1. LIPIDEK. 1. Egyszerő lipidek 1.1. Neutrális zsírok (zsírok, növényi olajok) 1.2. Viaszok

Átírás

1 1. LIPIDEK 1.0. Bevezetés Az élı szervezetekben elıforduló vízben és poláros oldószerekben alig oldódó vegyületek, amelyeket apoláros oldószerekkel (éter, petroléter, klórozott szénhidrogének) vonhatunk ki. Szerkezetüket tekintve egymástól nagyon eltérı vegyületcsoportok, amelyeket hagyományosan az élılények szervezetében betöltött szerepük alapján osztályozunk. 1. Egyszerő lipidek 1.1. Neutrális zsírok (zsírok, növényi olajok) 1.2. Viaszok 2. Összetett lipidek 2.1. Poláros lipidek (foszfolipidek) 2.2. Szfingolipidek 2.3. Glikolipidek Glicerinéterek 2.4. Egyéb összetett lipidek (terpenoidok, szteroidok, stb.) 1.1. Egyszerő lipidek Neutrális zsírok Az élılények tartalék tápanyagai. Szervezetünk az energiaigényes folyamatokban, a szénhidrátok után, a zsírokat használja fel. A trigliceridek tartaléktápanyagként elınyösek, mert a zsírsavakban a szénatomok redukált formában vannak és így oxidációjukkor sok energia nyerhetı. A trigliceridek metabolitikus oxidációjában több mint 37 kj/g energia szabadul fel (vö.; szénhidrátokból és fehérjékbıl 17 kj/g nyerhetı). 9

2 Általában páros szénatomszámú 4-30 szénatomot tartalmazó karbonsavak glicerinnel képezett észterei (trigliceridek). 2 R 2 2 R R 1 3 Az állati sejtekbıl nyert zsírok egyenes láncú telített karbonsavakat és 1-6 szén-szén kettıs kötést tartalmazó telítetlen karbonsavakat tartalmaznak. (1.1. táblázat) Közülük legelterjedtebb a palmitinsav ( 16 ), sztearinsav ( 18 ) és az olajsav ( 18, egy kettıs kötés). A telítetlen zsírsavakban a szén-szén kettıs kötés (Z)-konfigurációjú. Az (E)-konfigurációjú kettıs kötést tartalmazó zsírsav ritka. A telítetlen zsírsavak jelölésére egyszerő kódokat használunk, amelyben feltüntetjük a szénatomok számát, a kettıs kötések számát és a karboxilcsoporttól legtávolabbi kettıs kötés távolabbi pillératomjának helyzetét a láncvégi metilcsoporttól számozva. Például, az olajsav jelölése: [18:1 n-9]. A növényi sejtekbıl nyert zsírok (olajok) összetétele változatosabb. Tartalmazhatnak szén-szén hármas kötést, hidroxil- és oxocsoportokat, valamint ciklopropán és ciklopentán győrőket is. A szobahımérsékleten szilárd triglicerideket zsíroknak, a folyadék állagúakat olajoknak hívjuk. Az élılényekben a zsírsavak a szénhidrátok lebontásával képzıdı acetil-koenzim-aból (acetil-oa) kiindulva épülnek fel (1.1. ábra). A többlépéses reakciósor elsı lépésében a karboxil-transzferáz (biotin karboxiláz) enzim malonil-koenzim-a-t (malonil-oa) készít, amit a transzaciláz enzim proteinhez köt. A képzıdött malonil-ap (malonil-acil-vivıprotein) reagál az acetil-oa-ból transzaciláz hatására keletkezett acetil-ap-vel a szintetáz enzim katalizálta reakcióban. A reakció termékét, a 3-ketobutiril-AP-t a reduktáz enzimrendszer 3-hidroxibutiril-AP-vé redukálja, amibıl a víz elemeinek eliminációjával (E)-but-2-enoil-AP keletkezik. Az utóbbit egy reduktáz enzimrendszer butiroil-ap-vé redukálja. 10

3 1.1. Táblázat. Gyakrabban elıforduló zsírsavak Triviális név IUPA név Szerkezet Laurinsav Mirisztinsav Palmitinsav Sztearinsav Arachinsav Behénsav lajsav Dodekánsav Tetradekánsav exadekánsav ktadekánsav Ejkozánsav Dokozánsav (Z)-oktadec-9-énsav Elaidinsav (E)-oktadec-9-énsav Linolsav Linolénsav (9Z,12Z)-oktadeka- diénsav 3 2 (9Z,12Z,15Z)- oktadeka- triénsav Arachidonsav (5Z,8Z,Z,14Z)- ejkozatetraénsav EPA (5Z,8Z,Z,14Z,17Z) -ejkozapentaénsav

4 3 S oa acetil-oa transzaciláz karboxil-transzferáz biotin- 2 S oa malonil-oa transzaciláz oa-s + 3 S AP 2 S AP + oa-s szintetáz S AP 3-ketobutiril-AP reduktáz 3 2 S AP 3-hidroxibutiril-AP dehidráz 3 S AP reduktáz (E)-but-2-énoil-AP S AP butiroil-ap S AP hexanoil-ap zsírsavak 1.1. Ábra. Zsírsav bioszintézis egyszerősített vázlata 12

5 A butiroil-ap kapcsolása acetil-ap-vel az elızıekben tárgyalt típusú lépéseken keresztül hexanoil-ap-t eredményez, aminek további enzimkatalizált reakciói a tárgyalt páros szénatomszámú telített zsírsavakat adja. A fentiek alapján a palmitinsav bioszintézise az alábbi egyenletekkel foglalható össze: 3 S acetil-oa 3 S oa oa S malonil-oa 2 S oa oa oa 2 14 A telített zsírsavakból a deszaturáz enzim összetett reakcióban telítetlen zsírsavat képez (aerob mechanizmus): , S oa SoA sztearoil-oa oleil-oa A telítetlen zsírsavak három sorozata különös jelentıségő (1.2. ábra). Az úgynevezett n-9 sorozat alapmolekulája a szinte minden zsiradékban megtalálható olajsav. Az olajsavból enzimkatalizált dehidrogénezéssel (6Z,9Z)-oktadekadiénsav képzıdik, amibıl lánchosszabbítással (8Z,Z)-ejkozadiénsavat kapunk. Az utóbbiból dehidrogénezéssel a sorozat utolsó tagja az ejkozatriénsav keletkezik. Az állati sejtek nem képesek olyan zsírsavakat szintetizálni, amelyekben a kettıs kötés a karboxilcsoporttól több mint kilenc szénatom távolságra van. Számunkra is az n-6 és n-3 sorozat alapmolekulái, a linolsav és linolénsav és a belılük levezethetı arachidonsav és EPA eszenciális zsírsavak, azaz a táplálékkal kell felvennünk. 13

6 Ugyanúgy nem tudunk linolsavból linolénsavat elıállítani. Ezeket az átalakításokat csak növényi sejtek (kloroplaszt) és tengeri fitoplanktonok végzik olajsav [18:1 n-9] linolsav [18:2 n-6] linolénsav [18:3 n-3] [18:2 n-9] [18:3 n-6] [18:4 n-3] (8Z, Z)-ejkozadiénsav dihomo-γ-linolénsav (8Z, Z, 14Z, 17Z)-ejkozatetraénsav [20:2 n-9] [20:3 n-6] [20:4 n-3] (5Z, 8Z, Z)-ejkozatriénsav [20:3 n-9] arachidonsav [20:4 n-6] EPA [20:5 n-3] 1.2.Ábra. Telítetlen zsírsavak sorozatai DA (4Z, 7Z, 10Z, 13Z, 16Z,19Z)-dokozahexaénsav [22:6 n-3] 14

7 Szerencsére a linolsav elıfordul a növényi magvakban és a belılük készült olajokban (szójaolaj, napraforgóolaj, stb.). A linolénsav fıleg növények levelében és egyes magolajokban (saláták, lenolaj, stb.) található (1.2. táblázat). Az n-6 sorozatnál a linolsav kettıs kötés beépüléssel és lánchosszabbítással dihomoγ-linolénsavvá alakul, majd további kettıs kötés bevitellel arachidonsavat kapunk. Az n-3 sorozatban a linolénsav a fenti típusú átalakításokkal ejkozatetraénsavon keresztül EPA-t (ejkozapentaénsav) ad. Az EPA-ból egymást követı lánchosszabbítással és dehidrogénezéssel DA (dokozahexaénsav) keletkezik. Az arachidonsav tojásban, velıben és egyes magvakban található, elsısorban a foszfolipidekben lévı glicerin 2-es hidroxilcsoportjával képezett észterek formájában. Az EPA fıleg halzsírokban fordul elı. Az EPA-t szervezetünk DA-ként tárolja. A felsorolt zsírsavak általában nem szabadon fordulnak elı az élı szervezetekben. Mindig valamilyen alkoholos hidroxilcsoportot acileznek (glicerin, koleszterin, zsíralkoholok) Táblázat. Zsírsavak elıfordulása Zsiradék Zsírsav (%) mirisztinsav palmitinsav sztearinsav olajsav linolsav linolénsav vaj disznózsír humán zsír gyapotmag olaj lenolaj olívaolaj pálmaolaj földimogyoró olaj(vaj) napraforgó olaj szezámfő olaj szójaolaj

8 Viaszok A viaszok gyümölcsök és levelek külsı részének védıhártyáját, madarak tollának víztaszító bevonatát képezik, és egyes rovarok szekrétumait alkotják. Általában hosszú szénláncú ( ) alkánok, hosszú szénláncú karbonsavak és alkoholok észtereinek összetett elegye. A méhviasz fıkomponense a palmitinsav triakonta-1-ollal képezett észtere (1). A Brazil pálma viasza (carnauba wax) 32 szénatomszámú karbonsav 34 szénatomszámú alkohollal képezett észterét (2) tartalmazza Minthogy a láncban nincs kettıs kötés, oxidációra nem érzékenyek. Elınyösen alkalmazhatók kenıanyagnak, felületek bevonására és bırvédı készítményekben. A viasz összetétele nagyfokú fajtaspecifitást mutat és a fajta jellemzésére is alkalmas Összetett lipidek Poláros lipidek (foszfolipidek) A poláros lipidek vagy foszfolipidek a sejteket burkoló plazmamembrán és a sejtekben található sejtszervecskék (organellumok) membránjait alkotják. Szerkezetük a glicerin-monofoszfátból, ill. az ebbıl képezhetı foszfatidsavból vezethetı le. Mivel az L-3- glicerin-monofoszfát azonos a D-1-glicerin monofoszfáttal, az IUPA-IUB Biokémia Nómenklatúra Bizottsága az alábbi úgynevezett sztereospecifikus számozást (stereospecific numbering, sn) javasolta:

9 Ennek megfelelıen a glicerin 2-es számú szénatomjához kapcsolt hidroxilcsoport mindig baloldalra kerül. Így a glicerin-monofoszfátra az alábbi két enantiomert kapjuk: 2 2 P 2 2 P P 3 2 P 2 sn-glicerin-3-monofoszfát (R-enantiomer) (S-enantiomer) sn-glicerin-1-monofoszfát A foszfolipidek a 3-sn-foszfatidsavból vezethetık le. A szabad sav is elıfordul kis mennyiségben a sejtmembránban és növényekben (pl. káposzta). Bioszintézise dihidroxiaceton-foszfátból indul, aminek redukciójával sn-glicerin-3-monofoszfát képzıdik. Az utóbbit az acil-oa észterezi. 2 2 P R R 2 2 S oa 2 P 2 P oas 2 2 P R R S oa R 2 R 2 P 3-sn-foszfatidsav (R)-foszfatidsav Lecitin Alkoholban jól oldódó foszfolipid származék. Az emlısök sejtmembránjának mintegy 18%-át alkotja. Nagyobb mennyiségben például a tojás sárgájában található. Élelmiszer készítményekben emulgeáló anyagnak használják (pl. majonézben). A 3-snfoszfatidsav kolinnal képezett észtere, ami az egyes pozícióban sztearoil- vagy palmitoilcsoportot tartalmaz, és a kettes helyzetben sokszorosan telítetlen zsírsavval észterezett. 17

10 R 2 2 R 1 2 P 2 2 N( 3 ) 3 3-sn-foszfatidilkolin A dipalmitoil-foszfatidilkolin a retinol észterezésével jelentıs szerepet játszik a látóideg regenerálásában. A dipalmitoil-lecitin mint erıs felületi feszültséget csökkentı anyag fontos a magzat tüdejének kifejlıdéséhez. iánya az újszülöttkori elhalálozásokat mintegy 15%-ban okozza Kefalinok Alkoholban rosszul oldódó foszfolipidek. A sejtmembrán mintegy 10%-ban tartalmazza. A foszfatidsav 2-aminoetanollal képezett észterei. Zsírsav részük hasonló a lecitinekéhez. R 2 2 R 1 2 P 2 2 N 3 3-sn-foszfatidil-aminoetanol A foszfolipidek észterkötéseit a foszfolipáz enzimek (PL) bontják. A foszfolipáz A 1 (PLA 1 ) az sn-1, a PLA 2 az sn-2, a PL az sn-3--p kötést, és a PLD a P- kötést hidrolizálja. A PLA 2 egyes kígyók mérgének (kobra, csörgıkígyó) fı komponense és a foszfolipidek 2-es helyzető észterkötését bontja. A folyamat terméke a lizolecitin, ami detergensként hat és a vérsejtek membránját oldja. 18

11 Kefalin PLA R 2 P 2 2 N 3 lizolecitin Szerin-foszfatidok A foszfatidsav szerin nevő aminosavval képezett észtere. 2 R 2 2 P 1 R N 3 3-sn-foszfatidil-szerin A fenti három foszfolipid csoport szoros genetikai kapcsolatban van egymással. A foszfatidil-szerin dekarboxilezésével foszfatidil-aminoetanolt kapunk, amit a metionin nevő aminosav több lépéses reakcióban metilezve foszfatidil-kolinná alakít Inozit-foszfatidok A foszfatidsav mioinozittal képezett észtere. Az emlısök sejtmembránjának mintegy 5%-át alkotja. Kisebb mennyiségben megtalálhatók a foszfatidilinozit-4-foszfát és a 4,5- difoszfát is. Az utóbbiból a foszfolipáz inozit-1,4,5-trifoszfátot (IP 3 ) szabadít fel, ami úgynevezett második hírvivı molekula a sejtekben. 2 R R P sn-foszfatidil-inozit 19

12 Plazmalogének A plazmalogének az sn-1 helyzetben enoléter vagy éter szerkezeti részt tartalmaznak. A 16 vagy 18 szénatomszámú enoléter részt tartalmazó etanolamin-plazmalogének az agyban és az idegpályák mielin hüvelyében találhatók. A kolin-plazmalogének nagyobb mennyiségben a szívizomban fordulnak elı. 2 R 1 2 R 2 R 2 P 2 2 N 3 etanolamin-plazmalogének 1 2 R 2 P 2 2 N( 3 ) 3 kolin-plazmalogének Az sn-1 helyzetben éterkötést tartalmazó plazmalogének hidrolízisre nem érzékenyek, és fıleg a halofil (sókedvelı) szervezetekben fordulnak elı. A csoport érdekes képviselıje a trombocitaaktíváló faktor (platelet aggregation factor, PAF), ami már 10 - M koncentrációban kiváltja a vérlemezkék kicsapódását. A trombocitákból szerotonin felszabadulást okozva szerepet játszik a gyulladásos és allergiás folyamatok kifejlıdésében P 2 2 N( 3 ) 3 PAF Szfingolipidek Az idegsejtek membránjaiban elıforduló, minden sejt részére nélkülözhetetlen szfingolipidek is a poláros lipidekhez tartoznak. Alkohol komponensük azonban nem glicerin, hanem a 4-szfingenin (szfingozin). A 4-szfingenin az emlısök sejteiben szabadon nem fordul elı. Nitrogénen acilezett származéka a ceramid és monofoszfátjának kolinnal képezett észtere a szfingomielin. 20

13 N 2 D-eritro-4-szfingenin (2S, 3R)-4-szfingenin A szfingomielin bioszintézise L-szerinbıl és palmitoil-oa-ból az alábbi úton halad: N [ ] S oa szerin-palmitoiltranszferáz - 3 oa-s N 2 3 [ ] oxoszfinganin N 2 reduktáz [ ] (2S, 3R)-szfinganin R--SoA, transzferáz N [ ] (2 S, 3 R)-dihidroceramid [ ] deszaturáz 21

14 N N ceramid glikozil-transzferáz N 2 szfingomielin P 2 2 N( 3 ) 3 glükozil-ceramid (cerebrozid) A cerebrozidokban a ceramidhoz β-glükozidos kötéssel glükóz vagy galaktóz kapcsolódik. A galaktozil-ceramid fontos alkotórésze az idegsejtek membránjainak. A gangliozidokban a ceramidhoz 2-6 cukoregység kapcsolódhat és mindig tartalmazzák az alábbi N-acetilneuraminsavat (sziálsav). 3 N 2 2 A szfingolipidek a membrán szerkezetének kialakításán túlmenıen, mint a sejt felszínén lévı molekulák, részt vesznek a felismerési folyamatokban (receptorként szolgálnak egyes anyagok részére). 22

15 Glikolipidek A kloroplaszt membránjában találhatóak, foszfort nem tartalmazó, a cukorrészhez β- acetil kötéssel kapcsolódó diacilgliceridek. A zsírsav rész linolsav és/vagy linolénsav. 2 2 R 2 R sn-monogalaktozil-diacil-glicerin Egyéb összetett lipidek Egyéb összetett lipidek címszó alatt hagyományosan nagyon eltérı szerkezető és élettani hatású vegyületcsoportokat szokás tárgyalni. Közülük a többszörösen telítetlen zsírsavak metabolitjait, az úgynevezett ejkozanoidokat, az izoprén egységekbıl felépülı terpéneket és az utóbbiakkal biogenetikus kapcsolatban lévı sztereoidokat tárgyaljuk Ejkozanoidok Az ejkozanoidok nagyon eltérı hatású hormonszerő anyagok, amelyek a 20 szénatomszámú többszörösen telítetlen zsírsavakból (arachidonsav és ejkozapentaénsav) képzıdnek lipoxigenáz vagy ciklooxigenáz enzimrendszerek által irányított metabolitikus folyamatokban. A többszörösen telítetlen zsírsavak a sejtekben a foszfolipidek sn-2-es helyzetéhez kötöttek. A sejtfelszínhez érkezı hormonok vagy egy proteáz enzim (pl. trombin) a foszfolipáz-a 2 -t aktiválja, ami a többszörösen telítetlen zsírsavat felszabadítja a foszfolipidbıl. 23

16 8 5 7 A B 15 arachidonsav: A-B = 2-2 pro-s 7 5 EPA: A-B = 7 6 Fe II 5 Fe III LTA LTB 4 5 S 2 N 2 N 2 LT N 2 5 LTD 4 S 2 N 2 N LTE 4 S 2 N Ábra. Leukotriének bioszintézise 24

17 A többszörösen telítetlen zsírsavak metabolizmusát az 5-lipoxigenáz és a ciklooxigenáz enzimrendszerek irányítják. A lipoxigenáz enzimrendszer támadáspontja a molekula 7-es helyzete, amirıl a pro-s hidrogén lehasításával gyököt képez (1.3. ábra). Az utóbbi a molekuláris oxigénnel reagálva peroxigyököt ad, amit a nem hemoglobinhoz kötött vas peroxidanionná redukál. A peroxidanion proton felvétellel hidroperoxiddá alakul, amibıl összetett átrendezıdési folyamattal leukotrién A 4 képzıdik. A leukotrién A 4 -bıl feltehetıen enzimatikus folyamattal (epoxid-hidroláz) leukotrién B 4 képzıdik, ami a ma ismert egyik legerısebben kemotaktikus anyag (negatív kemotaxis). [Kemotaxis: kémiai inger, amely egyes sejtek vonzásában (pozitív kemotaxis) vagy távolságtartásában (negatív kemotaxis) nyilvánul meg.] A glutation-s-transzferáz katalizálja az LTA 4 kapcsolását glutationnal. A képzıdı LT 4 -bıl glutaminsav kihasadással LTD 4 keletkezik, amibıl glicin lehasadásával LTE 4 képzıdik. A leukotriének a gyulladásos folyamatokban játszanak szerepet mint szabályozók. A ciklooxigenáz enzimrendszer (prosztaglandin-endoperoxid-szintetáz) támadáspontja a zsírsav molekula 13-as helyzete, ahol hidrogén levétellel gyök képzıdik, majd a gyök oxigén molekulával peroxigyököt ad (1.4. ábra). Az utóbbi a 8-as poziciójú kettıs kötéssel reagálva peroxivegyületet, majd annak összetett, győrőzárással egybekötött átalakulásával úgynevezett endoperoxidot (PGG 2 ) kapunk. Az endoperoxid gyors folyamatban prosztaglandinokká (PGF és PGE) alakul. A prosztaglandinok egy sor fiziológiás folyamatot szabályoznak. A PGE hat a simaizom kontrakcióra, gátolja a gyomorsav szekréciót, és a hıemelkedésben is szerepe van. A PGF 2α hatásai közül a luteolitikus hatás (a sárgatest képzıdését stimuláló), a vesemőködést befolyásoló hatás és a méhösszehúzó hatás emelhetı ki. Az endoperoxidból (PGG) összetett átalakulással prosztaciklin képzıdik (1.5. ábra). A prosztaciklin gátolja a trombociták kicsapódását, az erek őrterét tágítja és citoprotektív hatású. Az endoperoxidból többlépéses reakcióval (1,2-átrendezıdés és nukleofil addíció) képzıdı tromboxán (TXA) a prosztaciklinnel részben ellentétes hatású. Az erek összehúzódását és a légcsı kontrakcióját váltja ki. 25

18 A ciklooxigenáz acetilszalicilsavval (aszpirin) gátolható. Az aszpirin az enzim aktív részén a szerin aminosav hidroximetil-csoportját acilezve azt dezaktiválja. 5 pro-s 13 A B arachidonsav: A-B = EPA: A-B = A B átr. PGG 2 és PGG 3 red PGF 2α PGE Ábra. Prosztaglandinok bioszintézise A prosztaglandinokban a ciklopentán győrő két oldalláncának helyzete (8-as és 12-es helyzetek) transz. A lipid peroxidáció során kis mennyiségben cisz-izomerek is képzıdnek 26

19 (pl. 8-izo-PGF 2α ). Az izoprosztánok mennyisége a szervezet un. oxidatív terhelése során megnı (idegrendszeri és keringési betegségek, daganatok) A B A B prosztaciklin (PGI 2 ) : A-B = 2-2 tromboxán TXA A B : A-B = 2-2 PGI 3 : A-B = TXA 3 : A-B = 1.5. Ábra. A prosztaciklin és tromboxán bioszintézise 27

20 Terpének Izoprén egységekbıl felépülı, nagyobbrészt növényekben található anyagok. A növények eszenciális olajainak fı alkotórészei. Bioszintézisük (1.6.ábra) acetil-oa-ból kiindulva történik olymódon, hogy enzimkatalizált lépésekkel kisebb egységek kapcsolódnak össze, majd a termékek módosulnak szintén enzimkatalizált átalakításokkal. A terpének felosztása az izoprén egységek száma alapján történhet. 1. Monoterpének ( 10 ) Két izoprén egységbıl úgynevezett láb-fej vagy láb-láb kapcsolással jönnek létre. citronellol ( rózsaolaj alkotórésze ) mentol ( mentaolaj fı alkotórésze ) geraniol ( geranum fajták olajában ) kámfor ( kámforfában ) 2. Szeszkviterpének ( 15 ) árom izoprén egységbıl felépülı vegyületek. farnezol (rózsaolajban, akácia fajták olajában) 28

21 tioláz 2 3 S oa 3 2 S oa 3 S oa MG-oA szintetáz acetil-oa acetoacetil-oa 3 2 MG-oA reduktáz S oa MG-oA S oa ( R )-mevalonsav 3 kináz 3 2 P PP ( R )-mevalolakton mevalonsav-pirofoszfát PP izomeráz PP izopentenil-pirofoszfát dimetilallil-pirofoszfát PP + B PP PP geranil-pirofoszfát PP PP farnezil-pirofoszfát 1.6. Ábra. Terpének bioszintézise 29

22 (+)-faranal (A fáraóhangya nyomjelzı feromonja) periplanon B (Az amerikai csótány csalogató anyaga) 3. Diterpének ( 20 ) Négy izoprén egységbıl felépülı vegyületek. Az A-vitamin vagy retinol a színlátásban játszik fontos szerepet (1.7.ábra). A molekula elıször -transz-retinállá oxidálódik, majd a -12 kettıskötés izomerizációjával -cisz-retinállá alakul. Az utóbbi opszin fehérje lizinjével képez Schiff-bázist. Ez a fényre érzékeny pigment, a rodopszin. Fény hatására -transz-retinállá izomerizál, és az opszin felszabadul. Az izomerizáció (Z E) konformációs változást okoz az opszin fehérjében, ami a látóidegben kiváltja az ingerületet. 4. Triterpének ( 30 ) at izoprén egységbıl levezethetı vegyületek. A szkvalén a csukamájolajban, búzacsíraolajban és az élesztıben elıforduló anyag. A koleszterin bioszintézisének kulcsintermedierje. 2 P P NAD farnezil-pirofoszfát 2 PP szkvalén 30

23 retinol jelzés a látóideg felé opszin -transz-retinál 2 N 12 retinál izomeráz hν -cisz-retinál opszin 2 N Imin képzés és rodopszin kialakulása Rodopszin N 1.7. Ábra. A retinol szerepe a látásban 5. Karotinoidok ( 40 ) A növényekben található β-karotin, az A-vitamin provitaminja. Enzimkatalizált kettıs kötés hasadással retinol keletkezik. 31

24 β-karotin 2 retinol Szteránvázas vegyületek A szteránvázas vegyületek elterjedtek a növény és állatvilágban. Alapvázuk az 1,2- ciklopentano-perhidrofenantrén Bioszintézisüket a koleszterin bioszintézis egyszerősített vázlatával mutatjuk be (1.8. ábra). A bioszintézis szabályozása "feed back" mechanizmussal történik. A képzıdött koleszterin gátolja a MG-oA-reduktáz enzimaktivitást. A koleszterin egy részét a táplálékkal vesszük fel. Nagyobb része a májban szintetizálódik. Vízben oldódik, a vérplazmában nem. A vérben proteinekkel szolvatálva (LDL, low density lipoproteins) észterként szállítódik a sejtekhez, amelyek a sejtmembrán felépítésére használják. A koleszterinbıl képzıdnek az epesavak (pl. kólsav), nemi hormonok, glükokortikoidok (szénhidrát anyagcserét befolyásolják), és a minerálkortikoidok. 32

25 enzimkatalizált oxidáció 3 szkvalén szkvalén-2,3-epoxid ,2- vánd ,2- vánd ,2-3 vánd ,2-3 vánd. 5. vesztés 9 -rıl lépés lanoszterin koleszterin 1.8. Ábra. Koleszterin bioszintézise 33

26 kólsav ( zsírok emulgeálásában játszik szerepet) Androgének (férfi nemi hormonok): tesztoszteron androszteron Ösztrogének (nıi nemi hormonok): 3 progeszteron ösztron 34

27 Glikokortikoid hormonok (szénhidrát metabolizmust szabályozzák, csökkentik a lázat és befolyásolják a stresszes állapotokat): 2 2 kortizon kortizol Minerálkortikoid hormon (a vérnyomást szabályozza a vese Na +, l - és 3 - ionok felvételének stimulálásával): 2 aldoszteron D-vitaminok A D-vitamin összefoglaló neve egy sor szerkezetileg összefüggı szteránvázas vegyületnek. iányuk a kalcium és foszfor anyagcsere zavarát okozza. Közülük legfontosabb a D 3 -vitamin, ami provitaminnak tekinthetı, mert vitaminhatást a dihidroxi származéka fejt ki. A D 3 -vitamin koleszterinbıl képzıdı és a bırben elıforduló 7-dehidrokoleszterinbıl keletkezik ultraibolya fény ( nm) hatására. A reakció elektrociklusos győrőfelnyílás, és azt követı [1,7]-szigmatróp átrendezıdés. 35

28 hν 25 [1,7]-szigmatróp átrend. 1 7-dehidrokoleszterin D -vitamin (kolekalciferol) oxid. - májban oxid. - vesében 1α,25-dihidroxikolekalciferol 1.3. Lipidek szerepe A lipidek az állatok, madarak, rovarok és a magas lipidtartalmú magok fı energia forrásai, és energia tárolási anyagai. Az állatokban fı raktározási helyük a máj és a zsírsejtek. Az életfolyamatokhoz szükséges energia termelésére közvetlenül felhasználható glükóz tárolása glükogénként történik. A májban és izmokban tárolt glikogén mennyisége egy 70 kg tömegő embernél mintegy 400 g, ami a kj/nap szükségletet a 17 kj/g tárolt energiájával nem képes fedezni. Az eneriga különbözetet a trigliceridekben tárolt energia (37,5 kj/g) fedezi. A zsírok felhalmozódását és lebontását enzimek irányítják. Amikor a közvetlenül szükségesnél több szénhidrátot fogyasztunk, a felesleg glikogénné alakul. A glikogén tároló kapacitás kimerülése után (400 g) a szénhidrát zsírsavvá alakul és a zsírszövetekben trigliceridként tárolódik. Egy férfi súlyának mintegy 17%-a triglicerid. A zsírok felhalmozódásának azonban nincs határa! 36

29 Az energiatermeléshez szükséges glükózt a vér szállítja a sejtekhez. Amikor a vérben a glükóz koncentrációja csökken a zsírsavak bioszintézise leáll. A hasnyálmirigy vércukorszintet szabályozó hormonja a glukagon egy sor enzimkatalizált reakciót indít el, amelyek aktiválják a triacilglicerin lipázt. Az utóbbi a triglicerideket zsírsavakká és glicerinné hidrolizálja. (A glicerint a sejtek nem tudják közvetlenül felhasználni, az a vérárammal a májba jut, és ott glicerin-3-foszfáttá alakul.) A zsírsavak felhasználása energiatermelésre a mitokondriumokban történik. A folyamat elsı lépésében az acil-oa szintetáz enzim a zsírsavat acil-oa-vá alakítva aktiválja, majd úgynevezett β-oxidációs ciklusokkal lebontja. A folyamatot a palmitinsav metabolizmusán mutatjuk be (1.9. ábra). Az oxidáció elsı lépésében a dehidrogenáz enzimrendszer (amely többféle, az egyes zsírsavakra specifikus enzimet foglal magában) (E)-konfigurációjú kettıskötést épít ki a 2-es és 3-as szénatomok között. A következı lépésben hidratáz enzim katalizálta folyamatban (S)-konfigurációjú 3-hidroxi-származék képzıdik, amit egy dehidrogenáz enzim β-oxovegyületté alakít. Az oxidációs ciklus utolsó lépésében a ketotioláz enzim acetil-oa-t hasít le a molekulából. A visszamaradt acil-oa kettıvel kevesebb szénatomot tartalmaz a kiindulási molekulához képest. A lipidek meghatározó szerepet játszanak a biológiai membránok felépítésében. A membránok egyrészt elhatárolják a sejteket környezetüktıl és megakadályozzák a molekulák nem kívánatos kiáramlását, másrészt biztosítják a sejtek mőködéséhez szükséges anyagok sejtbe jutását vagy eltávozását. A biológiai membránok fıleg lipidekbıl és fehérjékbıl épülnek fel. A két anyagcsoport aránya széles határok között változhat. Az idegrostok tengelyfonala körüli hüvely (mielin) 80% lipidbıl és 20% proteinbıl áll. A másik végletet a mitokondriumok belsı membránja képviseli, ami 20% lipidet és 80% fehérjét tartalmaz. 37

30 S FAD FAD 2 oa acil-oa-dehidrogenáz palmitoil-oa (E)-hexadec-2-enoil-oA S oa 2 enoil-oa hidratáz S oa (S)-β-hidroxiacil-oA NAD NAD + β-hidroxi-acil-oa-dehidrogenáz S oa β-oxoacil-oa oa acetil-oa-aciltranszferáz tioláz S oa + 3 S oa acil-oa acetil-oa 1.9. Ábra. A palmitinsav oxidációja 38

31 A membrán alapszerkezetét egy lipid kettısréteg alkotja, amibe beágyazódva találhatók a fehérjék (1.10. ábra). A lipidek közül a foszfolipidek (foszfatidil-kolin, foszfatidil-aminoetanol, foszfatidil-szerin, és foszfatidil-inozitol) és a szfingomielin a legfontosabb alkotórész. A membrán alapszerkezete Ábra. Vizes közegben a foszfolipidek úgy igyekeznek elhelyezkedni, hogy a poláros csoportok érintkezzenek a vízzel, és az apoláris láncvégek rejtve maradjanak. Erre három alapstruktúrát ismerünk: a micella, a kettısréteg és a liposzóma (1..ábra). A micella és a kettısréteg a lipidkoncentrációtól és a hımérséklettıl függıen spontán kialakulnak. A liposzómák (250 nm átmérıjő gömböcskék) a foszfolipidek vizes közegben végzett ultrahangos kezelésével hozhatók létre. A membrán kettıs rétegén az anyagtranszportok egy része egyszerő diffuzióval történik, arányosan a membrán két oldala közötti koncentráció különbséggel. Így folyik sok kismérető molekula ( 2, N 2, 2, karbamid és etilalkohol) transzportja. 39

32 25 nm liposzóma 1.. Ábra. A micella, a kettısréteg és a liposzóma. Az anyagtranszport gyakoribb formája az úgynevezett facilitált diffuzió. A folyamat hajtóereje ebben is a koncentráció különbség a membrán két oldala között, de a folyamatban specifikus proteinek, transzporterek, vesznek részt. A transzporterek megkötik az átviendı anyagot, és átjutását segítik. Ilyen módon történik például a glükóz, a klorid-ion és a hidrokarbonát ion átvitele. A sejtek mőködéséhez szükségesek olyan anyagátvivı folyamatok is, amelyekben az anyagok a koncentráció gradienssel ellentétes irányban áramlanak. Az ilyen aktív transzporthoz az energiát az ATP hidrolízise szolgáltatja. Például a Na + ionok energetikailag kedvezıtlen kiáramlása a sejtbıl és a K + ionok beáramlása (Na + /K + pumpa) össze van kapcsolva az ATP hidrolízisével. Ehhez hasonlóan történik a +, a 2+, aminosavak és a monoszacharidok aktív transzportja. 40