metabolisme van lipiden
Bloch & Lynen = nobelprijs
1) synthese
- triacylglycerolen
- cholesterol & eicosanoïden = actieve metabolieten vb: prostaglandines, leukotriënen & thromoxanen
- sfingolipiden
2) oxidatie = beta-oxidatie
- afbraak van lange ketens triacylglycerolen tot acetyl-CoA
- meer gereduceerd = meer energie
- enkel glycogeen = geen uur aan energie
vetzuursynthese algemeen
locatie
- levercellen & vetcellen
- gespecialiseerde cellen vb: melkklieren tijdens zogen
- in cytosol & afwerking in GER
synthese
1. acetyl-CoA
2. activering door ATP
3. malonyl-CoA = geactiveerde bouwsteen
- reciproke inhibitor van vetzuuroxidatie
4. polymerisatie door herhaaldelijke toevoegingen van 2C op ACP acyl carrier protein
- NADPH-vergende reductie
- vanuit pentose fosfaat weg
vetzuursynthese ≠ vetzuuroxidatie
5 mechanismen om futile cycles te voorkomen
synthese <=> oxidatie
- cellulaire lokatie: cytosol & GER <=> mito matrix
- enzym: 1 groot enzym vetzuursynthetase <=> apparte enzymen
- modaliteit proces: covalente bindingen <=> diffusie in matrix
- reductorverschil: NADPH <=> NADH & FADH2
- ketenvoorkeur: max palmitaat C16 <=> zowel kort als lang
vetzuursynthese
algemene reactie
bacteriën: Acetyl-CoA + 7 malonyl-CoA + 14 NADPH + 20H -> palmitate + 7CO2 + 14 NADP + 8 HS-CoA + 6H20
eukaryoten: ???
fase 1: export van acetyl-CoA naar cytoplasma = onder vorm van ATP
fase 2: initiatiestap of activering van bouwsteen
1. 2 acetyl-CoA -> malonyl-CoA + acetyl-CoA
2. malony-ACP + acetyl-ACP -> acetoacetyl ACP + CO2
–> 4C precursor
fase 3: elongatie fase of reductieve biosynthese
1. acetoacetyl ACP (C4) + malony-CoA -> 3-ketoacyl ACP
2. reductie
3. dehydratatie
4. reductie
5. acyl ACP (C6) + malonyl-CoA ….
6. tot 16C = palmitaat
7. verschillende types vetzuur of inbouwen van onverzadige bindingen = desaturatie
synthese van malonyl ACP & acetyl ACP + initiatie reactie
- activering van biotine: enzym-biotine + HCO3- + ATP -> enzymbiotine-CO2 + ADP + Pi
- CO2-transfer: enzymbiotine-CO2 + Acetyl-CoA -> enzymbiotine + malonyl-CoA C3
- beide gekatalyseerd door ACC acetyl-CoA carboxylase
- bifunctioneel enzym = 2 armen met andere activiteit
- biotine carboxylase site & carboxyltransferase site
- reversibele reacties - transfer van ACP op malonyl: malonyl-CoA + HS-ACP -> malonyl-ACP + Hs-CoA
- gekatalyseerd door malonyl-CoA:ACP-transacylase - transfer van ACP op acetyl: acetyl-CoA + HS-ACP -> acetyl-ACP + Hs-CoA
- gekatalyseerd door acetyl-CoA:ACP-transacylase
- beide enzymen in MAT malonyl-acetyl transferase - initiatiereactie = vorming van 4C eenheid aan ACP
- malonyl-ACP + acetyl-ACP -> acetoacyl-ACP + CO2 + HSCOA
- gekatalyseerd door KAS = 3-ketoacyl ACP synthase
- decarboxylatie na carboxylatie voor gunstige vrije energie
elongatie reactie
- eerste reductie reactie
- 3-ketoacyl-ACP + NADPH + H -> D-3-hydroacyl-ACP + NADP
- gekatalyseerd door KR = 3-ketoacyl-ACP reductase
- D-isomeer = synthese <=> L = oxidatie
- keton -> alcohol
- 3-keto = beta-keto
- eerste cyclus = acetoacetaat-ACP - dehydratatie reactie
- D-3-hydroacyl-ACP -> trans-enoyl-ACP + H2O
- gekatalyseerd door DH D-3-hydroacyl ACP dehydratase - tweede reductie reactie
- trans-enoyl-ACP + NADPH + H -> acyl-ACP + NADP
- gekatalyseerd door ER enoyl ACP reductase
- acyl-ACP = 2C langer als 3-ketoacyl - einde
- palmitoyl-ACP + H2O -> palmitate + HS-ACP + H
- niet meer passen in enzym
- gekatalyseerd door TE thioesterase
enzymen van vetzuursynthese
pathway I = FAS I
- 1 groot multifuntioneel enzym
- MAT, KAS, KR, DH, ER & TE allemaal in 1 enzym
- enzym = dimeer = synthese van 2 verzuren tegelijk
- maximale capaciteit = 16 of 18 C
- 2500 AZ
pathway II = FAS II
- bij bacteriën
- allemaal apparte enzymen
activatie/elongatie/desaturatie van vetzuren
- activatie: vetzuur + ATP -> vetzuur Acyl-CoA + AMP + PPi
- gekatalyseerd door acyl-CoA synthetase
- 4 isovormen afh van lengte keten: <C6, C6-12, C12-16 & >C16
- gelijkaardig mechanisme als synthese van acetyl-CoA uit acetaat & CoA
- omzetting tot thioesters van CoA
- pyrofosfaat wordt nog een gehydrolyseerd door pyrofosfatase = 2 ATP equivalenten energie - elongatie
- gekatalyseerd door elongasen
- bron = malonyl-CoA
- C20-22 veelvoorkomen, C24-26 zeldzaam - desaturatie
- in eukaryoten door substraat specifieke desaturasen
- vb: C16 = palmitoyl-coa & C18 = stearoyl-coa
- inbouwen van dubbele bindingen
- tot 9C bij zoogdieren
- tot 15C bij andere
PUFA = polyonverzadigigde vetzuren
- zeer specifieke
- lioleaat C18:2, cis9-12
- linolenaat C18:3, cis9-12-15 = voorloper eicosanoïden
- essentiële vetzuren = opnemen want verder als C9
synthese van triacylglycerolen & glycerofosfolipiden
= meest voorkomende vorm van vetten
- dihydroxyacetonfosfaat -> glycerol-3-fosfaat (gluconeogenese)
- gekatalyseerd door glycerol-3-fosfaat dehydrogenase - glycerol-3-fosfaat + acyl-CoA -> 1-acylglycerol-3-fosfaat + HS-CoA
- gekatalyseerd door glycerol-3-fosfaat acyltransferase
- voorkeur voor verzadigde vetzuurketens
- verestering op C1 - 1-acylglycerol-3-fosfaat + acyl-CoA -> fosfatidaat (intermediair) + HS-CoA
- gekatalyseerd door 1-acylglycerol-3-fosfaat acyltransferase
- voorkeur voor onverzadigde vetzuurketens
- verestering op C2 - fosfatidaat + H20 -> 1,2-diacylglycerol + Pi
- gekatalyseerd door fosfatidaat fosfatase
- dehydratatie - 1,2-diacylglycerol + acyl-CoA -> triacylglycerol + HS-CoA
- gekatalyseerd door diacylglycerol-acyl transferase
- verestering op C3
- verdere modificaties = glycerofosfolipiden
synthese van eicosanoïden
prostaglandines & thromboxanen
- gewaarwording van pijn & ontstekingen
- lokale productie
- cyclisatie van arachindonaat 20:4, 5-8-11-14
- arachidonaat -> hyperperoxide
- enzym = COX cyclo-oxygenase activiteit binnen PGHS enzym
- inhibitie door aspirine = acetyl-salicyl-zuur
- transfer van acetyl op serine residu in actieve-site - hyperperoxide -> prostaglandine H2
- enzym = hydroperoxidase activiteit binnen PGHS enzym - prostaglandine H2 -> prostacycline, prostaglandines & throboxaan
- prostaglandine = contracties tijden weeën
- thomboxaan = bloedstolling
leukotriën
- arachidonaat -> leukotrieën
- enzym = lipo-oxygenase
- traag-agrerende componenten van anafylaxis
synthese can cholesterol
- nut
- biologische membranen
- voorloper van steroïdhormonen
- voorloper van galzouten
- alle C afkomstig uit actyl-CoA - omzetting van acetyl-Coa naar isopentenyl difosfaat = isoprenoid
- omzetting van isopentyl difosfaat naar squaleen
- tussenstap = dimethylallyl difosfaat door IDI isopentenyl difosfaat isomerase
- pentyltransferase voert kop-staart isomeratie uit = vorming squaleen - omzetting van squaleen naar cholesterol
- reeks cyclaties & toevoegingen van H
- vorming van 4-ring steroïdale kern = lanosterol
- 2 reactie wegen
omzetting van acetyl-CoA naar isopentenyl difosfaat = isoprenoid
1) acetyl-CoA + acetyl-CoA -> acetoacetyl-CoA
- gekatalyseerd door acetoactyl-CoA-thiolase
2) acetoacetyl-CoA + acetyl-CoA + H20 -> HMG-CoA (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA) + H +HS-CoA
- gekatalyseerd door HMG-CoA-synthase
3) HMG-CoA + 2 NADPH + 2H -> mevalonaat + 2 NADP + HS-CoA
- gekatalyseerd door HMG-CoA-reductase
4) mevalonaat + ATP -> mevalonaat-5-fosfaat + ADP
- gekatalyseerd door mevolaat kinase
5) mevalonaat-5-fosfaat + ATP -> mevalonaat-5-difosfaat + ADP
- gekatalyseerd door fosfomevolaat kinase
6) mevalonaat-5-difosfaat + ATP -> isopentenyl-difosfaat + ADP + Pi + HCO3-
- gekatalyseerd door mevolaat-5-difosfaat kinase
- decarboxylatie
totaal: 3ATP & 2NADPH
regulatie van cholesterolgehaltes
= regulatie van HMG-CoA reductase enzym
- covalente modificatie
- inactivatie door fosforylatie
- bij hoge AMP gehaltes
- ATP-verbruikende synthese van cholestrol maar ook vetzuren (acetyl-CoA-carboxylase inhiberen) verminderen om meer ATP te bekomen - repressie van gentranscirptie HMG-CoA reductase
- door hoge gehaltes cholesterol
- endogeen door lipoproteïnen in bloedplaatjes
- exogeen door voeding - verhoogde afbraak
- door hoge gehaltes cholesterol
- verhoogd transport naar afbraak plaats = verhoogde afbraak - statines = medicijnen voor hypercholesteromie
- competitieve inhibitie van HMG-CoA reductase
- verminderd risico op hart & vaat ziektes
alternatief: harspartikels
- binden op galzouten in darmen
- verhoogde aanmaak = cholesterol opgebruiken - neveneffecten
- te lage activiteit HMG-CoA reductase
- geen aanmaak mevalonaat = voorloper ubiquinone
oxidatie van vetzuren
= beta-oxidatie
naam: beta-C op C3 wordt geoxideerd
- activatie stap
- ≈ activatie meervoudig onverzadigde vetzuren
- vetzuur + ATP -> aceyl-coa + AMP + PPi
- door acyl-coa synthetase - afbraak stap
- eerste 3 stappen ≈krebs
- ethyleengroep -> oxidatie tot 2C carbonyl
- per 2C eenheden = transfer naar CoA
- turnover membraan lipiden
beta-oxidatie reacties
= 4 stappen in mitochondiron & peroxidsomen
- eerste oxidatie: vetzuur acyl-CoA + FAD -> trans-2-enoyl CoA + FADH2
- door acyl-CoA dehydrogenase in mito & acyl-CoA oxygenase in peroxysomen
- specifieke enzymen voor korte & lange ketens
- reduceren op O2 = vorming van H2O2
e- transfers
1) dubbele binding tussen C2 & C3
2) FAD -> FADH2 op enzym
3) FAD -> FADH2 op ETS elektron-transfererend flavoproteïne
4) Q -> QH2 door ETS:ubiquinone oxidorectase gebonden op membraan - hydratatie: trans-2-enoyl CoA + H2O -> L-3-hydroacyl-CoA
- enzym = 2-enoyl-CoA-hydratase - tweede oxidatie: L-3-hydroxyacyl-CoA + NAD -> 3-ketoacyl-CoA + NADH + H
- enzym = L-3-hydroxyacyl dehydrogenase - thiolyse: 3-ketoacyl-CoA + HS-CoA -> acetyl-CoA + vetzuur acyl-CoA
- enzym = 3-ketoacyl-CoA thiolase
- aanval van nucleofiele sulfhydryl groep van HS-CoA op carbonyl C3
- cyclus aanhouden tot volledige molecuul is omgezet
transport van vetzuur acylCoA in mito
- vetzuur in cytosol
- hoge permeabiliteit buitenste membraan = diffusie
- intermembranaire ruimte
- lage permeabiliteit binnenste membraan = carnitine shuttle
- enkel bij zoogdieren: andere eukaryoten = in peroxisomen & prokaryoten = cytosol
- vetzuur-acyl-CoA + carnitine -> HS-CoA + acylcarnitine
- enzym = carnitine acyltransferase I = carnitine palmitoyltransferase I = CPT-1
- acylcarnitine = hoog energetisch - carnitine:acylcarnitine translocatie
- acylcarnitine in matrix
- omzetting tot vetzuur-acyl-CoA door isoenzym = carnitine acyltransferase II
- vetzuur in matrix
energie van vetzuren
voorbeeld = C18 = stearaat
1) vetzuur synthese
- 8x acetyl-CoA => malonyl-CoA = 8ATP
- 8x synthesestappen = 16 NADPH = 40 ATP
- 9x acetyl-CoA = 9x17 ATP = 153 ATP
–> totaal = 201
2) vetzuur oxidatie
- 8x QH2 = 12 ATP
- 8x NADH = 20 ATP
- 9x acetyl-CoA = 9x10 ATP = 90 ATP
- activatie vetzuur = -2ATP
–> totaal = 120
3)
- 60% effecientie = hoog
- 3x C6 glucose = 96 ATP = 80% meer energie door:
- meer geoxideerd
- watervrije opslag door hydrofobie
nut peroxisomen
= zeer lange ketens afbreken
defect = X-gebonden adrnoleukodystrofie
= opstapeling lange ketens door lichaam
–> hersenen & bijnieren beschadigen
hormonale regulatie lipide metabolisme
vetzuurregulatie
- regulatie van acetyl-coa-carboxylase
- = synthese van malonyl-coa
- gevoede toestand = insuline
- stimulering acetyl-coa-carboxylase = vorming malonyl-coa
- malonyl-coa = inhibitor van carntitine acetyltransferase I
- vetzuren in cytosol blijven = geen oxidatie
- inhibitie hormoon gevoelig lipase = hydrolyse van opgeslagen triglyceriden - gevaste toestand = glucagon & epiferine/adrenaline
- inhibitie van acetyl-coa-carboxylase = verhoogd transport & beta oxidatie
- hogere acetyl-coa & NADH concentraties = daling glucose & pyruvaat oxidatie bij pyruvaat deydrogenase complex
- stimulering hormoon gevoelig lipase
- binding glucagon & epiferine op beta-receptoren -> activatie protein kinase -> activatie HGL
adipocyten
= vetcellen
1) triacylglycerolen door lipoproteïnen in bloedplasma of vrijevetzuren gebonden aan albumine
2) hydrolyseren door lipoproteïne lipase LPL = extracellulair in endotheel rond vetweefsel
3) vetzuren + glycerol
4) opnemen
5) verwerken
- vetzuren = veresteren & opslaan tot triacylglycerolen
- glycerolen = metaboliseren door lever & omzetten tot glucose
regulatie door hormoongevoelig lipase
pancreatic lipase
samenwerking met colipase
lipoproteïnen
- transport van vetten
- geen vrij vervoer van vetten
- lipoproteïnen nodig
- hydrofobe kern met hydrofiele buitenlaag - cholymicrons
- vervoer triacylglycerolen & cholesterol
- vanuit darm -> lymfe & bloed -> weefsels
- enkel aanwezig na maaltijden
- overblijfsels = aan lever geven = maken van VLDL’s
- nieuw cholesterol voor bloedbaan - VLDL
- LDL
- HDL
- cholesterol, VLDL & cholymicron overblijfsels
- opnemen uit perifere weefsel
- binden aan SRB1 receptores levercel opp
- terug omzetten in hogere vergehaltes
LDL’s
VLDL = very low denisity lipoproteïnen
- vorming in lever = 98% lipiden
- vetvervoer naar buiten lever
- meestal naar adipocyten & spieren = lipase aan endotheel
- opname van vetten
- IDL = intermedaire density
- opname door lever & maken van LDL
LDL
- vet aan perifere weefsel bezorgen
- vet neer perifere weefsels
- veel cholesterol & vet
- atherosclerose bij overbloed - binden aan LDL receptor
- vorming complex
- endocytose = opname
- teveel = overvloed intracellulair cholesterol
- productie van statines
- inhibitie cholesterol synthese & lagere gevoeligheid
- inhibit HMG-Coa reductase = cholesterol synthese
- inhibitie synthese LDL-receptoren - ontbreken statines = hypercholerolemie = sterfte
ketonlichamen als brandstof
- wanneer
- normaal: vetzuren -> acetyl-coa -> krebs
- vasten: maximale capaciteit krebs
- fractie omzetten in ketonen - soorten ketonen
- aceton = weinig
- acetoacetaat
- beta-hydroxybutyraat = functioneel keton - gebruik
- lager energie potentieel
- beter transport = energie sparen
- gemakkelijk door bloed & door mito
- aanmaak in lever bij zoogdieren
- verbranding door hersenen, spieren & vasten
