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.