Post on 27-Feb-2019
Tłuszcze jako główny zapasowy substrat energetyczny
Utlenienie 1 g tłuszczy pozwala na wyprodukowanie 37 kJ (9 kcal) energii, podczas gdy utlenienie 1 g węglowodanów lub białek dostarcza tylko 17 kJ (4 kcal) energii.
Ilość energii moŜliwej do uzyskania ze spalenia zapasu substratów energetycznych zgromadzonych w ciele osobnika o masie ciała 70 kg wynosi:
400 000 kJ z tłuszczy
100 000 kJ z białek
2500 kJ z zapasu glikogenu
170 kJ z wolnej glukozy.
Mózg nie moŜe korzystać z tłuszczy, a podstawowym substratem energetycznym dla mózgu jest glukoza. W warunkach głodzenia, kiedy poziom glukozy we krwi obniŜa się, mózg moŜe równieŜ korzystać z ciał ketonowych powstałych w wyniku przemiany kwasów tłuszczowych.
Klasyfikacja lipidów (triacyloglicerole, fosfolipid y, glikolipidy)
KWASY TŁUSZCZOWE NASYCONE
Symbol Nazwa Struktura Temp.topnienia (oC)
12:0 Laurynowy CH3(CH2)10COOH 44.2
14:0 Mirystynowy CH3(CH2)12COOH 52
16:0 Palmitynowy CH3(CH2)14COOH 63.1
18:0 Stearynowy CH3(CH2)16COOH 69.6
20:0 Arachidowy CH3(CH2)18COOH 75.4
KWASY TŁUSZCZOWE NIENASYCONE
Symbol Nazwa Struktura Temp.topnienia (oC)
16:1 Palmitoleinowy CH3(CH2)5CH=CH-(CH2)7COOH -0.5
18:1 Oleinowy CH3(CH2)7CH=CH-(CH2)7COOH 13.4
18:2 Linolowy CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH -9
18:3 α-Linolenowy CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COOH -17
20:45,8,11,14 arachidonowy CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH -49
20:55,8,11,14,17 EPA CH3CH2(CH=CHCH2)5(CH2)2COOH -54
22:64,7,10,13,16,19 DHA 22:63
UDZIAŁ (% ) KWASÓW TŁUSZCZOWYCH W RÓ śNYCH TŁUSZCZACH
TŁUSZCZ <16:0 16:1 18:0 18:1 18:2 18:3 20:0 22:1 22:2
Olej kokosowyt
87 . 3 7 2 . . . .
Olej z oliwek
11 . 4 71 11 1 . . .
Masło 50 4 12 26 4 1 2 . .
TŁUSZCZE (triacyloglicerole)
to estry kwasów tłuszczowych z glicerolem
Trawienie, wchłanianie i magazynowanie tłuszczy
Transport lipoprotein
Ogólna struktura budowy lipoprotein osocza.
Rozkład chylomikronu przez lipazę lipoproteinową na wewnętrznej powierzchni naczyń kapilarnych
Aktywacja kwasów tluszczowych
Reakcja aktywacji kwasów tłuszczowych:
Kwas tłuszczowy (RCOOH≡≡≡≡Acyl) + ATP ���� acylo-adenylan+PPi
PPi ���� 2 Pi
• acyloadenylan + HS-CoA ���� acylo-CoA + AMP
========================================================
Sumarycznie:
Acyl + ATP + HS-CoA ���� Acylo-CoA + AMP + 2 Pi
Ogólny schemat utlenienia kwasów tłuszczowych
Transport kwasów tłuszczowych (C>12) do mitochondrium
ββββ - oksydacja kwasów tłuszczowych w mitochondrium
Los równowaŜników redukcyjnych FADH 2 powstałych podczas ββββ-oksydacji.
Podsumowanie jednego obrotu β-oksydacji
Acylo-CoA + FAD + NAD+ + HS-CoA � Acylo-CoA (krótszy o 2C)
+ FADH2 + NADH + H+ + acetyl-CoA
Bilans energetyczny 1 obrotu ββββ-oksydacji (przyjmuj ąc ze utlenienie NADH dostarcza 3 ATP, a FADH2 – 2 ATP)
Etap reakcji
Powstało ZuŜyto Ilość powstałej energii ATP
Aktywacja KT
Acylo-CoA- ATP i PP
-2ATP (tylko 1 x na początku
przemiany KT) 1 obrót cyklu
(FADH2+NADH+H +)+ Acetylo-CoA (do cyklu Krebsa)
- 2 ATP+3 ATP (w łańcuchu
oddechowym)
Cykl Krebsa
2 CO2+3 (NADH+H+) +FADH2 + 1 GTP
12 ATP (z tego 11 ATP w łańcuchu
oddechowym)
Bilans 1 obrotu ββββ-oksydacji (przyjmuj ąc Ŝe utlenienie NADH dostarcza 2,5 ATP, a FADH2 – 1,5 ATP)
Etap reakcji
Powstało ZuŜyto Ilość powstałej energii ATP
Aktywacja KT
- ATP i PP
-2ATP (tylko 1 x)
1 obrót cyklu
(FADH2+NADH+H +)+ Acetylo-CoA (do cyklu Krebsa)
- 1,5 ATP +2,5ATP (w
łańcuchu oddechowym)
Cykl Krebsa
2 CO2+3 (NADH+H+) +FADH2 + 1 GTP
10 ATP (z tego 9ATP w łańcuchu
oddechowym)
„Tłuszcze spalają się w ogniu węglowodanów” – Co to znaczy ?
odpowiedź: do spalania tłuszczy (a dokładniej: kwasów tłuszczowych-KT) i Acetylo-CoA powstałego w β-oksydacji potrzebny jest szczawiooctan (metabolit cyklu Krebsa) , który powstaje w wyniku karboksylacji pirogronianu (jeden z głównych metabolitów glikolizy)
Energia z utlenienia KT tworzona jest w ponad 95 % w procesie fosforylacji oksydacyjnej sprzęŜonej z łańcuchem oddechowym-dlatego produkcja energii ze spalania tłuszczy wymaga zapewnienia odpowiedniego zaopatrzenia komórek w tlen.
Ciała ketonowe
Gdy tłuszcze stają się głównym substratem energetycznym, część zwiększonej, w tych warunkach puli kwasów tłuszczowych jest zuŜywana w wątrobie do produkcji tzw. ciał ketonowych. Ma to miejsce w poniŜszych sytuacjach fizjologicznych:
(1) podczas głodzenia (gdy wątroba nie jest w stanie zapewnić utrzymania homeostazy glukozy), (2) w wysiłku wytrzymałościowym, (3) w warunkach spoŜywania diety wysokotłuszczowej, oraz (4) w cukrzycy (gdy glukoza nie jest wychwytywana przez mięśnie).
W syntezie ciał ketonowych uczestniczą 3 enzymy: ketotiolaza, syntaza hydroksymetyloglutarylo –CoA (syntaza HMG-CoA), oraz liaza HMG-CoA. Produktem końcowym jest kwas acetooctowy (acetooctan), który moŜe ulegać redukcji do β-hydroksymaślanu-β HB (przez dehydrogenazę β HB) lub dekarboksylacji do acetonu.
Ciała ketonowe powstałe w wątrobie są transportowane z krwią do innych tkanek (mózg, mięśnie szkieletowe), gdzie są z powrotem przekształcane do Acetylo-CoA i .
Kiedy ciała ketonowe pełnią funkcję alternatywnego “paliwa” (np. dla mózgu w przypadku głodu lub cukrzycy) substratami dla glukoneogenezy w wątrobie (dla utrzymania homeostazy glukozy) stają się aminokwasy uzyskane z rozkładu białek (NB. Acetylo-CoA nie moŜe być substratem dla resyntezy glukozy !).
Biosynteza kwasów tłuszczowych
Cały proces jest zlokalizowany w cytoplazmie:
I etap: produkcja malonylo CoA z Acetylo-CoA przez karboksylazę acetylo-CoA (enzym zawierający biotynę jako grupę prostetyczną) dwuetapowo:
Reakcja: HCO3−−−− + ATP + acetyl-CoA � ADP + Pi + malonyl-CoA
System enzymatyczny występujący u ssaków, który katalizuje syntezę długołańcuchowych, nasyconych kwasów tłuszczowych z Acetylo-CoA, malonylo-CoA oraz NADPH to syntaza kwasów tłuszczowych. Jest to bardzo duŜy i złoŜony kompleks enzymatyczny zawierający centralnie zlokalizowaną domenę przenoszącą Acyl (ACP-Acyl Carrier Protein).
Syntaza kwasów tłuszczowych zawiera podjednostki białkowe pełniące rolę katalizatorów (enzymów) zaangaŜowanych w kolejnych etapach biosyntezy. NaleŜą do nich:
Transacylaza acetylowa (acetylotransferaza ACP)
Transacylaza malonylowa (malonylotransferaza ACP)
Syntaza ββββ-ketoacylo –ACP
Reduktaza ββββ-ketoacylo –ACP
Dehydrataza 3-hydroksyacylo-ACP
Reduktaza enoilo-ACP
Mechanizm funkcjonowania syntazy kwasów tłuszczowych
Ogólne równanie syntezy palmitynianu (C16):
8 acetylo-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6 H+ →→→→
palmitynian + 14 NADP+ + 8 CoA + 6H2O + 7 ADP + 7 Pi
Przykład: Synteza palmitynianu z Acetylo-CoA i Malonylo-CoA.
ChociaŜ reakcje syntezy kwasów tłuszczowych są podobne do odwróconego przebiegu β-oksydacji, proces biosyntezy jest inny i nie stanowi prostego odwrócenia ββββ-oksydacji.
Porównanie utlenienia i syntezy kwasów tłuszczowych .
ββββ oksydacja Synteza kwasów
tłuszczowych
Lokalizacja Macierz mitochondrialna Cytoplazma
Nośniki reszt acylowych (tiole) Coenzyme-A fosfopantoteina (ACP) &
cysteina
Charakter reakcj utlenienie redukcja
Akceptor/donor elektronów FAD+ & NAD + NADPH + H+
Produkt/donor jednostek 2-C acetylo-CoA malonylo-CoA
Transport jednostek acetylowych z mitochondrium (jedyne miejsce ich tworzenia) do cytoplazmy (gdzie mają słuŜyć do syntezy kwasów tłuszczowych)
Wynika stąd, Ŝe równowaŜniki redukcyjne (NADPH + H +) niezbędne do biosyntezy kwasów tłuszczowych pochodzą z dwóch źródeł, to jest z :
(1) przeniesienia reszt acetylowych z mitochondrium do cytoplazmy,
(2) cyklu pentozofosforanowego (alternatywny szlak utlenienia glukozy w cytoplazmie).
Synteza triacylogliceroli (tłuszczy) ======================================
Triacyloglicerole (tłuszcze) powstają w wyniku reakcji pomiędzy tioacylem utworzonym podczas biosyntezy kwasów tłuszczowych (Acylo –CoA) i glicerolo-3-fosforanem powstałym w wyniku:
(1) redukcji fosfo-dwuhydroksy-acetonu (DHAP) przez NADH:
DHAP + NADH + H+ <=> Glycerol-3-Phosphate + NAD+, lub
(2) fosforylacji glicerolu przez kinazę glicerolową
Glycerol + ATP <=> Glycerol-3-Phosphate + ADP
PoniewaŜ komórki tłuszczowe (adipocyty) nie posiadają kinazy glicerolowej NIE mogą teŜ wykorzystywać glicerolu uwolnionego podczas hydrolizy innego tłuszczu do syntezy nowych cząsteczek tluszczu.
Dlatego, z tego mechanizmu wykorzystania wolnego glicerolu do biosyntezy tłuszczy moŜe korzystać tylko wątroba posiadająca kinazę glicerolową. W przypadku pozostałych komórek, glicerolo-3-fosforan powstaje przez redukcję fosfo-dwuhydroksy-acetonu (metabolit pośredni przemiany glikolitycznej).
Synteza tłuszczy jest procesem, do przebiegu którego równieŜ potrzebne są węglowodany, poniewaŜ:
(1) wymaga dostarczania NADPH (z cyklu pentozofosforanowego), i (2) glicerolo-3-P (uzyskanego w wyniku redukcji metabolitu glikolizy
– DHAP).
To wyjaśnia, dlaczego glukoza jest substratem niezbędnym dla komórek tłuszczowych, a jej wychwyt z krwioobiegu (z uwagi na duŜą masę tkanki tłuszczowej) jest regulowany przez insulinę.