Loeng 9 Lipiidid

LIPIIDIDE KLASSIFIKATSIOON Rasvhapped Triatsüülglütseroolid Glütserofosfolipiidid Sfingolipiidid Steroidid Teised lipiidid LIPIIDSED KAKSIKKIHID Kaksikkihi tekkimine ja säilitamine Lipiidide liikuvus Membraanivalgud Membraanitransport

Mis on lipiidid? Lipiidide struktuur: Lipiidide funktsioon: -on bioloogilise päritoluga ained, mis on lahustuvad orgaanilistes solventides: kloroformis, eetris, metanoolis -on vees raskestilahustuvad -ei ole polümeersed, ent moodustavad agregaate -on varieeruva struktuuriga mittehomogeenne klass molekule Lipiidide funktsioon: Membraanid- fosfolipiidid, steroidid Energia depoo- rasvad, õlid Signaali ülekanne- intratsellulaarsed messengerid Hormoonid Kofaktorid ensümaatilistes reaktsioonides Pigmendid

LIPIIDID Rasvhapped Steroidid Lipiidsed Terpeenid vitamiinid (polüprenoidsed ühendid) Eikosanoidid Triatsüül- Vahad Sfingolipiidid glütseroolid Glütserofosfo- Tseramiidid lipiidid Eeterfosfo- Sfingomüeliinid Tserebrosiidid Gangliosiidid PAF Plasmalogeenid (glükosfingolipiidid) Fosfatidaadid Fosfatidüül- Fosfatidüül- Fosfatidüül- Fosfatidüül- etanoolamiinid seriinid koliinid inositoolid (fosfolipiidid)

Rasvhapped R-COOH 1 Palmitiinhape Oleiinhape TEADA! Linoolhape Küllastunud- 1x side Küllastumata-ka 2x side Rasvhapped on pika süsinikuahelaga karboksüülhapped Kõige tavalisemad 16 ja 18 C aatomiga Süntees toimub 2C kaupa, harilikult kokku paarisarv Taimsed ja loomsed rasvhapped sageli küllastumata, cis sidemed!! Mitme kaksiksideme korral ei ole need konjugeeritud Bakterites sageli hargnenud ahelaga, hüdroksüleeritud või sisaldavad tsüklopropaani Palmitiinhape Oleiinhape TEADA! Linoolhape Linoleenhape Steariinhape Arahhidoonhape R-COOH Palmitiinhape C15H31COOH 16:0 Arahhidoonhape C19H31COOH 20:4(D5,8,11,14) D tavaliselt C 9, 12, 15 Füüsikalised omadused mõjutatud kahe faktoriga: -ahela pikkus -kaksiksidemete arv

Mõned looduslikud rasvhapped 30o Lahustuvus mg/g Süsinikskelett Triviaalnimetus sulamisto vesi benseen 12:0 Lauriinhape 44.2 0.063 2600 14:0 Müristiinhape 53.9 0.024 874 16:0 Palmitiinhape 63.1 0.0083 348 18:0 Steariinhape 69.6 0.0034 124 20:0 Arahhidiinhape 76.5 16:1(D9) Palmitoolhape -0.5 18:1(D9) Oleiinhape 13.4 18:2(D9,12) Linoolhape -5 18:3(D9,12,15) Linooleenhape -11

Rasvhapete näited C18 happed: Steariinhape Oleiinhape Linoolhape Linoleenhape

Rasvhapete reaktsioonid Rasvhapped esterifitseeruvad ja estrid on hüdrolüüsitavad Rasvhapped reageerivad alustades andes soolasid Küllastumata rasvhapped reageerivad nagu küllastamata rasvhapped Lisaks on küllastumata rasvhapetele iseloomulikud liitumisreaktsioonid Näiteks: hüdrogeenimisreaktsioon, mida kasutatakse margariini tootmisel

Triatsüülglütseroolid Glütserooli ja rasvhapete triestrid, neutraalsed rasvad Energia depoo, ei kuulu membraanide koosseisu Glütserool võib olla esterifitseeritud kuni 3 erineva rasvhappe poolt Rasvad-õlid: rasvhappe jäägid erineva ahela pikkuse ja küllastatuse astmega Rasvad vs glükogeen -erinev oksüdatsiooni aste -erineva tihedusega pakkunud rakkudes Adipotsüüdid, rasvkude +KOH K+RCOO- Saponifikatsioon ehk seebistamine

Looduslikud rasvad- segud erinevatest triatsüülglütseroolidest Rasvhapped % Olek toatemp. Küllastunud Küllastumata C4-12 C14 C16 C18 C16 + C18 Lehma rasv Tahke <2 <2 29 21 46 Või Tahke 11 10 26 11 40 Oliivõli Vedel <2 <2 13 3 80

Vahad Rasvhappe ja pika alifaatse alkoholi estrid, happel n=14-36, alkoholil n=26-34 Mesilasvaha- müristüülpalmitaat oluline komponent CH3-(CH2)14-C-O-CH2-(CH2)28-CH3 O Palmitiinhape Müristüülalkohol FUNKTSIOONID Energiavaru Kaitsefunktsioon, veekindel lindude sulestik vee aurustumise vältimine NB! Looduslikud vahad on kompleksed segud erinavat klassi ühenditest

Glütserofosfolipiidid ehk fosfoglütseriidid Bioloogiliste membraanide olulised koostisosad- membraanilipiidid Glütserofosfolipiidide struktuur -glütserool-3-fosfaat -posits. C1 ja C2 esterifitseeritud rasvhappe poolt -fosforüül seotud rühmaga X Sageli C1 küllastunud, C2 küllastumata rasvhape Glütserofosfolipiidid on amfipaatsed mittepolaarse saba ja polaarse pearühmaga fosforüül-X

Polaarsed fosforüül-X pearühmad X-OH Fosfolipiidi nimi Vesi fosfatiidhape i. etanoolamiin fosfatidüülatanoolamiin ii. koliin fosfatidüülkoliin iii. seriin fosfatidüülseriin iv. müo-inositool fosfatitüülinositool v. glütserool fosfatidüülglütserool vi. fosfatidüülglütserool kardiolipiin NB! R iseloomust sõltub pearühma summaarne laeng X-id i v ii iii vi iv

Fosfolipaasid lüsofosfatidaathape 1,2-diatsüülglütserool Fosfolipaasid on glütserofosfolipiidi hüdrolüüsivad ensüümid Erinevad fosfolipaasid atakeerivad erinevaid sidemeid Fosfolipaaside produktid on mõnikord signaalmolekulid lüsofosfatidaathape 1,2-diatsüülglütserool

Plasmalogeenid ja teised eetersidet sisaldavad lipiidid Plasmalogeenid sisaldavad C1 asendajana vinüüleetrit X on tavaliselt etanoolamiin koliin seriin PAF- Platelet activating factor Osaleb põletikulistes ja allergilistes protsessides

Sfingolipiidid-teine oluline membraanilipiidide klass Sfingosiin- 18C aminoalkohol, trans kaksiksidemega Tseramiidid- sfingosiini N-atsüül derivaadid Rasvhape 16, 18, 22, 24 (:0 või :1) NB! Pange tähele sfingolipiidide ja glütserofosfolipiidide molekulide kuju sarnasust

Tseramiidide derivaadid – asendaja C1 juures Sfingomüeliinid- tseramiid+ fosfokoliin fosfoetanoolamiin Tserebrosiidid- tseramiid+ suhkur (galaktotserebrosiidid, glükotserebrosiidid) Gangliosiidid- tseramiid+ oligosahhariid vähemalt ühe siaalhappe jäägiga Retseptorid hormoonidele Retseptorid toksiinidele Rida geneetilisi haiguseid Osalemine signaali ülekandes

Sfingomüeliin- tseramiidi ja fosfokoliini derivaat Fosfokoliini asendamisel suhkruga saame tserebrosiidi Fosfaatjääk on laenguga Neutraalsed glüko- lipiidid Sisaldavad GalNAc ja NeuNAc (siaalhape) Siaalhape annab laengu

Inimese veregrupid O, A, B – sfingolipiidid rakkude molekulaarses äratundmises OAB süsteemi antigeenid erinevad suhkru- jääkide osas oligosahhariidi mitteredutseerivas otsas. Erinevused tingitud teatud glükosüültransferaasi spetsiifika erinevusest

Arahhidoonhappe derivaadid- lokaalse toimega bioaktiivsed ühendid eikasonoidid PROSTAGLANDIINID Silelihaste kontraktsioon Kehatemp. regulatsioon Ärkveloleku-une tsükkel Põletikulised protsessid, palavik cAMP süntees Vererõhu regulatsioon LEUKOTRIEENID Kopsus bronhide kokkutõmbumine Astmaatiline atakk Anafülaktiline shokk, allergia põletikud TROMBOKSAANID Verehüübeprotsesside initseerimine

Terpeenid Terpeenid on lipiidid, mis moodustuvad 2-st või enamast isopreeni (C5) molekulist monoterpeen (C10) diterpeen (C20) triterpeen (C30) tetraterpeen (C40)

Steroidid Steroidid klass ühendeid, mis sisaldavad 4 kondenseerunud tsüklit. Kolesterool- kõige laialt levinum (C3 OH rühm) Kolesterool võib olla esterifitseeritud Kolesterool on metaboolne eellane steroid hormoonidele Steroidhormoonid: 1. Glükokortikoidid (kortisool) 2. Mineralokortikoidid (aldosteroon) 3. Androgeenid, östrogeenid ja testosteroon 4. Progestiinid Sapphapped

Kolesterool ja vastav ester

Vitamiin D Struktuurselt sterooliderivaadid, kus tsükkel B on katki Inaktiivsed D2 ja D3 moodustuvad fotokeemiliselt Ensümaatilise hüdroksüleerimise tulemusel moodustub aktiivne vorm, mis stimuleerib Ca2+ adsorptsiooni soolestikus ja vabanemist luudest.

Vitamiin E Koensüüm Q Vitamiin K Antioksüdant 3x isopreeni lüli Koensüüm Q Membraanides lokaliseeruv redoksreaktsioonide kofaktor Vitamiin K Vajalik kofaktor vere normaalseks hüübimiseks Sünteesitakse soolestikus bakterite poolt

Vitamiin A

Membraanilipiidide molekulide kuju soodustab kaksikkihi teket vesikeskkonnaga kontaktis olles

Lipiidide liikumine võib olla lateraalne rotatsiooniline flip-flop Rakkude ja organellide membraanid koosnevad kahekihilisest lipiidsest struktuurist Membraanid ei ole staatilised. Sõltuvalt lipiidsest koosseisust iseloomustab membraane suurem või väiksem liikuvus Lipiidide liikumine võib olla lateraalne rotatsiooniline flip-flop Lateraalne difusioon Flip-flop Bioloogiliste membraanide koosseisu kuuluvad ka valgud- membraanide mosaiikmudel Perifeersed membraanivalgud- seotud membraaniga kindlal poolel Integraalsed membraanivalgud- paiknevad vähemalt osaliselt membraani sees Ka membraanivalgud võivad lateraalselt difundeeruda, ehkki aeglasemalt kui lipiidid. Flip-flop liikuvus ja membraani faasist lahkumine/ liitumine on takistatud

Membraanid on asümmeetrilised Asümmeetria avaldub: 1. Membraanivalkude asümmeetrilises paigutuses 2. Lipiidse kaksikkihi erinevas lipiidses koosseisus kihiti Lipiid-valk suhe on membraanides erinev Tüüpiline eukarüootne membraan- ca 50% valk Mitokondri sisemembraan- valk-lipiid suhe=3.2 Teat. aksoneid ümbritsevad membraanid =0.23 Integraalsed membraanivalgud Perifeersed membraanivalgud Dissotseeruvad membraanide küljest lihtsamalt, näit. Kõrge ioonse jõu või pH muutuse tagajärjel. Puhastatutena käituvad kui vees lahustuvad valgud Tsütokroom C Seotud tugevalt hüdrofoobsete interaktsioonidega lipiididega Eraldatavad vaid membraanide lõhkumisega orgaanilised solvendid detergendid kaotroopsed ained Tavaliselt agregeeruvad vees

Integraalsete membraanivalkude struktuur Integraalsed membraanivalgud on amfifiilsed: membraanis paiknevad hüdrofoobsed aminohappe jäägid väljaspool lipiidset kaksikkihti asuvad eelkõige hüdrofiilsed jäägid Erütrotsüütides esinev glükoforiin 3 domeeni 1. N terminaalsed 72 ah jääki ekstratsellulaarses osas 2. 19 ah hüdrofoobses transmembraanses osas 3. C terminaalsed 40 ah jääki tsütosoolis Glükoforiini transmembraanne heeliks on ennustatav arvutuslikult Paljudel transmembraansetel valkudel on rohkem kui 1 transmembraanne heeliks: Bakteriorodopsiinil, valguse energial töötaval prootoni pumbal on 7 ca 25 jäägi pikkust heeliksit Transmembraanne osa võib moodustada ka b tünni, nagu on see poriinide molekulides

Lipiidset kaksikkihti iseloomustab faasiüleminek, mille käigus muutub lipiidimolekulide korrapärasus a. Üleminekutemperatuurist kõrgemal b. Üleminekutemperatuurist madalamal

Membraanitransport Raku membraan kontrollib ainevahetust raku ja väliskeskkonna vahel Enamike ühendite liikumine läbi membraani on kontrollitud integraalsete membraani transportervalkude poolt Osa väikeseid molekule difundeeruvad iseeneslikult läbi membraani -passiivne transport Membraanidest difundeeruvad läbi näiteks CO2, O2, H2O Difusiooni kiirus- määratud ära molekuli suuruse, laengu ja polaarsusega Membraanid töötavad selektiivse barjäärina Difusiooni suund- määratud ära entroopiliste faktoritega, st kontsentratsioonide erinevustega kahel pool membraani

Membraanitranspordi termodünaamika Asees Aväljas Lahustunud aine keemiline potentsiaal sõltub kontsentratsioonist GA-GA0´= RT ln[A] Kontsentratsioonide erinevus tekitab keemilise potentsiaali vahe D GA = RTln([A]in/[A]out) Vastavalt sellele toimub protsess spontaanselt lahustunud aine molekulide liikumine läbi membraani sinna, kus kontsentsentratsioon on madalam

Membraanitranspordi termodünaamika II Juhul kui vaadeldava ühendi molekulid on laetud, st ioonsed, siis tuleb lisaks arvestada ka elektrokeemilist potentsiaali. D GA = RTln([A]in/[A]out) + ZAFDY Siin Za on molekuli A laeng, F=96485 C/mol (Farady arv), DY on membraanipotentsiaal. Elusate rakkude membraanipotentsiaal on sageli –100 mV (seespool negatiivne)

Vahendatud membraanitransport ja difusioon Difusioon- toimub kontsentratsiooni alanemise suunas, kiirus on võrdeline gradiendi suurusega ning sõltub konkreetse molekuli omadustest (steroidid, hapnik, vesi…) Isotooniline Hüpertooniline Hüpotooniline Vahendatud 1. Passiivne vahendatud transport (vahendatud difusioon) 2. Aktiivtransport, toimub vastu kontsentratsiooni gradienti, vajab energiaallikat. Passiivset vahendatud transporti ja lihtsat difusiooni eristab Kiirus ja spetsiifilisus Küllastatavud Konkurentsus Inaktiveeritavus

Vahendatud transport Carriers, permeases, porters, translocases, transporters Ionofoorid- orgaanilised molekulid, näit. Bakteriaalse päritoluga antibiootikumid Carrier tüüpi ionofoorid Kanalit moodustavad ionofoorid Valinomütsiin, gramitsidiin A – transpordivad K+ läbi membraani Poriinid- Tünni struktuuriga gram negatiivsete bakterite välismembraanis. E. coli OmpF, PhoE, vastavalt nõrgalt katiooni ja aniooni spetsiifilised. Mw limiit ca 600

HCO3- Cl- HCO3- Cl-

Transportvalkude funktsiooni struktuursed alused Glükoos on erütrotsüütides primaarne energia allikas, rakku transpordiks kasutatakse vahendatud difusiooni glükoosi permeaasi abil Transportvalgud ei moodusta poriini tüüpi auke membraanis, vaid töötavad konformatsiooni muutuste kaudu Erütrotsüüdi glükoosi transporter 55 kD, 12 transmembraanset heeliksit. Asümmeetriline paigutus membraanis. Glükoos seondub ühel membraani küljel Konformatsiooni muutus, eksponeerub teine sidumissait Glükoos dissotsieerub transporterilt Transporteri konformatsioon muutub esialgseks Tasakaaluline: glükoos võib mõlemis suunas transportuda, glükoosi kontsentratsioon on ca 5 mM mõlemal pool membraani

Transportvalkude liigitus transpordi stöhhiomeetria ja energiaallika alusel Uniport- transporditakse korraga ühte molekuli Sümport- transporditakse korraga 2 erinevat molekuli samas suunas Antiport- samaaegselt transporditakse 2 erinevat molekuli erinevas suunas Primaarne aktiivne transport- protsess, mille läbiviimiseks kasutatakse vahetult ATP energiat, transporter membraaniseoseline ATPaas Sekundaarne aktiivne transport- energiaallikana kasutatakse elektrokeemilist gradienti, mis on tekitatud teise transportersüsteemi vahendusel

Membraaniseoselised transporterid ATPaasid Aktiivne transport- võimaldab säilitada ühendite kontsentratsioonide erinevusi membraani erinevatel külgedel Näiteks säilitavad eukarüootsed rakud erinevust Na+ ja K+ kontsentratsioonis raku sees ja väljas Na+-K +ATPaas – kasutab energia allikana ATP hüdrolüüsi reaktsiooni Membraaniseoselised transporterid ATPaasid Raku sees Na+ 12 mM K+ 140 mM Rakust väljas Na+ 145 mM K+ 4 mM Na+-K +ATPaas Ca2+ ATPaas Ca2+ tsütosoolis 0.1 mM, rakkudevahelises ruumis ca 1500 mM H+-K+ ATPaas mao limaskestas. Antiport. Prootonid tekivad karboonanhüdraasi reaktsioonis, K+ transporditakse rakust uuesti välja sümpordis Cl-

Na+-K+ ATPaas Na+-K+ ATPaas pumpab Na+ rakust välja ja K+ sisse 3Na+in +2K+out + ATP + H2O 3Na+out + 2K+in + ADP + Pi Genereerib laengute eraldamise Võimaldab kontrollida rakkude vee sisaldust osmootselt Vajalik närvirakkude ergastumiseks Spetsiifiline Asp jääk fosforüleeritakse ainult Na+ juuresolekul ning hüdrolüüsitakse K+ juuresolekul, vastavalt on 2 transporteri konformatsiooni E1 ja E2 3 Na+ iooni seotakse transporteriga tsütoplasma poolel Ensüümkatalüüsitud fosorüleerimise tagajärjel muutub transporteri konformatsioon koos Na+ ioonide transpordiga rakust välja. Energia saadakse ATP arvel Transporteriga seonduvad väljaspoolt 2 K+ iooni Ensüümi poolt katalüüsitud defosforüleerimise tagajärjel võtab transporter tagasi esialgse konformatsiooni, K+ ioonid transporditakse rakku

Laktoosi permeaas E.coli laktoosi permeaas on aktiivne suhkru transpordi süsteem, mis kotranspordib H+ ja laktoosi, kasutades ära prootoni gradienti energiaallikana. Prootoni gradient genereeritakse oksüdatiivse metabolismi tulemusena. E1, madala afiinsusega laktoosi sidumissait raku sees E2, kõrge afiinsusega laktoosi sidumisssait väljapool Soolestikus- epiteelkoe rakkudesse viiakse glükoos sümpordis Na ioonidega.