08 chuyển hóa lipid và lipoprotein

08 chuyển hóa lipid và lipoprotein

A. sinh tổng hợp Lipid

1.Tổng hợp Acid béo

2.Tổng hợp lipid

3. Tổng hợp Cholesterol

4. Tổng hợp Acid mật

5. Vận chuyển qua phức hợp Lipoprotein

1. Tổng hợp Acid Béo

• Tổng hợp và thoái hoá acid béo theo 2 con đường và 2 cách khác nhau

Nguồn Acetyl-CoA trong bào tương

• Thoái hoá Amino acid tạo acetyl-CoA bào tương

• Oxy hoá acid béo tạo acetyl-CoA ty thể

• Pyruvate bào tương, sản phẩm của thoái hoá Glucid chuyển thành acetyl-CoA trong ty

thể

• Chuỗi phản ứng Citrate-malate-pyruvate cung cấp acetate bào tương và giảm tổng hợp acid béo

Hoạt hoá bởi Malonyl-CoA

Nhóm Acetate được hoạt hoá để đi vào con đường tổng hợp acid béo nhờ Malonyl-CoA

• acid béo được tổng hợp từ những mẩu 2-Carbon: acetyl-CoA

• Acetate được hoạt hoá bằng cách chuyển sang malonyl-CoA

• Khử carboxyl của malonyl-CoA và sử dụng năng lượng của NADPH

• Chuỗi carbon kéo dài đến 16C

• Một số enzyme xúc tác cho chuỗi C có liên kết đôi và kéo dài thêm chuỗi C

Acetyl-CoA Carboxylase

"ACC enzyme" chuyển acetate thành acid béo

• Carboxyl hoá acetyl-CoA để tạo thành dạng malonyl-CoA không đảo ngược được. Bước chuyển quan trọng trong tổng hợp acid béo

• ACC sử dụng bicarbonate and ATP (và biotin)

• Enzyme động vật là một polypeptide có 3 chức năng - mang biotin carboxyl, biotin carboxylase và transcarboxylase

• ACC được kiểm soát chặt chẽ

• Sản phẩm Palmitoyl-CoA thiên về monomers

• Phosphoryl hoá điều chỉnh hoạt hoá citrate và sự ức chế palmitoyl-CoA

Ảnh hưởng của sự phosphoryl hoá

• Enzym không phosphoryl hoá có ái lực thấp với citrate và được hoạt hoá với nồng độ citrate

thấp

• Enzym không phosphoryl hoá có ái lực cao với palm-CoA và cần nồng độ cao palm-CoA ức chế

• Enzym Phosphoryl hoá có ái lực cao với citrate và cần nống độ cao citrate để hoạt hoá

• Enzym Phosphoryl hoá có ái lực thấp với palmCoA và bị ức chế ở nồng độ thấp palm-CoA

Tổng hợp acid béo

Tổng hợp acid béo nhờ một phức hợp enzym - multienzyme

• Dimer của 250 kD polypeptides đa chức năng

• Vai trò của vị trí hoạt đông serin trên AT & MT

• Cơ chế xúc tác và vai trò của ACP

• Bước 3-6 được nhăc lại để kéo dài chuỗi

Sự khác nhau (Tổng hợp và thoái hoá)

• Sự tổng hợp gián tiếp thông qua liên kết với nhóm -SH của acyl carrier proteins (so với -SH của CoA)

• Tổng hợp tại cytosol; thoái hoá tại ty thể

• Enzymes tổng hợp là một polypeptide

• Sinh tổng hợp cần NADPH/NADP+; thoái hoá cần NADH/NAD+

Protein mang Acyl

Là chất vận chuyển trung gian trong quá trình tổng hợp acid béo-ACP

• Phát hiện bởi P. Roy Vagelos – là 1protein 77aa tìm thấy ở E.coli – có 1 phosphopantetheine

• Là một phân tử CoA lớn

• Hình so sánh ACP và CoA

Kéo dài chuỗi acid béo

• Quá trình kéo dài acid béo xảy ra trong ty thể và ER

• Eukaryotes thêm liên kêt đôi vào giữa chuỗi C và cần O2

• acid béo nhiều liên kết đôi có trong thực vật hơn là ở động vật

Kéo dài acid béo chưa bão hòa:

Điều hoà tổng hợp acid béo

• Malonyl-CoA bất hoạt carnitine acyltransferase và vì vậy ức chế beta-oxi hoá

• Citrate hoạt hoá acetyl-CoA carboxylase

• Acyl-CoAs ưc chế acetyl-CoA carboxylase

• Hormones điều hòa ACC

• Glucagon hoạt hoá lipases/ức chế ACC

• Insulin ức chế lipases/hoạt hoá ACC

2. Sinh tổng hợp Lipid

Con đường tổng hợp phụ thuộc loài

• Sphingolipids và triacylglycerols chỉ được tổng hợp ở eukaryotes

• Không tổng hợp Phosphatidyl cholin, Phosphatidyl inositol, sphingolipids, cholesterol ở E.coli

• Một số loài vi khuẩn sản xuất phosphatidyl cholin

Tổng hợp Triacylglycerol:

Tổng hợp Glycerolipid:

• Phosphatidic acid là chất tiền thân để tổng hợp các loại glycerolipids trong tế bào có nhân

• Phosphatidic acid được tạo thành từ DAG và CDP-DAG

• Vai trò của CDP-choline và CDPethanolamine trong tổng hợp PC và PE ở hình sau

• Sự trao đổi ethanolamine cho serine (*)

Tổng hợp phosphatidic acid:

Tổng hợp phosphatidyl ethanolamin, tổng hợp phosphatidyl choline:

3. Tổng hợp Cholesterol:

• Tổng hợp Cholesterol bắt đầu bằng phản ứng tổng hợp mevalonate từ acetylCoA trong bào tương

• Bước 1: Phản ứng thiolase

• Bước 2: tạo HMG-CoA

• Bứơc 3: HMG-CoA reductase

• HMG-CoA reductase biến 6 đơn vị isopren thành squalen

ức chế tổng hợp Cholesterol

Merck và câu chuyện Lovastatin

• HMG-CoA reductase có vai trò quan trọng trong tổng hợp cholesterol

• Lovastatin (mevinolin) khoá HMG-CoA reductase và tổng hợp cholesterol

• Lovastatin là 1 lactone

• Trong cơ thể, lactone bị thuỷ phân thành mevinolinic acid, 1 chất cạnh tranh, ức chế Enzym reductase

4. Lipid vận chuyển & Lipoproteins

Lipoproteins là các chất mang lipids của cơ thể

• Lipoprotein – là một cụm lipids, thường ở dạng màng monolayer, kết hợp với apolipoprotein

• HDL, VLDL tạo thành ở ER của tế bào gan

• Dạng Chylomicrons ở ruột non

• LDL Không tạo thành trực tiếp mà từ VLDL

Chức năng của Lipoproteins

• Chylomicrons chủ yếu mang triglycerides

• LDLs chất mang ester

• Tương quan lượng HDL và LDL ảnh hưởng đến cholesterol và sự hình thành mảng cholesterol và cholesterol vữa xơ động mạch

• Tỷ lệ cholesterol/HDL rất quan trọng: nếu lớn hơn 4.5 là yếy tố nguy cơ cho bệnh tim mạch

Giá trị của HDL, LDL (mg/dl)

• Cholesterol: Nữ 157-167, nam 150-174

• HDL: nữ 52-55, nam 45

• LDL: Nữ 100-106, nam 97-116

• Tuy nhiên tuỳ theo tuổi, lượng cholesterol toàn phần tăng và HDLs có thể giảm, Vì vậy thể dục và ăn kiêng là cần thiết.

• Tập thể dục thường xuyên làm tằng HDLs và chế độ ăn giảm béo tránh thịt đỏ làm giảm cholesterol huyết thanh

Lipoproteins trong tuần hoàn

Thoái hoá nhờ lipases

• Lipoprotein lipases thuỷ phân triglycerides từ lipoproteins, tạo lipoprotein nhỏ hơn và tăng tỷ trọng của nó trong mao mạch của cơ và tế bào mỡ

• Vì vậy chylomicrons và VLDL biến đổi dần thành IDL và sau đó là LDL, các chất này quay lại gan để lại được gửi tới tổ chức mỡ và tuyến thượng thận

LDL Receptor:

• Là 1 phưc hợp protein màng

• LDL gắn đoạn có N-tận

• N-nối với đoạn oligosaccharide

• Bất hoạt hay không có LDL receptors dẫn đến hypercholesterolemia: Hội chứng tăng Cholesterol máu có tính gia đình

5. Tổng hợp Bile Acids

Dạng acid Carboxylic của cholesterol

• Quan trọng cho tiêu hoá thức ăn đặc biệt dung dịch hoá chất béo

• Được tổng hợp từ cholesterol

• Cholic acid kết hợp với taurine và glycine để tạo taurocholic và glycocholic acids

• Oxy hoá cholesterol

B. THOÁI HOÁ LIPID

1. Huy động chất béo từ thức ăn và tổ chức mỡ

2. Beta-Oxi hoá Acid béo

3. acid béo có số Carbon lẻ

4. acid béo chưa bão hoà

5. Một số điểm chú ý sự oxy hoá acid béo

6. Thể Ketone

Acid béo (Dự trữ năng lượng)

• 2 lý do:

– Carbon trong acid béo hầu hết là (-CH2) bị oxi hoá tạo năng lượng.

– Acid béo không hydrate hoá như là mono và poly saccharides nên dễ tập trung trong tổ chức mỡ

Chất béo từ thức ăn và tế bào tổ chức mỡ

Triacylglycerols

• Triglycerides là thành phần quan trong trong thức ăn cung cấp năng lượng

• Triglycerides là dạng chủ yếu dự trũ năng lượng trong cơ thể

• Hormones (glucagon, epinephrine, ACTH) khởi động sự giải phóng acid béo từ tổ chức mỡ

Glycerol

• Glycerol tiếp tục thoái hoá cung cấp 5% năng lượng

• Tại Gan và tổ chức khác: Glycerokinase khử H tạo GDA (glycerodioxyaceton)

• GDA tiếp tục thoái hoá theo con đường Embden meyerhoff hoặc tạo glycogen

Beta Oxy hoá Acid béo

Acid béo được thoái hoá bằng cách loại bỏ từng đơn vị 2-C

• Albert Lehninger chứng minh rằng quá trình này xảy ra trong ty thể

• F. Lynen và E. Reichart : những đơn vị 2-C giải phóng ra là acetyl-CoA, không phải dưới dạng tự do acetate

• Quá trình bắt đầu với sự oxy hoá của carbon ở vị trí "beta“ được gọi là quá trình "beta-oxy hoá "

CoA hoạt hoá acid béo trong quá trình oxy hoá

Acyl-CoA synthetase gắn acid béo với CoA, nhờ thủy phân ATP thành AMP và PPi

• Sự hình thành Acyl-CoA cần sử dụng năng lượng

• Phản ứng cần thuỷ phân 2 phân tử ATP

• Tuy nhiên sản phẩm của phản ứng thuỷ phân là PPi thúc đẩy phản ứng mạnh hơn

• Chú ý: acyl-adenylate là chất trung gian trong cơ chế.

Chất vận chuyển: Carnitine

Carnitine vận chuyển acid béo qua màng trong ty thể

• acid béo chuỗi ngắn được vận chuyển trực tiếp vào trong ty thể

• acid béo chuỗi dài không thể vận chuyển trực tiếp vào ty thể

• acid béo chuối dài được vận chuyển vào trong ty thể nhờ tạo thành acyl carnitines và sau đó vận chuyển trong tế bào.

• Acyl-CoA esters được hình thành ở trong màng trong ty thể

Hoạt hoá acid béo bằng cơ chế khác

Xảy ra trong ty thể, tần xuất thấp

Enzym: AcylCoA sử dung GTP,

Chỉ hoạt hoá acid béo nội sinh trong ty thể

beta-Oxy hoá acid béo

Chuỗi 4 phản ứng được lặp lại :

• Tạo một nhóm carbonyl ở beta-C

• 3 phản ứng đầu xảy ra ở C-b, phản ứng thứ 4 tách "beta-keto ester" trong phản ứng ngưng tụ

• Sản phẩm: một acetyl-CoA và một acid béo có chuỗi carbons ngắn đi 2 C

• 3 phản ứng đầu là cốt yếu và kinh điển – chúng ta có thể gặp lại ở một số con đuờng chuyển hoá khác

Acyl-CoA Dehydrogenase

Oxy hoá liên kết C α - C beta

• Gồm 3 enzyme trong khoang ty thể

• Cơ chế: loại proton nhờ FAD và hình thành dạng liên kết đôi

• Điện tử đi qua nhờ flavoprotein vận chuyểnếnau đó vào chuỗi vận chuyển điện tử

• Enzyme bị ức chế bởi sản phẩm chuyển hoá

Hydroxyacyl-CoA Dehydrogenase

Oxy hoá beta-Hydroxyl Group

• enzyme này hoàn toàn đặc hiệu cho L-hydroxyacyl-CoA

• D-hydroxylacyl-isomers có hoạt động khác

Phản ứng thứ tư: thiolase

aka beta-ketothiolase

• Cysteine thiolate trên enzyme gắn vào nhóm beta-carbonyl

• Nhóm Thiol của một CoA mới gắn vào chuỗi hình thành một chuỗi acyl-CoA ngắn hơn

• Hình thành một thioester mới

Tóm tắt chuỗi beta-Oxy hoá

• Chuỗi phản ứng nhắc lại theo chu kỳ cho kết quả là tạo ra các đơn vị acetate

• Vì vậy, acid palmitic tạo 8 acetyl-CoA

beta-oxy hoá hoàn toàn chuỗi một acid palmitic tạo 106 phân tử ATP

Palmetic-CoA + 7CoA + 7O2 + 35Pi + 35 ADP => 8 Acetyl CoA + 35 ATP + 42 H2O

[5 (n-1) + 12n ] -2 = 17n -7

AB có chuỗi Carbon lẻ

beta-Oxy hoá tạo propionyl-CoA

• acid béo có chuỗi carbon lẻ được chuyển hoá bình thường cho đến đoạn 3 C cuối cùng - propionyl-CoA

• 3 phản ứng tiếp theo chuyển propionyl-CoA thành succinyl-CoA

• Chú ý sự tham gia của biotin và B12

• Chú ý tính toán lực xúc tác của phản ứng epimerase

• Chú ý con đường oxy hoá của succinyl-CoA

AB chưa bão hoà

AB chưa bào hoà có 1 liên kết đôi:

• Oleic acid, palmitoleic acid

• Bình thường quá trình beta-oxy hoá cho 3 chu kỳ

• cis- delta 3 acyl-CoA không được chuyển hoá dưới tác dụng của by acyl-CoA dehydrogenase

• Enoyl-CoA isomerase chuyển sang dạng trans- delta 2 acyl CoA

* beta-oxy hoá tiếp tục từ điểm này

AB chưa bão hoà

Tương đối phức tạp

• Giống như oleic acid, nhưng chỉ khác tại điểm:

– 3 chu kỳ beta-oxy hoá

– enoyl-CoA isomerase

– 1 vòng thêm vào chuỗi beta-oxidation

– Cấu trúc trans- delta 2, cis- delat 4 là vấn đề

• Enzym 2,4-Dienoyl-CoA reductase

AB mạch nhánh

• Mạch nhánh của acid béo có chuỗi C lẻ khó xảy ra quá trình beta-oxy hoá

• α -oxy hoá có thể xảy ra

• Phytanic acid α -oxidase loại C bằng cách oxy hoá ở vị trí α

* beta-oxy hoá xảy ra khi đi qua mạch nhánh

Thể Ketone

Nguồn năng lượng đặc biệt cho một số tổ chức

• Một số acetyl-CoA, sản phẩm thoái hoá của acid béo, trong ty thể tế bào gan có khả năng chuyển hoá tiếp thành acetone, acetoacetate và beta-hydroxybutyrate

• Những sản phẩm này gọi là: “ thể ketone"

• Nguồn năng lượng cho não, tim, cơ

• Là nguồn năng lượng chủ yếu cho não khi đói

• Các sản phẩm có thể dùng để tái tồng hợp acid béo

• Các phản ứng :

Những điểm đáng chú ý trong quá trình tổng hợp

• Chỉ xảy ra trong ty thể

• Bước 1: enzym thiolase xúc tác

• Phản ứng 2: tạo HMG-CoA

• Những phản ứng này tương tự 2 phản ứng đầu tiên của quá trình tổng hợp cholesterol

• Bước 3: HMG-CoA bị phân cắt – tương tự phản ứng tổng hợp citrate.

• Aceton được tạo ra nhiều hơn

Thể Ketone và Diabetes

'tế bào đói giữa nơi nhiều dinh dưỡng"

• Glucose is có nhiều trong máu, nhưng được hấp thụ bởi tế bào cơ, gan và tổ chức mỡ rất thấp

• Các tế bào, bị đói về mặt chuyển hoá chuyển sang dị hoá glucose, mỡ và protein

• Trong đái tháo đường type I, do quá ngưỡng phân huỷ glycogen vì vậy Acetyl-CoA từ thoái hoá mỡ và protein không vào TCA, nên tạo thể ketone

• Acetone có thể phát hiện trong hơi thở của bệnh nhân đái tháo đường type I