Metabolizmus acylglycerolů a sfingolipidů as. Libor Staněk

Acylglyceroly jsou převládajícími lipidy v těle - největší zastoupení v tukové tkáni mají triacylglyceroly fosfoglyceroly, fosfosfigolipidy a glykosfingolipidy jsou hlavními složkami plazmatické membrány a ostatních membrán (amfipathické lipidy)

Význam fosfolipidů (PL)  1. základní složka buněčných membrán  2. prekurzory druhých poslů  3. plicní surfaktant  4. zásoba energie

Struktura fosfolipidů 1,2-diacyl PL1-alkyl-2-acyl PL 1-acyl PL1-alkenyl-2-acyl PL

Struktura glycerofosfolipidů cholin (fosfatidylcholin) etanolamin (fosfatidyletanolamin) serin (fosfatidylserin) glycerol (fosfatidylglycerol) glycerol (difosfatidylglycerol) myo-inositol (fosfatidylinositol)

Biosyntéza fosfoglyceridů 1. biosyntéza kyseliny fosfatidové 2. biosyntetické dráhy z diacylglycerolu 3. biosyntetické dráhy z CDP-diacylglycerolu 4. regulace biosyntézy fosfolipidů 5. glykosylfosfatidylinositol – struktura, biosyntéza

Biosyntéza   Glycerol   Glycerol – 3 – fosfát (výchozí sloučenina) + MK   Fosfatidát (prekurzor)   Triacylglycerol, fosfoglycerol, kardiolipin

Biosyntéza   MK jsou aktivovány na acyl – CoA (syntetáza)   2 x acyl – CoA + glycerol – 3 fosfát   FOSFATIDÁT (1,2-diacylglycerofosfát)   1,2–diacylglycerol + acyl–CoA přes CDP-diacylglycerol   Triacylglycerol fosfoglycerol atd.

Schema biosyntézy fosfolipidů u živočišné buňky

Shrnutí- biosyntéza fosfolipidů  prekurzor: glycerol-3fosfát, dihydroxyacetonfosfát  acyl-CoA, sn 1 nasycený, sn 2 nenasycený PA diacylglycerol (PC, PE, TAG) diacylglycerol (PC, PE, TAG)  PA CDP-diacylglycerol (PI, PS, PG, DPG) CDP-diacylglycerol (PI, PS, PG, DPG)  aktivující nukleotid pro syntézu všech PL - CTP

Katabolizmus   TAG – jsou hydrolyzovány LIPÁZOU   MK a GLYCEROL (tuková tkáň)   V plazmě se naváže na albumin   Následuje oxidace a reesterifikace

Triacylglyceroly Triacylglyceroly (triglyceridy) Jsou nejvíce zastoupené lipidy v potravě. Jsou hlavní zásobní formou energie (  -oxidace MK) Většinou jsou smíšené  OH skupiny glycerolu jsou esterifikovány různými MK

  Fosfoglyceroly, fosfosfingolipidy a glykosfingolipidy jsou amfipatické lipidy a proto se výborně hodí jako stavební kameny membrán.   Nebo mají specifický význam – dipalmitoyllecitin jako plicní surfaktant   Inositolfosfolipidy jsou v b. membráně prekurzorem druhého posla   Glykosfingoipidy tvoří glykokalix : 1. intr. cel. komunikaci   2. rec. pro bakterie   3. systém sk. AB0   Řada metabolických cest

Fosfoacylglyceroly Fosfoacylglyceroly jsou součástí buněčných membrán. Fosfatidová kyselina:  na C1 & C2 jsou esterově vázane MK  na C3 je esterově vázán zbytek kys. fosforečné P i. Kys. fosfatidová je prekurzorem dalších fosfoacylglycerolů a triacylglycerolů

Ve fosfoacylglycerolech je kys. fosforečná esterifikována s OH skupinou alkoholu, který tvoří tzv. polární „hlavu“ (X): např. serin, cholin, ethanolamin, glycerol, nebo inositol. MK se obvykle liší svou délkou a počtem dvojných vazeb. Obvykle : R 1 = nenasycená MK R 2 = nasycená MK

Sfingolipidy

Sfingolipidy  1. struktura  2. funkce  3. biosyntéza sfingolipidů  4. odbourávání sfingolipidů

 komplexní polární molekuly obsahující lipofilní ceramidovou část a hydrofilní fosforylcholinovou - sfingomyeliny nebo cukernou část - glykosfingolipidy Co jsou sfingolipidy? Johann Ludwig Wilhelm Thudichum: discovery of sphingosine, cerebroside and sphingomyelin in brain – compounds „ enigmatic as Egyptian Sphinx“

Amino skupina sfingosinu tvoří amidovou vazbu s karboxylem mastné kyseliny a vzniká tak ceramid. Ceramidy obvykle obsahují polární skupinu eterifikovanou na koncový hydroxyl sfingosinu Sfingolipidy jsou tvořeny 18C aminoalkoholem - sfingosinem Sfingolipidy H2NH2N

Sfingomyelin se vyskytuje převážně v buněčných membránách nervů a mozkové tkáně. Sfingomyelin obsahuje fosfocholin vázaný na ceramid

Cerebrosidy a gangliosidy se vyskytují zejména ve vnější vrstvě plazmatické membrány. Sacharidový řetězec je orientován ven z buněčného povrchu Cerebrosid je sfingolipid (ceramid) obsahující monosacharid (glukosu nebo galaktosu) Gangliosid je ceramid, na který je vázaný oligosacharidový řetězec, který obsahuje alespoň jeden zbytek kys. sialové Fosfatidylinositol-4,5-bisfosfát Triacylglycerol Obr Přehled biosynthesy acylglycerolu a fosfoglycerolu. PAF (platelet-activating factor) - krevní destičky aktivu­jící faktor.

STRUKTURA SFINGOLIPIDŮ  -Hydroxy palmitic acid (hC16:0) Lignoceric acid (C24:0) Cerebronic acid (hC24:0) Nervonic acid (C24:1 D15)  -Hydroxy triacontanoic acid (  hC30:0) MASTNÉ KYSELINY SFINGOLIPIDŮ: 14-30C, převážně nasycené, α-,ω- hydroxylované

STRUKTURA SFINGOLIPIDŮ

SFINGOMYELINY- ceramidy nesoucí fosforylcholin nebo fosforylethanolamin = fosfosfingolipidy SFINGOMYELINY- ceramidy nesoucí fosforylcholin nebo fosforylethanolamin = fosfosfingolipidy STRUKTURA SFINGOLIPIDŮ Ceramid 1,2-diacylglycerol

GLYKOLIPIDY: glykokonjugáty obsahující jednu nebo více monosacharidových jednotek vázaných na hydrofobní, lipidní část = acylglycerol, ceramid (N- acylsfingoid) GLYKOSFINGOLIPIDY (GSL): glykosidy ceramidu nebo sfingoidů, vázané glykosidickou vazbou k O-1 sfingoidu. Lze také používat název glykosylceramid STRUKTURA SFINGOLIPIDŮ glycerol mastná kyselina Gal Glykolipid založený na diacylglycerolu mastná kyselina Gal sfingosin Glykosfingolipid – glykolipid založený na sfingosinu

 Glykosfingolipidy rozdělujeme na :  Neutrální : mono-, oligo-, polyglykosylceramidy (u živočichů především s D-glukosou (Glc), D-galaktosou (Gal), L-fukosou (Fuc), s D-glukosou (Glc), D-galaktosou (Gal), L-fukosou (Fuc), D-N-acetylgalaktosaminem (GalNAc) a D-N-acetylgalaktosaminem (GalNAc) a D-N-acetylglukosaminem (GlcNAc)) D-N-acetylglukosaminem (GlcNAc))  Kyselé : 1. sialoglykosfingolipidy (gangliosidy, s vázanou kyselinou sialovou) sialovou) 2. sulfoglykosfingolipidy (sulfatidy, s estericky vázanou 2. sulfoglykosfingolipidy (sulfatidy, s estericky vázanou sulfoskupinou) sulfoskupinou)  Název kyselina sialová označuje deriváty kyseliny neuraminové, 5-amino- 3,5-dideoxy-D-glycero-nonulosonové (hlavně acetyl-, nebo glykolylové deriváty na dusíku aminoskupiny nebo OH- skupinách) STRUKTURA SFINGOLIPIDŮ GlcNAcGalNAcFuc kyselina sialová (N-acetylneuraminic acid)

Sfingolipidy  Výskyt: živočichové, rostliny, houby, viry  jsou velmi heterogenní z hlediska struktury ceramidu (mastné kyseliny a sfingoidní base) i z hlediska struktury oligosacharidového řetězce  sfingolipidy jsou významnými komponentami eukaryotní plasmatické membrány, jsou přítomny i ve vnitrobuněčných membránách  mají tam důležité funkce nejen strukturní a integrační, ale také signalisační, receptorové, při vzájemném rozpoznávání buněk aj.  jejich složení je do značné míry specifické pro určité typy buněk a může se měnit během růstu buněk, jejich diferenciace, virové transformace a onkogenese  Glykosfingolipidové antigeny jsou součástmi následujících antigenních systémů: ABO(H) systému, Lewis systému, P systému, Ii systému  zatím je známo více než 200 glykosfingolipidových struktur  75 % plasmatická membrána  10 % Golgi aparát  10 % lysosomy  5 % ostatní membrány Sfingolipidy v membránách hepatocytu potkana

 myelin- 75% lipidů a 25% proteinů, marker – GalCer, biologická isolační páska, impulsy 100m/s (v nervech bez myelinu 10m/s)  Gangliosidy: ve všech buněčných typech nervového systému, zakoncentrovány v neuronech (1/10 membránových lipidů), zvláště v jejich synaptických štěrbinách,  podílejí se na synaptickém přenosu: regulují funkci membránově vázané Ca 2+ - ATPasy, tvoří komplexy s Ca 2+ Sfingolipidy v nervové tkáni

Funkce sfingolipidů  Funkce:strukturní přenos signálu rozeznávací  podílejí se na pevnosti struktury membrány – rigidnější struktura ceramidu ve srovnání s acylglyceroly fosfolipidů, nasycené acyly, ochotněji se sbalují s cholesterolem → podporují tvorbu „kapalně uspořádané fáze“  společne s cholesterolem jsou součástí mikrodomén (raftů), které vznikají stranovým zhlukováním v tekutějším prostředí tvořeném glycerofosfolipidy – zahrnují specifickou sestavu membránových proteinů – přenašečů signálu

Funkce sfingolipidů  Funkce:strukturní přenos signálu rozeznávací  součást raftů – ovlivnění fce receptorů, svými sacharidovými strukturami zprostředkovávají interakce s exogenními ligandy  podílejí se na membránovém transportu: třídění a recyklace receptorů, endocytosa..  ceramid - koordinátor stresové odpovědi eukaryotických buněk, podněty : cytokiny (TNFα), UV záření, hypoxie podněty : cytokiny (TNFα), UV záření, hypoxie aktivace sfingomyelinasy, hromadění ceramidu aktivace sfingomyelinasy, hromadění ceramidu  „sfingolipidní reostat“ :  ceramid, sfingosin (Sph): inhibice proliferace, buněčného růstu, apoptosa   sfingosin-1-fosfát (S1P): stimulace buněčného růstu, potlačuje apoptosu  Sfingosin kinasa (Sph→ S1P)– kritický regulátor sfingolipidního reostatu  metabolismus sfingolipidů „rozregulován“ u nádorů

Funkce sfingolipidů  Funkce:strukturní přenos signálu rozeznávcí  buněčná adhese: GSL zprostředkovávají první kontakt sacharid-sacharid, tvoří ligandy pro selektiny – počáteční přichycení leukocytů a nádorových buněk  kontrola buněčného růstu – kontaktní odpověď-prodlužování GSL těsně před tím, než buňky vytvoří souvislou kulturu o vysoké densitě  vazba bakterií a virů na GSL: cholera toxin – vazba na GM1 cholera toxin – vazba na GM1 tetanický toxin – vazba na GT1b, GQ1b, GD1b tetanický toxin – vazba na GT1b, GQ1b, GD1b virus chřipky- typ C- vazba na široké spektrum sialylglykokonjugátů virus chřipky- typ C- vazba na široké spektrum sialylglykokonjugátů využití strukturní specifity toxinů: detekce glykolipidů (GM1), selektivní terčová látka pro zabíjení gangliosid-nesoucích nádorových buněk (clostridium perfringens δ toxin rozpouští selektivně buňky obsahující GM2- typický pro melanom, neuroblastom) využití strukturní specifity toxinů: detekce glykolipidů (GM1), selektivní terčová látka pro zabíjení gangliosid-nesoucích nádorových buněk (clostridium perfringens δ toxin rozpouští selektivně buňky obsahující GM2- typický pro melanom, neuroblastom)

Sfingolipidy   Sfingenin – syntéza v endoplazmatickém retikulu (výchozí sloučenina pro tvorbu ceramidu) AMK Serin + palmitoyl – CoA 3 – oxosfiganin (oxidace) sfinganin Sfingenin + acyl CoA CERAMID

Biosyntéza ceramidu a sfingosinu Palmitoyl-CoA + serin Sphingosine Sphinganine Dihydroceramide 3-Ketosphinganine Ceramide Serine palmitoyltransferase 3-Ketosphinganine reductase Ceramide synthase Desaturase Ceramidase Complex sfingolipids FAD Fatty acyl-Coa CoASH NADPH+H+ NAPD

Enzymy biosyntézy ceramidu a sfingomyelinu  serin: palmitoyl CoA transferasa (3-ketosfinganinsynthasa): dependentní na pyridoxal-5-fosfátu, značná specifita k palmitoyl CoA – proto většina živ. sfingolipidů je C 18 (16 kys. palmitová, 2 serin)  3-keto-sfinganin reduktasa: NADH  Ceramidsynthasa: cytosolická strana ER  Desaturasa: FAD, vznik dvojné vazby mezi 4. a 5. C nebyl přímo prokázán, zřejmě je přidávána zároveň s vazbou MK na sfinganin  PC: ceramidfosfocholintransferasa (SM synthasa): Golgi, ER, PM (záleží na typu buněk) (záleží na typu buněk)

Katabolismus ceramidu a sfingosinu Ceramidase Sphingosine kinase Sphingosine 1-phosphate lyase Sphingosine Ceramide Ethanolamine-P trans-Hexadecenal Sphingosine 1-P

Sfingolipidosy  skupina vzácných dědičných chorob jejichž příčinou jsou poruchy katabolismu sfingolipidů  důvodem jsou mutace v genech specifických sfingolipidových hydrolas nebo jejich proteinových aktivátorů  následkem je lysosomální hromadění nedegradovaných sfingolipidů, které může být tkáňově specifické  důsledkem jsou těžká onemocnění, která se až na výjimky vyskytují v různých klinických variantách: infantilní, juvenilní a dospělé (protrahované) formě  klinické projevy jsou u jednotlivých chorob velmi různé, často je postižen CNS, různé viscerální orgány, mohou být patrné kožní, oční změny, typický je regres vývoje, psychomotorická retadace u dětí a rychlý progres nemoci končící smrtí  je známo více než 40 různých lysosomálních nemocí, přenos je autosomálně recesivní, ve dvou případech gonosomálně recesivní (Fabryho choroba a MPS II)  kausální léčba rekombinantním enzymem existuje u Fabryho a Gaucherovy choroby  prevence spočívá v prenatální diagnostice v postižených rodinách

Nemoci   Fukosidóza - degenerace mozku, svalové křeče, tlustá kůže   Fabryho choroba – kožní vyrážka, selhání ledvin   Metachromatická leukodystrofie – mentální retardace   Krabbeho choroba – mentální retardace   Gaucherova choroba – zvětšená játra a slezina, eroze dlouhých kostí, mentální retardace u dětí.   Niemann-Pickova Choroba – zvětšená játra a slezina, mentální retardace   Farberova choroba – chrapot, dermatitida, skeletální deformace, mentální retardace

Děkuji za pozornost