2
I. Lipidy
Substancje organiczne, występujące w organizmach żywych,
nierozpuszczalne w wodzie, ale dające się ekstrahować
rozpuszczalnikami organicznymi (np. chloroformem, acetonem, benzenem)
3
Najważniejsze biologiczne funkcje lipidów
są materiałem budulcowym dla wszystkich struktur błoniastych komórki (fosfolipidy, cholesterol, glikolipidy)
decydują o właściwościach dynamicznych błony komórkowej, wpływają na jej
płynność, asymetrię, przepuszczalność, aktywność enzymatyczną oraz właściwości receptorowe (fosfolipidy, cholesterol, kwasy tłuszczowe)
są materiałem energetycznym (wolne kwasy tłuszczowe) oraz pełnią funkcję
zapasową (triacyloglicerole u zwierząt) pełnią funkcję izolacyjną i ochronną (np. woski) uczestniczą w przekazywaniu sygnałów przez komórki (np. diacyloglicerol
aktywujący kinazę C, eikozanoidy: prostanoidy i leukotrieny), biorą udział w zjawiskach immunologicznych (eikozanoidy)
4
LIPIDY (podział wg Bloora)
Proste (estry kwasów tłuszczowych z alkoholami)
tłuszcze właściwe
(acyloglicerole)
woski
Złożone (estry kwasów tłuszczowych z alkoholami zawierającymi
dodatkowe grupy funkcyjne )
fosfolipidy:
glicerofosfolipidy
Sfingolipidy (sfingofosfolipidy)
glikolipidy: cerebrozydy gangliozydy
inne lipidy złożone:
sulfolipidy
aminolipidy
lipoproteiny
Prekursory i pochodne lipidów:
kwasy tłuszczowe sterole (np. cholesterol) witaminy rozpuszczalne
w tłuszczach hormony
5
KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości (1)
1. KT są monokarboksylowymi kwasami o łańcuchach węglowodorowych, zbudowanych z różnej ilości atomów węgla, od 4 do 30.
Ze względu na liczbę atomów węgla dzielimy je na:
1. krótkołańcuchowe (<6 atomów C) 2. średniołańcuchowe (8 – 14 atomów C) 3. długołańcuchowe (> 16 atomów C)
2. Kwasy tłuszczowe mają charakter amfipatyczy: łańcuch węglowodorowy KT ma charakter hydrofobowy grupa karboksylowa KT jest polarna
6
KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości (2)
Kwasy tłuszczowe
Nasycone zawierające > 10 atomów węgla:
są substancjami stałymi są nierozpuszczalnymi w wodzie ich temperatura topnienia wzrasta wraz z długością łańcucha
Nienasycone (zawierają przynajmniej jedno wiązanie podwójne)
na ogół w temperaturze pokojowej są substancjami płynnymi
jednonienasycone
wielonienasycone
7
KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości (3)
Ze względu na obecność wiązania podwójnego nienasycone kwasy tłuszczowe mogą występować
w dwóch formach stereoizomerycznych: cis i trans
Kwas oleinowy Kwas elaidynowy 6
8
Nazewnictwo KWASÓW TŁUSZCZOWYCH (1)
1. Nazwy zwyczajowe w większości przypadków wywodzą się od źródła ich odkrycia
2. Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich - stosuje się końcówkę
–anowy dla kwasów nasyconych –enowy dla kwasów nienasyconych
Kwas oktadekanowy Kwas 9,12 oktadekadienowy
Kwas stearynowy Kwas linolowy
9
Nazewnictwo KWASÓW TŁUSZCZOWYCH (2)
Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich położenie podwójnego wiązania oznacza się symbolem Δ,
a numery węgli biorących udział w tworzeniu wiązań podwójnych, liczone są od węgla grupy karboksylowej
litery n lub ω (omega) oznaczają miejsce wiązania podwójnego, licząc od grupy metylowej
Kwas tłuszczowy z wiązaniem D-9
w
10
NNKT – Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe
(witamina F) Wyróżniamy trzy rodziny omega: omega-3, omega-6 i omega-9 Cyfry 3, 6 i 9 określają, przy którym atomie węgla (począwszy od skrajnej
grupy metylowej), znajduje się pierwsze wiązanie podwójne. Organizm człowieka potrafi sam wstawić podwójne wiązanie tylko w pozycji
dziewiątej licząc od grupy metylowej (omega-9) Prekursory kwasów omega z wiązaniem w pozycji 3 (omega-3:
kwas alfa-linolenowy) i 6 (omega-6: kwas linolowy) muszą być dostarczone do organizmu wraz z pokarmami (NNKT).
Źródła NNKT: - oleje roślinne kukurydziany, sojowy, lniany, arachidowy - fosfolipidy zwierzęce - wielonienasycone kwasy tłuszczowe z rodziny omega-3 z pięcioma
i sześcioma wiązaniami podwójnymi występują w dużych ilościach w olejach z ryb.
11
TŁUSZCZE WŁAŚCIWE (acyloglicerole)
w acyloglicerolach drugorzędowa grupa hydroksylowa położona jest po lewej stronie atomu wegla
do oznakowania pozycji kwasów tłuszczowych stosuje się system numeracji stereospecyficznej (sn), umieszczając przedrostek –sn przed nazwą reszty glicerolowej, np. 1,2,3 – triacylo-sn-glicerol
H2C – OH C 1 sn-1 HO – C – H C 2 ß sn-2 H2C – OH C 3 sn-3
Glicerol
ze względu na budowę chemiczną należą do estrów: - składnik alkoholowy – glicerol - składnik kwasowy – jednokarboksylowe wyższe kwasy tłuszczowe najczęściej są to mieszaniny triacylogliceroli różnych kwasów tłuszczowych
12
Glicerofosfolipidy
Glicerofosfolipidy zbudowane są z czterech składników: glicerolu dwóch reszt acylowych połączonych wiązaniami estrowymi z atomami C1
i C2 glicerolu ortofosforanu połączonego wiązaniem estrowym z węglem C3 glicerolu innego alkoholu (cholina, etanoloamina, seryna, inozytol, glicerol)
połączonego grupą -OH z resztą ortofosforanu
Kwas fosfatydowy Fosfatydylocholina (lecytyna):
Kwas fosfatydowy + HO – CH2 – CH2 – N(CH3)3 (cholina)
13
Sfingofosfolipidy
Zbudowane są z: sfingozyny – długołańcuchowego, jednonienasyconego
aminoalkoholu dihydroksylowego
długołańcuchowego kwasu tłuszczowego ortofosforanu choliny
14
Sfingofosfolipidy
sfingozyna
+ nienasycony
kwas tłuszczowy
ceramid (N- acetylosfingozyna)
+ cholina
+ H3PO4
sfingmielina
15
Glikosfingolipidy
Zawierają: - ceramid - cząsteczkę cukru
galaktozyloceramid (galaktocerebrozyd)
glukozyloceramid (glukocerebrozyd)
19
Układ steranu (1)
Budowa - trzy pierścienie cykloheksanu
- jeden pierścień cyklopentanu
Składnik - cholesterolu
- hormonów sterydowych
- kwasów żółciowych
A B
C D
cyklopentanoperhydrofenantren
19
18
Przyłączone grupy metylowe - do węgla C13 – węgiel C18 - do węgla C10 – węgiel C19
Znajdują się nad płaszczyzną pierścienia (pozycja ß) Pierścienie B i C oraz C i D – położenie trans
--- pod płaszczyzną
nad płaszczyzną
pierścienia
20
Układ steranu (2)
Atom wodoru przy węglu C5:
- pierścienie A i B są w konformacji trans
b - pierścienie A i B są w konformacji cis
--- pod płaszczyzną
nad płaszczyzną
pierścienia
5- - hydrogen 5-b- hydrogen układ trans układ cis
21
Cholesterol (1)
Brak atomu wodoru przy węglu C5
podwójne wiązanie w pierścieniu B
Hydroksylowa pochodna steranu –
grupa -OH przy węglu C3
--- pod płaszczyzną
nad płaszczyzną
pierścienia
22
Cholesterol (2)
jest przedstawicielem steroidów, zawiera sześć jednostek izoprenowych
posiada płaską, sztywną strukturę występuje we wszystkich błonach biologicznych zwierząt
(z wyjątkiem błon mitochondrialnych) w cytoplazmie obecny w postaci zestryfikowanej w płynach ustrojowych transportowany w lipoproteinach jego nadmiar przyspiesza rozwój zmian miażdżycowych
w naczyniach krwionośnych (LDL) stanowi 10-15% suchej masy mózgu jest substratem do syntezy: kwasów żółciowych, hormonów
steroidowych, witaminy D3
23
Kwasy żółciowe
powstają z cholesterolu w wątrobie
zawierają od 1 do 3 grup hydroksylowych związanych z pierścieniem
zawierają grupę karboksylową w łańcuchu bocznym
mają właściwości amfipatyczne obniżają napięcie powierzchniowe wody
emulgują tłuszcze pokarmowe
25
Hormony steroidowe Cholesterol C27
Mineralokortykoidy C21 (aldosteron- powstaje z kortykosteronu przez
utlenianie grupy metylowej C18 do aldehydu)
Estrogeny C18 (estradiol)
Androgeny C19 (testosteron- redukcja grupy
ketonowej do hydroksylowej przy C17 w androstendionie)
Progestageny C21 (progesteron- utlenienie grupy 3-hydroksylowej pregnenolonu
do grupy 3-ketonowej i izomeryzacja podwójnego wiązania)
Pregnenolon C21
Glukokortykoidy C21 (kortyzol- hydroksylacja progesteronu
przy węglach C17, C21 i C11 )
usunięcie z progesteronu atomów węgla C20 i C21
demetylacja androgenów
27
Kwas arachidonowy (1)
Kwas arachidonowy:
kwas 5,8,11,14-eikozatetraenowy
wzór półstrukturalny:
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH
9 8 6 5 3 1
11 12 14 15 17 19
10
20
Eikozanoidy – pochodne dwudziestowęglowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych
28
Kwas arachidonowy (2)
syntetyzowany jest w tkankach większości ssaków z kwasu linolowego
prekursor kilku grup związków o silnym i bardzo zróżnicowanym działaniu biologicznym
pochodne zalicza się do grupy hormonów tkankowych stężenie wolnego kwasu arachidonowego w komórkach jest na
ogół bardzo niewielkie.
jeden ze składników fosfolipidów błonowych.
29
Kwas arachidonowy (3)
Fosfolipaza A2 katalizuje przy udziale jonów wapnia i ATP uwalnianie kwasu arachidonowego z fosfolipidów błonowych.
czynniki powodujące przemieszczenie fosfolipazy A2 z cytozolu
do błony komórkowej: reakcja antygen-przeciwciało, stymulacja fizyczna (zimno, miejscowe zmiany składu i stężenia jonów) bodziec zapalny angiotensyna II adrenalina trombina
steroidy przeciwzapalne hamują fosfolipazę A2
30
Fosfolipidy błonowe
fosfolipaza A2
Kwas arachidonowy izoprostany
HPETE
lipoksygenazy syntazy PGH (cyklooksygenazy)
epoksygenazy/P450
hepoksyliny (trioksyliny)
HETE (lipoksyny)
Leukotrieny (LT)
PGG2
PGH2
Prostanoidy: prostaglandyny (PG) prostacykliny (PGI) tromboksany (TX)
EET Śródłańcuchowe HETE ω-końcowe HETE
31
Fosfolipidy błonowe
fosfolipaza A2
kwas arachidonowy
HPETE
lipoksygenazy
hepoksyliny (trioksyliny)
HETE (lipoksyny)
Leukotrieny (LT)
Leukotrien A4 Leukotrien C4 Leukotrien B4
LTB4 działa chemotaktycznie; najsilniej na neutrofile, znacznie słabiej na eozynofile •stymuluje uwalnianie enzymów lizosomalnych oraz rodników nadtlenkowych przez neutrofile •zwiększa przepuszczalność naczyń Leukotrieny cysteinylowe (LTC4, LTD4, LTE4) •kurczą centralne i obwodowe drogi oddechowe •zwiększają nadreaktywność oskrzeli •stymulują wydzielanie śluzu przez komórki kubkowe oskrzeli •zwiększają przepuszczalność naczyń •działają chemotaktycznie (LTD4 swoisty czynnik chemotaktyczny dla eozynofilów)
32
Fosfolipidy błonowe
fosfolipaza A2
kwas arachidonowy
syntazy PGH (cyklooksygenazy)
PGG2
PGH2
Prostanoidy: prostaglandyny (PG) prostacykliny (PGI) tromboksany (TX)
2 izoformy cyklooksygenazy: COX-1 - produkowana konstytutywnie COX-2 - jest produkowana indukcyjnie
33
Fosfolipidy błonowe
fosfolipaza A2
kwas arachidonowy
epoksygenazy/P450
EET Śródłańcuchowe HETE ω-końcowe HETE
Wpływają na: uwalnianie hormonu peptydowego napięcie mięśniówki gładkiej naczyń krwionośnych transport jonów (np. układy transportowe w nerkach) regulują proliferację komórek biorą udział w procesach zapalenia i hemostazie biorą udział w szlakach wewnątrzkomórkowej sygnalizacji
34
Fosfolipidy błonowe
fosfolipaza A2
kwas arachidonowy izoprostany
Izoprostany są izomerami prostaglandyn:
zbudowane są z pierścienia cyklopentanowego oraz z dwóch łańcuchów bocznych, w których występują wiązania podwójne i grupa hydroksylowa.
obydwa łańcuchy znajdują się po tej samej stronie pierścienia cyklopentanowego produkowane na drodze nieenzymatycznego mechanizmu wolnorodnikowego są wydalane przez nerki
Funkcje biologiczne izoprostanów indukcja mitogenezy w komórkach mięśni gładkich naczyń krwionośnych działanie naczynioskurczowe – na naczynia krwionośne nerek efekt natriuretyczny modulowanie funkcji płytek krwi
35
Fosfolipidy błonowe
fosfolipaza A2
kwas arachidonowy izoprostany
Wzmożona synteza izoprostanów: w chorobach mięśnia sercowego
choroba niedokrwienna, zawał, wady zastawkowe
miażdzyca – stężenie izoprostanów koreluje dodatnio z czynnikami ryzyka hipercholesterolemia, hiperhomocysteinemia, palenie papierosów,),
choroby wątroby (marskość), cukrzyca układu oddechowego (astma, sarkoidoza), choroby tkanki łącznej (toczeń rumieniowaty układowy).