Kémia | Felsőoktatás » Lipidek

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 1.11 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 Általában páros szénatomszámú 4-30 szénatomot tartalmazó karbonsavak glicerinnel képezett észterei (trigliceridek). O 2 R CH2 O C 1 R C O CH O CH2 O C 3 R O Az állati sejtekbıl nyert zsírok egyenes láncú telített karbonsavakat és 1-6 szén-szén kettıs kötést tartalmazó telítetlen karbonsavakat tartalmaznak. (11 táblázat) Közülük legelterjedtebb a palmitinsav (C16), sztearinsav (C18) és az olajsav (C18, 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-CoA) kiindulva épülnek fel (1.1 ábra) A többlépéses reakciósor elsı lépésében a karboxil-transzferáz (biotin karboxiláz) enzim malonil-koenzim-A-t (malonil-CoA) készít, amit a transzaciláz enzim proteinhez köt. A képzıdött malonil-ACP (malonil-acil-vivıprotein) reagál az acetil-CoA-ból transzaciláz hatására keletkezett acetil-ACP-vel a szintetáz enzim katalizálta reakcióban. A reakció termékét, a 3-ketobutiril-ACP-t a

reduktáz enzimrendszer 3-hidroxibutiril-ACP-vé redukálja, amibıl a víz elemeinek eliminációjával (E)-but-2-enoil-ACP keletkezik. Az utóbbit egy reduktáz enzimrendszer butiroil-ACP-vé redukálja. 10 1.1 Táblázat Gyakrabban elıforduló zsírsavak Triviális név IUPAC név Laurinsav Dodekánsav Mirisztinsav Palmitinsav Sztearinsav Arachinsav Behénsav Olajsav Szerkezet Tetradekánsav Hexadekánsav Oktadekánsav Ejkozánsav Dokozánsav CH3 CH2 CH3 CH2 CH3 CH2 CH3 CH2 CH3 CH2 CH3 CH2 (Z)-oktadec-9-énsav COOH 10 COOH 12 COOH 14 COOH 16 COOH 18 COOH 20 H H C Elaidinsav (E)-oktadec-9-énsav CH3 CH2 CH3 CH2 C CH2 7 H 7 C C H Linolsav (9Z,12Z)-oktadekaCH3 diénsav CH2 5 C H Linolénsav triénsav Arachidonsav C C COOH H C C CH2 3 CH2 C 4 COOH 7 (5Z,8Z,11Z,14Z)ejkozatetraénsav CH3 CH2 3 CH2 C H EPA 7 H H CH3 COOH 7 CH2 H H (9Z,12Z,15Z)oktadeka- CH2 CH2 C COOH 7 (5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)

-ejkozapentaénsav CH3 CH2 H C C CH2 3 COOH H 5 CH2 3 COOH H 11 O O CH3 C karboxil-transzferáz S CoA CH2 C S CoA COO malonil-CoA biotin-COO acetil-CoA transzaciláz transzaciláz O O CoA-SH + CH3 C S OOC CH2 C ACP S ACP szintetáz -CO2 O O CH3 + CoA-SH C CH2 C S ACP 3-ketobutiril-ACP reduktáz O OH CHCH2 C CH3 S ACP 3-hidroxibutiril-ACP dehidráz O C H C S C ACP (E)-but-2-énoil-ACP H reduktáz CH3 O CH3 CH2 CH2 C S ACP butiroil-ACP O CH3 CH2 4 C S ACP hexanoil-ACP zsírsavak 1.1 Ábra Zsírsav bioszintézis egyszerősített vázlata 12 A butiroil-ACP kapcsolása acetil-ACP-vel az elızıekben tárgyalt típusú lépéseken keresztül hexanoil-ACP-t eredményez, aminek további enzimkatalizált reakciói a tárgyalt páros szénatomszámú telített zsírsavakat adja. A fentiek alapján a palmitinsav bioszintézise az alábbi egyenletekkel foglalható össze: O O CH3 C S OOC CH2 C CoA acetil-CoA O + 7 CH3 C

S CoA CH3 CH2 14 S CoA malonil-CoA O OOC CH2 C S CoA COO + 7 CO2 + 8 CoA A telített zsírsavakból a deszaturáz enzim összetett reakcióban telítetlen zsírsavat képez (aerob mechanizmus): H O 0,5 O2 + CH3 CH2 16 C S H C CoA CH3 sztearoil-CoA CH2 O C 7 CH2 7 C SCoA oleil-CoA 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,11Z)-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 Ugyanúgy nem tudunk linolsavból linolénsavat elıállítani. Ezeket az átalakításokat csak növényi sejtek (kloroplaszt) és tengeri fitoplanktonok végzik. 1 9 9 9 COOH olajsav [18:1 n-9] linolénsav [18:3 n-3] linolsav [18:2 n-6] 6 9 9 6 COOH 15 12 12 [18:2 n-9] [18:3 n-6] 8 [18:4 n-3] 8 8 COOH 11 COOH COOH 11 20 (8Z, 11Z)-ejkozadiénsav 11 14 14 [20:3 n-6] 8 5 COOH 11 20 11 [20:4 n-3] [20:3 n-9] [20:4 n-6] 5 COOH 14 arachidonsav 8 11 COOH 14 (5Z, 8Z, 11Z)-ejkozatriénsav 17 (8Z, 11Z, 14Z, 17Z)-ejkozatetraénsav dihomo-γ-linolénsav [20:2 n-9] 5 6 COOH COOH 8 15 12 12 18 9 COOH COOH 17 EPA [20:5 n-3] COOH DHA (4Z, 7Z, 10Z, 13Z, 16Z,19Z)-dokozahexaénsav [22:6 n-3] 1.2Ábra Telítetlen zsírsavak sorozatai 14 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 (12 táblázat) Az n-6 sorozatnál a linolsav kettıs kötés beépüléssel és lánchosszabbítással dihomo- γ-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 DHA (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 DHA-ként tárolja A felsorolt zsírsavak általában nem szabadon fordulnak elı az élı szervezetekben. Mindig valamilyen alkoholos hidroxilcsoportot acileznek

(glicerin, koleszterin, zsíralkoholok). 1.2 Táblázat Zsírsavak elıfordulása Zsiradék Zsírsav (%) mirisztinsav palmitinsav sztearinsav olajsav linolsav linolénsav vaj 11 29 10 27 4 - disznózsír 1 28 12 48 6 - humán zsír 4 25 8 47 10 - gyapotmag olaj 1 23 1 23 48 47 lenolaj - 6 3 19 24 olívaolaj - 7 2 84 5 - pálmaolaj - 40 5 43 10 - földimogyoró olaj(vaj) - 8 3 56 26 - napraforgó olaj - 3 3 19 70 szezámfő olaj - 10 4 45 40 szójaolaj - 10 2 29 51 3 7 15 1.12 Viaszok A viaszok gyümölcsök és levelek külsı részének védıhártyáját, madarak tollának víztaszító bevonatát képezik, és egyes rovarok szekrétumait alkotják. Általában hosszú szénláncú (C25C35) 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. O CH3 CH2 14 C O O CH2 29 CH3 1 CH3 CH2 30 C O CH2 33 CH3 2 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. 1.2 Összetett lipidek 1.21 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-3glicerin-monofoszfát azonos a D-1-glicerin monofoszfáttal, az IUPAC-IUB Biokémia Nómenklatúra Bizottsága az alábbi úgynevezett sztereospecifikus számozást (stereospecific numbering, sn) javasolta: HO 16 CH2

OH 1 C H 2 CH2 OH 3 Ennek megfelelıen a glicerin 2-es számú szénatomjához kapcsolt hidroxilcsoport mindig baloldalra kerül. Így a glicerin-monofoszfátra az alábbi két enantiomert kapjuk: OH CH2 OH HO H2C C H O CH2 O P OH H2C OH C H H2C OH H2C OPO3H sn-glicerin-3-monofoszfát (R-enantiomer) OH OPO3H C H HO OH CH2 O P OH C H O CH2 OH OH (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-CoA észterezi. R CH2 OH C O O HO CH2 O P OH CH2 OH C H O S CH2 O P OH OH CoASH HO R C O CH2 O CoA HO H CH2 O OH O O C R C H O CH2 O P OH R C H P OH OH O O CH2 O OH C O S CoA R O CH2 O C R C O C H O CH2 O P OH OH 3-sn-foszfatidsav

(R)-foszfatidsav 1.211 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 O R 2 1 O CH2 O C R C O C H O CH2 O P O CH2 CH2 N(CH3)3 O 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. Hiánya az újszülöttkori elhalálozásokat mintegy 15%-ban okozza. 1.212 Kefalinok Alkoholban rosszul oldódó foszfolipidek. A sejtmembrán mintegy 10%-ban tartalmazza.

A foszfatidsav 2-aminoetanollal képezett észterei Zsírsav részük hasonló a lecitinekéhez. O R 2 1 O CH2 O C R C O C H O CH2 O P O CH2 CH2 NH3 O 3-sn-foszfatidil-aminoetanol A foszfolipidek észterkötéseit a foszfolipáz enzimek (PL) bontják. A foszfolipáz A1 (PLA1) az sn-1, a PLA2 az sn-2, a PLC az sn-3-O-P kötést, és a PLD a P-O kötést hidrolizálja. A PLA2 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 O PLA2 Kefalin 1 CH2 O C HO R C H O CH2 O P O CH2 CH2 NH3 O lizolecitin 1.213 Szerin-foszfatidok A foszfatidsav szerin nevő aminosavval képezett észtere. O O R 2 C O CH2 O H CH2 O 1 R C O NH3 P O H O COOH 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. 1.214 Inozit-foszfatidok A foszfatidsav mioinozittal képezett észtere. Az emlısök sejtmembránjának mintegy 5%-át alkotja. Kisebb mennyiségben megtalálhatók a foszfatidilinozit-4-foszfát és a 4,5difoszfát is Az utóbbiból a foszfolipáz C inozit-1,4,5-trifoszfátot (IP3) szabadít fel, ami úgynevezett második hírvivı molekula a sejtekben. O 2 R O CH2 O C C O C H O CH2 O P OH 1 R OH O 5 OH OH OH 4 OH 3-sn-foszfatidil-inozit 19 1.215 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 O CH2 O CH CH R C O C H O CH2 O P O CH2 CH2

NH3 2 R 1 O CH2 O CH CH R C O C H O CH2 O P O CH2 CH2 N(CH3)3 O O etanolamin-plazmalogének 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 10-11 M koncentrációban kiváltja a vérlemezkék kicsapódását. A trombocitákból szerotonin felszabadulást okozva szerepet játszik a gyulladásos és allergiás folyamatok kifejlıdésében. CH3 CH2 O CH2 O CH2 C O C H O CH2 O P O CH2 CH2 N(CH3)3 16 CH3 O PAF 1.22 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 OH HO NH2 D-eritro-4-szfingenin (2S, 3R)-4-szfingenin A szfingomielin bioszintézise L-szerinbıl és palmitoil-CoA-ból az alábbi úton halad: N H3 O + C H3 HO [CH 2 ] CO2 14 C S C oA szerin-palmitoiltranszferáz - HC O 3 CoA-SH N H2 HO C H3 [CH2 ] 12 O 3-oxoszfinganin reduktáz N H2 HO [CH 2 ] C H3 12 (2 S , 3 R )-szfinganin OH R-CO-SCoA , transzferáz O HN C HO [CH2 ] 16 C H3 [CH 2 ] 12 (2 S , 3 R )-dihidroceramid CH 3 OH deszaturáz 21 OH O HN C CH2 HO 16 CH2 OH H C CH CH CH3 12 ceramid CH3 CH2 16 CH2 O glikozil-transzferáz OH H C CH CH CH3 CH2 16 12 CH3 CH3 OH OH HO H2C O OH glükozil-ceramid (cerebrozid) O C NH CH O CH2 12 C NH CH O CH3 CH2 CH2 O P O CH2 CH2 N(CH3)3 O szfingomielin 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). COO O C CH2 O H C OH H3C C HN C H HO C H H C OH CH2 OH A szfingolipidek a membrán szerkezetének kialakításán túlmenıen, mint a sejt felszínén lévı molekulák, részt vesznek a felismerési folyamatokban (receptorként szolgálnak egyes anyagok részére). 22 1.23 Glikolipidek A kloroplaszt membránjában találhatóak, foszfort nem tartalmazó, a cukorrészhez βacetil kötéssel kapcsolódó diacilgliceridek. A zsírsav rész linolsav és/vagy linolénsav O 2 R O CH2 C O C H CH2 O O C 1 R OH OH HO H2C O OH 3-sn-monogalaktozil-diacil-glicerin 1.24 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. 1.241 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-A2-t aktiválja, ami a többszörösen telítetlen zsírsavat felszabadítja a foszfolipidbıl. 23 O O 5 8 COOH 7 H pro-S H 7 H H A B 15 11 5 arachidonsav: A-B = CH 2-CH2 EPA: A-B = C C H H O O H 7 5 6 O O FeII III Fe H O OH H 6 10 7 O 12 C5H11 14 12 LTA4 OH H CO2H 5 C5H11 H 11 COOH 5

9 11 OH OH CO 2H OH CO2H C5H11 LTB4 C5H11 O S CH2 CH C NH CH2 C NH O LTC4 O OH C CH2 CH2 CH COOH CO 2H C5H11 NH2 O OH CO2H C5H11 LTE4 S CH2 CH COOH NH2 1.3 Ábra Leukotriének bioszintézise 24 NH2 O S CH2 CH C NH CH2 C LTD4 OH OH 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 A4 képzıdik. A leukotrién A4-bıl feltehetıen enzimatikus folyamattal (epoxid-hidroláz) leukotrién B4 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 LTA4 kapcsolását glutationnal. A képzıdı LTC4-bıl glutaminsav kihasadással LTD4 keletkezik, amibıl glicin lehasadásával LTE4 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 (PGG2) 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 PGF2α 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 A ciklooxigenáz acetilszalicilsavval (aszpirin) gátolható. Az aszpirin az enzim aktív részén a szerin aminosav hidroximetil-csoportját acilezve azt dezaktiválja. 5 H 9 COOH pro-S H H 13 H 11 A B 11 13 11 O O O arachidonsav: A-B = CH2-CH2 EPA: A-B = 8 O C C H H

O 9 13 O 11 11 O 15 O 15 13 O O O 8 COOH 5 9 O O PGG2 és PGG3 11 O 15 A B O OH átr. red. O OH COOH 9 11 COOH 9 11 C5H11 C5H11 HO HO OH OH PGE2 PGF2α 1.4Ábra 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 (pl. 8-izo-PGF2α) Az izoprosztánok mennyisége a szervezet un oxidatív terhelése során megnı (idegrendszeri és keringési betegségek, daganatok). O COOH 9 11 O 15 A B OH HOOC O 5 9 O 11 9 O 11 O 13 O 13 9 5 O COOH O 9 9 COOH 5 O 11 HO 13 15 11 A B O OH C C H 15 A B OH tromboxán TXA2 : A-B = CH2-CH2 prosztaciklin (PGI2) : A-B = CH2-CH2 PGI3 : A-B = 13 H TXA3 : A-B = C H C H 1.5 Ábra A prosztaciklin és tromboxán bioszintézise 27 1.242 Terpének Izoprén egységekbıl felépülı, nagyobbrészt növényekben

található anyagok. A növények eszenciális olajainak fı alkotórészei. Bioszintézisük (16ábra) acetil-CoA-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 (C10) Két izoprén egységbıl úgynevezett láb-fej vagy láb-láb kapcsolással jönnek létre. OH citronellol ( rózsaolaj alkotórésze ) HO mentol ( mentaolaj fı alkotórésze ) OH O geraniol ( geranum fajták olajában ) kámfor ( kámforfában ) 2. Szeszkviterpének (C15) Három izoprén egységbıl felépülı vegyületek. OH 28 farnezol (rózsaolajban, akácia fajták olajában) O 2 CH3 C S CoA tioláz CH3 C CH2 C O O acetil-CoA CH3 CO2H HO O S S CoA O CH3 C HMG-CoA szintetáz acetoacetil-CoA CH3 CH3 CO2H HMG-CoA reduktáz HO CO2H HO OH CoA

S OH CoA ( R )-mevalonsav HMG-CoA CH3 O kináz HO H3C HO2C O O P O PP mevalonsav-pirofoszfát ( R )-mevalolakton izomeráz O PP O PP izopentenil-pirofoszfát O PP S CoA dimetilallil-pirofoszfát O PP + H O PP B geranil-pirofoszfát O PP O PP farnezil-pirofoszfát 1.6 Ábra Terpének bioszintézise 29 CHO (+)-faranal (A fáraóhangya nyomjelzı feromonja) O O periplanon B (Az amerikai csótány csalogató anyaga) O 3. Diterpének (C20) Négy izoprén egységbıl felépülı vegyületek. Az A-vitamin vagy retinol a színlátásban játszik fontos szerepet (1.7ábra) A molekula elıször 11-transz-retinállá oxidálódik, majd a C11-12 kettıskötés izomerizációjával 11-cisz-retinállá alakul. Az utóbbi opszin fehérje lizinjével képez Schiff-bázist Ez a fényre érzékeny pigment, a rodopszin. Fény hatására 11-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 (C30) Hat izoprén egységbıl levezethetı vegyületek. A szkvalén a csukamájolajban, búzacsíraolajban és az élesztıben elıforduló anyag. A koleszterin bioszintézisének kulcsintermedierje. 2 O O P O P O O O O farnezil-pirofoszfát szkvalén 30 NADH 2 PP 11 2 1 6 5 CH2 OH 12 11 retinol CHO 11-cisz-retinál retinál izomeráz 12 11-transz-retinál H O opszin H2N H2N hν opszin Imin képzés és rodopszin kialakulása jelzés a látóideg felé Rodopszin N 1.7 Ábra A retinol szerepe a látásban 5. Karotinoidok (C40) A növényekben található β-karotin, az A-vitamin provitaminja. Enzimkatalizált kettıs kötés hasadással retinol keletkezik. 31 β-karotin OH retinol 2 1.243 Szteránvázas vegyületek A szteránvázas vegyületek elterjedtek a növény és állatvilágban. Alapvázuk az 1,2ciklopentano-perhidrofenantrén 12 11 2 3 4 10 5 H 9 H 8 6 17

13 H 1 H 14 16 15 H 7 H Bioszintézisüket a koleszterin bioszintézis egyszerősített vázlatával mutatjuk be (1.8 ábra). A bioszintézis szabályozása "feed back" mechanizmussal történik. A képzıdött koleszterin gátolja a HMG-CoA-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 enzimkatalizált H3O oxidáció O szkvalén szkvalén-2,3-epoxid HO HO 20 13 14 9 H 17 H 8 HO 1. 1,2-H vánd C17 C20 2. 1,2-H vánd C13 C17 3. 1,2-CH 3vánd C14 C13 4. 1,2-CH 3vánd C8 C14 5. H vesztés C9-rıl 22 21

20 24 18 25 H 12 11 19 13 H 14 9 25 lépés HO HO 2 1 3 4 10 5 H 8 26 23 17 27 16 15 H 7 6 koleszterin lanoszterin 1.8 Ábra Koleszterin bioszintézise 33 COOH OH HO OH kólsav ( zsírok emulgeálásában játszik szerepet) Androgének (férfi nemi hormonok): OH O H H H H H H O HO tesztoszteron H H androszteron Ösztrogének (nıi nemi hormonok): CH3 O C O H H H HO O progeszteron 34 H H ösztron H Glikokortikoid hormonok (szénhidrát metabolizmust szabályozzák, csökkentik a lázat és befolyásolják a stresszes állapotokat): O CH2 OH CH2 OH C O OH C O OH HO H H H H H O H O kortizon kortizol Minerálkortikoid hormon (a vérnyomást szabályozza a vese Na+, Cl- és HCO3- ionok felvételének stimulálásával): CH2 OH OH O CH O H H H O aldoszteron D-vitaminok A D-vitamin összefoglaló neve egy sor szerkezetileg összefüggı szteránvázas vegyületnek. Hiányuk a kalcium és foszfor anyagcsere zavarát

okozza Közülük legfontosabb a D3-vitamin, ami provitaminnak tekinthetı, mert vitaminhatást a dihidroxi származéka fejt ki. A D3-vitamin koleszterinbıl képzıdı és a bırben elıforduló 7-dehidrokoleszterinbıl keletkezik ultraibolya fény (250-300 nm) hatására. A reakció elektrociklusos győrőfelnyílás, és azt követı [1,7]-szigmatróp átrendezıdés. 35 25 [1,7]-szigmatróp átrend. hν 1 H H HO HO 7-dehidrokoleszterin 24 OH 25 OH 1 HO 1. C-25 oxid - májban H 2. C-1 oxid - vesében HO D3 -vitamin (kolekalciferol) 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 10000 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 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-CoA szintetáz enzim a zsírsavat acil-CoA-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-CoA-t hasít le a molekulából. A

visszamaradt acil-CoA 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 O CH3 CH2 12 CH2 CH2 palmitoil-CoA C S CoA FAD acil-CoA-dehidrogenáz FADH2 H CH3 CH2 12 CH O CH (E)-hexadec-2-enoil-CoA C S H CoA H2O enoil-CoA hidratáz HO H CH2 C CH2 CH3 O

(S)-β-hidroxiacil-CoA C 12 S CoA NAD β-hidroxi-acil-CoA-dehidrogenáz NADH + H O CH3 CH2 12 C O CH2 C β-oxoacil-CoA S CoA CoA acetil-CoA-aciltranszferáz tioláz O O CH3 CH2 10 CH2 CH2 + C S CoA C S CoA acetil-CoA acil-CoA 1.9 Ábra A palmitinsav oxidációja 38 CH3 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. 1.10 Ábra A membrán alapszerkezete 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 (1.11 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 (O2, N2, H2O, karbamid és etilalkohol) transzportja. 39 25 nm liposzóma 1.11 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 H+, Ca2+, aminosavak és a monoszacharidok aktív transzportja. 40