Lipid Metabolism 2552

Lipid metabolism

เนตรนภิส วรรณิสสร MD313

References 







ตำำรำชีวเคมี พิมพ์ครัง้ท่ี 4 2548 ภำควิชำชีวเคมี คณะแพทยศำสตร์ มหำวิทยำลัยนเรศวร รองศำสตรำจำรย์ ดร.อุษณีย์ วินิจเขตคำำนวณ ชีวเคมีของลิปิดและ ไลโปโปรทีน ภำควิชำชีวเคมี คณะแพทยศำสตร์ มหำวิทยำลัยเชียงใหม่ 2547

Baynes, J.W. and Dominiczak, M.H. 2005 Medical Biochemistry 2nd Edition ELSEVIER MOSBY Koolman, J. and Roehm, K.H. 2006 Color Atlas of Biochemistry 2nd Edition Thieme, New York, U.S.A.

Question 1 เอนไซม์ในข้อใดไม่สามารถย่อย Lipid ได้ B. C. D. E.

Bile salts Esterase Pancreatic lipase Phospholipase

Question 2 การรับประทานข้าวกับไข่เจียวหอยนางรม เกีย่ วข้องกับเอนไซม์ในการย่อย Lipid คือ B. C. D. E.

Phospholipid Cholesterol esterase Pancreatic lipase ถูกทุกข้อ

Question 3 กรดไขมันในข้อใด ไม่สามารถ สังเคราะห์ได้ในร่างกายมนุษย์ B. C. D. E.

Oleic acid Linoleic acid Palmitic acid Stearic acid

Question 4 β-oxidation ของกรดไขมัน Stearic acid 18 : 0 จะได้กี่โมเลกุลของ ATP B. C. D. E.

18 146 147 148

Question 5 ควำมแตกต่ำงระหว่ำง Catabolism และ Anabolism ของกรดไขมัน คือ B. C. D. E.

Catabolism เกิดที่ cytoplasm/Anabolism เกิดที่ Mitochondria Catabolism ได้ NADH/Anabolism ได้ NADP Catabolism อาศัย Citrate เป็นตัวพา/Anabolism อาศัย Carnitine เป็นตัวพา Catabolism ใช้ Fatty acid degradation complex/Anabolism ใช้เอนไซม์เดี่ยวๆ ในแต่ละปฏิกริ ิยา

Question 6

B. C. D. E.

ข้อใด ไม่ใช่ คุณสมบัติของ Ketone bodies ถ้าหากสะสมในร่างกายมากๆ จะทำาให้เกิดสภาวะ Metabolic acidosis สมองสามารถใช้ Ketone bodies เป็นแหล่งพลังงานได้ ถูกสร้างขึ้นเมือ่ มีการสลายกรดไขมันแล้วเหลือ Acetyl CoA จำานวนมาก ถ้าสร้างได้ปริมาณมาก ตับจะออกซิไดซ์เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานให้กบั ร่างกาย

Question 7

B. C. D. E.

สารตั้งต้นในการสังเคราะห์ Fatty acid, Cholesterol และ Ketone bodies คือ Acetyl CoA Succinyl CoA Propionyl CoA Malonyl CoA

Question 8 ถ้าหากร่างกาย ไม่ได้รับ กรดไขมันจำาเป็น จะมีผลอย่างไร B. C. D. E.

สร้าง Triacylglycerol ไม่ได้ สร้าง Cholesterol ไม่ได้ สร้าง Prostaglandin ไม่ได้ สร้าง Phospholipid ไม่ได้

Content  

   

โครงสร้างทางเคมีและหน้าท่ีทางชีวภาพของลิปิด เมแทบอลิซึมของการย่อยและการดูดซึมของลิปิด ในร่างกาย เมแทบอลิซึมของการสังเคราะห์ลิปิดในร่างกาย เมแทบอลิซึมของลิปิดเชิงซ้อน เมแทบอลิซึมของคลอเรสเทอรอลและไลโปโปรตีน ความผิดปกติของเมแทบอลิซึมของลิปิดและการเกิดโรค

Lipids  สำรประกอบอินทรีย์ท่ล ี ะลำยน้ำำได้น้อย

แต่ละลำยได้ดีใน Organic solvent ต่ำงๆ (อีเธอร์ เบนซีน คลอโรฟอร์ม อะซีโตน)  Hydrophobic  Metabolic fuel  Energy reserve of body (Triglyceride)  Structural component of cell membrane (Phospholipid, Sphingolipid, Cholesterol)

Lipids  Hormone

(Glucocorticoids, Estrogen)  Emulsifying agents (Bile acid)  Enzyme activator  Insulator/Electrical insulator  Fat soluble vitamins (A, D, E, K)  Essential fatty acids (Linoleic acid, Linolenic acid, Arachidonic acid)

Biological roles of Lipids

การจำาแนกชนิดของลิปิดตามองค์ประกอบ ในโครงสร้างของโมเลกุล  มีกรดไขมันเป็ นองค์ประกอบ (Monoglyceride, Diglyceride, Triglyceride, Glycerophospholipid, Glycosphingolipid)

 มีองค์ประกอบจำกหน่วยไอโซพรีน (Isoprene unit) (Cholesterol, Sterol, Steroid, Isoprene)

การจำาแนกชนิดของลิปิดตามผลผลิตท่ไี ด้จากการสลาย  ลิปิดท่ีสำมำรถแตกตัวได้

(Hydrolyzable lipid) สลำยโดยเอนไซม์หรือสำรละลำยด่ำง (Triglyceride, Wax, Steroid ester, Phospholipid, Sphingolipid, Glycolipid)

 ลิปิดท่ีไม่สำมำรถแตกตัวได้

(Non-hydrolyzable

lipid) (Cholesterol, Terpene, Eicosanoids, Free fatty acid)

Classification of Lipids

กรดไขมัน (Fatty acid) 

 

สำรประกอบ Hydrocarbon ท่ีมีหมู่คำร์บอกซิล (COOH) ต่อกับ hydrocarbon สำยยำว R-COOH (R; hydrocarbon (C/H)) กรดไขมันชนิดอ่ิมตัว (Saturated fatty acid)

มีพันธะเด่ียวอย่ำงเดียว 

กรดไขมันชนิดไม่อ่ิมตัว (Unsaturated fatty acid)

มีทัง้พันธะเด่ียวและพันธะคู่; Monounsaturated fatty acid (มี 1 พันธะคู่: กรดไขมันไม่อ่ิมตัวเชิงเด่ียว), Polyunsaturated fatty acid (มี 2 พันธะคู่ขึ้นไป: กรดไขมันไม่อ่ิมตัวเชิงซ้อน)

การกำาหนดตำาแหน่ง

การกำาหนดตำาแหน่ง

Carboxylic acids

Glycerol 



กรดไขมันจับกับกลีเซอรอลด้วยพันธะ Ester อำจเรียก Acylglycerol ส่วนของกรดไขมันเรียก Acyl group, RCOOแบ่งเป็ น Monoglyceride, Diglyceride, Triglyceride

Structure of Fats

Activated acetic acid as a component of lipids

Isoprenoids

Steroids

Fat metabolism *** Cytoplasm ***

การย่อยอาหารลิปิด  Mouth; Lingual lipase (acid lipase) ย่อย triglyceride  Stomach; Stomach lipase (acid lipase)  Small intestine; Pancreatic lipase ย่อย triglyceride, Phospholipase A2, Lysophospholipase ย่อย Phospholipid, Cholesterol esterase ย่อย Cholesterol ester  Bile

salt: Bile acid + phosphatidylcholine + cholesterol + Na+ + K+  Emulsifier

Absorption and transport of dietary fat.

The sources of glycerol 3-phosphate for fat synthesis in adipose tissue

2. Acetyl-coA carboxylase (+) Well fed state

***

Citrate 1. Carnitine acyl transferase-1 (+) Fasting state

***

Transport of long-chain fatty acids into the mitochondria

Fatty acid transport

Fatty acid degradation: βoxidation

Fatty acid synthesis and degradation

The β-oxidation 1. นำา H ออก

(Dehydrogenation)

2. เติมโมเลกุล ของน้ำา (Hydration)

3. นำา H ออก(Dehydrogenation )

4. ตัดพันธะ ระหว่าง C และ C (Thiolytic cleavage)

Acyl-CoA มี C น้อยกว่าเดิม 2 อะตอม

ATP  FADH2:  NADH:

Electron transport chain  2 ATP

Electron transport chain  3 ATP  Acetyl CoA: TCA cycle (Krebs cycle)  12 ATP

β-oxidation (Mitochondria)  -

-

-

1 รอบปฏิกิร ิยา C ท่ีปลาย –COOH ถูกตัดออก 2 อะตอม เป็ น Acetyl CoA กรดไขมันท่ีเหลือมี C น้อยลง 2 อะตอม ดึง H ออกมา 4 อะตอม เก็บอยู่ในรูป NADH และ FADH2 อย่างละ 1 โมเลกุล การกระตุ้นกรดไขมันให้อยู่ในรูป Fatty acyl CoA ต้องใช้พลังงาน 2 ATP

β-oxidation (Mitochondria)       

คำร์บอนเป็ นเลขคู่ – Stearic acid (18:0) β-oxidation 8 รอบ ได้ Acetyl CoA 9 โมเลกุล (108) + NADH 8 โมเลกุล (24) โมเลกุล + FADH2 8 โมเลกุล (16) โมเลกุล

– 2 ATP (ใช้พลังงำนในกำรกระตุ้น Stearic acid  Stearyl CoA) Total = 146 ATP

β-oxidation (Mitochondria)  คำร์บอนเป็ นเลขค่ี สัตว์ทะเล สัตว์เคีย ้ วเอ้ือง

– พบในพืช

 ได้

Acetyl CoA + Propionyl CoA





Succinyl CoA  เข้ำ Krebs cycle (succinate, oxaloacetate  Gluconeogenesis) Methylmalonyl CoA mutase : สะสม Methylmalonic acid ในเลือดมำก pH ของเลือดต่ำำลง เกิดภำวะกรดเกิน Methyl malonic acidemia อำจถึงแก่ชวี ิตได้ ***

Degradation of odd-numbered fatty acids

β-oxidation (Mitochondria) 



มีพันธะคู่: กำรสลำยจะหยุดเม่ ือถึงตำำแหน่งพัน ธะคู่ ต้องอำศัยเอนไซม์ enoyl CoA isomerase ได้ผลิตภัณฑ์ท่ีเข้ำสู่ช่วงกลำงของวิถี -oxidation ดังนัน ้ จึงขำด FADH2 1 โมเลกุล ต่อ 1 พันธะคู่

Degradation of unsaturated fatty acids

β-oxidation (Peroxisome)  เม่ ือรับประทำนอำหำรท่ม ี ีกรดไขมันมำกๆ  สำมำรถสลำย

Long-chain fatty acid ให้ได้กรดไขมันท่ีมีขนำดเล็กถึง C4  Flavoprotein dehydrogenase จะส่งอิเลคตรอนให้ ออกซิเจน ได้ H2O2 ซ่งึ จะถูก catalase เปล่ย ี นเป็ นน้ำำและออกซิเจน

α-oxidation 



สลำยกรดไขมันท่ค ี ำร์บอนตำำแหน่ง มีหมู่ –CH3 เช่น สำร Phytol ในพืช

ขำดเอนไซม์ในวิถี -oxidation จะมี Phytanic acid สะสมอยูใ่ นเลือดและเน้ือเย่ อ ื ต่ำงๆ ของร่ำงกำย Refsum’s disease กินไขมันเนยจำกสัตว์กินพืชหรือหญ้ำท่ี มี phytol มำก เกิดกำรคัง่ของ phytanic acid ในกล้ำมเน้ือและเซลล์ประสำท กล้ำมเน้ือฝ่ อและลีบ เซลล์ประสำทขำดควำมรู้สก ึ ตอบสนองต่ อส่งิ เร้ำต่ำงๆ

***

ω-oxidation  เปล่ย ี นหมู่

methyl ท่ค ี ำร์บอนตำำแหน่ง  C ของกรดไขมั OOH นเป็ นหมู่  กรดไขมันDicarboxylic  acid ไม่สลำยเป็ น Acetyl CoA  ร่ำงกำยอยู่ในภำวะท่ีมีคโี ตนบอดีสูง

NADPH จาก Pentose Phosphate pathway 3: Malonyl –ACP + Acetyl –ACP 5: Dehydration การดึงน้ำาออก

Fatty acid synthesis Fatty acid synthase Complex; Multienzyme complex

Acetoacetyl -ACP

Fatty acid synthesis

Essential fatty acid

***microsome; microsome desaturase เติมพันธะคู่เกินคาร์บอนตำาแหน่งท่ี 9 ไม่ได้*** microsomal chain elongation เพ่ิมความยาวของ Fatty acid มากกว่า 16 C

Biosynthesis of fats and phospholipids

*** ***

Cholesterol biosynthesis

***

Formation of ketone bodies in liver mitochondria

Ketone bodies - Acetone - Beta-hydroxy butyric acid - Acetoacetic acid

***

Eicosanoids

Lipoproteins

Triglyceride: liveradipose Tissue

Cholesterol: liverTissue

Cholesterol: Tissue Liver

มาก น้อย Triglyceride --------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------Phospholipid

Disorders of Lipid Metabolism

Disorders of Lipid Metabolism  Gaucher's

disease; buildup of glucocerebrosides in tissues. Children who

have the infantile form usually die within a year, but children and adults who develop the disease later in life may survive for many years.

 Tay-Sachs

disease; buildup of gangliosides in the tissues. This disease

results in early death.

 Niemann-Pick

disease; buildup of sphingomyelin or cholesterol in the

tissues. This disease causes many neurologic problems. ปั ญญำอ่อน เสียชีวิตตัง้แต่อำยุยังน้อย

 Fabry's

disease; buildup of glycolipid in tissues. This disease causes skin

growths, pain in the extremities, poor vision, recurrent episodes of fever, and kidney or heart failure.

 Fatty

acid oxidation disorders; lack or deficiency of the enzymes

needed to break down fats, resulting in delayed mental and physical development

Disorder Mainly Causing Hypercholesterolemia  Primary -

disorders

Polygenic hypercholesterolemia Familial hypercholesterolemia Familial combined hyperlipidemia

 Secondary -

disorders

Hyperthyroidism Nephrotic syndrome Dysproteinemias Obstructive liver disease Thiazide diuretics

Disorders Mainly Causing Hypertriglyceridemia 

Primary disorders

-

-

Familial hypertriglyceridemia Familial combined hyperlipidemia Congenital deficiency of lipoprotein lipase Deficiency of apoprotein CII Familial dysbetalipoproteinemia



Secondary disorders

-

Uncontrolled diabetes mellitus Nephrotic syndrome Dysproteinemias Oral contraceptives Thiazide diuretics Beta-adrenergic blocking agents Alcohol

-

-

Primary Hyperlipoproteinemias

lipase

Primary Hyperlipoproteinemias

Congenital lipoprotein lipase deficiency

Autosomal recessive

Rare

Deficiency of lipoprotein lipase

Chylomicrons

Message from Lipid metabolism

Lifestyle Change Improves Plasma Lipid Profile

Question 1 เอนไซม์ในข้อใดไม่สามารถย่อย Lipid ได้    

Bile salts Esterase Pancreatic lipase Phospholipase

Question 2 การรับประทานข้าวกับไข่เจียวหอยนางรม เกีย่ วข้องกับเอนไซม์ในการย่อย Lipid คือ    

Phospholipid (ไข่ มี phosphatidyl choline) Cholesterol esterase (หอยนางรม) Pancreatic lipase (นำ้ามัน) ถูกทุกข้อ

Question 3 กรดไขมันในข้อใด ไม่สามารถ สังเคราะห์ได้ในร่างกายมนุษย์    

Oleic acid Linoleic acid Palmitic acid Stearic acid

Question 4 β-oxidation ของกรดไขมัน Stearic acid 18 : 0 จะได้กี่โมเลกุลของ ATP    

18 146 147 148

9 Acetyl CoA (9x12 =108) + 8 NADH (8x3 =24) + 8 FADH2 (8x2 = 16) - 2 ATP  146 ATP

Question 5 ควำมแตกต่ำงระหว่ำง Catabolism และ Anabolism ของกรดไขมัน คือ   



Catabolism เกิดที่ cytoplasm/Anabolism เกิดที่ Mitochondria Catabolism ได้ NADH/Anabolism ได้ NADP Catabolism อาศัย Citrate เป็นตัวพา/Anabolism อาศัย Carnitine เป็นตัวพา Catabolism ใช้ Fatty acid degradation complex/Anabolism ใช้เอนไซม์เดี่ยวๆ ในแต่ละปฏิกริ ิยา

Question 6



  

ข้อใด ไม่ใช่ คุณสมบัติของ Ketone bodies ถ้าหากสะสมในร่างกายมากๆ จะทำาให้เกิดสภาวะ Metabolic acidosis สมองสามารถใช้ Ketone bodies เป็นแหล่งพลังงานได้ ถูกสร้างขึ้นเมือ่ มีการสลายกรดไขมันแล้วเหลือ Acetyl CoA จำานวนมาก ถ้าสร้างได้ปริมาณมาก ตับจะออกซิไดซ์เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานให้กับร่างกาย

Question 7

   

สารตั้งต้นในการสังเคราะห์ Fatty acid, Cholesterol และ Ketone bodies คือ Acetyl CoA Succinyl CoA Propionyl CoA Malonyl CoA

Question 8 ถ้าหากร่างกาย ไม่ได้รับ กรดไขมันจำาเป็น จะมีผลอย่างไร    

สร้าง Triacylglycerol ไม่ได้ สร้าง Cholesterol ไม่ได้ สร้าง Prostaglandin ไม่ได้ สร้าง Phospholipid ไม่ได้