Oxidace mastných kyselin

Prezentace na téma: "Oxidace mastných kyselin"— Transkript prezentace:

1 Oxidace mastných kyselin

2 V přírodě se nejvíce vyskytují MK se sudým počtem uhlíků
V přírodě se nejvíce vyskytují MK se sudým počtem uhlíků. Pokud jsou MK nenasycené mají cis konfiguraci dvojných vazeb. Proces degradace MK je nazýván b-oxidace, neboť oxidace začíná na b-uhlíku (C-3).

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

4 Lipasy hydrolyzují triacylglyceroly na glycerol a mastné kyseliny.

5 Glycerol je přeměněn na meziprodukt glykolýzy dihydroxyacetonfosfát
1 Glycerolkinasa 2 Glycerolfosfátdehydrogenasa

6 Volné MK jsou v krvi transportovány vázané na albumin (plazmatický protein, který je produkován játry) Existují proteiny, které usnadňují transport MK do buněk. V buňkách jsou MK vázané na vazebný protein pro MK.

7 Aktivace mastných kyselin:
Acyl-CoA-synthetasa (thiokinasa) katalyzuje aktivaci MK, tím že je esterově váže na koenzym A. Aktivace je ATP-dependentní proces, který probíhá ve 2 krocích. Existují různé Acyl-CoA-synthetasy pro MK o různých délkách řetězce.

8 Acyl-CoA- Synthetasa Exergonická hydrolýza PPi (P~P) je katalyzovaná Pyrofosfatasou 2 ~P vazby ATP jsou štěpeny Vzniká Acyl-CoA, který obsahuje jednu "~" thioesterovou vazbu.

9 Souhrnné reakce aktivace mastných kyselin:
MK + ATP  acyladenylát + PPi PPi  2 Pi acyladenylát + HS-CoA  acyl-CoA + AMP Celková reakce: MK + ATP + HS-CoA  acyl-CoA + AMP + 2 Pi

10 b-oxidace probíhá v matrix mitochondrií.
Aktivace MK probíhá v cytosolu, aby mohly být mastné kyseliny oxidovány musí vstoupit do matrix. Acyl-CoA prochází vnější mitochondriální membránou nikoliv však vnitřní mitochondriální membránou.

11 Na přenosu MK přes vnitřní mitochondriální membránu se podílí karnitin. 
Karnitinpalmitoyltransferasy katalyzují přenos MK mezi thiolovou skupinou koenzymu A a hydroxylem karnitinu.

12 Přenos MK pomocí karnitinu probíhá ve 3 krocích.
1. Karnitinpalmitoyltransferasa I, enzym vyskytující se na cytosolové straně vnější mitochondriální membrány, přenáší mastné kyseliny. 2. Karnitinacylkarnitintranslokasa ve vnitřní mitochondriální membráně zprostředkovává výměnu karnitinu za acylkarnitin.

13 3. Karnitinpalmitoyltransferasa II, vyskytuje se v matrix, přenáší MK z karnitinu na CoA (karnitin opouští matrix ve 2. kroku) MK esterově vázaná na CoA je nyní v matrix.

14 Regulace oxidace MK probíhá zejména na úrovni vstupu MK do mitochondrií
Malonyl-CoA (což je mimo jiné prekurzor syntézy MK) inhibuje Karnitinpalmitoyltransferasu I. Malonyl-CoA inhibuje oxidaci MK, tím že zabrání jejich transportu do mitochondrií.

15 b-Oxidace: Krok 1. Acyl-CoA-dehydrogenasa katalyzuje oxidaci acyl-CoA, vzniká dvojná vazba mezi 2. a 3. uhlíkem Reakce je stereospecifická vzniká trans-enoyl-CoA. FAD funguje jako akceptor elektronů. Existují různé Acyl-CoA-dehydrogenasy pro MK s krátkými (4-6 C), středními (6-10 C), dlouhými (12-18 C) řetězci.

16 Krok 2. Enoyl-CoA- hydratasa katalyzuje stereospecifickou hydrataci trans dvojné vazby vytvořené v 1. kroku, vzniká tak 3-L-hydroxyacyl-CoA.

17 Krok 3. Hydroxyacyl-CoA- dehydrogenasa katalyzuje oxidaci hydroxylu v b (C3) poloze na keton. NAD+ funguje jako akceptor elektronů.

18 Step 4. b-Ketothiolasa katalyzuje thiolytické štěpení. SH skupina koenzymu A atakuje b-keto uhlík. Vzniká acetyl-CoA & acyl-CoA o dva uhlíky kratší.

19 Souhrnná reakce b-oxidace:
acyl-CoA + FAD + NAD+ + HS-CoA  acyl-CoA (o 2 C kratší) + FADH2 + NADH + H+ + acetyl-CoA b-oxidace je cyklický proces. Produkt b-oxidace (acyl-CoA o 2 C kratší) vstupuje do dalšího kola b-oxidace. Jelikož většina MK má sudý počet C, je v posledním kroku reakčního cyklu butyryl-CoA přeměněn na 2 molekuly acetyl-CoA.

20 Oxidace MK je hlavním zdrojem ATP v buňce
FADH2 & NADH produkované při oxidaci MK jsou reoxidovány v dýchacím řetězci. Přenos elektronů v dýchacím řetězci vede k produkci ATP. Acetyl-CoA vstupuje do citrátového cyklu, což vede k další produkci NADH, FADH2, a ATP. Oxidace MK je hlavním zdrojem ATP v buňce

21 Oxidace MK s lichým počtem uhlíků
V posledním kole reakčního cyklu b-oxidace získáme, v případě MK s lichým počtem uhlíků, acetyl-CoA & propionyl-CoA. Propionyl-CoA je přeměněn na succinyl-CoA (intermediát citrátového cyklu), tato přeměna vyžaduje vit B12.

22 Oxidace nenasycených MK
Většina nenasycených MK má cis konfiguraci dvojných vazeb. Tyto MK tudíž nejsou vhodnými substráty pro enoyl- CoA- hydratasu, která vyžaduje trans izomery. Pro oxidaci nenasycených MK jsou tudíž potřeba další enzymy isomerasa a reduktasa

23 Oxidace MK s velmi dlouhými řetězci probíhá v peroxisomech
FADH2 který vzniká v 1. kroku oxidace MK není reoxidován v dýchacím řetězci, ale reakcí s O2: FADH2 + O2  FAD + H2O2 Peroxisomální katalasa rozkládá H2O2: 2 H2O2  2 H2O + O2 Tyto reakce nevedou k tvorbě ATP. Oxidace končí u oktanoyl-CoA, který je odstraněn z peroxisomů vázaný na karnitin a dále je oxidován v mitochondriích

24 Během hladovění, nebo v důsledku diety chudé na cukry dochází k vyčerpání oxaloacetátu v játrech v důsledku gluokoneogeneze. Tím se zabrání vstupu acetyl-CoA do citrátového cyklu. Acetyl-CoA je tak v mitochondriích jater přeměněn na ketolátky, acetoacetát & b-hydroxybutyrát.

25 Syntéza ketolátek: b-ketothiolasa poslední krok b-oxidace probíhající v opačném směru. HMG-CoA- synthasa katalyzuje kondenzaci s 3. acetátem z acetyl-CoA. HMG-CoA- lyasa štěpí HMG-CoA na acetoacetát & acetyl-CoA.

26 b-hydroxybutyrát-dehydrogenasa katalyzuje vzájemnou reverzibilní přeměnu ketolátek: acetoacetátu &
b-hydroxybutyrátu Ketolátky jsou krví transportovány do extrahepatálních tkání, kde jsou zpět přeměněny na acetyl-CoA, který vstupuje do citrátového cyklu. Ketolátky tedy fungují jako alternativní zdroj energie. Ketoacidosa nastává v důsledku nadbytku ketolátek.

27 Syntéza mastných kyselin

28 Vstupní látkou pro syntézu MK je acetyl-CoA, který je karboxylován na malonyl-CoA.
Karboxylace je ATP-dependentní reakce CO2 je odstraněn během kondenzace s rostoucí mastnou kyselinou

29 Acetyl-CoA- karboxylasa katalyzuje 2stupňovou reakci během které je acetyl-CoA karboxylován na malonyl-CoA. Stejně jako ostatní karboxylasy vyžaduje tento enzym biotin.  Nejdříve probíhá ATP-dependentní karboxylace biotinu poté dochází k přenosu karboxylu na acetyl-CoA.

30 Souhrnná reakce: HCO3- + ATP + acetyl-CoA  ADP + Pi + malonyl-CoA

31 Biotin je s enzymem spojen amidovou vazbou mezi karboxylem biotinu a e-amino skupinou lysinu.

32 Syntéza mastných kyselin z acetyl-CoA & malonyl-CoA zahrnuje sérii reakcí, které jsou:
katalyzované jednotlivými doménami velkého polypeptidu, který zahrnuje protein přenášející acyl (ACP – acyl carrier protein). Tento multienzymový komplex se nazývá Synthasa mastných kyselin NADPH funguje jako donor elektronů v obou reakcích, při kterých dochází k redukci substrátu. Hlavním zdrojem NADPH je pentosový cyklus, NADPH dále vzniká při reakcích katalyzovaných jablečným enzymem a cytosolickou isocitrátdehydrogenasou.

33 Prosthetické skupiny Synthasy mastných kyselin:
thiolová skupina cysteinu thiolová skupina fosfopantetheinu (vyskytuje se v CoA). 

34 Fosfopantethein je kovalentně vázán fosfoesterovou vazbou s OH skupinou serinu proteinu přenášejícího acyl ACP

35 Acetyl-CoA-ACP Transacylase
Malonyl-CoA-ACP Transacylase Kondenzace (krok 3) zahrnuje dekarboxylaci malonylu následovanou atakem acetylu / acylu).

36 b-keton je redukován na alkohol, donorem ē je NADPH.
Dehydratace má za následek vznik trans dvojné vazby. Redukce pomocí NADPH poskytuje nasycený řetězec.

37 Malonyl-CoA-ACP Transacylase (repeat)
Následuje přenos rostoucí MK z fosfopantetheinu na cystein, poté cyklus může začít znova navázáním dalšího malonyl-CoA.

38 Uvolnění produktu: MK je vázána thioesterovou vazbou na fosfopantethein, když MK dosáhne délky 16-C, katalyzuje thioesterasa její hydrolýzu z fosfopantetheinu. 16-C nasycená mastná kyselina – palmitová je koncovým produktem multienzymového komplexu synthasy mastných kyselin.

39 Souhrnná reakce (ignoruje H+ & vodu):
acetyl-CoA + 7 malonyl-CoA + 14 NADPH  palmitát + 7 CO NADP+ + 8 CoA Zahrneme-li ATP-dependentní syntézu malonátu : 8 acetyl-CoA + 14 NADPH + 7 ATP  palmitát + 14 NADP+ + 8 CoA + 7 ADP + 7 Pi Syntéza MK probíhá v cytosolu. Acetyl-CoA, který je produkovaný mitochondriemi je transportován do cytosolu ve formě citrátu.

40 Srovnání b-oxidace MK & syntézy MK

41 Elongace -prodlužování řetězce MK- probíhá v mitochondriích a v ER.
V mitochondriích probíhá elongace jako b-oxidace akorát že opačně. V posledním kroku se elongace od b-oxidace odlišuje koenzymem (místo FADH2 využívá NADPH) V ER zahrnuje elongace kondenzaci malonyl-CoA s acyl-CoA. Prodlužování řetězce MK se účastní enzymy elongasy

42 Desaturasy zavádí dvojné vazby do určité pozice řetězce MK.
Savčí buňky nejsou schopné tvořit dvojné vazby v určitých pozicích např. D12 Díky tomu jsou některé polynenasycené MK esenciální např. kys.linolová 18:2 cis D9,12 (18 C kyselina s cis dvojnými vazbami mezi uhlíky 9-10 & 12-13).

43 Tvorba dvojných vazeb zahrnuje následující membránové proteiny ER:
NADH-cyt b5 -reduktasu, s FAD jako prosthetickou skupinou Cytochrom b5 Desaturasu

44 Reakce shrnující desaturaci stearátu (18:0) na oleát (18:1 cis D9):
stearát + NADH + H+ + O2  oleát + NAD+ + 2H2O

45 Regulace syntézy MK probíhá na úrovni acetyl-CoA-karboxylasy
Citrát & Inzulin aktivují tento enzym Acyl-CoA & Glukagon & Adrenalin enzym inhibují