Lipiidide biosüntees

1. Lipiidide biosüntees 20.09.2004

2. Lipiidide süntees. • MalonüülCoA süntees • Rasvhapete pikendamine • AcCoA süstik • Rasvhapete biosüsnteesi regulatsioon • Rasvhapete desaturatsioon • Pika ahelaga rasvhappe biosüntees • Eikasonoidide süntees • Triatsüülglütseroolide süntees • Membraanilipiidide süntees

3. Ketogenees Maksas on võimalik AcCoA baasil sünteesida ketokehasid Ketogenees toimub kui süsivesikute tase ei ole piisav organismi energiaga varustamiseks Nälja korral (ka diabeetikutel) on hepatotsüütides oksaalatsetaadi tase madal (eellasmolekulid puuduvad), vere glükoositaseme tõstmiseks kasutatakse oksaalatsetaati glükoneogeneesiks Rasvhapete oksüdatsioonil tekkiv AcCoA akumuleerub, sest teda ei saa tsitraaditsüklis piisava kiirusega lagundada Käivitub atseetoatsetaadi, hüdroksübutüraadi ja atsetooni süntees ning nende transport teistesse kudedesse Ketogeneesi tulemusel alaneb vere pH

4. Ketokehasid kasutatakse teistes kudedes energiaallikana Süda kasutab ketokehasid eelsitatult isegi normaaltingimustes Aju hakkab ketokehasid kasutama nälja korral ja diabeetikutel Hüdroksübutüraat reoksüdeeritakse atseetoatsetaadiks Atseetoatsetaat konverteeritakse suktsinüülCoA-d kasutades atseetoatsetüülCoA-ks AtseetoatsetüülCoA lõigatakse kaheks atsetüülCoA molekuliks

5. Lipiidide metabolism

6. Malonüül-CoA süntees ATP ADP + Pi • Vajalik ensüüm:AcCoA karboksülaas • 1. Biotiinikandev valk (BCP) • biotiin + BCP BCP-biotiin • --------------------------------------------------------------------------- • 2. Biotiinikarboksülaas • BCP-biotiin + HCO3- BCP-biotiin-CO2 • 3. Transkarboksülaas • BCP-biotiin-CO2 + AcCoA BCP-biotiin + malonüül CoA AcCoA + HCO3- + ATP => malonüül CoA + ADP + CoA + Pi

7. AcCoA karboksülaasi reaktsiooni mehhanism Prosteetiline rühm

8. Rasvhappe molekuli elongatsioon • Rasvhappe süntaas • 4 etapiline tsükkel • Kondensatsioon • 1 taandamine NADPH sõltuv • Dehüdratatsioon • 2 taandamine NADPH sõltuv • Tsüklis liituvad 2 C aatomit • Tsükkel termineerubC 16 tasemel (palmitaat)

9. Rasvhappe sünteesiks on vajalik ACP • Atsetüüli kandev valk (ACP) • Väikesed valgud (E.coli MW = 8860) • Prosteetiline rühm (4’-fosfopanteteiin)

10. Atsetüüli transatsülaas Atsetüüli transatsülaas Malonüül transatsülaas Atsetüül ACP ja malonüül ACP teke • Elongatsiooni algus • AcCoA + ACP atsetüülACP + CoA propionüülCoA + ACP propionüülACP + CoA 2. malonüülCoA + ACP malonüülACP + CoA

11. ACP ACP ACP ACP Kondensatsioonireaktsioon C2 + C3 - [C1] C4 ß-ketoatsüül-ACP süntaas ehk Atsüül-malonüül ACP kondenseeriv ensüüm Ens. atsetüül-ACP + malonüül-ACP atseetoatsüül -ACP +ACP + CO2

12. NADPH NADP+ Atseetoatsüül ACP D-3-hüdroksübutürüül ACP Esimene redutseerimine ACP ß-ketoatsüül ACP reduktaas ACP

13. Dehüdratatsioon ACP 3-hüdroksüatsüül ACP dehüdrataas ACP sama mis trans D2 -enoüül ACP H2O D-3-hüdroksübutürüül ACP Krotonüül ACP

14. ACP enoüül ACP reduktaas NADPH NADP+ ACP Krotonüül ACP Butürüül ACP Teine redutseerimine

15. Palmitaadi süntees • 1) • 7 AcCoA + 7 CO2 + 7 ATP • 7 malonüül CO2 + 7 ADP + 7 Pi • 2) • AcCoA + 7 malonüülCoA + 14 NADPH palmitaat + 7 CO2 + 8 CoA + 14 NADP + + 6 H2 0 • Kokku • 8 AcCoA + 14 NADPH +7ATP • palmitaat + 8 CoA + 6 H2 0 + 7 ADP + 7 Pi +14 NADP +

16. Rasvhappe süntaasid erinevates organismides 7 eraldi valku a-subühik = 3 aktiivsust ß-subühik = 4 aktiivsust 1 polüpeptiid = 7 aktiivsust MW= 240,00, töötab kui dimeer, pea ja saba kokku pandud

17. AcCoA süstik • AcCoA metabolism: • Püruvaadi oksüdatsioon ja aminohapete degradatsioon (Ac- CoA produtseerimine mitokondris) • Rasvhapete biosüntees (AcCoA tarbimine tsütosoolis) • *Mito sisemembraan ei ole AcCoA-le läbitav • Lahendus:“AcCoA süstik” • Tarbib: 2 ATP, 1 CO2 (mitokondris), 1 NADH (tsütosoolis) • Tekib: 1 NADH (mitokondris), 1 NADPH +1 CO2 (tsütosoolis), • Transpordib: C2 ühikuid • Võtmekomponendid • tsitraadi transporter - püruvaadi transporter • malaadi - a-ketoglutaraadi transporter, tsitraadi lüaas

18. AcCoA süstik

19. Rasvhapete biosünteesi regulatsioon • Rxn2 (imetajatel) • Kiirust limiteeriv • Defosforüülitud aktiivne • Fosforüülitud inaktiivne • Rxn2 (taimed, bakterid) • Ei ole reguleeritud tsitraadiga Rxn1 Rxn2

20. Pika ahelaga rasvhapete biosüntees • Esmane sünteesi produkt: • Palmitaat (16:0) • Rasvhapete elongatsiooni süsteem: • ER, mitokondrid • ER mehhanism analoogiline • Kondenseerimine, redutseerimine, dehüdratatsioon, redutseerimine • malonüül-CoA as 2 C doonor • Erinevad ensüümidjaCoA, mitte ACP

21. Desaturatsioon • Atsüül-CoA desaturaas (segafunktsiooniga oksidaas) • Imetajatel:viib sisse kaksiksideme positsiooni 9 • palmitaat [16:0] muutub palmitoleaadiks [16:1; 9] • stearaat [18:0] to oleaadiks [18:1; 9] • Taimedes:viib kaksiksidemeid sisse erinevates positsioonides • Linoleaat [18:2; 9,12] & linolenaat [18:3; 9,12,15] on hädavajalikud rasvhapped imetajatele AtsüülCoA desaturaas

22. Oksidaas, oksügenaas • Oksidaas:katalüüsivad oksüdatsioone, kus hapnik on elektronide akseptoriks • R-CH2OH + O2 R-CHO + H2O2 • Oksügenaasid:katalüüsivad oksüdatsioone, kus hapnik lülitatakse otse substraadi molekuli koosseisu • Monooksügenaas(inkorporeeritakse 1 O-aatom) • XH + YH2 + O-O X-OH + Y + H2O • Segafunktsiooniga oksidaasid, hüdroksülaasid • Dioksügenaasid (inkorporeeritakse mõlemad O-aatomid) • R-CH=CH-CH2-R’-CH=CH-R’’ + O-O • R-CH2-CO-CH2-R’-CH2-CO-R’’

23. Eikosanoidid • Signaalmolekulid • Mõjupiirkond väike • Arahhidoonhappe derivaadid [20: 4; (D5,8,11,14)] • Perekonna liikmed: • Prostaglandiinid • Leukotrieenid • Vaheühendid HPETE ja HETE • HPETE = hydro-peroxy-eicosa-tetra-enoic acid • HETE = hydroxy-eicosa-tetra-enoic acid

24. Prostaglandiinide / tromboksaanide süntees • “Tsükliline rada” • Fosfolipaas A2vahendatud arahhidonaadi hüdrolüüs membraanilipiide pos 2 juurest • Bifunktsionaalne prostaglandiin H2 süntaas (PGHS) ehktsüklooksügenaas (COX): • (A) tsüklooksügenaasiaktiivsus • (B) peroksüdaasi aktiivsus (vajab glutatiooni) A aspiriin, ibuprofeen B

25. Kuidas töötavad NSAID ravimid • NSAIDs = nonsteroidal anti-inflammatory drugs ehk mittesteroidsed põletikuvastased ravimid (aspiriin, atseetaminofeen, ibuprofeen, naprokseen) • Aspiriin (atsetüülsalitsülaat) inhibeerib pöördumatult COXi tsüklooksügenaasse aktiivsuse • Ibuprofeen inhibeerib olles sarnane substraadile.

26. Leukotrieenide süntees • “Lineaarne rada” • Ei inhibeerita NSAID poolt • Lipoksügenaasid • Konverteerivad arahhidonaadi leukotrieenideks • Leukotsüüdid, süda, aju, kopsud, põrn • taimedes • Konverteerib linolaadijasmonaadiks

27. Leukotrieenide süntees

28. Triatsüülglütseroolid • neutraalsed rasvad, triglütseriidid • Funktsioon: metaboolse energia salvestamine • Kõrge energiasisaldus ~38 kJ/g • Saadakse metaboliseeritavate süsivesikute ülejäägist • rasvkude • Biosüntees lähtub järgmistest prekursoritest • L-glütserool 3-fosfaat • AtsüülCoA • Sünteesil tekib vaheühendina fosfatidaat

29. Glütserool 3-fosfaadi süntees

30. Fosfatidaadi süntees • Fosfatidaati (diatsüülglütserool 3-fosfaati) leidub väga vähestes kogustes • Prekursoriks: • a) triatsüülglütseroolile, • Fosfaat eemaldada, atsüleerida kolmanda rasvhappe poolt • b) glütserofosfolipiidid • Pearühm liita rasvhape monoatsüül- glütserool 3-P

31. Triatsüülglütseroolide sünteesi hormonaalne regulatsioon • Kõrge insuliini tase stimuleerib rasvhapete biosünteesi ja sellega TG sünteesi Glükagoon stimuleerib glükoneogeneesi

32. Pearühm 2 P Pearühm 1 Membraanide fosfolipiidid • Membraanide fosfolipiidid • (1) Glütserofosfolipiidid (2) Sfingolipiidid • ( selgroog = glütserool) ( selgroog= sfingosiin) • Pearühmad • (1) etanoolamiin, koliin, seriin, glütserool... • (2) fosfokoliin, glükoos, oligo ja polüsahhariidid …

33. Membraanilipiidide süntees • Üldskeem: • Selgroo molekuli süntees • Rasvhappe jääkide sidumine • Hüdrofiilse pearühma kinnitamine • Mõnel juhul pearühma asendamine • Lookused: • ER • Mitokondri sisemembraan

34. Fosfodiesterside seob pearühma selgrooks oleva molekuliga Alkohol + Hape <=> Ester R1-OH + R2-COOH <=> R1-O-CHO-R2

35. Pearühmade liitmine