9

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

1.1.1. 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).

10

Általában páros szénatomszámú 4-30 szénatomot tartalmazó karbonsavak glicerinnel

képezett észterei (trigliceridek).

Az állati sejtekbıl nyert zsírok egyenes láncú telített karbonsavakat és 1-6 szén-szén

kettıs kötést tartalmazó telítetlen karbonsavakat tartalmaznak. (1.1. táblázat) Közülük

legelterjedtebb a palmitinsav (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-A-

ból (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-vivı-

protein) 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.

3

1

2

CH2 O C

O

R

CH

O

RCOCH2

OC

O

R

11

1.1. Táblázat. Gyakrabban elıforduló zsírsavak

Triviális név IUPAC név Szerkezet

Laurinsav Dodekánsav CH3 CH2 COOH

10 Mirisztinsav Tetradekánsav

CH3 CH2 COOH12

Palmitinsav Hexadekánsav

CH3 CH2 COOH14

Sztearinsav Oktadekánsav

CH3 CH2 COOH16

Arachinsav Ejkozánsav

18CH3 CH2 COOH

Behénsav Dokozánsav

20CH3 CH2 COOH

Olajsav (Z)-oktadec-9-énsav

C CCH2 CH27 7

COOHCH3

HH

Elaidinsav (E)-oktadec-9-énsav

CH2

7C C

H

HCH2CH3

7COOH

Linolsav (9Z,12Z)-oktadeka-

diénsav

Linolénsav (9Z,12Z,15Z)-

oktadeka-

triénsav CH2

HC C

CH2CH33

COOH7

H

Arachidonsav (5Z,8Z,11Z,14Z)-

ejkozatetraénsav

EPA (5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)

-ejkozapentaénsav

CH2C C

CH3 CH2

HC C

5

H

CH2 COOH

HH

7

CH2CH3CC

CH23

COOH5

H H

CH2CH2CH3 3CC

CH23

COOH4

H H

12

CH3 C S

O

CoAkarboxil-transzferáz CH2 C

O

S CoACOO

acetil-CoA malonil-CoA

transzaciláztranszaciláz

CoA-SH CH3 C S

O

ACP OOC CH2 C

O

S ACP

CoA-SH+

+

szintetáz-CO2

CH3 C

O

CH2 C

O

S ACP 3-ketobutiril-ACP

reduktáz

3-hidroxibutiril-ACP

dehidráz

C CH

CH3

C

H

S

O

ACP

CH2 CO

S ACPCH2CH3

(E)-but-2-énoil-ACP

reduktáz

butiroil-ACP

hexanoil-ACP

zsírsavak

biotin-COO

CH3 CH24

CO

S ACP

CHCH2 C

O

S ACPCH3

OH

1.1. Ábra.

Zsírsav bioszintézis egyszerősített vázlata

13

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:

CH3 CO

S CoA

OOC CH2 CO

S CoA

CH3 CO

S CoAOOC CH2 C

O

S CoA+ 7

COOCH2 14CH3 ++ 7 CO2 CoA8

acetil-CoAmalonil-CoA

A telített zsírsavakból a deszaturáz enzim összetett reakcióban telítetlen zsírsavat

képez (aerob mechanizmus):

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.

C CCH2 CH27 7

C

O

SCoACH3

HH

CH2 16+0,5 O2 CH3 C

O

S CoA

sztearoil-CoA oleil-CoA

14

Ugyanúgy nem tudunk linolsavból linolénsavat elıállítani. Ezeket az átalakításokat

csak növényi sejtek (kloroplaszt) és tengeri fitoplanktonok végzik.

COOH COOH COOH

olajsav [18:1 n-9] linolsav [18:2 n-6] linolénsav [18:3 n-3]

COOH COOH COOH

[18:2 n-9] [18:3 n-6] [18:4 n-3]

COOH COOH COOH

(8Z, 11Z)-ejkozadiénsav

[20:2 n-9] [20:3 n-6] [20:4 n-3]

(8Z, 11Z, 14Z, 17Z)-ejkozatetraénsav

COOH COOH COOH

COOH

DHA

(4Z, 7Z, 10Z, 13Z, 16Z,19Z)-dokozahexaénsav

[22:6 n-3]

EPA

[20:5 n-3]arachidonsav

[20:4 n-6]

(5Z, 8Z, 11Z)-ejkozatriénsav

[20:3 n-9]

dihomo-γ-linolénsav

1

18

9 9 9

9 9 9

12 12

6 6 6

15

1512 12

8 8 8

8 8 8

11 11 11

11 11

11

20

20 14 14

14 14

5 5 5

17

17

1.2.Ábra.

Telítetlen zsírsavak sorozatai

15

Szerencsére a linolsav elıfordul a növényi magvakban és a belılük készült olajokban

(szójaolaj, napraforgóolaj, stb.). A linolénsav fıleg növények levelében és egyes

magolajokban (saláták, lenolaj, stb.) található (1.2. táblázat).

Az n-6 sorozatnál a linolsav kettıs kötés beépüléssel és lánchosszabbítással 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 -

lenolaj - 6 3 19 24 47

olívaolaj - 7 2 84 5 -

pálmaolaj - 40 5 43 10 -

földimogyoró olaj(vaj) - 8 3 56 26 -

napraforgó olaj - 3 3 19 70 3

szezámfő olaj - 10 4 45 40 -

szójaolaj - 10 2 29 51 7

16

1.1.2. Viaszok

A viaszok gyümölcsök és levelek külsı részének védıhártyáját, madarak tollának

víztaszító bevonatát képezik, és egyes rovarok szekrétumait alkotják. Általában hosszú

szénláncú (C25—C35) 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.

CH3 CH2 C

O

O14 CH2 CH329

CH3 CH2 C

O

O30 CH2 CH333

1 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

1.2.1. Poláros lipidek (foszfolipidek)

A poláros lipidek vagy foszfolipidek a sejteket burkoló plazmamembrán és a

sejtekben található sejtszervecskék (organellumok) membránjait alkotják. Szerkezetük a

glicerin-monofoszfátból, ill. az ebbıl képezhetı foszfatidsavból vezethetı le. Mivel az L-3-

glicerin-monofoszfát azonos a D-1-glicerin monofoszfáttal, az IUPAC-IUB Biokémia

Nómenklatúra Bizottsága az alábbi úgynevezett sztereospecifikus számozást (stereospecific

numbering, sn) javasolta:

1

2

3CH2 OH

C

OHCH2

HHO

17

Ennek megfelelıen a glicerin 2-es számú szénatomjához kapcsolt hidroxilcsoport

mindig baloldalra kerül. Így a glicerin-monofoszfátra az alábbi két enantiomert kapjuk:

H2CC

H2COPO3H

OH

OH

H

sn-glicerin-3-monofoszfát (R-enantiomer)

CH2 OH

C

OH

OH

O

POCH2

HO HH2C

CH2C

OPO3H

OH

H

OH

(S-enantiomer) sn-glicerin-1-monofoszfát

CH2 O P

O

OH

OH

C

OHCH2

HO H

A foszfolipidek a 3-sn-foszfatidsavból vezethetık le. A szabad sav is elıfordul kis

mennyiségben a sejtmembránban és növényekben (pl. káposzta). Bioszintézise dihidroxi-

aceton-foszfátból indul, aminek redukciójával sn-glicerin-3-monofoszfát képzıdik. Az

utóbbit az acil-CoA észterezi.

R

C O

S CoA H

CoASHR C

O

S CoA

3-sn-foszfatidsav

(R)-foszfatidsav

CH2 O P

O

OH

OH

C

OHCH2

O

CH2 O P

O

OH

OH

C

OHCH2

HO H

CH2 O P

O

OH

OH

O

R

COCH2

HHO

CH2 O P

O

OH

OH

C

R

O

COCH2

HHO

CH2 O P

O

OH

OH

C

R

O

COCH2

O HC

O

R

1.2.1.1. 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-sn-

foszfatidsav kolinnal képezett észtere, ami az egyes pozícióban sztearoil- vagy palmitoil-

csoportot tartalmaz, és a kettes helyzetben sokszorosan telítetlen zsírsavval észterezett.

18

3-sn-foszfatidilkolin

1

2

CH2 O P

O

O

O CH2 CH2 N(CH3)3

C

R

O

COCH2

HOC

O

R

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.

1.2.1.2. Kefalinok

Alkoholban rosszul oldódó foszfolipidek. A sejtmembrán mintegy 10%-ban

tartalmazza. A foszfatidsav 2-aminoetanollal képezett észterei. Zsírsav részük hasonló a

lecitinekéhez.

3-sn-foszfatidil-aminoetanol

2

1

CH2 O P

O

O

O CH2 CH2 NH3

C

R

O

COCH2

HOC

O

R

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.

19

1

CH2 O P

O

O

O CH2 CH2 NH3

C

R

O

COCH2

HHOKefalinPLA2

lizolecitin

1.2.1.3. Szerin-foszfatidok

A foszfatidsav szerin nevő aminosavval képezett észtere.

3-sn-foszfatidil-szerin

1

2

CH2 O P

O

O

O

H

NH3

COOH

R

O

COCH2

HOC

O

R

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.

1.2.1.4. Inozit-foszfatidok

A foszfatidsav mioinozittal képezett észtere. Az emlısök sejtmembránjának mintegy

5%-át alkotja. Kisebb mennyiségben megtalálhatók a foszfatidilinozit-4-foszfát és a 4,5-

difoszfát is. Az utóbbiból a foszfolipáz C inozit-1,4,5-trifoszfátot (IP3) szabadít fel, ami

úgynevezett második hírvivı molekula a sejtekben.

4

5

3-sn-foszfatidil-inozit

1

2

CH2 O P

O

OH

O

OHOHOH OH

OHC

R

O

COCH2

HOC

O

R

20

1.2.1.5. 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.

kolin-plazmalogének

1

2

CH2 O P

O

O

O CH2 CH2 N(CH3)3

C

RCHCHOCH2

HOC

O

R

etanolamin-plazmalogének

1

2

CH2 O P

O

O

O CH2 CH2 NH3

C

RCHCHOCH2

HOC

O

R

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.

CH2 O P

O

O

O CH2 CH2 N(CH3)3

C

CH2OCH2

HOC

O

CH3

CH2 16CH3

PAF

1.2.2. 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.

21

HO

OH

NH2D-eritro-4-szfingenin

(2S, 3R)-4-szfingenin

A szfingomielin bioszintézise L-szerinbıl és palmitoil-CoA-ból az alábbi úton halad:

HOCO 2

NH3

CH3 [CH ]214

CO

S CoA+

szerin-palmitoiltranszferáz

-HCO 3 CoA-SH

3-oxoszfinganin

reduktáz

HO

NH2

OH

[CH ]212

CH3

(2S, 3R)-szfinganin

R-CO-SCoA , transzferáz

(2S, 3R)-dihidroceramid

deszaturáz

HO

OH

O

CHN

[CH ]212

CH3

[CH ]216

CH3

HO

O

NH2

CH3[CH ]212

22

CH212

CH3

OH

HO

HN

O

C CH216

CH3

ceramid

szfingomielin

glükozil-ceramid(cerebrozid)

glikozil-transzferáz

CH3 CH2 16

C CH

CH

N(CH3)3CH2CH2O

O

O

POCH2

C NH

O

H

OH

CH CH2 CH312

C CH

CH

OCH2

C NH

O

H

OH

CH

O

OH

OH

OHH2CHO

CH3 CH2 16

CH2 CH312

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

C

CH2

C

C

C

C

CH2

O

H OH

H

H

OH

OH

H

HO

HNCH3C

O

A szfingolipidek a membrán szerkezetének kialakításán túlmenıen, mint a sejt

felszínén lévı molekulák, részt vesznek a felismerési folyamatokban (receptorként

szolgálnak egyes anyagok részére).

23

1.2.3. Glikolipidek

A kloroplaszt membránjában találhatóak, foszfort nem tartalmazó, a cukorrészhez β-

acetil kötéssel kapcsolódó diacilgliceridek. A zsírsav rész linolsav és/vagy linolénsav.

3-sn-monogalaktozil-diacil-glicerin

C

OCH2

R C O

O

OH

OH

OHH2CHO

H

O CH2 O C

O

R1

2

1.2.4. 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.

1.2.4.1. 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.

24

arachidonsav: A-B = CH2-CH2

EPA: A-B = CH

CH

pro-S H

H

OO

C5H11

COOH

O OH

H

H1211

A B

COOH

H H

78 5

1511

10 C5H11

O

CO2H

11

12

14

79

5

LTA4OH

C5H11

OH

CO2H

S CH2 CH

NH

C

O

NH CH2

CO CH2 CH2

CO

OH

CH

NH2

COOHLTC4

C5H11

OH

CO2H

S CH2 CH C

O

NH CH2 CO

OHNH2

C5H11

OH

CO2H

S CH2 CH COOH

NH2

LTD4

LTE4

CO2H

C5H11

OHOHH

LTB4

H

O O

57

FeII FeIII57

OOH

5

6

6

1.3. Ábra.

Leukotriének bioszintézise

25

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.

26

A ciklooxigenáz acetilszalicilsavval (aszpirin) gátolható. Az aszpirin az enzim aktív

részén a szerin aminosav hidroximetil-csoportját acilezve azt dezaktiválja.

CH

CH

EPA: A-B =

arachidonsav: A-B = CH2-CH2

A B

COOH

HH

5

1311

Hpro-S

OO

9

H11

13 O

O

11

8

O

O

11

O O

PGG2 és PGG3

COOH

red.

COOH

PGF2αPGE2

OO

O

O

OH

HO

58O

O

OHO

BA

COOH

O

HO

C5H11

OH

átr.

C5H11

OH

13

13

15 15

15

9

9

9 9

11

1111

11

1.4.Ábra.

Prosztaglandinok bioszintézise

A prosztaglandinokban a ciklopentán győrő két oldalláncának helyzete (8-as és 12-es

helyzetek) transz. A lipid peroxidáció során kis mennyiségben cisz-izomerek is képzıdnek

27

(pl. 8-izo-PGF2α). Az izoprosztánok mennyisége a szervezet un. oxidatív terhelése során

megnı (idegrendszeri és keringési betegségek, daganatok).

A B

OH

prosztaciklin

O

O

O

O

A B

COOH

OH: A-B = CH2-CH2

: A-B = CH

CH

(PGI2)

PGI3

COOH

A B

OH

O

O

O

O

O

O

HOOC

O

HO

COOH

tromboxán

CH

CH

: A-B =

: A-B = CH2-CH2TXA2

TXA3

11

11

11

11

11

5

5

5

9

9

9

9

9

9

13

13

13 13

1515

15

1.5. Ábra.

A prosztaciklin és tromboxán bioszintézise

28

1.2.4.2. Terpének

Izoprén egységekbıl felépülı, nagyobbrészt növényekben található anyagok. A

növények eszenciális olajainak fı alkotórészei. Bioszintézisük (1.6.ábra) 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.

HO

OOH

OH

citronellol

( rózsaolaj alkotórésze )

geraniol

( geranum fajták olajában )

mentol

( mentaolaj fı alkotórésze )

kámfor

( kámforfában )

2. Szeszkviterpének (C15)

Három izoprén egységbıl felépülı vegyületek.

farnezol (rózsaolajban, akácia fajták olajában)

OH

29

CH3 C S

O

CoA2 CH3 C CH2

O

C

O

S CoACH3 C S

O

CoA

HMG-CoA szintetáz

CH3

HO CO2H

S

O

CoA

HMG-CoA reduktáz

CH3

HO CO2H

S

OH

CoA

CH3

HO CO2H

OH

OHO

CH3 O

izomeráz

acetil-CoA

tioláz

acetoacetil-CoA

( R )-mevalonsavHMG-CoA

( R )-mevalolakton mevalonsav-pirofoszfát

kináz

izopentenil-pirofoszfát dimetilallil-pirofoszfát

O PP

HO2CO

H3C O

PP

P

O PP

O PP

O PP

farnezil-pirofoszfát

O PP O

H

PP+

B

O PP

geranil-pirofoszfát

1.6. Ábra.

Terpének bioszintézise

30

CHO (+)-faranal(A fáraóhangya nyomjelzı feromonja)

OO

O

periplanon B(Az amerikai csótány csalogató anyaga)

3. Diterpének (C20)

Négy izoprén egységbıl felépülı vegyületek.

Az A-vitamin vagy retinol a színlátásban játszik fontos szerepet (1.7.ábra). 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.

farnezil-pirofoszfát

2 O P O

O

O

P

O

O

O

szkvalén

NADH

2 PP

31

CH2 OH1

11

1225

6

retinál

izomeráz

H2N

hνImin képzés ésrodopszin kialakulása

Rodopszin

jelzés a látóideg

felé

opszin

11-transz-retinál

retinol

11-cisz-retinál

opszinH2N

CHO11

12

H O

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.

32

β-karotin

OH

2 retinol

1.2.4.3. Szteránvázas vegyületek

A szteránvázas vegyületek elterjedtek a növény és állatvilágban. Alapvázuk az 1,2-

ciklopentano-perhidrofenantrén.

H

H

H

H

H

H1

2

34

56

7

89

10

11

12

13

14 15

1617

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.

33

O

szkvalén szkvalén-2,3-epoxid

enzimkatalizált

oxidáció

HO HO

H3O

1. 1,2-H vánd. C17 C20

HOH

H

8

9 1413 17

20 2. 1,2-H vánd. C13 C17

C14 C1333. 1,2-CH vánd.

C8 C1434. 1,2-CH vánd.

5. H vesztés C9-rıl

HO

25 lépésH

HO

H

H

H

lanoszterin koleszterin

1

3

56

7

8

9

10

11

12

13

1415

1617

18

19

202122

25

26

27

2

4

24

23

1.8. Ábra.

Koleszterin bioszintézise

34

COOH

HO

OH

OH

kólsav ( zsírok emulgeálásábanjátszik szerepet)

Androgének (férfi nemi hormonok):

H

O

H

H

HOH O

H

HO

H

H

H

tesztoszteron androszteron

Ösztrogének (nıi nemi hormonok):

C

CH3

O

H

O

H

H

H

HO

H

H

O

progeszteron ösztron

35

Glikokortikoid hormonok (szénhidrát metabolizmust szabályozzák, csökkentik a lázat és

befolyásolják a stresszes állapotokat):

C

CH2

O

H

O

H

H

OH

OHOC

CH2

O

H

O

H

H

OH

OHHO

kortizon kortizol

Minerálkortikoid hormon (a vérnyomást szabályozza a vese Na+, Cl- és HCO3- ionok

felvételének stimulálásával):

CH

H

O

H

H

O

OHCH2 OH

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.

36

H

HO

H1

25

hν

HO

[1,7]-szigmatróp átrend.

7-dehidrokoleszterin

1

2425

1. C-25 oxid. - májban

2. C-1 oxid. - vesében

1α,25-dihidroxikolekalciferolD -vitamin (kolekalciferol)3

HO

H

HO

OH

OH

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!

37

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-oxo-

vegyületté 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.

38

CH3 CH2 CH2 CH2 C

O

S CoA12

CH3 CH2 CH CH C

O

S CoAH

H

12

FAD

FADH2

palmitoil-CoA

(E)-hexadec-2-enoil-CoA

H2O

acil-CoA-dehidrogenáz

CH3 CH2 C CH2 C

O

S CoA

HHO

12

NAD

NADH + H

enoil-CoA hidratáz

β-hidroxi-acil-CoA-dehidrogenáz

CH3 CH2 C CH2 C

O

S CoA

O

12

C

O

S CoACH3CH3 CH2 CH2 CH2 C

O

S CoA10

CoA

+

β-oxoacil-CoA

acetil-CoA-aciltranszferáz tioláz

acil-CoA acetil-CoA

(S)-β-hidroxiacil-CoA

1.9. Ábra.

A palmitinsav oxidációja

39

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.

40

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.

25 nm liposzóma