 NADH                   = 2.5 ATP

Przemiana fosfodihydroksyacetonu
w pirogronian (1 NADH + 2 ATP)                     =  4.5 ATP

Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu

(1 NADH)                                                         =  2.5 ATP

Utlenianie acetylo-CoA w CKT                        = 10.0 ATP

19.5 ATP

Fosforylacja glicerolu zużywa ATP                   - 1   ATP   

Zysk netto                                                     = 18.5 ATP

NADH

CO

2

Acetylo-S-CoA

CKT, łańcuch 
oddechowy 

Utlenianie acetylo-CoA

NADH

ATP

NADH. FADH

2

, ATP (GTP)

CoA-
SH

26

AKTYWACJA KWASÓW TŁUSZCZOWYCH

1.

Rozpad kwasów tłuszczowych 
w komórkach eukariotycznych 
zachodzi w matriks
mitochondrialnej.

2.

Przed wejściem do 
mitochondrium kwasy 
tłuszczowe ulegają aktywacji       

3.     Reakcja jest katalizowana w 

cytoplazmie przez enzym: 
syntetazę acylo-CoA
i zużywa ATP.                                                   

background image

14

27

TRANSPORT AKTYWNYCH 
KWASÓW 
TŁUSZCZOWYCH                                            
DO MITOCHONDRIÓW

1. Cząsteczki kwasów 

tłuszczowych o długich 

łańcuchach (>12 C) są 

transportowane do 

matrix mitochondrium

przez specjalny 

przenośnik- translokazę.

2. Reszty acylowe o 

długich łańcuchach są 

przenoszone do 

wnętrza mitochondrium

po sprzężeniu z 

karnityną.

BOYER R. BIOCHEMISTRY, 2002

28

ETAPY KATABOLIZMU KWASÓW 
TŁUSZCZOWYCH (

prowadzące do 

całkowitego utlenienia tych związków)

I etap – β-oksydacja kwasów 
tłuszczowych:

- uwalnianie acetylo-CoA;

- uwalnianie NADH i FADH

2

.

II etap–utlenianie acetylo-CoA w 
cyklu Krebsa:

- wytwarzanie NADH i FADH

2;

-wytwarzanie GTP (ATP).

III etap – utlenianie
zredukowanych koenzymów 
za 
pośrednictwem łańcucha 
oddechowego. 

background image

15

29

SPIRALA  UTLENIANIA KWASÓW TŁUSZCZOWYCH

BOYER R. BIOCHEMISTRY, 2002

30

ZYSK ENERGETYCZNY CAŁKOWITEGO 
UTLENIENIA PALMITYNIANU (C

16

)

palmitoilo-CoA + 7FAD + 7NAD

+

+ 7CoA + 7H

2

O

8 acetylo - CoA + 7FADH

2

+ 7NADH +7H

+

7 NADH      fosforylacja oksydacyjna                            7x2.5 ATP = 17.5 ATP

7 FADH

2

fosforylacja oksydacyjna                            7x1.5 ATP = 10.5 ATP

acetylo-CoA

CKT

(3 NADH + 1 FADH

+ 1 ATP- fosforylacja substr.)                         3x2.5 ATP + 1.5 ATP+1ATP=10ATP

8 acetylo-CoA

CKT                                                  8x10ATP  = 80 ATP

108 ATP 

Aktywacja palmitynianu pochłania 2 ATP                                             - 2 ATP

Zysk netto

106 ATP

background image

16

31

WYTWARZANIE CIAŁ KETONOWYCH

Jeśli w komórkach dominuje rozpad tłuszczów, to z acetylo-
CoA powstają ciała ketonowe.

Jeśli rozkład cukrowców i tłuszczów jest zrównoważony, to 
acetylo-CoA powstający podczas oksydacji kw. tłuszczowych 
wchodzi do cyklu Krebsa  i jest utleniany do CO

2

.

W czasie głodowania lub w cukrzycy mogą występować 
niedobory szczawiooctanu i staje się on niedostępny do 
reakcji kondensacji z acetylo-CoA. Wtedy acetylo-CoA jest 
kierowany do tworzenia ciał ketonowych.

Mięsień sercowy i kora nerek wykorzystują acetooctan jako 
ź

ródło energii. Także mózg w warunkach głodzenia ma 

zdolność wykorzystania acetooctanu jako źródła energii.

32

Przekształcenie acetylo-CoA w ciała ketonowe