Metabolismul lipidicGeneralitiLipidele sunt biomolecule organice, insolubile n ap ce se pot extrage din celule i esuturi cu solveni organici nepolari. Funcii biologice componente structurale ale membranelor ofer rezerve de energie nveli protector al multor organe componente ale suprafeei celulare impliate n recunoaterea celular, n specificitatea de specie i imunitatea tisular. Unele substane din clasa lipidelor, cum sunt unele vitamine i hormoni au o important activitate biologic.

Clasificarea lipidelora) structural lipidele se mpart n: I. Lipide simple : esteri ai acizilor grai cu glicerina (triacilgliceroli) - esteri ai acizilor grai cu alcooli superiori monocarboxilici (ceruri) II. Lipide complexe: - glicerofosfolipide: esteri ai glicerinei cu acizi grai, compui azotai i un rest de acid fosforic - sfingolipide: conin un alcool (sfingozina), acizi grai, compui azotai i un rest de acid fosforic Exemple: fosfolipide glicolipide sulfatide aminolipide lipoproteine III. Derivai ai lipidelor sunt compui rezultai prin hidroliza lipidelor simple i complexe. Exemple: - acizii grai: - saturai - nesaturai - glicerina - steroizi - aldehide grase - corpi cetonici b) funcional lipidele se mpart n : I. Lipide de rezerv. Acestea sunt localizate n esutul adipos i sunt constituite n special din trigliceride de provenien exogen (alimentar) II. Lipidele citoplasmatice sunt lipide complexe care alctuiesc elementul constant care variaz numai n funcie de natura esutului.

Structura i proprietile acizilor grai saturaiAcizii grai sunt elemente constitutive ale diferitelor clase de lipide. n stare liber acizii grai se ntlnesc n cantiti mici n celule i esuturi. Acizii grai conin -un lan de hidrocarbur saturat sau nesaturat -grupare carboxilic terminal. 1

Acizii grai din lipidele plantelor i animalelor superioare cuprind un numr par de atomi de C, n majoritate lanuri formate din 14-22 atomi de carbon. Acizii grai saturai pot exista ntr-un numr infinit de conformaii datorit faptului c legtura simpl permite rotaia liber a atomilor de carbon. Forma cea mai probabil este cea extins, cu un coninut minim de energie. 1. Acizii grai nesaturai prezint conformaia cis. n cazul acizilor polinesaturai dublele legturi nu sunt niciodat conjugate. 2. Acizii grai sunt insolubili n ap, dar solubili n solveni nepolari, de asemenea ei se solubilizeaz n NaOH i KOH cu formare de sruri numite spunuri. 3. Acizii grai saturai sau nesaturai nu absorb lumina nici n vizibil nici n UV. 4. Prin ncalzire cu KOH acizii grai polinesaturai pot fi izomerizai n acizi grai cu duble legturi conjugate, form sub care absorb lumina UV ntre 230-260 nm. 5. Acizii grai nesaturai dau reacii de adiie la legtura dubl. Adiia de halogeni (iod) are utilitate practic n determinarea numrului de duble legturi din acizii grai liberi sau din acizii grai care alctuiesc lipidele. Acizi grai saturai:

H3CH3C

( CH2)2(CH2)6

COOHCOOH

acid butiricacid caprilic

H3CH3C H3CH3C

( CH2)4(CH2)8

COOHCOOH

acid capronicacid caprinic acid lauricacid miristic

(CH2)10 COOH(CH2)12 COOH

H3C

(CH2)14

COOH acid palmitic

H3C H3C H3C

(CH2)16 (CH2)18 (CH2)22

COOH acid stearic COOH acid arahidic COOH acid lignoceric

Acizii grai nesaturai Acizi monoenoici

H3C

(CH2)5 CH CH (CH2)7 COOH acid palmitoleic

H3C (CH2)7 CH CH (CH2)7 COOH acid oleic2

Acizi polienoici

H3C

(CH2)4

CH

CH

CH2

CH

CH

(CH2)7

COOH acid linoleic

H3C CH2 CH CH CH2 CH CH CH2 CH CH (CH2)7 COOH acid linolenicH3C (CH2)4 CH CH CH2 CH Metabolismul acizilor grai saturai Digestia i absorbia lipidelor Grsimile ingerate constau ntr-o varietate de lipide din care majoritare sunt fosfolipidele i triacilglicerolii. Circa 15% din triacilgliceroli sunt hidrolizai n stomac de ctre o lipaz secretat de ctre celulele secretoare gastrice. Ceea ce rmne din triacilgliceroli i fosfolipide, este hidrolizat n intestinul subire de ctre enzime secretate de celulele acinare ale pancreasului. Acestea includ o fosfolipaz i o triacilglicerol lipaz. Lipaza pancreatic acioneaz asupra micelelor de triacilgliceroli i sruri biliare. Srurile biliare acioneaz asupra picturilor mari de lipide pentru a le transforma n micele de mici dimensiuni. Lipaza este o protein de 46 kDa care se insereaz ea nsi n interfaa de pe suprafaa micelelor, mpreun cu colipaza, un cofactor proteic de 10 kDa care este esenial pentru activitatea enzimatic. n imaginea A, n absena lipidelor, regiunea capac a lipazei (lied) acoper centrul activ dar, n prezena lipidelor (imaginea B), capacul este retras spre procolipaza. Aciunea colipazei

CH CH2 CH CH CH2 CH CH

(CH2)3 COOH acid arahidonic

Acizii linoleic, linolenic i arahidonic sun acizi grai eseniali.

3

Lipaza ndeprteaz cei doi acizi grai dinspre exterior, dnd natere la monoacilglicerol. Acizii grai i monoacilglicerolul sunt transportai n celulele ce cptuesc peretele intestinal. Dup absorbie, acizii grai sunt convertii n acid gras CoA prin reacie. Acid gras CoA poate apoi reaciona cu monoacilglicerolul pentru a reforma triacilglicerol care este apoi ncorporat n chilomicroni. Triacilglicerolul se formeaz deasemenea i n celulele intestinale, din glicerol-3-fosfat i acid gras CoA. Catabolismul acizilor grai Acizii grai se degradeaz prin cedarea succesiv a unor fragmente de 2 atomi de C, n urma unui proces de oxidare ce ar avea loc la nivelul carbonului din poziia n raport cu gruparea carboxil. Catabolismul acizilor grai presupune activarea i transportul acizilor grai saturai n mitocondrie unde are loc oxidarea propriu-zis (-oxidarea). Activarea acizilor grai se face cu consum de ATP i participarea CoA cu formare de tioesteri, ce nu penetreaz membrana intern. Pentru traversarea barierei are loc o transesterificare de pe CoA pe o molecul carrier numit carnitin.

(C H3)3N +

C H2

CH OH

C H2

COOH

car nitina

1. Activarea i transportul acizilor grai saturai Pentru activarea i transportul acizilor grai saturai sunt necesare anumite enzime: tiokinaze (acil CoA -sintetaze) i acil CoA-transferaze. Aceste enzime se gsesc n membrana mitocondrial extern, intramitocondrial precum i n microzomi. Activarea acizilor grai se realizeaz n membrana mitocondrial extern, dup care are loc transferul acidului gras activat cu ajutorul canitinei n mitocondrie, unde pune n libertate carnitina i acidul gras intr n procesul de -oxidare propriu-zis. 4

R COOH+ + ATP CoASH

tiokin aza

R CO SCoA a n ra ciltra sfe za

ca itin rn a

ca itin rn a R CO SCoA aciltran sferaza id re ox a a

PP AMP +

CoA

a rn a cilca itin

a rn a cilca itin

CoASH

m m ra am e b n itocon ria e te a d la x rnOxidarea propriu-zis (- oxidarea)

mm ra a eb n m itocon ria d la in rn te a

m itocon rie d

Procesul de -oxidare sau ciclul lui Lynen se desfoar n mitocondrie. Etapele procesului de -oxidare sunt urmtoarele: dehidrogenarea de tip - aditia stereospecific a moleculei de ap dehidrogenare clivare - (tioliz)

R CH2 CH2 CO SCoA NAD+ acil_CoA_dehidrogenaza NADH+ + H R CH CH CO H2O LR

3 ATP

SCoA

R

CH CH2

CO

SCoA

OH FAD dehidrogenaza LR FADH2 R C CH2 O tiolaza CO SCoA

2ATP

CoASH H3C CO SCoA TCA +LR12 ATP

R CO SCoA

5

Degradarea acizilor gra prin -oxidare are loc pe o cale alctuit din 2 reacii de dehidrogenare, ntrerupte de o hidratare i o scindare prin tioliz, cnd se pierd 2 atomi de C sub form de acetil- CoA. Restul obinut, mai scurt cu e atomi de C repet calea pn este integral degradat la acetil- CoA. Acidul gras se oxideaz total pn la CO2, ap i energie. Exemplu: Pentru oxidarea acidului palmitic care este format din 16 atomi de C, acesta trece de 7 ori prin procesul de -oxidare propriu-zis, rezultnd la final 7 molecule de acetil-CoA. Bilanul energetic pentru oxidarea aciduli palmitic este urmtorul: Din cele 8 Ac-CoA ----- 8 x 12 ATP = 96 ATP n fiecare tur de -oxidare se formeaz 5 ATP---- 7 x 5ATP = 35 ATP n procesul de activare se consum 1 ATP Total: 130 ATP / molecul de acid palmitic oxidat. Pe lng procesul de -oxidare se mai cunosc i alte procese de oxidare a acizilor grai cum ar fi: oxidarea i - oxidarea. Catabolismul acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon Oxidarea acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon se realizeaz dup acelai model ca i oxidarea Presupune aceleai etape: -activarea, -transportul n mitocondrie, -integrarea n -oxidare. n final se ajunge la un rest cu 5 atomi de carbon. Acesta se scindeaz la acetil CoA i propionil-CoA. Propionil-CoA se transform n succinil-CoA, care intr n TCA.

CH 3 CH 2

CO2 H C CH 3

COOH

CH 2

COOH TCA CO SCoA

propionil CO SCoA ca rboxila zaBiosinteza acizilor grai

CH 2 uta CO SCoA m za

Biosinteza acizilor grai saturai se realizeaz din acetil-CoA (precursorul principal) Procesul are loc n toate organismele Predominant n - ficatul -esutul adipos -glandele mamare ale animalelor superioare. Procesul de biosintez difer de cel al oxidrii acizilor grai Biosinteza acizilor grai are loc n citosol, iar oxidarea lor are loc n mitocondrii. Prezena citratului este necesar pentru obinerea unor viteze maxime de sintez, dar nu este cerut pentru oxidarea lor. CO2 este esenial pentru sinteza acizilor grai n extractele celulare, dei nu este ncoporat n acizii nou sintetizai. Aceste observaii au dus la concluzia c sinteza acizilor grai se realizeaz cu un grup de enzime total diferit de cel folosit la oxidarea acizilor grai. 6

Reacia de sintez a acizilor grai este catalizat de un sistem multienzimatic complex din citosol, numit complexul sintetazei acizilor grai. Biosinteza acidului palmitic Precursorul esenial al acizilor grai este acetil-CoA. - din cele 8 uniti acetil necesare pentru biosinteza acidului palmitic, numai una este furnizat de acetilCoA, restul sunt furnizate sub form de malonil-CoA, format din acetil-CoA i HCO3- ntr-o reacie de carboxilare. -Restul acetil i cele 7 resturi malonil sunt supuse unor trepte succesive de condensare care elibereaz 7 CO2 formnd acidul palmitic.

Ac_CoA

+ 1 4 + m H 7 alonil_CoA + NADPH +

HC 3

(CH )14+ 7 CO2+8CoA 2

+ NADP+ + H O 1 4 6 2

Singura molecul de Ac-CoA necesar procesului servete ca iniiator, cei doi atomi de C ai acestei grupri acetil devenind atomii de C terminali ai acidului format. Creterea lanului acidului gras ncepe la gruparea carboxil a acetil-CoA i continu prin adiia succesiv a resturilor acetil la captul carboxil al lanului care crete. Fiecare rest acetil este obinut dintr-un rest de acid malonic, care ptrunde n sistem sub form de malonil-CoA. Al 3-lea atom de C al acidului malonic este eliminat sub form de CO2. Intermediarii acil al procesului de alungire a lanului sunt tioesteri, dar nu ai CoA, ca n cazul oxidrii acizilor grai, ci ai unui conjugat proteic, numit protein acil-transportoare (PTA). Aceast protein poate forma un complex cu cele 6 enzime implicate pentru sinteza complet a acidului palmitic. n majoritatea celulelor eucariotelor, toate proteinele complexului sintetazei acizilor grai sunt asociate ntr-un grup multienzimatic. Sursa de atomi de carbon Principala surs de carbon este acetil-CoA, format n mitocondrii prin decarboxilarea oxidativ a piruvatului prin degradarea oxidativ a unor aminoacizi prin oxidarea acizilor grai cu lanuri lungi Acetil-CoA nu poate trece ca atare din mitocondrie n citosol. Citratul format n mitocondrii din acetil-CoA i oxalil-acetat, poate s treac prin membrana mitocondrial n citoplasm pe calea sistemului de transport tricarboxilat. n citosol acetil-CoA este regenerat din citrat sub aciunea ATP-citrat liazei, care catalizeaz reacia: Citrat + ATP + CoA = acetil-CoA + ADP + Pa + oxalil-acetat Formarea de malonil-CoA Malonil-CoA se formeaz din acetil-CoA i bicarbonat n citosol, prin aciunea acetil-CoA carboxilazei.

H3C

CO

S C oA

+ HC O 3

+ATP

COOH acetil- C oA C car boxilaza H2 C O S C oA

+A D P

+

Pa

Atomul de C al bicarbonatului devine carbonul carboxilic distal sau liber al malonil-CoA. Acetil-CoA carboxilaza este o enzim ce conine biotin ca grupare prostetic Biotina legat covalent este transportor intermediar al unei molecule de CO2, ntr-un ciclu de reacii n dou trepte.

7

HCO 3- H+ A T P

biotin_enzima

malonil_CoA

A DP P a

carboxi_biotin_enzima

acetil_C oA

Reacia catalizat de acetil-CoA carboxilaza (enzim allosteric) este etapa reglatoare care limiteaz viteza n cadrul biosintezei acizilor grai. Citratul este modulatorul pozitiv al acestei reacii deplasnd echilibrul ntre monomerul inactiv i polimerul activ, n favoarea celui din urm. Reacia acetil-CoA carboxilazei este de fapt mai complex . Unitatea monomeric a enzimei conine 4 subuniti diferite. Una dintre aceste subuniti, biotin-carboxilaza (BC), catalizeaz prima treapt a reaciei totale i anume carboxilarea resturilor de biotin legat de a doua subunitate, care se numete proteina transportoare biotin-carboxil (PTBC).

Biotin_PTBC HCO3- H+ ATP carboxibiotin_PTBC H3C

sububitatea BC carboxi_biotin_PTBC ADP Pa subunitatea CT biotin_PTBC carboxil transferaza COOH CH2 CO SCoA

CO SCoA

Resturile de biotin ale proteinei transportoare de carboxil servesc ca prghii n transportul ionului bicarbonat de pe subunitatea biotin-carboxilzei la acetil-CoA, care este legat la situsul activ al subunitii carboxil-transferazei. Trecerea de la forma monomeric inactiv a acetil-CoA carboxilazei la forma polimeric activ a enzimei are loc cnd citratul este legat de cea de-a patra subunitate a fiecrui monomer. Reaciile sistemului sintetazei Dup formarea malonil-CoA, urmeaz sinteza acizilor grai ntr-o secven de 6 trepte succesive, catalizate de 6 enzime ale complexului sintetazei acizilor grai. Cea de-a aptea protein din sistem, nu are activitate enzimatic, ea este protein transportoare de acil, de care este ataat covalent lanul de formare a acidului gras. Complexul acid gras-sintetazei este un dimer fiecare monomer conine 2 grupri SH -una aparine 4-fosfopantoteinei din ACP (Acyl-Carrier-Protein) -alta unei cisteine din cetoacilsintetazei Cei 2 monomeri sunt astfel aranjai nct n apropierea ACP-SH dintr-un monomer se gsete o grupare Cis-SH din cetoacilsintetaza. Biosinteza acidului gras ncepe prin legarea unei molecule de acetil-CoA de gruparea Cis-SH, catalizat de acetil-transacilaza. Malonil-CoA se combin cu gruparea SH a 4-fosfopantoteinei legat de ACP din cellalt monomer n prezena malonil-transacilazei. n continuare acetilul atac gruparea metilen din malonil, reacie catalizat de -cetoacil-sintetaza cu eliberarea de Co2 i formarea de -cetoacil enzima. 8

Gruparea SH a cisteinei rmne liber. Prin reacia de decarboxilare se elibereaz energie necesar condensrii i desfurrii secvenei de reacii. Gruparea cetoacil legat de enzim este redus, deshidratat, redus din nou pentru a forma acil enzima saturat. Reaciile sunt analoage celor din -oxidare, cu deosebirea c -hidroxiacidul este izomerul D(-), iar donorul este NADPH. n continuarea a nou grupare malonil atac gruparea SH a fosfopantoteinei deplasnd restul acil saturat la gruparea SH liber a cisteine. Secvena de reacii se repet de 7 ori, de fiecare dat fiind ncorporat un rest malonil, pn la formarea acidului palmitic. Reaciile procesului de biosintez sunt urmtoarele:(1) Cis_SH (2) Pan_SH H3C COSCoA acetiltransacilaza (1) Cis S CO CH3 S CO CH2 betacetoacil sintetaza COOH maloniltransacilaza HOOC CH2 COSCoA (2) Pan 2CoASH (1) Cis_SH (2) Pan_S CO CH2 (1) Cis_SH (2) H2O H Pan_S CO C C CH3 H - cetoacilreductaza CO CH3 NADPH H+ NADP + (1) Cis_SH (2) Pan_S CO CH2 CH OH enoil- reductaza NADPH H+ NADP + (1) Cis_SH (2) Pan_S CO CH2 CH2 CH3 CH3

CO2 hidrataza

malonil- transferaza malonil CoA-

(1) Cis_S CO CH2 CH2 (2) Pan_S

CH3

CO CH2 COOH (1) Cis_SH H3C (2) Pan_SH

CoASH tioesteraza (CH2)14 COOH

(1) Cis_SH (2) Pan_S CO (CH2)14 CH3

Ecuaia global de obinere a acidului palmitic este: 8 3C CO SCoA 14 NADPH 14 H+ 7ATP H O H HC 32

(CH )14 COOH 8CoASH 14NADP+ 7ADP 7Pa 2

Acidul palmitic format pentru a putea fi ncorporat ntr-o cale metabolic este activat n prezena de tiokinaz i ATP la palmitil-CoA. Moleculele de NADPH necesare reaciilor de reducere se formeaz prin oxidarea glucozo-6-fosfatului pe calea fosfogluconatului. Etapele ce conduc la biosinteza acizilor grai difer de cele implicate n oxidarea acizilor grai astfel: localizarea intracelular 9

tipul de transportor de grupri acil forma sub care sunt adugate sau ndeprtate unitile cu 2 atomi de carbon specificitatea fa de NADP+ a reaciei -cetoacil -hidroxiacilului configuraia stereoizomeric a intermediarului -hidroxiacil sistemul acceptor-donor de e- ai etapei crotonil-butiril rspunsul la citrat i HCO3-.

Metabolismul lipidelor simpleBiosinteza acilglicerolilor Acilglicerolii sunt sintetizai de organismul animalelor i plantelor superioare. Sinteza are loc n majoritatea esuturilor, dar importan practic prezint ficatul i esutul adipos. Precursorii pentru sintez sunt glicerol-3-fosfatul i acizii grai activai sub form de acil-CoA. Glicerina este activat prin fosforilare la glicerol-3-fosfat n prezen de glicerolkinaz i ATP. Enzima este prezent n ficat, rinichi, mucoasa intestinal, glanda mamar n lactaie i este absent n muchi i esutul adipos.

n esuturile n care enzima este absent sursa de glicerin o formeaz dihidroxiacetonfosfatul, intermediar din glicoliz. Transformarea dihidroxiacetonfosfatului n glicerin-3-fosfat se face n prezen de NADH i glicerin-3-fosfat dehidrogenaza.

CH OH glicerin- 3- fosfat CH OH 2 2 glicerolkinaza dehidrogenaza C O CH OH CH OH + ADP CH OP NAD+ NADH H CH OP CH OH ATP 2 2 2 CH OH 2

glicoliza

Acizii grai sunt activai prin transformarea lor n derivai de CoA n prezen de ATP i CoASH,reacie catalizat de tiokinaz. Astfel n prezen de acil-CoA, glicerin-3-fosfat i transferaze specifice se formeaz ca intermediar 1,2diacilglicerolfosfatul (acidul fosfatidic). Reacia are loc n 2 trepte (acidul fosfatidic este intermediar att n sinteza acilglicerolilor ct i a fosfolipidelor). Pentru a fi convertit n triacilglicerin acidul fosfatidic este hidrolizat n prezena unei fosfataze. n mucoasa intestinal exist a cale alternativ care pleac de la 2-monoacilglicerin. Aceasta n prezena unui acil-CoA i a monoacilglicerinaciltransferazei este convertit la 1,2diacilglicerin. Triacilglicerina se formeaz cu participarea diacilglicerintransferazei i a unei molecule de acil-CoA.

10

CH OH 2 H O C H CH OP 2

glicerol- 3- fosfat acil- transfera za

CH O CO R1 2 H O C H CH OP 2 acid lizofosfatidic R2 COSCoA CoA

R1 COSCoA CoA

CH O CO R1 2 R2 CO O C H CH OP 2 diacilgliceril aciltra nsferaza R3 COSCoA CoA

CH O CO R1 2 fosfohidrolaza P R2 CO O C H CH OH 2

HO 2

CH O CO R1 2 R2 CO O C H CH O CO R3 2

n esuturile n care este absent glicerina se pornete de la dihidroxiacetonfosfatul rezultat din glicoliz.

CH OH 2 C O CH OP 2 R1 SCoA CoA CH OCO R1 2 C O CH OP 2Catabolismul triacilglicerolilor

CH OH 2+

NADH H

H O C H NAD+ CH OP 2

TAG

CH OCO R1 2 H O C H CH OP 2 TAG

+ NADH H NAD+

Primul pas n degradarea triacilglicerolilor l constituie hidroliza legturii ester (lipoliza) n prezena unor enzime numite lipaze. Se cunosc triglicerolipaze deosebite prin localizare i funcie. Exemplu: lipaza pancreatic este localizat n sucul pancreatic i ajut la digestia triacilglicerolilor din alimentaie 11

lipaza hormon sensibil este localizat n adipocite i servete la mobilizarea lipidelor lipoproteinlipaza este localizat n capilare i ajut la utilizarea triacilglicerolilor n lipoproteine lipaza hepatic este localizat n ficat i are rol n catabolismul lipoproteinelor. n esutul adipos hidroliza triacilglicerolilor are semnificaie cantitativ i reprezint procesul de mobilizare a lipidelor cu eliberarea acizilor grai liberi n plasm. Acetia sunt captai de esuturi i utilizai n scop energetic sau pentru sinteza lipidelor proprii. esutrul adipos conine mai multe lipaze. Hormonii au rol lipolitic (catecolaminele), acioneaz prin intermediul c-AMP printr-un mecanism analog cu cel responsabil de stimularea glicogenolizei. Lipoliza este un proces hidrolitic care se desfoar n trepte

CH OCO R1 2 CH OCO R2 CH OCO R3 2 TAG lipaza R1COOH

CH OH 2 CH OCO R2 CH OCO R3 2 DAG lipaza R2COOH

CH OH 2 CH OH lip aza

CH OH 2 CH OH

CH OCO R3 R3COOH CH OH 2 2 MAG G licerol

Etapa limitant de vitez este reacia de ndeprtare a primului rest de acid gras dinTAG, catalizat de lipaza adipolitic sau lipaza hormon-dependent.

Metabolismul lipidelor complexeBiosinteza glicerofosfolipidelor Acidul fosfatidic este precursor comun pentru dou ci separate n biosinteza glicerofosfolipidelor: 1. O cale n care acidul fosfatidic se activeaz cu CTP i formeaz CDP-diacilglicerina, care apoi reacioneaz cu componenta polar (mioinozitol, serina, fosfatidilglicerina) formnd glicerofosfolipidele respective. 2. O a doua cale n care acidul fosfatidic sub aciunea fosfohidrolazei pierde fosfatul i trece n 1,2diacilglicerol, care reacioneaz apoi cu formele activate ale bazelor cu formare de cefaline i lecitin. n ambele ci citidin-trifosfatul are rol de activator. 1.Biosinteza glicerofosfolipidelor plecnd de la acid fosfatidic Aceast cale este specific bacteriilor, dar este utilizat i de esuturile animal n special pentru biosinteza cardiolipinei i a fosfatidilinozitolului. Activarea acidului fosfatidic cu citintrifosfat (CTP) are loc sub aciunea fosfatidil-citidil-transferazei.

12

CH OCO R1 2 R2 COO CH CH OPO3H 2 2

CH OCO R1 fosfatidil- citidil 2 transferazei R2 COO CH CTP O O PP CH O P 2 OH CDP- diacilglicerina O P O citidil OH

n bacterii CDP-diacilglicerina reacioneaz cu gruparea OH a serinei i formeaz fosfatidilserina.CH 2 R2 COO CH CH 2 O OCO O P OH O R1 O P OH R1 O citidil H O CH 2 CH NH 2 COOH CMP

CH 2 R2 COO CH CH 2

OCO O O P OH

O

CH 2

CH NH 2

COOH

fosfatidilserina

Fosfatidilserina printr-o reacie de decarboxilare trece n fosfatidiletanolaminei (cefalina), care mai departe n urma unui proces de metilare formeaz fosfatidilcolina (lecitina).CH 2 R2 COO CH OCO R1 O OH fo tid rin sfa ilse a CH 2 R2 3 SAM 3 SAH COO CH OCO R 1 O OH le citin a PALPO CO2 CH COOH NH 2 R2 CH 2 COO CH OCO R1 O OH ce lin fa a

CH O P O CH 2 2

CH O P O CH CH N 2 H 2 2 2

+ CH O P O CH CH N (CH )3 2 2 2 3

CDP-diacilglicerolul reacioneaz cu inozitolul n prezena CDP-diacilglicerol-inozitol-transferazei formnd fosfatidilinozitolul.

13

CH 2 R2 COO CH CH 2

OCO O O P

R1 O O P OH citidil+

OH OH H O H O OH OH inoz itol CMP

OH

CH 2 R2 COO CH CH 2

OCO O O P

R1

OH OH H O OH OH

O

OH fosfa tidilinoz itolul

Prin fosforilarea gruprilor OH din inozitol n prezen de ATP i o unei kinaze rezult formele fosforilate: fosfatidilinozitol-4-fosfat i fosfatidilinozitol-4,5-bifosfat. Ultimul este considerat mesager de ordinul II care sub aciunea unor efectori (hormoni neurotransmitori) determin rspunsuri specifice la nivel celular. Cardiolipina se gsete n mitocondrii, cloroplaste i bacterii. Se sintetizeaz de la CDP-diacilglicerol care reacioneaz cu glicerin-3-fosfat i formeaz fosfatidilglicerolfosfat. Acesta sub aciunea unei fosfataze pierde fosfatul formnd fosfatidilglicerina care este precursorul cardiolipinei. Fosfatidilglicerolul reacioneaz cu o nou molecul de CDP-diacilglicerol i formeaz difosfatidilglicerolul.

14

C H2 R 2C O O CH C H2

OCO O O P OH

R1 O O P OH citidil+

C H2 CH C H2

OH OH O O O P OH OH CMP

R1 C O O R2

C H2 O O P O

C H2 CH C H2

O

P

OH

f osf atidilglicer olf osf ataza H2O H3P O 4

COO CH C H2

OH OH

f osf atidilglicer olf O H at osf R1 C O O R2 C H2 O O P O C H2 CH OH C H2 OH C D P _ diacilglicer ol

CMP

COO CH C H2

OH f osf atidilglicer ol R1 C O O R2 C H2 O O P OH car diolipina O C H2

C H2 O CH OH C H2 O P OH O CH C H2

OCO OCO

R1 R2

COO CH C H2

2. Biosinteza glicerolfosfolipidelor plecnd de la 1,2-diacilglicerol Pe aceast cale se sintetizeaz lecitina i cefalina n esuturile animale. n acest caz acidul fosfatidic pierde radicalul fosfat i se transform n 1,2-diacilglicerin care este acceptorul de fosforil-baz. Rolul CTP este de a activa bazele azotate. Biosinteza fosfatidilcolinei i fosfatidiletanolaminei n prima etap bazele (etanolamina i colina) se fosforileaz n prezen de ATP i a unei kinaze specifice, apoi reacioneaz cu CTP formnd CDP-colina, respectiv CDP-etanolamina. n ultima etap baza fosforilat este transferat pe diacilglicerol cu formarea fosfolipidei i eliberarea CMP.

15

HO CH2 CH2 N+ 3)3 (CH

colinkinaza ATP ADP

O HO P O CH2 CH2 N+ 3)3 (CH OH

O fosfocolin_citidil_ transferaza CDP O P CTP PP OH

O O P O CH2 CH2 N+ 3)3 (CH OH CH2 OCO R1 CH O

fosfocolin_diacil_ transferaza R2 COO CMP 1,2- diacilglicerol

CH2 O P O CH2 CH2 N+ 3)3 (CH OH

Aceast cale de sintez a lecitinei se mai numete i cale de recuperare, deoarece lecitina provenit din alimente n urma catabolismului elibereaz colina, care poate fi reciclat n acest sens. n esuturile animale lecitina se formeaz i prin metilarea succesiv a fosfatidiletanolaminei sub aciunea unui donor de metil (SAM), care trece n SAH. Metilarea are loc n ficat avnd ca substrat unic fosfatidiletanolamina (cefalin) i depinde de disponnibilitatea fa de SAM.

16

NH2 N 3 N N O C H2 S+ C H3+

C H2 CH C H2

O C O R1 O C O R2 O O P OH O C H2 C H2 NH2

(C H2)2 OH OH SA M NH2 N 3 N N O C H2 S (C H2)2 OH OH SA H CH NH2+

CH

NH2

COOH

C H2 CH C H2

O C O R1 O C O R2 O O P OH lecitina O C H2 C H2 N + H3)3 (C

COOH

Biosinteza fosfatidilserinei n esuturile animale sinteza fosfatidilserinei const n nlocuirea enzimatic a etanolaminei din cefalin cu serina. Reacia este reversibil ntruct fosfatidilserina se poate decarboxila i reface fosfatidiletanolamina. Fosfatidiletanolamina n continuare se metileaz i formeaz lecitina. Toate aceste transformri au drept scop formarea de lecitin pentru sistemul nervos i creier, care necesit cantiti sporite de lecitin. Catabolismul glicerofosfolipidelor Degradarea glicerofosfolipidelor este un proces complex catalizat de enzime numite fosfolipaze. Locul de aciune a fosfolipazelor asupra diferitelor legturi din molecula substratului. Exemplu:

A C H2 R2

1

O O O C P

C O D O

R

1

O C A2

O

C H C H2

b aza

O H

Fosfolipaza A1 scindeaz legtura ester din poziia 1 a fosfolipidei elibernd acidul gras. Fosfolipaza A2 acioneaz asupra legturii ester din poziia 2 elibernd acidul gras nesaturat. 17

Prin ndeprtarea unui acid gras din glicerofosfolipide rezult lizoglicerofosfolipide, care sunt intermediari n metabolismul glicerofosfolipidelor. n general se gsesc n concentraii mici n celule i esuturi, n concentraii mari sunt toxice i au aciune distructiv asupra membranelor datorit proprietii lor tensioactive. Asupra lizofosfolipidelor acioneaz fosfolipaza B sau lizofosfolipaza care ndeprteaz acidul gras rmas i formeaz glicerol-fosforil-baza. Fosfolipaza C atac legtura ester din poziia 3 elibernd 1,2-diacilglicerolul i baza fosforilat. Fosfolipza D hidrolizeaz baza i elibereaz acid fosfatidic. n urma acestei reacii este posibil schimbul de baze prin transfer ntre fosfolipide. Scindarea diferitelor pri componente ale fosfolipidelor se face cu viteze diferite, astfel c degradarea parial poate fi urmat de resintez. De exemplu, catabolismul lecitinei poate avea loc pe mai multe ci: o cale important const n hidroliza de ctre fosfolipaza A2 a acidului gras din poziia 2 cu formare de lizolecitin, care fie c este reciclat, fie c sufer catabolism n continuare pn la glicerolfosfat i colin. Lizolecitina se poate forma i pe o cale alternativ care implic lecitin-colesterol-aciltransferaza (LCAT).

lecitina + colesterol

LCAT

lizolecitina + colesterol esterificat

Enzima se gsete n plasm i probabil n ficat i transfer acidul gras din poziia 2 a lecitinei pe colesterol, formnd colesterol esterificat la nivelul lipoproteinelor plasmatice. Fosfolipaza A2 care scindeaz acidul gras nesaturat din poziia 2 furnizeaz astfel acizi grai nesaturai pentru sinteza prostaglandinelor, tromboxanilor i leucotrienelor. n pancreatita acut fosfolipaza A2 trece n snge unde transform lecitinele n lizolecitine a cror proprieti hemolizante stau la baza anemiilor din pancreatite. Fosfolipaza B care scindeaz acizii grai din poziia 1 sau 2 a lizofosfolipidelor are rol i n resinteza fosfatidilcolinei. Toxinele bacteriene conin fosfolipaza C care degradeaz lecitinele la digliceride i fosfocolin.

lizofosfatidilcolina + acil- CoA

fosfatidilcolina + CoA SH

Metabolimul sfingolipidelor Sfingolipidele sunt lipide complexe care se gsesc n cantiti mari n creier i esut nervos. Toate au ca unitate structural ceramida (format dintr-un aminoalcool, sfingozina, i un acid gras) precum i o component polar. n funcie de componenta polar se clasific n: - sfingomieline care conin ca grupare polar fosforilcolina sau fosforiletanolamina - glicosfingolipide care au ca grupare polar una sau mai multe oze. Exemplu: o Prin acilarea gruprii amino din sfingozin cu un acid gras cu catena lung rezult N-acilsfingozina sau ceramida.

18

H3C

(CH2)12

CH

CH

CH OH

CH NH2

CH2OH

+

R

COSCoA

sfingozina H3C (CH2)12 CH CH CH CH CH2OH CO R+

CoASH

OH NH ceramida

Alte exemple de sfingolipide: sfingomielina, cerebrizidele, sulfatidele i gangliozidele. Degradarea sfingolipidelor Sfingolipidele sunt degradate de ctre sfingomielinaz, o enzim care ndeprteaz restul de fosforilcolin. Cerebrozidele i gangliozidele sunt hidrolizate de ctre hidroxilaze, care ndeprteaz cte un rest de oz de la capetele nereductoiare ale lanului glucidic. Arilsulfatazele ndeprteaz resturile sulfat din molecule. Toate acestea sunt enzime lizozomale a cror deficit determin boli lizozomale. Aceste boli se caracterizeaz prin acumularea n esuturile substratului de lipide a cror enzime de degradare sunt deficitare i se numesc sfingolipidoze.

Metabolismul colesteroluluiColesterolul este un sterol major n organism se gsete n cantitate mare n ficat, piele, creier, sistem nervos, corticosuprarenal, aort. intr n structura membranelor celulare i a lipoproteinelor plasmatice i este punct de plecare pentru biosinteza acizilor biliari, a hormonilor steroizi i a vitaminei D3. din organism este de origine exogen provine din alimentaie (0,3g/zi), (glbenu de ou, carne, ficat, creier, unt. endogen provine prin biosintez. Schema metabolizrii colesterolului

formarea membranelor alimente vitamina D3 acizi biliari colesterol

hormoni steroizi colesterol sintetizat esteri ai colesterolului (lipoproteine plasmatice)

Din colesterolul sintetizat 50% se transform n acizi biliari, care sunt excretai n bil. O parte se transform la nivelul pielii n vitamina D3, la nivelul corticosuprarenalei n hormoni steroizi i intr n structura membranelor. 19

Excesul se excret ca atare, mai nti n bil, apoi n intestin unde sub aciunea florei bacteriene se tranform n coprostanol i colestanol, care se elimin prin fecale. Biosinteza colesterolului Toate esuturile ce conin celule nucleate au capacitatea de a sintetiza colesterol, dar cele mai active sunt ficatul, pielea i aorta. Biosinteza colesterolului este un proces complex, care const dintr-un numr mare de reacii ce se transform n faza solubil a citoplasmei i n microzomi. Procesul de biosintez a colesterolului se desfoar n etape, i anume: transformarea acetil-CoA n acid mevalonic transformarea acidului mevalonic n scualen transformarea scualenului n colesterol. n biosinteza colesterolului singura surs de atomi de carbon este acetil-CoA. Reaciile se desfoar n faza solubil a citoplasmei i reaciile sunt catalizate de enzime, care n marea lor majoritate sunt ataate de RE i necesit prezena unor cofactori i coenzime: NADH, ATP, CoA. Etapele biosintezei colesterolului 1. Formarea acidului mevalonic din acetil-CoA Acidul mevalonic se formeaz prin condensarea a 3 molecule de acetil-CoA. n prima etap se condenseaz numai 2 molecule de acetil-CoA n prezena cetotiolazei, formnd acetoacetil-CoA. n continuare are loc condensarea acetoacetil-CoA cu a treia molecul de acetil-CoA n prezena hidroxi,-metil-glutaril-CoA-sintetazei (HMG-CoA-sintetaza) i formeaz HMGCoA. Mai departe gruparea carboxilic legat de CoA este redus la grupare hidroxilic, cu eliminare de CoA. Reacia are loc n prezena unui sistem multienzimatic catalizat de HMG-CoA-reductaza, care necesit NADPH + H+, ca donor de hidrogen. Reacia catalizat de HMG-CoA-reductaza este etap limitant de vitez sau etap reglatoare n procesul de biosintez a colesterolului. Cnd colesterolul se acumuleaz n cantitate prea mare n celul nhib sinteza de HMGCoA-reductaza.

20

2H C CO SCoA 3 H C CO CH 3 2

tiola za

H C CO CH 3 2

CO

SCoA

+

CoASH

CO

SCoA + H C CO SCoA 3 OH C CH 2 CH 3 COSCoA

H MG_CoA sinte za ta

H OOC CH 2 OH H OOC CH 2 C CH 2 CH 3

COSCoA OH

+2 NADPH

+

H 2

+

H MG_CoA re ducta a z

H OOC CH 2

C CH 2 CH 3

CH OH 2

+

NADP+ + 2

CoASH

2. Transformarea acidului mevalonic n scualen i. ii. iii. Acidul mevalonic se fosforileaz n 3 etape. n prezen de ATP i mevalonatkinaz are loc formarea de acid 5-fosfomevalonic. a 2-a etap sub aciunea fosfomevalonatkinazei, acidul mevalonic trece n acid 5pirofosfomevalonic. fosforilare are loc n poziia 3 i rezult acid 3-fosfo-5-pirofosfomevalonic. Acesta este un compus instabil care se decarboxileaz i pierde o grupare fosfat i rezult izopentenilpirofosfat. 3-izopentenilpirofosfatul se izomerizeaz la 3,3-dimetilalilpirofosfat sub aciunea izopentenilpirofosfatizomerazei. Dimetilalilpirofosfatul se condenseaz cu izopentenilpirofosfatul sub aciunea geranilpirofosfatsintetazei i formeaz geranilpirofosfatul(10atomi de C). n continuare geranilpirofosfatul se condenseaz cu o nou molecul de izopentenilpirofosfat i rezult farnezilpirofosfat (15 atomi de C). Prin condensarea reductiv a 2 molecule de farnezilpirofosfat la capetele pirofosfatice rezult scualen (30 atomi de C).

21

OH H OOC CH C CH CH 2 2 2 CH 3

m evalonatkinaza OH ATP ADP O OH O OH O O O P OH OH O OH O OH

OH OPO3H 2 CH 3 pirofosfom evalonat kinaza (Mg+ ) ATP ADP

H OOC CH C CH CH 2 2 2

fosfom evalonat OH kinaza H OOC CH C CH CH 2 2 2 ATP ADP CH 3 OPO3H 2 H OOC CH C CH CH 2 2 2 CH 3

O P O P OH

O P O P OH

pirofosfom evalonat decarboxilaza CO2 + H PO4 3 O O P OH OH

H C C CH CH O P 2 2 2 CH 3 OH

H C C CH CH O P O 3 2 CH 3 OH

CH3 C H3C CH

O OH

O OH H2C

CH3 C CH2

O

O

geranilpirofosfat sintetaza PP O O

CH2 O P O P OH +

CH2 O P O P OH OH CH3 C H2C OH

CH3 C H3C CH CH2

CH3

O

O

CH2

CH2 O P O P OH OH OH

CH2 O P O P OH C CH2 CH OH OH

PP

geranilpirofosfat CH3 farnezilpirofosfat CH3 CH3 sintetaza C CH2 CH2 C C CH2 O H3C CH CH2 CH CH2 CH farnezilpirofosfat22

O

O

P O P OH OH OH

CH 32

CH 3 CH 2

CH 3

O

O

C CH

HC 3

CH C C 2 CH O P O P OH 2 CH CH CH CH 2 2 OH OH CH 3 CH 3 CH 2 C CH 2 CH CH 2 CH CH 2 C CH 2

CH 3 C HC 3 CH CH 2 CH 2

C CH

CH CH 3 CH CH 2 CH C 2 CH C 2 CH 3 CH 3

CH 3 scua n le

3. Transformarea scualenului n colesterol Scualenul n urma ciclizrii formeaz primul sterol, lanosterolul. nainte de nchiderea ciclului, scualenul se hidroxileaz n poziia 3 sub aciunea unei monooxigenaza formnd 2,3-epoxidul scualenului.

O2

O scualen2,3_epoxidulscualenului

HO lanosterolul

Lanosterolul conine 3 grupri metil n plus fa de colesterol. Gruprile metil sunt oxidate de ctre un sistem hidroxilazic microzomal ce necesit O2 i NADPH i sunt ndeprtate sub form de CO2. Compusul rezultat este zimosterolul (C27 ), care difer de colesterol prin poziia legturii duble din nucleul B i printr-o legtur dubl la catena lateral. Prin dehidrogenare i deplasarea dublei legturi, zimosterolul trece n 7-dehidrodesmosterol, care este precursorul desmosterolului i a 7-dehidrocolesterolului, care sunt precursorii colesterolului.

23

H O la noste rol

H O zim rol oste

H O _de hidrode oste sm rol 7

HO NA DP H + + H NA DP +

7_dehidrodesmosterol

NA DP H + + H NA DP +

HO 7_dehidrocolesterol NA DP H + + H NA DP +

HO

desmosterol NA DP H + + H NA DP +

HO colesterol

Reaciile de transformare ale scualenului n colesterol sunt catalizate de enzime microzomale prezena a dou proteine din faza solubil a citoplasmei, numite proteine transportoare de scualen, respectiv de steroli. Rolul lor este de a forma compleci solubili cu sterolii facilitnd astfel reaciile din mediul apos din celul. -bilanul biosintezei colesterolului -este un proces consumator de energie i echivaleni reductori. 24

-pentru sinteza unui mol de colesterol se consum 18 moli de acetil-CoA, 16 moli NADPH i 36 legturi macroergice de ATP. Colesterolul eliberat este utilizat de ctre celul n: sinteze de membrane, iar n celulele specializate este utilizat sinteza de acizi biliari n ficat hormoni steroizi n corticosuprarenal, hormoni sexuali n gonade. Cantitatea de colesterol eliberat de LDL determin viteza metabolismului colesterolului, reglarea la nivel celular, astfel, excesul de colesterol acumulat n celul acioneaz prin 3 mecanisme importante: 1. nhib sinteza de novo, adic reduce capacitatea celulei de a sintetiza colesterol, prin nhibarea sintezei enzimei HMG-CoA reductaza, n lipsa cruia celula va utiliza numai colesterol extracelular introdus prin receptori. 2. Colesterolul extras din LDL faciliteaz stocarea lui n celul prin activarea enzimei acil-colesterolaciltransferazei(ACAT), care esterific colesterolul n exces n vederea depunerii lui sub form de picturi n citoplasm. 3. Acumularea colesterolului nhib prin mecanism feed-back sinteza de noi receptori pentru LDL. nhibarea are loc la nivelul biosintezei proteinelor n etapa transcrierii. Absorbia i transportul colesterolului Colesterolul exogen provine din alimente de natur animal n care se gsete liber i esterificat. Raia zilnic a unui adult conine 0,6-1,2g colesterol, din care se absoarb 0,3-0,4g/zi.Cnd concentraia lui din hran este mai mic, absorbia este mai eficient i invers. Spre deosebire de colesterol, sterolii vegetali nu se absorb, ei sunt total excretai de lumenul intestinal. n lumenul intestinal colesterolul din hran este ncorporat n agragate micelare mixte formate din acizi biliari, fosfolipid i colesterol. Colesterolul esterificat la nivelul micelelor este hidrolizat de ctre colesterol-esteraza pancreatic, deoarec numai colesterolul liber este absorbit de ctre celulele mucoasei intestinale. O parte din colesterolul este reexcretat n intestinul subire i eliminat prin fecale. Cea mai mare parte din colesterolul absorbit mpreun cu cel sintetizat n intestin, se esterific n celulele mucoasei intestinale sub aciunea ACAT (acil-colesterol-aciltransferazei), enzim ce transfer un acid gras activat pe colesterol. Colesterolul liber i esterificat este integrat n chilomicroni, lipoproteine mari, ncrcate cu trigliceride. Chilomicronii ajung n snge i la nivel extrahepatic (esut adipos i muscular) descarc trigliceridele cu ajutorul lipoprotein-lipazei din endoteliul capilar. Chilomicronii reziduali ce conin esteri ai colesterolului i colesterol sunt captai de ctre ficat unde esterii sunt hidrolizai. Ficatul sintetizeaz probeta-lipoproteinele sau VLDL, care conin trigliceride i colesterol esterificat. Cnd VLDL traverseaz vasele capilare ale esutului adipos i muscular cedeaz trigliceridele, iar particulele rmase, de talie mic, ce conin esteri ai colesterolului sunt aa-numitele lipoproteine cu densitate intermediar (IDL). IDL dispar rapid din circulaie, n aproximativ 2-6 ore de la formarea VLDL, n urma interaciunii lor cu ficatul. Acesta extrage colesterolul din IDL i-l utilizeaz pentru sinteza de VLDL i acizi biliari. Lipoproteinele IDL care nu sunt utilizate de ctre ficat rmn n circulaie i dup un timp apoi se disociaz i devin beta-lipoproteine. 25

IDL reprezint fraciunea care conine cea mai mare proprie de colesterol. Transportul colesterolului de la esuturile extrahepatice la ficat se face de ctre lipoproteine (HDL), care se sintetizeaz n ficat i intestin. La nivelul HDL are loc esterificarea colesterolului din plasm printr-o reacie de transesterificare ntre acidul gras din poziia 2 a lecitinei i colesterol. Reacia este catalizat de LCAT. Esterii colesterolului de pe HDL sunt transferai pe LDL, apo pe IDL pentru a fi reciclai. HDL sunt apoi catabolizate de ctre ficat i intestin. HDL i LCAT au rolul de a purifica esuturile extrahepatice de colesterol. n final, tot colesterolul este destinat excreiei n ficat, apoi excretat n bil, fie ca atare, fie ca acizi biliari. Concentraia normal de colesterol plasmatic la adult este n medie de 200mg%. Exist variaii n funcie de vrst, sex (mai crescut la brbai dect la femei pn la menopauz), n funcie de alimentaie i variaz de la un individ la altul. Aproximativ 65% din colesterolul plasmatic se gsete sub form esterificat. Determinrile de colesterol se fac jeun, adic la 12-14 ore de la ultima mas, cnd n mod normal n plasm nu exist chilomicroni i exist puine probeta-lipoproteine (VLDL). n aceste condiii colesterolul este coninut n cea mai mare parte n fraciunea LDL i HDL. Creterea colesterolului plasmatic sau hipercolesterolemia apare n diferite boli cum sunt: hipercolesterolemia familial i aterosclerpoza. Hipercolesterolemia familial este o boal genetic ce se caracterizeaz prin creterea betalipoproteinelor i a colesterolului n plasm. Ateroscleroza este o boal ce se caracterizeaz prin depunerea de colesterol esterificat pe pereii arterelor sub form de plci numite ateroame. Acest fapt duce la ngustarea lumenului capilarelor i n cele din urm la apariia infarctului. Catabolismul colestrolului Degradarea nucleului steranic n compui simpli nu are loc n organism, el se elimin sub form de derivai ai steranului, inactivi biologic. Astfel, n funcie de esut, colesterolul sufer urmtoarele transformri:intestin colesterol ficat piele steroli neutri acizi biliari coprostanol colestanol

7- dehidrocolesterol(provitam D3) ina corticosuprarenale horm oni steroizi

Sterolii neutri O parte din colesterolul exogen se excret ca atare prin intestin, fr s fie absorbit. O alt parte se transform n intestinul gros sub aciunea florei bacteriene n steroli neutri: coprostanol i colestanol, care se elimin prin fecale. Acizii biliari Formarea acizilor biliari primari are loc n ficat, prin introducerea grupelor hidroxil n molecula colesterolului i scindarea catenei laterale. n urma acestei transformri (hidroxilare ni scindarea catenei laterale) rezult acizii biliari sub form activat cu CoA i anume: colil-CoA i chenodezoxicolil-CoA. 26

Urmeaz apoi conjugarea cu glicocolul i taurina cu formarea de acizi biliari primari: glicocolic, glicochenodezoxicolic taurocolic, taurochenodezoxicolic Acizii biliari sunt excretai n bil unde datorit mediului alcalin vor forma sruri biliare de Na i K.OH COOH COOH

H O acid colic

OH

H O

OH

acid chenodezoxicolic

Din bil acizii biliari sunt deversai n intestin. La nivelul intestinului o parte din acizii biliari primari sunt transformai sub aciunea florei bacteriene n acizi biliari secundari. Aceste transformri constau din conjugarea prin hidroliza glicocolului i a taurinei i ndeprtarea gruprii OH din poziia 7. Astfel acidul colic trece n acid dezoxicolic, iar acidul chenodezoxicolic trece n acid litocolic.

OH COOH COOH

HO acid dezoxicolic

7

7

HO acid litocolic

n condiii normale un om sintetizeaz 200-500mg acizi acizi biliari pe zi. Rata sintezei este reglat de cantitatea de acizi biliari care se rentorc din intestin n ficat, pentru a se nlocui pierderile de acizi biliari eliminai prin intestin. n acest fel, rezervorul de acizi biliari rmne constant. Acizii biliari primari i secundari din intestin sunt reabsorbii n proprie de 99% i se rentorc prin circulaia portal la ficat. De la ficat sunt reexcretai n bil, apoi n intestin, efectund aa-numitul ciclu enterohepatic. n condiii normale zilnic parcurg acest ciclu 3-5g acizi biliari din care numai 1% sunt excretai prin fecale. Funciile acizilor biliari sunt urmtoarele: Datorit proprietilor tensioactive, acizii biliari au rol n emulsionarea grsimilor la nivelul intestinului, favoriznd digestia i absorbia lor, precum i a vitaminelor liposolubile: A, D, E i K. 27

Acizii biliari activeaz lipaza pancreatic i colesterolesteraza pancreatic. Deasemenea mpreun cu lecitinele contribuie la solubilizarea colesterolului sub form de micele din bil. Acizii biliari au aciune coleretic, de stimulare a secreiei biliare i aciune colagog, de contracie a vezicii biliare.

Biotransformarea colesterolului n vitamina D3 Colesterolul la nivelul pielii se transform n 7-dehidrocolesterol sau provitamina D3, care sub aciunea radiaiilor UV formeaz vitamina D3. Vitamina D3 sau colecalciferolul face parte din grupul vitaminelor D, substane liposolubile care au aciune antirahitic la copil i previn osteomalacia la adult. Vitamina D se formeaz prin iradiere cu lumina UV a sterolilor nesaturai din plante i animale. Astfel, din ergosterol rezult ergocalciferolul sau vitamina D2, iar din 7-dehidrocolesterol rezult colecalciferol sau vitamina D3.

UV

HO ergosterol

HO vitamina D2

UV HO7_dehidrocolesterol

HO

vitamina D3

Omul are 2 surse de vitamine: una exogen din alimente i una endogen din fotoliza 7dehidrocolesterolului din piele. Vitaminele D2 sau D3 din alimente se absorb la nivelul intestinului sub form de micele, apoi este transformat n snge de o globulin specific i ajunge la ficat. n ficat vitamina D3 este hidroxilat n poziia 25 de ctre o hidroxilaz specific, rezultnd calciferol, care este metabolitul principal din circulaie.

Acizii grai eseniali (AGE)Importana acizilor grai eseniali n alimentaie a fost subliniat de la nceputul secolului prin experiene pe animale. Carena se manifest prin tulburri de cretere, reproducere, dermatite, rezistena sczut la stres i unele deficiene n transportul lipidelor. 28

Acizii grai eseniali ndeplinesc n organismun rol multiplu: -surse de eicosanoide, ei se gsesc n lipidele structurilor celulare -sunt implicai n meninerea integritii membranei mitocondriale -se gsesc n cantitate mare n organele de reproducere -intr n structura fosfolipidelor. Eicosanoidele - grup de compui ce deriv din acizii grai eicosanoidici. Cuprind: 1. prostanoidele prostagladinele (PG) tromboxanii (TX) prostaciclinele (PC).

2. leucotrienele (LT). Biosinteza prostaglandinelor Prostaglandinele au fost descoperite prima dat n plasma seminal, de unde i numele, iar ulterior au fost gsite n toate esuturile. Prostaglandinele sunt : -compui foarte activi biologic -n concentraie de numai 1 g/l produc contracia musculaturii netede. -dpdv structural deriv din acizi grai cu 20 de atomi de carbon, care pot avea n molecul 3,4 sau 5 duble legturi. Din aceti precursori deriv prostaglandinele primare (seria E, PGE), care prezint la carbonul C9 o grupare cetonic, iar la carbonul C11 o grupare hidroxilic sau seria F, cnd au n ambele poziii C i C grupri hidroxilice. Prostaglandinele secundare deriv prin modificri enzimatice din prostaglandinele din seria E. Exemple de prostaglandine naturale:O COOH

HO P GE 1

OH

O COOH HO PGE 2

OH

29

O COOH HO PGE 3

O COOH HO P GE 3

OH

OH

Cel mai frecvent precursor al prostaglandinelor este acidul arahidinic, care este foarte rspndit n esuturi. Acesta sub sub aciunea unei ciclooxigenaze se transform ntr-un endoperoxid ciclic (PGG2) care este precursorul imediat al prostaglandinelor, tromboxanilor i al prostaciclinelor.COOH acid arahidonic C OO H

acid eicosatrienoic

P GE 1, P GF 1 C OO H

P GE 2, P GF 2

acid eicosapentaenoic

P GE 3, P GF 3

Obinerea prostaglandinelor din acidul arahidonic se face pe calea ciclooxigenazei. Sub influena acestei enzime acidul arahidonic se transform ntr-un endoperoxid ciclic (PGG2).

30

fosfolipide membranare

fosfolipaza A2

COOH

acid arahidonic O2 O O OOH PGG2 prostagladinsintetaza O COOH HO OH PGE 2 HO COOH HO OH PGF 2 COOH endoperoxid ciclic ciclooxigenza

Cicloxigenaza poate s fie nhibat de aspirin i indometacin, care sunt antiinflamatori nesteroidieni. Blocnd ciclooxigenaza, antiinflamatoarele nesteroidiene opresc biosinteza prostaglandinelor, dobndind astfel eficiena terapeutic n tratamentul proceselor inflamatorii. Acidul arahidonic necesar sintezei prostaglandinelor este rezultat din fosfolipidele membranare sub aciunea fosfolipazei A2, care poate s fie nhibat de corticosteroizi cu efect antiinflamator. Tot din acid arahidonic se pot sintetiza i alte eicosanoide cum ar fi: prostaciclinele, tromboxanii i leucotrienele. Schema biosintezei eicosanoizilor

31

fosfolipide lizofosfolipide fosfolipaza A2

activa de adre lina, ta na angiotensina II inhibata de AINS inhibata de indom etacin, aspirina (AINS)

acid arahidonic

c.lipooxigenaze i LT4

c.ciclooxigenazei PG2, PGI2, TX2

Aciunea biologic a prostaglandinelor este extrem de complex. Uneori diferitele prostaglandine au efecte opuse i din interaciunea lor rezult echilibrele biologice ale anumitor funciuni ale organismului. Prostaglandinele acioneaz att asupra adenilatciclazei ct i asupra guanilatciclazei, influennd biosinteza AMPc i GMPc Prin intermediul acestor mesageri secunzi influenuaz secreia unor glande endocrine cum sunt: tiroida, suprarenalele, ovarul, paratiroidele. Ali hormoni cum sunt: bradikinina, acetilcolina, histamina stimuleaz i ei sinteza de prostaglandine. Deasemenea o excitare sau o lezare a membranelor celulare declaneaz biosinteza de prostaglandine prin eliberarea de acizi grai nesaturai din fosfolipide. Principalele efecte ale prostaglandinelor sunt: efectul lipolitic, efectul asupra apei i electroliilor, de unde decurge intervenia prostaglandinelor i asupra metabolismului Ca, stimulnd activitatea osteoclastelor i producnd hipercalcemie. Prostaglandinele influeneaz contracia musculaturii netede, ndeosebi a uterului gravid, precum i a aparatului respirator i a tractului gastro-intestinal. Efectele metabolice multiple ale prostaglandinelor deschid ci variate de utilizare a lor n terapeutic. n tratamentul astmului bronic, a ulcerelor, a bolilor cardiovasculare sunt utilizate pentru declanarea travaliului n sarcinile ajunse la termen. sunt implicate n procesele inflamatorii unele medicamente antiinflamatoare nesteroidiene, cum este de exemplu aspirina care i datorez aciunea farmacodinamic capacitii lor de a inhiba sinteza prostaglandinelor. Procesul de degradare a prostaglandinelor se realizeaz rapid prin oxidare la carbonul 15 i prin oxidarea acidului gras, ncepnd de la captul ce conine gruparea carboxilic, -COOH.

Metabolismul corpilor cetonici Corpii cetonici sunt produi n cantiti mari n ficat, de unde trec prin difuziune n snge. n anumite condiii metabolice ficatul produce cantiti mari de acid acetilacetic i acid hidroxibutiric. Acidul acetilacetic sufer o decarboxilare spontan i trece n aceton. Aceti 3 compui sunt cunoscui sub denumirea de corpi cetonici. 32

CH3 C O CH3 acetona CO2

CH3 C O CH2 NADH +H+NAD+

CH3 CH CH2 COOH acid betahidroxibutiric OH

COOH acid acetilacetic

Acidul acetilacetic i hidroxibutiric sunt n echilibru, acesta fiind controlat de raportul NAD+/NADH din mitocondrie. n snge raportul acid betahidroxibutiric/acid acetilacetic este cuprins ntre 1:1 i 1:10. Concentraia normal de corpi cetonici din snge este de sub 1mg%, iar eliminarea lor prin urin este de sub 1mg/24 de ore. Cantiti peste valorile normale n snge (cetonemia) i eliminarea lor n urin (cetonuria) reprezint o stare cunoscut sub numele de cetoz. Condiia de cetoz este asociat cu deplasarea hidrailor de carbon utilizabili, cuplat cu mobilizarea acizilor grai liberi. Deoarece acidul acetilacetic are caracter acid pronunat, excreia prin urin poate duce la la cetoacidoz, care poate s fie fatal ntr-un diabet netratat. n vivo, ficatul pare s fie singurul organ care produce cantiti semnificative de corpi cetonici, iar esuturile extrahepatice le utilizeaz ca substrate respiratorii. Fluxul de corpi cetonici de la ficat spre esuturile extrahepatice se datorete unui mecanism enzimatic de producere n ficat, cuplat cu o activitate sczut a enzimelor responsabile n utilizarea lor; n schimb n esuturile extrahepatice situaia se inverseaz. Enzimele responsabile de formarea corpilor cetonici sunt localizate n mitocondrie. Substratul cetogenezei este acidul acetilacetic, care rezult din fragmentul C4 terminal rezultat prin oxidarea acizilor grai n ficat, fie prin reversarea reaciei catalizat de tiolaz. Dezactivarea acetoacetil-CoA la acetoacetat se poate realiza pe dou ci. Prima cale este deacilarea acetoacetil-CoA n prezena acetoacetil-CoA deacilazei, conform reaciei:

H C CO CH CO SCoA 3 2 CoASH

H C CO CH COOH 3 2

A doua cale este aceea prin care are loc condensarea unei molecule de acetoacetil-CoA cu o molecul de acetil-CoA cu formare de hidroxi--metilglutarilCoA, catalizat de HMG-CoA sintetaza. Acesta este scindat n prezena hidroxi--metilglutaril-CoA liazei mitocondriale cu formare de acetoacetat.

H C CO CH 3 2 H MG_CoA lia za

H MG_CoA OH sinte za ta H C C CH CO SCoA 3 2 CO SCoA +H C CO SCoA 3 CH COOH 2

H C CO CH COOH + H C CO SCoA 3 2 3

Ambele enzime sunt localizate n mitocondriile hepatice, locul de formarea a corpilor cetonici. 33

Acetoacetatul format poate fi transformat n beta-hidroxibutirat n prezena beta-hidroxibutiratdehidrogenazei. Ficatul dispune de echipamentul enzimatic necesar sintezei corpilor cetonici, dar nu dispune de cel necesar n reactivarea lor pentru a putea fi metabolizai. Acest proces are loc n esuturile extrahepatice i se poate realiza pe dou ci. Una din ci presupune reacia acetoacetatului cu succinil-CoA n prezena succinil-CoA-acetoacetatCoA transferazei.

CH3 C O CH2 COOH+

COOH CH2 CH2 CO SCoA transferaza

CH 3 C O CH2 CO SCoA+

COOH CH2 CH2 COOH

Cea de-a doua cale activeaz acetoacetatul n prezen de ATP i CoA i acetoacetatkinaz.

CH 3 C O CH 2+

CH 3 ATP+ CoASH

tiokina za

C O CH 2

COOH

AMP +PP CO SCoA

n mod normal corpii cetonici sintetizai n ficat reprezint substrate uor metabolizabile pentru esuturile extrahepatice unde sunt scindai n acetil-CoA n prezena tiolazei i oxidai prin ciclul citric. Oxidarea corpilor cetonici n esuturile extrahepatice se face proprional cu concentraia lor n snge. Pn la o concentraie de 70mg% ei sunt oxidai, peste aceast valoare, capacitatea oxidativ a sistemului de degradare este depit, concentraia va crete i vor fi eliminai prin urin.

34

35