Bài giảng Hóa sinh đại cương - Chương 7: Lipid

Chƣơng VII: LIPID 7.1. ĐẠI CƢƠNG VỀ LIPID 7.1.1. Khái niệm - Nhóm chất h/cơ rất đa dạng về mặt hóa học - Không tan trong nước, chỉ tan trong các d/môi h/cơ không phân cực (ether, clorophorm và acetone). 7. 1.2. Chức năng sinh học - Thành phần cấu trúc của màng sinh học - Dạng dự trữ năng lượng - Tín hiệu hoá học, vitamin hay các sắc tố - Bảo vệ và chống mất nước - Dung môi hòa tan các vitamin: A, D, E, K và Q - Nguồn cung cấp nước nội sinh 7.1.3. Phân loại • Lipid đơn giản: ester của AB và alcol (dầu, mỡ, sáp) Các tiền chất và dẫn xuất của lipid: các AB, alcol, các chất steroid, các vitamin và hormone tan trong lipid • Lipid phức tạp: là những ester, ngoài AB và alcol còn có các nhóm chức khác Dựa vào th/phần cấu tạo: Theo chức năng: • Lipid dự trữ (trung tính) • Lipid màng (phân cực) 7.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT 7.2.1. Acid béo và alcol - Acid béo bão hoà (no) Khung carbon Tên gọi Công thức hóa học 12:0 Laurate CH3(CH2)10COO - 14:0 Myristate CH3(CH2)12COO - 16:0 Palmitate CH3(CH2)14COO - 18:0 Stearate CH3(CH2)16COO - 20:0 Arachidate CH3(CH2)18COO - 22:0 Behenate CH3(CH2)20COO - 24:0 Lignocerate CH3(CH2)22COO - 26:0 Cerotate CH3(CH2)24COO - Khung carbon Tên gọi Công thức hóa học 16:1 (9) Palmitoleate CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COO- 18:1(9) Oleate CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO- 18:2 (9, 12) Linoleate CH3(CH2)4(CH=CH-CH2)2(CH2)6COO- 18:3 (9, 12, 15) Linolenate CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COO- 20:4 (5, 8, 11, 14) Arachidonate CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COO- - Acid béo không bão hoà (không no) CH3(CH2)12CH=CHCH(OH)-CH(NH2)-CH2-OH Sphingosine CH3(CH2)13CH(OH)-CH(OH)-CH(NH2)-CH2-OH Cerebrine Cholesterol - Alcol 7.2.2. Lipid đơn giản a. Triacylglycerol: trung tính, không phân cực b. Sáp • Ester của AB cao phân tử (14C-36C) với alcol cao phân tử (16C-30C). • Kỵ nước • Chủ yếu có chức năng bảo vệ c. Các hợp chất steroid • Cholesterol • Các dẫn xuất của cholesterol (acid mật, muối mật, vitamin D, hormone steroid). 7.2. 3. Các lipid phức tạp • Ngoài alcol (glycerol hay sphingosine) và AB còn có các nhóm chức khác (phosphate, choline, serine, .) tạo đầu phân cực • Lipid kết hợp với carbohydrate tạo glycolipid, với protein thành lipoprotein là dạng VC lipid trong máu a. Cấu tạo của các lipid phức tạp Nhóm gắn thêm Glycerophospholipid: alcol là glycerol Tên phospholipid X.OH (nhóm gắn thêm) Phosphatidic acid (PA) Nước Phosphatidylcholine (PC) choline Phosphatidylserine (PS) Serine Phosphatidylglycerol (PG) Glycerol Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PI) Inositol-4,5-bisphosphate Cardiolipin (DPG)) Phosphatidylglycerol Một số glycerophospholipid (phospholipid) Tên phospholipid X-OH X Sphingolipid: alcol là sphingosine Acid béo Một số loại sphigolipid: Tên của sphingolipid XOH (nhóm đầu phân cực) Ceramide Nước Sphingomyelin Phosphocholine Glucosylcerebroside (1 glycolipid) Glucose Lactosylceramide (1 globoside) Di, tri, hay tetrasaccharide Ganglioside GM2 Oligosaccharide phức tạp Tên sphingolipid X-OH X Glycolipid • là lipid ph/tạp, trong đó glycerol l/kết với đường và 2 gốc AB • Có nhiều trong lá xanh. Lục lạp chứa nhiều galactolipid và sulfolipid. Trong galactolipid, 1 hoặc 2 gốc galactose nối bằng l/kết glycoside với C-3 của 1,2-DAG b. Tính chất của lipid phức tạp • lưỡng tính : có phần “đầu” phân cực, mang điện âm (từ gốc phosphate, sulfonate) hoặc dương (từ nhóm amin) và phần “đuôi” hydrocarbon dài không phân cực, kỵ nước. • Sự ph/bố ở m/trường nước, tuỳ thuộc vào n/độ của chúng: “đầu” phân cực hướng về phía nước; “đuôi” hydrocarbon dài kỵ nước hướng lên phía kh/khí nếu là màng đơn phân tử trên mặt dung dịch (a), hoặc hướng vào bên trong hạt micelle, nơi không có nước (b), hoặc “đuôi” hydrocarbon của hai lá cùng hướng vào nhau, đầu phân cực quay ra ngoài, nếu là màng hai lớp (c) a b c 7.3. SỰ PHÂN GIẢI LIPID 7.3. 1. Sự phân giải triacylglycerol - Ở đ/vật, TAG của TA được th/phân ở ruột non khi đã được các acid mật nhũ hoá và lipase được h/hoá. Lipase ở microsome của TB mỡ ph/giải mỡ d/trữ khi cần h/động để kh/thác NL - Ở th/vật, khi hạt nảy mầm, dầu được ph/giải bới các lipase với sự th/gia của nước. Sự luân chuyển triacylglycerol ở động vật a. Sự chuyển hóa glycerol - Sự ch/hoá glycerol tuỳ thuộc vào glycerol kinase. Mô mỡ không có enzyme này, nên glycerol được đưa đến các m/bào khác để ph/giải. - Là SP dễ ch/hoá, được chuyển thành GAP, có thể đi vào q/trình đường phân để kh/thác NL. - Cũng là ng/liệu để t/hợp fructose và glucose. b. Sự phân giải acid béo - Phần lớn AB được ph/giải bằng cách tách dần 2C từ đầu carboxyl, theo c/chế β-OXH, tạo acetyl-CoA khi l/kết Cα-Cβ bị phá vỡ. - Ở đ/vật, acetyl-CoA tạo ra có thể được OXH trong ch/trình citric acid để kh/thác NL. Ở các hạt nảy mầm, acety-CoA là ng/liệu tạo đường và các SP khác. Quá trình  - oxy hoá acid béo: • Ở đ/vật, -OXH diễn ra chủ yếu trong chất nền ty thể, ngoài ra còn ở peroxisome. • Trước khi bị OXH, các AB được h/hoá hành acyl.CoA và VC vào chất nền PPi 2Pi Pyrophosphatase Hoạt hóa AB: xảy ra ngoài chất nền Vận chuyển acyl.CoA vào chất nền TLT: - Acyl.CoA qua được màng ngoài, không qua được màng trong - Acyl được chuyển cho carnitine, tạo acylcarnitine, qua được màng trong và được chuyển cho CoASH trong chất nền Các phản ứng trong chất nền: 8 vòng β - OXH β- OXH acid stearic OXH các AB không no • Các AB không no được β-OXH gần giống như các AB bão hoà • Có 2 vấn đề: 1) l/kết đôi trong AB không no tự nhiên ở dạng cis, còn trong chất ch/hoá trung gian của AB bão hoà thuộc dạng trans, 2) các l/kết đôi của hầu hết các ph/tử AB không no thường thấy ở những vị trí mà sau khi phân cắt dần những mẩu 2C kể từ đầu carboxyl sẽ tạo ra những enoyl.CoA có l/kết đôi ∆3, không phải là ∆2 như trong các h/chất ch/hoá tr/gian của các AB bão hoà. Vòng Krebs Ôxy hoá các acid béo lẻ carbon: Methyl- malonyl-CoA epimerase - Cũng được -oxy hoá tương tự, tạo ra acetyl-CoA và 1 gốc propionyl-CoA (3C). - Qua 3 phản ứng, propionyl-CoA chuyển thành succinyl-CoA - Ở đ/vật, AB được OXH chủ yếu trong ty thể; cũng xảy ra trong peroxisome, theo cách tương tự, nhưng không giống hệt như trong ty thể. - Ở th/vật, bào quan chính OXH AB là peroxisome (mô lá) và glyoxysome (của hạt nảy mầm). Glyoxysome được coi là peroxisome chuyên biệt. V/trò s/học của q/trình OXH ở đây là s/dụng lipid dự trữ, chủ yếu để c/cấp tiền chất cho STH chứ không phải NL. Acetyl-CoA tạo ra được ch/hoá trong ch/trình glyoxylate thành cơ chất 4C cho q/trình tạo đường TAG là nguồn cơ chất tạo glucose 7.3.2. Phân giải các lipid phức tạp Nhiều phospholipase ở các t/chức th/gia th/phân các l/kết của phospholipid, mỗi enzyme có tính đặc hiệu riêng 7.4. TỔNG HỢP LIPID 7.4.1. Tổng hợp triacylglycerol (cần: glycerol-3-phosphate và acyl.CoA) a. Tổng hợp glycerol-3-phosphate Hai cách: - Phosphoryl hoá glycerol tự do - Khử DHAP của đường phân b. Tổng hợp acid béo • Tổng hợp AB bão hòa: - Nơi thực hiện: lục lạp và tế bào chất (ở th/vật); tế bào chất ở tế bào mô mỡ, ruột và gan (đ/vật). - Nguyên liệu: là acetyl-CoA (chỉ ph/tử đầu tiên là nguyên dạng; ph/tử thứ 2 trở dưới dạng malonyl-CoA). Sự carboxyl hoá acetyl-CoA thành malonyl-CoA cần ATP và enzyme acetyl-CoA carboxylase (có biotin). - Enzyme: có 2 dạng tổ hợp synthase tổng hợp AB Ở th/vật, vi khuẩn và đ/vật bậc thấp, tổ hợp synthase t/h acid béo có những enzyme riêng biệt, khác nhau, các (SPTG) gắn với protein mang acyl (acyl – carrier – protein : ACP). Ở đ/vật có vú và chim, synthase ở dạng ph/hợp đa enzyme, có h/tính nhiều enzyme (multienzyme polypeptide complex), ACP là th/phần của tổ hợp. ACP có 4‟-phosphopantetheine (là d/x của pantothenic acid, 1 loại VTM), là nơi gắn các acyl tr/gian (như CoASH trong OXH AB). Phức hợp đa enzyme tổng hợp acid béo Tổ hợp synthase của AB là 1 dimer (có 2 đơn vị hđ). Ở đ/vật, 2 đ/vị giống hệt nhau, mỗi đ/vị có 1 polypeptide lớn chứa 7 hoạt tính enzyme và ACP với nhóm SH của 4‟-phosphopantetheine. Cận kề với mỗi đ/vị là nhóm SH - cysteine thuộc 3-ketoacyl synthase (enzyme ngưng tụ) ở đ/vị kia; hai đ/vị s/xếp theo kiểu „„đầu-đuôi‟‟. - Acetyl-CoA mở đầu gắn với SH của cysteine, enzyme xt là acetyl transacylase (p.ứ.1a). - Malonyl-CoA gắn với SH của 4'-phosphopantetheine ở đ/vị thứ hai, do malonyl transacylase x/tác (p.ứ.1b), tạo thành acetyl (acyl)-malonyl-enzyme. - Acetyl ngưng tụ với methylene của gốc malonyl, β-ketoacyl synthase xt, CO2 được gi/phóng, hình thành β-ketoacyl-enzyme (acetoacetyl-enzyme) (ph/ứng 2), nhóm SH của cysteine được tự do. - β-ketoacyl được khử lần 1, loại nước và khử lần 2 (p.ứ. 3, 4 và 5) tạo ra acyl vẫn gắn với enzyme. - Sau khi gốc acyl bão hoà chuyển lên nhóm SH tự do của Cys, 1 malonyl- CoA mới gắn với SH của 4'-phosphopantetheine (ACP). - Chuỗi pứ như vậy lặp lại 6 lần, đến khi t/hợp được acyl bão hoà 16C (palmitoyl) - Palmitate g/p nhờ enzyme thứ 7 (thioesterase hay deacylase) trong tổ hợp. Palmitate g/phóng ra được h/hoá trước khi được ch/hoá tiếp (ester hoá thành acylglycerol, kéo dài, tách H trở thành không no, hay ester hoá thành cholesteryl ester). Tuyến sữa có các thioesterase đặc hiệu cho từng acyl C8, C10, hay C12 (nhữngAB thường có trong mỡ sữa). Tổ hợp có 2 TTHĐ, h/đ đ/lập và t/hợp ra 2 palmitate. Ph/trình t/quát t/hợp palmitate từ acetyl.CoA và malonyl.CoA: Acetyl-CoA + 7Malonyl-CoA + 14NADPH + 14H+ → Palmitate + 7CO2 + 6H2O + 8CoASH + 14NADP + Khi chất mở đầu là propionyl.CoA, AB tổng hợp ra sẽ lẻ C, có thể xảy ra ở th/vật, ở đ/v nhai lại (vì lên men dạ cỏ tạ ra propionate, có 3C). Sự kéo dài acid béo trong lƣới nội chất (ER): Ở s/vật 70-80% các AB ban đầu được t/hợp dưới dạng palmitate (16C). Tuỳ nhu cầu của TB, palmitate 16C được kéo dài thành các acid có chuỗi C dài hơn. Microsome s/d malonyl.CoA (c/cấp 2C), NADPH (chất khử) và enzyme elongase để kéo dài các acyl.CoA b/hoà (từ C10 trở lên). Sự kéo dài stearoyl.CoA thành C22 và C24 xảy ra mạnh ở não khi cần t/hợp sphingolipid tạo vỏ myelin của TB thần kinh. • Tổng hợp các acid béo không no: Palmitoleate và oleate (1 liên kết đôi) được t/ hợp nhờ h/thống ∆9 desaturase. - Gan là nơi chính tổng hợp các AB một nối đôi từ AB bão hòa. - Nối đôi đầu tiên đưa vào luôn ở vị trí Δ9. Δ9– desaturase của lưới nội chất (ph/ứng OXH ch/năng hỗn hợp) chuyển palmitoyl.CoA (stearoyl.CoA) thành palmitoleoyl.CoA (oleoyl.CoA). - Cần O2 và NADH (NADPH). Đ/vật, vì không t/hợp được linoleic acid (ω6) và linolenic aicd (ω3), do thiếu enzyme, các acid này phải được c/cấp từ TA, để có thể t/hợp các AB họ ω6 và ω3. Linoleate có thể được chuyển thành arachidonate. Tổng hợp các acid béo không no họ ω9, ω6 và ω3 Mỗi bước được h/thống enzyme kéo dài chuỗi của vi thể (microsome) hay hệ thống desaturase xúc tác. 1: elongase; 2: ∆6 desaturase; 3: ∆5 desaturase; 4: ∆4 desaturase; : ức chế. Oxy hóa AB Tổng hợp AB Sản phẩm là acetyl.CoA Tiền chất là acetyl.CoA Không có malonyl.CoA Có malonyl.CoA Không cần biotin Biotin cho p/ứng carboxyl hóa Cần FAD, NAD+ Cần NADPH Sản sinh ATP Tiêu tốn ATP Mở đầu ở đầu có COOH Mở đầu ở đầu CH3-CH2- Xảy ra ở ty thể, các enzyme không liên hợp có trật tự Xảy ra ở cytosol, tổ hợp đa enzyme SPTG gắn với CoA SPTG gắn với ACP Beta OXH và t/hợp AB không phải là sự triển khai thuận nghịch của một quá trình c. Tổng hợp triacylglycerol