Kémia | Felsőoktatás » Dr. Mackei Máté - A zsírok anyagcseréje

A ZSÍROK ANYAGCSERÉJE ÉLETTANI ÉS BIOKÉMIAI TANSZÉK DR. MACKEI MÁTÉ A LIPIDEK FUNKCIÓJA Eltérő felépítésű és funkciójú szerves molekulák, Apoláros oldószerekben oldódó, hidrofób vegyületek. Csekély oxigéntartalom, nagy szabadenergiával bírnak. Csoportosításuk funkciójuk szerint: 1. Energiaraktározás (egyszerű lipidek) 2. Membránalkotás (poláros struktúr/lipidek) 3. Speciális (szteroidok, karotinoidok) A lipidek az állat testtömegének 5-25%-át teszik ki (kivételek!) 1. Raktárlipidek Feladatuk: • Raktározás (energia + zsíroldékony vitaminok, színanyagok) o A hosszú C-láncú zsírsavakból felépülő egyszerű lipidek a szervezet legredukáltabb vegyületei égetés CO2 + H2O nagy Efelszabadulás • Hőszigetelés (pl. fóka, bálna zsírraktárak, cseplesz) • Mechanikai védelem (pl. szemgolyó/vese védelme, talppárnák) 1. Raktárlipidek • A nagy ámbráscet (Physeter macrocephalus) hatalmas feje (a

test 1/3-a) 90%-ban „cetvelő” (spermaceti) • A cetvelő viaszok és zsírok (telített, telítetlen és többszörösen telítetlen zsírsavak) keveréke • A mélybe merülve a vízhőmérséklet csökken a cetvelő 31 oC körül kristályosodik sűrűsége nő felveszi a víz sűrűségét az állat E-befektetés nélkül marad a mélyben • A cetvelőt aktívan felmelegítve sűrűsége csökken megkönnyíti a felszínre emelkedést • Egyesek szerint a spermaceti az ultrahangjelek felerősítésére és továbbítására is szolgálhat orrnyílás spermaceti 1. Raktárlipidek • A kétpúpú teve (Camelus bactrianus) púpjában raktározott zsír bontásakor nagy mennyiségű víz szabadul fel C16H32O2 + 23 O2 16 CO2 + 16 H2O • A télen hibernáló medve is így fedezi a vízszükségletét A LIPIDEK SZERKEZETE Egyszerű zsírok: Glicerin (1,2,3-propántriol) és nagy C-atomszámú zsírsavak észterei 3 H2O A szervezetben szabad, nem

észteresített zsírsavak (free fatty acid (FFA), non esterified fatty acid (NEFA)) csak kis mennyiségben fordulnak elő. Többségük kötötten, egyszerű zsírokban található. észterkötés A zsírsavak – A zsírsavak olyan szerves savak, melyekben a –COOH csoporthoz szénhidrogénlánc kapcsolódik – Csoportosítás: szénatomok száma alapján  rövid szénláncú zsírsavak: 1-4 C-atomszám (illó zsírsavak)  közepes szénláncú zsírsavak: 7-11 C-atomszám  hosszú szénláncú zsírsavak: 12-35 C-atomszám C1 hangyasav C2 ecetsav C3 propionsav C4 vajsav A zsírsavak – Csoportosítás: a kötések jellege alapján  Telített zsírsavak: csak egyszeres kötéseket tartalmaznak  Telítetlen zsírsavak: legalább 1 telítetlen (C=C) kötést tartalmaznak (több C=C kötés: többszörösen telítetlen zsírsavak, polyunsaturated fatty acids, PUFA) – A glicerin 1. C-atomját telített, 2 C-atomját mindig telítetlen, míg 3 C-atomját

bármilyen zsírsav észteresítheti – a C=C kötés helyzete megadható az α-C-atom (-COOH-csoport) felől (delta, Δ-számozás) vagy az ellenkező irányból (omega, Ω-számozás) A telített és telítetlen zsírsavak telített telítetlen http://biology.clcucedu/courses/bio104/lipidshtm A telítetlen zsírsavak - geometriai izoméria – A C=C kötésnél a kapcsolódó ligandumok állása kétféle lehet: • Cisz geometriai izoméria • Transz geometriai izoméria ciszkonformáció transzkonformáció A telítetlen zsírsavak számozása 18:1 (Δ9) 9-oktadecénsav = olajsav 20:5 (Δ5,8,11,14,17, Ω3) eikozapentaénsav Delta (Δ) számozás: a –COOH-csoport felől kezdődik, a C=C kötés alacsonyabb számú C-atomját jelöli Omega (Ω) számozás: a –COOH-csoporttal ellentétes végen kezdődik, a C=C kötés alacsonyabb számú C-atomját jelöli http://pudsandlosers.blogspothu/2010 04 25 archivehtml A zsírsavak homológ sora C-atomszám : C=C

kötések (db) Név 12:0 Laurinsav 14:0 Mirisztinsav 16:0 Palmitinsav 16:1 Palmitoleinsav 18:0 Sztearinsav 18:1 Olajsav Δ9 Ω9 18:2 Linolsav Δ9,12 Ω6 18:3 Linolénsav Δ9,12,15 Ω3 20:0 Eikozánsav 20:4 Arachidonsav Δ5,8,11,14 Ω6 22:0 Dokozánsav Delta számozás Omega számozás Δ9 A transz-zsírsavak - Egyszeresen telítetlen zsírsavak transz elrendeződéssel - Keletkezésük: • mesterséges: pl. margarin gyártás • természetes: tehéntej, hús tartalmaz kis mennyiségű transzzsírt (károsító hatása nem jelentős, oka a bendőben lévő redukáló környezet) - Európai Uniós kampány az élelmiszerek transz-zsírsavtartalmának csökkentéséért (1% alá) • A transz-zsírsavak növelik az LDL koleszterin („rossz koleszterin”) szintjét a szervezetben szív- és érrendszeri megbetegedések 2%-kal több transz-zsírsav a táplálékban 23%-kal növeli a szív- és érrendszeri megbetegedések valószínűségét! •

Elősegítik a diabetes, gyulladásos folyamatok és daganatok kialakulását • Magyarországon – Ausztria és Dánia után az Unióban harmadikként 2014. február 18-tól korlátozták a végső fogyasztónak szánt élelmiszerek transz-zsírsav tartalmát. Ω6 és Ω3 zsírsavak (1) • Ezek a többszörösen telítetlen zsírsavak váltakozva tartalmaznak C-C és C=C kötéseket • Legnagyobb mennyiségben előforduló omega-6 zsírsav a linolsav, az omega-3 a linolénsav, ezekből alakulnak ki az egyéb formák • Esszenciális zsírsavak a zsírsavak bioszintézise során a 9. szénatomtól kezdve kettős kötés nem tud kialakulni • Az omega zsírsavakat a táplálékkal kell bevinnünk a szervezetünkbe nagy mennyiségben tartalmazza (főleg linolsavat és linolénsavat) a tengeri halak húsa és olaja • A kétféle zsírsav egymáshoz viszonyított aránya is rendkívül fontos • Az átlagos európai ember táplálkozásában az arány Ω6 : Ω3 =~ 20 : 1,

amely növeli a szív- és érrendszeri megbetegedések, a daganatok, valamint a gyulladásos és autoimmun betegségek kialakulásának kockázatát • A megfelelő arány Ω6 : Ω3 = 4 : 1 - 2 : 1 volna Ω6 és Ω3 zsírsavak (2) Ω6 ZSÍRSAV Ω3 ZSÍRSAV linolsav linolénsav GLA (gamma linolénsav) EPA (eikozapentaénsav) AA (arachidonsav) DHA (dokozahexaénsav) Gyulladást serkentő prosztaglandinok és leukotriének Gyulladást gátló prosztaglandinok és leukotriének A konjugált linolsav (CLA - conjugated linoleic acid) linolsav 9 cisz 12 cisz A kettős kötés áthelyeződik a két leggyakoribb izoforma 9 cisz 9 cisz 12 cisz 11 transz 9 cisz 10 transz 12 cisz 12 cisz • A linolsavból alakul ki, amely a leggyakoribb omega-6 zsírsav • A kérdődzők bendőjében lévő mikrobiális enzimek katalizálják a linolsav átalakulását CLA-vá nagy mennyiségben tartalmazzák a tej, tejtermékek és a kérődző állatok húsa • Előnyös

hatások: o csökkenti az atherosclerosist, fokozza a membránok rugalmasságát o csökkenti a szervezet zsírraktározását testzsírcsökkentő hatás (fogyókúra) o daganatellenes hatás o fokozza az inzulinérzékenységet 2-es típusú diabetes kezelése o gyulladásgátló hatás a linolsav lebontása során gyulladásos mediátorok szabadulnak fel, de CLA jelenlétében inkább az bomlik el a linolsav helyett A LIPIDEK FELSZÍVÓDÁSA ÉS FORGALMA • A zsírtermészetű anyagok felvétele létfontosságú a szervezet számára o Zsírban oldódó vitaminok felvétele (D,E,K,A) o Epesavas sók visszaszívása (enterohepatikus körforgás) o Egyéb apoláros vegyületek felvétele • Az élettani felszívódáshoz nélkülözhetetlen az epesavas sók emulgeáló hatása o A zsírcseppeket diszpergálva azok kisebb zsírcseppekké oszlanak, így könnyebben felszívódhatnak és a zsíremésztést végző enzimek nagyobb felületen képesek hatni

(szubsztrátaktiváció) • A bélcsatornába kerülő zsírtermészetű anyagokat a pancreas lipázai (lipáz és foszfolipáz-A2) Ca2+ ionok jelenlétében és az epesavas sók emulgeáló hatásának segítségével egyszerű zsírokra glicerin/mono/diacil glicerin + szabad zsírsavakra bontják A LIPIDEK FELSZÍVÓDÁSA ÉS FORGALMA • Ezek az anyagok passzív transzporttal a bél enterocytáiba jutnak, ahol egyszerű zsírok reszintetizálódnak belőlük • A képződött hidrofób, egyszerű zsírokat chilomikronok (lipoprotein) szállítják a nyirokkal a szövetekhez apoproteinek A chilomikronok szerkezete: o Centrumban a hidrofób triacil-gliceridek (egyszerű zsírok) egyéb lipofil anyagokkal együtt (E-vitamin, karotin) o Burokként poláros lipidek (lecitin, kefalin, szfingolipidek - foszfolipidek) biztosítják a vízoldékonyságot (foszfolipid monolayer – micella), a foszlipidek közé koleszterin ékelődik o A felszínen enterocyták által termelt

apoprotein szignálmolekulák (célszövet meghatározása; egy enterocita csak egyfélét termel) koleszterin foszfolipid TG + vitaminok A lipoproteinek • Sűrűségüket a bennük lévő fehérjék, trigliceridek és koleszterin aránya határozza meg (minél kevesebb a koleszterin és TG, annál sűrűbb). • Chilomikronok: Legnagyobb méretű, legkisebb sűrűségű lipoproteinek (kevés fehérje és koleszterin, sok TG lassan mozognak a keringési rendszerben) • VLDL: very low density lipoprotein, a májban keletkeznek nagy méretű, kis sűrűségű (sok koleszterin, sok TG) • IDL: intermediate density lipoprotein, a VLDL „remnant” • LDL: low density lipoprotein, nagyobb sűrűségű, kisebb méretű, mint a VLDL (legtöbb koleszterin, de kevesebb TG) „rossz koleszterin” mérete miatt még lassan halad az érpályában, így a koleszterineknek és koleszterin észterek ki tudnak oldódni (érelmeszesedés – atherosclerosis) • HDL: high density

lipoprotein, a legnagyobb sűrűségű, legkisebb méretű (sok fehérje, legkevesebb koleszterin és TG) „jó koleszterin” kis mérete miatt gyorsan mozog az érpályában A LIPOLÍZIS • A hosszú C-láncú zsírsavakból felépülő egyszerű lipidek a szervezet legredukáltabb vegyületei égetés CO2 + H2O-zé nagy E-felszabadulás (39kJ/g) • A zsírmobilizáció (lipolízis) o A zsírszövet sejtjeinek citoplazmájában zajló, hormonhatásra bekövetkező folyamat o Hormonok: - Inzulin: lipolízist csökkenti - Adrenalin, glükagon: lipolízist serkenti - G-protein által mediált folyamat, ld. glikogenolízisnél leírtakat • A zsírsavak apoláros molekulák, így a vérben albuminhoz kötötten szállítódnak a βoxidációt végző szövetekhez (elsősorban az izomba és a májba) • A glicerin poláros tulajdonságú, így a keringéssel szabadon szállítódik a májsejtekhez A lipolízis lépései * 1, triacil glicerin hormonszenzitív lipáz

H2O 2, diacil glicerin 3, monoacil glicerin C3-ról hasít monoacil glicerin C2-ről hasít zsírsav monoacil glicerin lipáz H2O diacil glicerin zsírsav diacil glicerin lipáz H2 O C1-ről hasít zsírsav glicerin A szabad zsírsavak és a glicerin sorsa a célszervekben • A szabad zsírsavak elsősorban az izomszövetbe és a májba szállítódnak, ott a sejtek mitokondriumaiban a β-oxidáció során lebomlanak • A végtermékek a citrát körbe és a légzési transzportláncba kapcsolódva energia termelésre fordítódnak. • A glicerin a májban bomlik le, mivel csak itt található meg az aktiválásáért felelős glicerin-kináz enzim ( Glükoneogenezis, Glükolízis) A ZSÍRSAVAK β-OXIDÁCIÓJA • A zsírsavak β-oxidációjának hátránya a glükolízissel szemben: • A zsírsavak bontása mindig aerob folyamat, így csak oxigén jelenlétében zajlik • A zsírmobilizáció és az azt követő β-oxidáció időigényes, lassabb folyamat •

A máj és a nyugvó vagy enyhe munkát végző izom a β-oxidációt részesíti előnyben • Emlősökben ezek a szövetek zsírt nem raktároznak, ezért a zsírsavakat a vérből veszik fel A ZSÍRSAVAK β-OXIDÁCIÓJA Mitokondrium mátrixa! • Helyszíne: • Máj (a vércukorszint fenntartása az elsődleges) • Izomszövet (szívizom – szinte csak β-oxidáció) • Zsírszövet (ritkán, erősen szabályozott) • Tejmirigy (kevéssé jellemző) A ZSÍRSAVAK β-OXIDÁCIÓJA • Zsírsavak a raktárból szabad zsírsavként (FFA)/lipoproteinként szállítódnak a célszövethez • Utóbbi esetben lipoprotein-lipáz bont • Sejtmembránon keresztül passzív diffúzió • Helyszín: mitokondrium • A mitokondrium hiánya miatt az emlős vörösvértestek csak glükolízisből nyerhetnek E-t, β-oxidációból nem! • A zsírsavaknak a citoplazmatikus aktivációt követően speciális transzportmechanizmussal be kell jutniuk a mitokondriumba

http://www.giantmicrobescom/us/products/redbloodcellhtml A zsírsavak aktiválása, mitokondriumba szállítása • Az albuminhoz kötött szabad zsírsavak megkötődnek a plazmamembrán extracelluláris felszínén az albumin lehasad a FFA-k passzív transzporttal vagy aquaporin csatornákon keresztül bejutnak a citoplazmába • Az aktivációhoz KoA és ATP szükséges • A zsírsavak zsíracil~KoA formában lépnek át a citoplazmából a mitokondrium külső mátrixán • Ezután mint zsíracil-karnitin haladnak át a belső membránon • A zsíracil-karnitin molekulák a mitokondrium belsejében zsíracil~KoÁ-vá alakulnak vissza és belépnek a β -oxidációba • Csak a 12 szénatomnál hosszabb zsírsavláncok aktiválódnak, az ennél kisebbek passzív transzporttal érik el a mitokondriális mátrixot A β-oxidáció • A β-oxidáció úgy is megfogalmazható, mint egy spirál, melyben az eredeti zsírsavlánc minden ciklusban két C-atommal rövidül

(Acetil~KoA keletkezik) • A spirál addig tart, míg a zsírsavlánc teljesen el nem bomlik • Páros szénatomszámú zsírsavakból acetil~KoA, páratlan szénatomszámú zsírsavakból pedig acetil ~KoA és egy propionil KoA keletkezik • Ciklusok száma: n/2-1 (n = szénatomszám) A zsírsavakban tárolt E felszabadításának lépései: β-oxidáció (acetil~KoA + redukált koenzimek keletkeznek) Citrátkör (Ac~KoA CO2 + redukált koenzimek) Légzési lánc és oxidatív foszforiláció (a redukált koenzimek H-jei vízzé oxidálódnak) A ZSÍRSAVAK SZINTÉZISE β-redukció: nem a β-oxidáció fordítottja! • Hasonlóságok: o A zsírsavlánc 2 szénatomos egységekkel hosszabbodik Helyszín: • Szövet/szerv szintjén: o zsírszövet: sertés, kérődző o máj: emlős, madár o (tejmirigy) • Sejtszinten: citoplazma (endoplazmatikus retikulum) A lánchosszabbítás folyamata • Palmitinsav (C16) < sztearinsav (C18) • A sztearinsav palmitinsavból

keletkezik lánchosszabbítással • Helyszíne: – Alacsonyabbrendű állatokban a mitokondrium – Máshol az endoplazmatikus retikulum • Kisebb különbségektől eltekintve a zsírsavszintézis lépései játszódnak le (de például míg a zsírsavszintézis lépéseit az ún. multienzim-komplex végzi, itt különálló enzimek játszanak fontos szerepet, emiatt a folyamat lassabb) Telítetlen zsírsavak keletkezése • A szervezet telített zsírsavakat szintetizál deszaturációval telítetlen zsírsavak • A sertészsír ~50%-a telítetlen olajsav! • A reakció deszaturázok felszínén történik – endoplazmatikus retikulumhoz kötöttek – Működési mechanizmusuk azonos, de a szénlánc különböző Catomjain képesek C=C kötést létrehozni • Pl. Δ9, Δ6, Δ5 stb • Az állatok és az ember a 9. C-atom mögött enzimhiány miatt már nem képesek C=C kötést kialakítani linolsav (Δ9,12; Ω6), linolénsav (Δ9,12,15; Ω3) eszenciális zsírsavak

(endogén szintézis nincs, csak táplálékkal!) A lipogenezis • = zsírszintézis, triacil glicerin szintézis • Helyszíne: Citoplazma! – Máj • Főleg a portális keringéssel érkező zsírsavak beépítése • A felépített lipideket a perifériára juttatja tovább – Kivétel zsírmáj szindróma emlősökben – A (vízi) szárnyasok a májban jelentős mennyiségű zsírt raktározhatnak – Zsírszövet • Szárnyasok: abdominális (hasűri) zsírraktárak • Emlősök: szubkután (bőr alatti) zsírraktárak – Laktáló tejmirigy A lipogenezis • Kiindulási vegyületek (a glükolízisből): – Glicerin (csak a májban) – Vagy: dihidroxiaceton foszfát – Vagy: glicerinaldehid-3-foszfát + zsírsavak aktivált származékai glicerin dihidroxiaceton foszfát glicerinaldehid-3foszfát http://goodhealth011.blogspothu/2013/02/Glycerolhtml A triacilglicerin • A glicerin 1. C-atomját telített, 2 C-atomját mindig telítetlen, míg 3. C-atomját

telített vagy telítetlen zsírsav is észteresítheti telített telítetlen telített/telítetlen http://chemistry.aboutcom/od/factsstructures/ig/Chemical-Structures---T/Triacylglycerol-Structurehtm