riebalų rūgščių biosintezė. Riebalų rūgščių sintezė. Aktyvios riebalų rūgščių sintazės grupės

Kadangi gyvūnų ir žmonių galimybės kaupti polisacharidus yra gana ribotos, gliukozė, gaunama tokiais kiekiais, viršijančiais tiesioginius energijos poreikius ir organizmo „sandėliavimo pajėgumus“, gali būti „statybinė medžiaga“ riebalų rūgščių ir glicerolio sintezei. Savo ruožtu riebalų rūgštys, kuriose dalyvauja glicerolis, paverčiamos trigliceridais, kurie nusėda riebaliniuose audiniuose.

Svarbus procesas taip pat yra cholesterolio ir kitų sterolių biosintezė. Nors kiekybine prasme cholesterolio sintezės kelias nėra toks svarbus, tačiau jis turi didelę reikšmę dėl to, kad iš cholesterolio organizme susidaro daugybė biologiškai aktyvių steroidų.

Aukštesnių riebalų rūgščių sintezė organizme

Šiuo metu gyvūnų ir žmonių riebalų rūgščių biosintezės mechanizmas bei šį procesą katalizuojančios fermentinės sistemos yra pakankamai ištirtos. Riebalų rūgščių sintezė audiniuose vyksta ląstelės citoplazmoje. Mitochondrijose tai daugiausia yra esamų riebalų rūgščių grandinių pailgėjimas 1 .

1 In vitro eksperimentai parodė, kad izoliuotos mitochondrijos turi nereikšmingą gebėjimą įtraukti pažymėtą acto rūgštį į ilgos grandinės riebalų rūgštis. Pavyzdžiui, nustatyta, kad palmitino rūgštis daugiausia sintetinama kepenų ląstelių citoplazmoje, o kepenų ląstelių mitochondrijose – palmitino rūgšties, jau susintetintos ląstelės citoplazmoje arba egzogeninės kilmės riebalų rūgščių pagrindu. , t.y., gaunamos iš žarnyno, susidaro riebalų rūgštys, turinčios 18, 20 ir 22 anglies atomus. Tuo pačiu metu riebalų rūgščių sintezės reakcijos mitochondrijose iš esmės yra atvirkštinės riebalų rūgščių oksidacijos reakcijos.

Ekstramitochondrinė riebalų rūgščių sintezė (bazinė, pagrindinė) savo mechanizmu labai skiriasi nuo jų oksidacijos proceso. Riebalų rūgščių sintezės elementas ląstelės citoplazmoje yra acetil-CoA, kuris daugiausia gaunamas iš mitochondrijų acetil-CoA. Taip pat nustatyta, kad anglies dioksido arba bikarbonato jonų buvimas citoplazmoje yra svarbus riebalų rūgščių sintezei. Be to, buvo nustatyta, kad citratas stimuliuoja riebalų rūgščių sintezę ląstelės citoplazmoje. Yra žinoma, kad oksidacinio dekarboksilinimo metu mitochondrijose susidaręs acetil-CoA negali difunduoti į ląstelės citoplazmą, nes mitochondrijų membrana yra nepralaidi šiam substratui. Įrodyta, kad mitochondrijų acetil-CoA sąveikauja su oksaloacetatu, todėl susidaro citratas, kuris laisvai prasiskverbia į ląstelės citoplazmą, kur suskaidomas į acetil-CoA ir oksaloacetatą:

Todėl į Ši byla citratas veikia kaip acetilo radikalų nešiklis.

Yra dar vienas būdas intramitochondriniam acetil-CoA pernešti į ląstelės citoplazmą. Tai kelias, susijęs su karnitinu. Aukščiau buvo minėta, kad karnitinas atlieka acilo grupių nešiklio vaidmenį iš citoplazmos į mitochondrijas riebalų rūgščių oksidacijos metu. Matyt, jis taip pat gali atlikti šį vaidmenį atvirkštiniame procese, ty pernešant acilo radikalus, įskaitant acetilo radikalą, iš mitochondrijų į ląstelės citoplazmą. Tačiau kai Mes kalbame Kalbant apie riebalų rūgščių sintezę, šis acetil-CoA transportavimo kelias nėra pagrindinis.

Svarbiausias žingsnis siekiant suprasti riebalų rūgščių sintezės procesą buvo fermento acetil-CoA karboksilazės atradimas. Šis sudėtingas biotino turintis fermentas katalizuoja nuo ATP priklausomą malonil-CoA (HOOC-CH2-CO-S-CoA) sintezę iš acetil-CoA ir CO 2 .

Ši reakcija vyksta dviem etapais:

Nustatyta, kad citratas veikia kaip acetil-CoA-karboksilazės reakcijos aktyvatorius.

Malonil-CoA yra pirmasis specifinis riebalų rūgščių biosintezės produktas. Esant atitinkamai fermentinei sistemai malonil-CoA (kuris savo ruožtu susidaro iš acetil-CoA) greitai paverčiamas riebalų rūgštimis.

Fermentų sistema, sintetinanti aukštesnes riebalų rūgštis, susideda iš kelių tam tikru būdu tarpusavyje susijusių fermentų.

Šiuo metu riebalų rūgščių sintezės procesas yra išsamiai ištirtas E. coli ir kai kuriuose kituose mikroorganizmuose. Daugiafermentinis kompleksas, vadinamas riebalų rūgščių sintetaze, E. coli susideda iš septynių fermentų, susijusių su vadinamuoju acilo pernešimo baltymu (ACP). Šis baltymas yra santykinai termostabilus, turi laisvą HS-rpynny ir beveik visuose etapuose dalyvauja aukštesnių riebalų rūgščių sintezėje. Santykinė APB molekulinė masė yra apie 10 000 daltonų.

Toliau pateikiama seka reakcijų, vykstančių riebalų rūgščių sintezės metu:

Tada reakcijų ciklas kartojamas. Tarkime, kad sintetinama palmitino rūgštis (C 16); šiuo atveju butiril-ACB susidarymas užbaigia tik pirmąjį iš septynių ciklų, kurių kiekvieno pradžia yra malonilo-ACB molekulės pridėjimas prie augančios riebalų rūgščių grandinės karboksilo galo. Šiuo atveju HS-APB molekulė ir malonilo-APB distalinė karboksilo grupė yra atskiriama CO 2 pavidalu. Pavyzdžiui, butiril-APB, susidaręs per pirmąjį ciklą, sąveikauja su malonil-APB:

Riebalų rūgščių sintezė užbaigiama HS-ACP skilimu iš acil-ACB, veikiant deacilazės fermentui, pavyzdžiui:

Bendrą palmitino rūgšties sintezės lygtį galima parašyti taip:

Arba, atsižvelgiant į tai, kad susidarant vienai malonil-CoA molekulei iš acetil-CoA, sunaudojama viena ATP molekulė ir viena CO 2 molekulė, bendrą lygtį galima pavaizduoti taip:

Pagrindiniai riebalų rūgščių biosintezės etapai gali būti pavaizduoti kaip diagrama.

Palyginti su β-oksidacija, riebalų rūgščių biosintezė turi keletą būdingų bruožų:

• riebalų rūgščių sintezė daugiausia atliekama ląstelės citoplazmoje, o oksidacija - mitochondrijose;
• dalyvavimas riebalų rūgščių malonil-CoA biosintezės procese, kuris susidaro jungiantis CO 2 (esant biotino fermentui ir ATP) su acetil-CoA;
• visuose riebalų rūgščių sintezės etapuose dalyvauja acilą pernešantis baltymas (HS-ACP);
• riebalų rūgščių kofermento NADPH 2 sintezės poreikis. Pastarasis organizme susidaro iš dalies (50%) pentozės ciklo reakcijose (heksozės monofosfato „šuntas“), iš dalies – redukuojant NADP malatu (obuolių rūgštis + NADP-piruvo rūgštis + CO 2 + NADPH 2);
• dvigubos jungties atkūrimas enoil-ACP reduktazės reakcijoje vyksta dalyvaujant NADPH 2 ir fermentui, kurio protezinė grupė yra flavino mononukleotidas (FMN);
• riebalų rūgščių sintezės metu susidaro hidroksi dariniai, kurie savo konfigūracija priklauso riebalų rūgščių D serijai, o riebalų rūgščių oksidacijos metu susidaro L serijos hidroksi dariniai.

Nesočiųjų riebalų rūgščių susidarymas

Žinduolių audiniuose yra nesočiųjų riebalų rūgščių, kurias galima priskirti keturioms šeimoms, kurios skiriasi alifatinės grandinės ilgiu tarp galinės metilo grupės ir artimiausios dvigubos jungties:

Nustatyta, kad dvi labiausiai paplitusios monosočiosios riebalų rūgštys – palmitooleino ir oleino – sintetinamos iš palmitino ir stearino rūgščių. Į šių rūgščių molekulę kepenų ir riebalinio audinio ląstelių mikrosomose įvedama dviguba jungtis, dalyvaujant specifinei oksigenazei ir molekuliniam deguoniui. Šioje reakcijoje viena deguonies molekulė naudojama kaip dviejų elektronų porų akceptorius, iš kurių viena pora priklauso substratui (Acil-CoA), o kita – NADPH 2:

Tuo pačiu metu žmonių ir daugelio gyvūnų audiniai nepajėgūs sintetinti linolo ir linoleno rūgščių, bet turi gauti jas su maistu (šių rūgščių sintezę vykdo augalai). Šiuo atžvilgiu linolo ir linoleno rūgštys, turinčios atitinkamai dvi ir tris dvigubas jungtis, vadinamos nepakeičiamomis riebalų rūgštimis.

Visos kitos žinduoliuose aptinkamos polinesočiosios rūgštys susidaro iš keturių pirmtakų (palmitoleino rūgšties, oleino rūgšties, linolo rūgšties ir linoleno rūgšties) toliau pratęsiant grandinę ir (arba) įvedant naujas dvigubas jungtis. Šis procesas vyksta dalyvaujant mitochondrijų ir mikrosomų fermentams. Pavyzdžiui, arachidono rūgšties sintezė vyksta pagal šią schemą:

Biologinis polinesočiųjų riebalų rūgščių vaidmuo iš esmės buvo išaiškintas, kai buvo atrasta nauja fiziologiškai aktyvių junginių klasė – prostaglandinai.

Trigliceridų biosintezė

Yra pagrindo manyti, kad riebalų rūgščių biosintezės greitį daugiausia lemia trigliceridų ir fosfolipidų susidarymo greitis, nes laisvosios riebalų rūgštys audiniuose ir kraujo plazmoje yra nedideliais kiekiais ir paprastai nesikaupia.

Trigliceridų sintezė vyksta iš glicerolio ir riebalų rūgščių (daugiausia stearino, palmitino ir oleino). Trigliceridų biosintezės kelias audiniuose vyksta dėl tarpinio junginio glicerolio-3-fosfato susidarymo. Inkstuose, taip pat žarnyno sienelėse, kur fermento glicerolio kinazės aktyvumas yra didelis, glicerolis yra fosforilinamas ATP, kad susidarytų glicerolis-3-fosfatas:

Riebaliniame audinyje ir raumenyse dėl labai mažo glicerolio kinazės aktyvumo glicerolio-3-fosfato susidarymas daugiausia susijęs su glikolize arba glikogenolize 1 . 1 Tais atvejais, kai riebaliniame audinyje gliukozės yra mažai (pavyzdžiui, badaujant), susidaro tik nedidelis glicerolio-3-fosfato kiekis, o lipolizės metu išsiskiriančios laisvosios riebalų rūgštys negali būti panaudotos trigliceridų resintezei, todėl riebalų rūgštys pasišalina. riebalinis audinys. Priešingai, glikolizės aktyvinimas riebaliniame audinyje prisideda prie trigliceridų, taip pat juose esančių riebalų rūgščių, kaupimosi. Yra žinoma, kad glikolitinio gliukozės skilimo procese susidaro dihidroksiacetono fosfatas. Pastaroji, esant nuo citoplazmos NAD priklausomai glicerolio fosfato dehidrogenazei, gali virsti glicerolio-3-fosfatu:

Kepenyse stebimi abu glicerolio-3-fosfato susidarymo būdai.

Vienaip ar kitaip susidaręs glicerolio-3-fosfatas yra acilinamas dviem riebalų rūgšties CoA darinio molekulėmis (t. y. „aktyviosiomis“ riebalų rūgšties formomis) 2 . 2 Kai kuriuose mikroorganizmuose, pvz., E. coli, acilo grupės donoras yra ne CoA dariniai, o riebalų rūgšties AKR dariniai. Dėl to susidaro fosfatidinė rūgštis:

Atkreipkite dėmesį, kad nors fosfatido rūgšties ląstelėse yra labai mažais kiekiais, ji yra labai svarbus tarpinis produktas, įprastas trigliceridų ir glicerofosfolipidų biosintezei (žr. schemą).

Jei sintetinami trigliceridai, fosfatidinė rūgštis defosforilinama naudojant specifinę fosfatazę (fosfatidato fosfatazę) ir susidaro 1,2-digliceridas:

Trigliceridų biosintezė užbaigiama susidariusį 1,2-digliceridą esterinant su trečiąja acil-CoA molekule:

Glicerofosfolipidų biosintezė

Svarbiausių glicerofosfolipidų sintezė daugiausia lokalizuota ląstelės endoplazminiame tinkle. Pirma, fosfatido rūgštis dėl grįžtamos reakcijos su citidino trifosfatu (CTP) paverčiama citidino difosfato digliceridu (CDP-digliceridu):

Tada vėlesnėse reakcijose, kurių kiekvieną katalizuoja atitinkamas fermentas, citidino monofosfatas iš CDP-diglicerido molekulės išstumiamas vienu iš dviejų junginių – serinu arba inozitoliu, susidarant fosfatidilserinui arba fosfatidilinozitoliui arba 3-fosfatidil-gliceroliui-1. fosfatas. Kaip pavyzdį pateikiame fosfatidilserino susidarymą:

Savo ruožtu fosfatidilserinas gali būti dekarboksilintas, kad susidarytų fosfatidiletanolaminas:

Fosfatidiletanolaminas yra fosfatidilcholino pirmtakas. Dėl trijų metilo grupių nuoseklaus perkėlimo iš trijų S-adenozilmetionino (metilo grupių donoro) molekulių į etanolamino liekanos amino grupę susidaro fosfatidilcholinas:

Yra dar vienas fosfatidiletanolamino ir fosfatidilcholino sintezės būdas gyvūnų ląstelėse. Šiame kelyje CTP taip pat naudojamas kaip nešiklis, bet ne fosfatido rūgštis, o fosforilcholinas arba fosforiletanolaminas (schema).

cholesterolio biosintezė

Dar septintajame dešimtmetyje Blochas ir kt. eksperimentuose naudojant acetatą, pažymėtą 14 C metilo ir karboksilo grupėse, parodė, kad abu anglies atomai acto rūgštis yra maždaug vienodais kiekiais į kepenų cholesterolį. Be to, buvo įrodyta, kad visi cholesterolio anglies atomai yra iš acetato.

Vėliau Linen, Redney, Polyak, Cornforth, A. N. Klimov ir kitų tyrinėtojų darbo dėka buvo išaiškintos pagrindinės cholesterolio fermentinės sintezės, apimančios daugiau nei 35 fermentines reakcijas, detalės. Cholesterolio sintezėje galima išskirti tris pagrindinius etapus: pirmasis – aktyvaus acetato pavertimas mevalono rūgštimi, antrasis – skvaleno susidarymas iš mevalono rūgšties, trečiasis – skvaleno ciklizavimas į cholesterolį.

Pirmiausia panagrinėkime aktyvaus acetato virsmo mevalono rūgštimi stadiją. Pradinis mevalono rūgšties sintezės iš acetil-CoA žingsnis yra acetoacetil-CoA susidarymas per grįžtamąją tiolazės reakciją:

Tada vėlesnis acetoacetil-CoA kondensavimas su trečiąja acetil-CoA molekule, dalyvaujant hidroksimetilglutaril-CoA sintazei (HMG-CoA sintazei), susidaro β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA:

Atkreipkite dėmesį, kad mes jau svarstėme šiuos pirmuosius mevalono rūgšties sintezės žingsnius, kai nagrinėjome ketoninių kūnų susidarymą. Be to, β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA, veikiamas nuo NADP priklausomos hidroksimetilglutaril-CoA reduktazės (HMG-CoA reduktazės), dėl vienos iš karboksilo grupių redukavimo ir HS-KoA skilimo, paverčiama mevalono rūgštimi:

HMG-CoA reduktazės reakcija yra pirmoji praktiškai negrįžtama reakcija cholesterolio biosintezės grandinėje ir ji vyksta labai prarandant laisvąją energiją (apie 33,6 kJ). Nustatyta, kad ši reakcija riboja cholesterolio biosintezės greitį.

Kartu su klasikiniu mevalono rūgšties biosintezės būdu yra ir antras būdas, kuriame kaip tarpinis substratas susidaro ne β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA, o β-hidroksi-β-metilglutarnl-S-APB. Šio kelio reakcijos akivaizdžiai identiškos pradinėms riebalų rūgščių biosintezės stadijoms iki acetoacetil-S-APB susidarymo. Acetil-CoA karboksilazė, fermentas, paverčiantis acetil-CoA malonil-CoA, dalyvauja formuojant mevalono rūgštį šiuo keliu. Optimalus malonil-CoA ir acetil-CoA santykis mevalono rūgšties sintezei yra dvi acetil-CoA molekulės malonil-CoA molekulėje.

Įrodyta, kad malonil-CoA, pagrindinis riebalų rūgščių biosintezės substratas, dalyvauja formuojant mevalono rūgštį ir įvairius poliizoprenoidus daugelyje biologinių sistemų: balandžių ir žiurkių kepenyse, triušių pieno liaukose, mielių ekstraktuose be ląstelių. Šis mevalono rūgšties biosintezės kelias daugiausia pastebimas kepenų ląstelių citoplazmoje. Šiuo atveju svarbų vaidmenį formuojant mevalonatą vaidina hidroksimetilglutaril-CoA reduktazė, kuri buvo rasta tirpioje žiurkės kepenų frakcijoje ir nėra identiška mikrosominiam fermentui pagal daugybę kinetinių ir reguliavimo savybių. Yra žinoma, kad mikrosominė hidroksimetilglutaril-CoA reduktazė yra pagrindinė jungtis reguliuojant mevalono rūgšties biosintezės kelią iš acetil-CoA, dalyvaujant acetoacetil-CoA tiolazei ir HMG-CoA sintazei. Antrojo mevalono rūgšties biosintezės kelio reguliavimas veikiant įvairiems poveikiams (badavimas, maitinimas cholesteroliu, paviršinio aktyvumo medžiagos - triton WR-1339 įvedimas) skiriasi nuo pirmojo kelio, kuriame dalyvauja mikrosominė reduktazė, reguliavimo. Šie duomenys rodo, kad egzistuoja du autonominės sistemos mevalono rūgšties biosintezė. Fiziologinis vaidmuo antrasis būdas ištirtas nepilnai. Manoma, kad jis turi tam tikrą reikšmę ne tik nesteroidinių medžiagų, tokių kaip ubichinono šoninė grandinė ir kai kurių tRNR unikali bazė N 6 (Δ 2 -izopentil) -adenozinas, sintezei, bet ir steroidų biosintezė (A. N. Klimovas, E. D. Polyakova).

Antrame cholesterolio sintezės etape mevalono rūgštis paverčiama skvalenu. Antrojo etapo reakcijos prasideda mevalono rūgšties fosforilinimo pagalba ATP. Dėl to susidaro 5 "pirofosforo esteris, o po to - 5" mevalono rūgšties pirofosforo esteris:

5"-pirofosfomevalono rūgštis, dėl vėlesnio tretinės hidroksilo grupės fosforilinimo, sudaro nestabilų tarpinį produktą - 3"-fosfo-5"-pirofosfomevalono rūgštį, kuri, dekarboksilinta ir praradusi fosforo rūgštį, virsta piro-izopentenilu. izomerizuojasi į dimetilalilo pirofosfatą:

Šie du izomeriniai izopentenilo pirofosfatai (dimetilalilo pirofosfatas ir izopentenilo pirofosfatas) kondensuojasi, išskirdami pirofosfatą ir sudarydami geranilo pirofosfatą. Izopentenilo pirofosfatas vėl pridedamas prie geranilo pirofosfato, todėl šios reakcijos rezultatas yra farnezilpirofosfatas.

Acetil-CoA yra VFA sintezės substratas, tačiau riebiųjų rūgščių (FA) sintezės metu kiekviename pailgėjimo cikle naudojamas ne pats acetil-CoA, o jo darinys malonil-CoA.

Šią reakciją katalizuoja fermentas acetil-CoA karboksilazė, pagrindinis fermentas FA sintezės multifermentinėje sistemoje. Fermentų aktyvumą reguliuoja neigiamo grįžtamojo ryšio tipas. Inhibitorius yra sintezės produktas: acil-CoA su ilga grandine (n=16) - palmitoil-CoA. Aktyvatorius yra citratas. Šio fermento nebaltyminėje dalyje yra vitamino H (biotino).

Vėliau, vykstant riebalų rūgščių sintezei, acil-CoA molekulė kiekviename etape palaipsniui pailgėja 2 anglies atomais dėl malonilo-CoA, kuris šiame pailgėjimo procese praranda CO 2.

Susidarius malonil-CoA pagrindines riebalų rūgščių sintezės reakcijas katalizuoja vienas fermentas – riebalų rūgščių sintetazė (fiksuota ant endoplazminio tinklo membranų). Riebalų rūgščių sintetazėje yra 7 aktyvios vietos ir acilą pernešantis baltymas (ACP). Malonil-CoA surišimo vietoje yra nebaltyminis komponentas, vitaminas B3 (pantoteno rūgštis). Vieno HFA sintezės reakcijų ciklo seka parodyta 45 pav.

45 pav. Aukštesnių riebalų rūgščių sintezės reakcijos

Pasibaigus ciklui, acil-APB patenka į kitą sintezės ciklą. Nauja malonil-CoA molekulė yra prijungta prie laisvos acilą nešančio baltymo SH grupės. Tada acilo liekana atskeliama, ji perkeliama į malonilo liekaną (kartu dekarboksilinant) ir reakcijų ciklas kartojamas.

Taigi būsimos riebalų rūgšties angliavandenilių grandinė palaipsniui auga (po du anglies atomus kiekvienam ciklui). Taip nutinka tol, kol pailgėja iki 16 anglies atomų (palmitino rūgšties sintezės atveju) arba daugiau (kitų riebalų rūgščių sintezė). Po to vyksta tiolizė ir aktyvioji riebalų rūgšties forma, acil-CoA, susidaro galutinėje formoje.

Normaliam aukštesniųjų riebalų rūgščių sintezės procesui būtinos šios sąlygos:

1) Angliavandenių suvartojimas, kurių oksidacijos metu susidaro reikalingi substratai ir NADPH 2.

2) Didelis ląstelės energetinis krūvis – didelis ATP kiekis, užtikrinantis citrato išsiskyrimą iš mitochondrijų į citoplazmą.

Lyginamosios charakteristikos b-oksidacija ir aukštesnių riebalų rūgščių sintezė:

1 . b-oksidacija vyksta mitochondrijose, o riebalų rūgščių sintezė vyksta citoplazmoje ant endoplazminio tinklo membranų. Tačiau mitochondrijose susidaręs acetil-CoA pats negali praeiti pro membranas. Todėl egzistuoja acetil-CoA pernešimo iš mitochondrijų į citoplazmą mechanizmai, dalyvaujant Krebso ciklo fermentams (46 pav.).

46 pav. Acetil-CoA transportavimo iš mitochondrijų į citoplazmą mechanizmas.

Pagrindiniai TCA fermentai yra citrato sintazė ir izocitrato dehidrogenazė. Pagrindiniai šių fermentų alosteriniai reguliatoriai yra ATP ir ADP. Jei ląstelėje yra daug ATP, tai ATP veikia kaip šių pagrindinių fermentų inhibitorius. Tačiau izocitrato dehidrogenazę ATP slopina labiau nei citrato sintetazę. Tai veda prie citrato ir izocitrato kaupimosi mitochondrijų matricoje. Kaupdamasis citratas palieka mitochondrijas ir patenka į citoplazmą. Citoplazmoje yra fermento citrato liazė. Šis fermentas skaido citratą į PAA ir acetil-CoA.

Taigi acetil-CoA išsiskyrimo iš mitochondrijų į citoplazmą sąlyga yra geras ATP aprūpinimas ląstele. Jei ląstelėje yra mažai ATP, acetil-CoA suskaidomas iki CO 2 ir H 2 O.

2 . B-oksidacijos metu tarpiniai produktai yra susieti su HS-CoA, o riebalų rūgščių sintezės metu tarpiniai produktai – su specifiniu acilą pernešančiu baltymu (ACP). Tai sudėtingas baltymas. Jo nebaltyminė dalis savo struktūra panaši į CoA ir susideda iš tioetilamino, pantoteno rūgšties (vitamino B3) ir fosfato.

3 . B-oksidacijoje kaip oksidatorius naudojami NAD ir FAD. Riebalų rūgščių sintezei reikalingas reduktorius - naudojamas NADP * H 2.

Ląstelėje yra 2 pagrindiniai NADP * H 2 šaltiniai riebalų rūgščių sintezei:

a) pentozės fosfato angliavandenių skilimo kelias;

Anksčiau buvo manoma, kad skilimo procesai yra sintezės procesų (pavyzdžiui, glikogenolizės ir glikogenezės) apsisukimas, o riebalų rūgščių sintezė buvo laikoma atvirkštiniu jų oksidacijai procesu.

Dabar nustatyta, kad mitochondrijų riebalų rūgščių biosintezės sistema, apimanti šiek tiek pakeistą α-oksidacijos reakcijos seką, tik pailgina organizme jau esančias vidutinės grandinės riebalų rūgštis, o visa palmitino rūgšties biosintezė vyksta aktyviai. už mitochondrijų visiškai kitu keliu. Aktyvi sistema, kuris užtikrina riebalų rūgščių grandinių pailgėjimą, yra endoplazminiame tinkle.

Ekstramitochondrinė sistema de novo riebalų rūgščių biosintezei (lipogenezei)

Ši sistema randama tirpioje (citozolinėje) daugelio organų, ypač kepenų, inkstų, smegenų, plaučių, krūties, ląstelių frakcijoje, taip pat riebaliniame audinyje. Riebalų rūgščių biosintezė vyksta naudojant NADPH, ATP, kaip šaltinį); substratas yra galutinis produktas – palmitino rūgštis. Reikalavimai kofaktoriams biosintetiniuose ir β-oksidacijos procesuose labai skiriasi.

Malonil-CoA susidarymas

Pirmoji riebalų rūgščių biosintezės reakcija, katalizuojama acetilarboksilazės ir vykdoma ATP energijos sąskaita, yra karboksilinimas, šaltinis yra bikarbonatas. Fermento funkcionavimui būtinas vitaminas biotinas (23.5 pav.). Šis fermentas susideda iš įvairaus skaičiaus identiškų subvienetų, kurių kiekviename yra biotino, biotino karboksilazės, karboksibiotiną pernešančio baltymo, trans-karboksilazės ir reguliuojančio allosterinio centro, ty tai yra polifermentų kompleksas. Reakcija vyksta dviem etapais: (1) biotino karboksilinimas dalyvaujant ATP (20.4 pav.) ir (2) karboksilo grupės perkėlimas į acetil-CoA, dėl ko ji aktyvuojama citratu ir slopinama ilgos grandinės.. Aktyvuota fermento forma lengvai polimerizuojasi, susidarant siūlams, susidedantiems iš 10-20 protomerų.

Sintazės kompleksas, katalizuojantis riebalų rūgščių susidarymą

Yra dviejų tipų sintazės kompleksai, kurie katalizuoja riebalų rūgščių biosintezę; abu yra tirpiojoje ląstelės dalyje. Bakterijose, augaluose ir žemesnėse gyvūnų formose, tokiose kaip euglena, visi atskiri sintazės sistemos fermentai randami kaip autonominiai polipeptidai; acilo radikalai yra susieti su vienu iš jų, vadinamu

Ryžiai. 23.5. Malonil-CoA biosintezė. Facetil-CoA-karboksilazė.

acilo pernešimo baltymas (ACP). Mielėse, žinduoliuose ir paukščiuose sintazės sistema yra daugiafermentinis kompleksas, kurio negalima suskirstyti į komponentus nepažeidžiant jo veiklos, o APB yra šio komplekso dalis. Tiek bakterinėse ACP, tiek polifermento komplekso ACP yra vitamino pantoteno rūgšties 4-fosfopanteteino pavidalu (žr. 17.6 pav.). Sintazės sistemoje APB atlieka CoA vaidmenį. Riebalų rūgščių susidarymą katalizuojantis sintazės kompleksas yra dimeras (23.6 pav.). Gyvūnuose monomerai yra identiški ir juos sudaro vienas polipeptidas

Ryžiai. 23.6. Polienzimų kompleksas, katalizuojantis riebalų rūgščių sintezę. Kompleksas yra dimeras, susidedantis iš dviejų identiškų polipeptido monomerų 1 ir 2. Kiekvienas monomeras apima 6 atskirus fermentus ir acilo pernešimo baltymą (ACP). Cys-SH-tiolio cisteino grupė. Vieno monomero 4-fosfopanteteino sulfhidrilo grupė yra arti tos pačios ketoacilsintetazės cistino liekanos grupės, kuri yra kito monomero dalis; tai rodo monomerų išsidėstymą nuo galvos iki uodegos. Fermentų išsidėstymo monomeruose seka galutinai nenurodyta ir čia pateikta pagal Tsukamoto duomenis. Kiekvienas iš monomerų apima visus fermentus, kurie katalizuoja riebalų rūgščių biosintezę; tačiau tai nėra funkcinis vienetas (pastarasis apima abiejų monomerų fragmentus, o pusė vieno monomero sąveikauja su „papildoma“ kito puse). Sintazės kompleksas vienu metu sintetina dvi riebalų rūgščių molekules.

(žr. nuskaitymą)

Ryžiai. 23.7. Ilgos grandinės riebalų rūgščių biosintezė. Parodyta, kaip pridėjus vieną malonilo liekaną, acilo grandinė pailgėja 2 anglies agomais. Cys - cisteino likutis; FP – 4-fosfopantetinas. Riebalų rūgščių sintazės struktūra parodyta fig. 23.6. - atskiri riebalų rūgščių sintazės monomerai. Viename dimeryje vienu metu sintetinamos 2 acilo grandinės, o naudojamos 2 poros - -grupių; kiekvienoje poroje viena iš grupių priklauso Fp, o kita – Cys.

grandinė, apimanti 6 fermentus, katalizuojančius riebalų rūgščių biosintezę, ir APB su reaktyvia grupe, priklausančia -fosfopanteteinui. Netoli šios grupės yra kita sulfhidrilo grupė, priklausanti cisteino liekanai, kuri yra ketoacilsintazės (kondensuojančio fermento) dalis, kuri yra kito monomero dalis (23.6 pav.). Kadangi sintazės aktyvumui pasireikšti būtinas abiejų sulfhidrilo grupių dalyvavimas, sintazės kompleksas veikia tik kaip dimeras.

Pirmajame proceso etape inicijuojanti molekulė, dalyvaujant transacilazei, sąveikauja su cisteino grupe, veikiama to paties fermento (transacilazės), sąveikauja su kaimynine grupe, priklausančia fosfopanteteinui, lokalizuota kito monomero AKR. Šios reakcijos rezultate susidaro acetil(acil)malonilo fermentas. 3-ketoacilo sintazė katalizuoja fermento acetilo grupės sąveiką su malonilo metileno grupe ir susidariusio α-ketoacilo fermento (acetoacetilo fermento) išsiskyrimą; tai atpalaiduoja cisteino sulfhidrilo grupę, kurią anksčiau užėmė acetilo grupė. Dekarboksilinimas leidžia reakcijai baigtis ir yra biosintezės varomoji jėga. 3-ketoacilo grupė redukuojama, po to dehidratuojama ir vėl redukuojama, todėl susidaro atitinkamas prisotintas acil-8-fermentas. Šios reakcijos yra panašios į atitinkamas P-oksidacijos reakcijas; skirtumas visų pirma slypi tame, kad biosintezės metu susidaro 3-hidroksirūgšties D(-)-izomeras, o ne NADPH, o ne NADH, yra vandenilio donoras redukcijos reakcijose. Be to, nauja molekulė sąveikauja su fosfopanteteino α grupe, o prisotintas acilo liekanas pereina į laisvąją α-cisteino grupę. Reakcijų ciklas kartojamas dar 6 kartus, ir kiekviena nauja malonato liekana įterpiama į anglies grandinę, kol susidaro sotusis 16 anglies acilo radikalas (palmitoilas). Pastarasis išsiskiria iš polifermento komplekso, veikiant šeštajam fermentui, kuris yra komplekso dalis – tioesterazei (deacilazei). Laisvoji palmitino rūgštis, prieš patenkant į kitą metabolizmo kelią, turi patekti į aktyvi forma Tada aktyvuotas palmitatas dažniausiai esterifikuojamas, susidarant acilgliceroliams (23.8 pav.).

Pieno liauka turi specialią tioesterazę, būdingą acilo likučiams arba α-riebalų rūgštims, kurios sudaro pieno lipidus. Atrajotojų pieno liaukose šis fermentas yra sintazės komplekso, katalizuojančio riebalų rūgščių susidarymą, dalis.

Matyt, viename dimerinės sintazės komplekse yra 2 aktyvūs centrai, kurie veikia nepriklausomai vienas nuo kito, todėl vienu metu susidaro 2 palmitino rūgšties molekulės.

Visų nagrinėjamo metabolizmo kelio fermentų sujungimas į vieną polifermentinį kompleksą užtikrina aukštą jo efektyvumą ir pašalina kitų procesų konkurenciją, todėl šio kelio suskaidymo ląstelėje efektas pasiekiamas nedalyvaujant papildomoms pralaidumo barjerams. .

Toliau pateikiama bendra palmitino rūgšties biosintezės reakcija iš acetil-CoA ir malonil-CoA:

Iš molekulės, veikiančios kaip sėkla, susidaro 15 ir 16 palmitino rūgšties anglies atomai. Visų vėlesnių dviejų anglies fragmentų prisitvirtinimas atsiranda dėl kepenų

Ryžiai. 23.8. Palmitato likimas

ir žinduolių pieno liaukos, butiril-CoA gali tarnauti kaip sėkla. Jei propionil-CoA veikia kaip sėkla, tada sintetinamos ilgos grandinės riebalų rūgštys su nelyginiu anglies atomų skaičiumi. Tokios riebalų rūgštys pirmiausia būdingos atrajotojams, kurių prieskrandyje, veikiant mikroorganizmams, susidaro propiono rūgštis.

Redukuojančių ekvivalentų ir acetil-CoA šaltiniai. Tiek 3-ketoacilo, tiek 2,3-nesočiųjų acilo darinių redukcijos reakcijoje naudojamas NADPH kaip kofermentas. Jo metu susidaro vandenilis, būtinas redukcinei riebalų rūgščių biosintezei oksidacinės reakcijos pentozės fosfato kelias. Svarbu pažymėti, kad audiniai, kuriuose pentozė

(žr. nuskaitymą)

Ryžiai. 23.9. Acetil-CoA ir NADPH šaltiniai lipogenezei. PFP – pentozės fosfato kelias: T trikarboksilatą išsauganti sistema; K a-ketoglutaratą nešanti sistema

fosfatų kelią, gali efektyviai vykdyti lipogenezę (pavyzdžiui, kepenys, riebalinis audinys ir pieno liaukos laktacijos metu). Be to, abu metabolizmo keliai vyksta ląstelėje už mitochondrijų ribų, todėl NADPH/NADP perėjimui iš vieno metabolizmo kelio į kitą netrukdo membranos ar kiti barjerai. Kiti NADPH šaltiniai – malato pavertimo piruvatu reakcija, katalizuojama „obuolių“ fermento (-malato dehidrogenazės) (23.9 pav.), taip pat ekstramitochondrinė reakcija, katalizuojama anzocitrato dehidrogenazės (tikriausiai jos vaidmuo nereikšmingas).

Acetil-CoA, kuris yra riebalų rūgščių sintezės elementas, susidaro mitochondrijose iš angliavandenių oksiduojant piruvatui. Tačiau acetil-CoA negali laisvai patekti į ekstramitochondrinį skyrių, pagrindinę riebalų rūgščių biosintezės vietą. Ekstramitochondrinio ATP-citrato-liazės ir „obuolių“ fermento aktyvumas su gera mityba didėja lygiagrečiai su riebalų rūgščių biosintezėje dalyvaujančių fermentų aktyvumu. Šiuo metu manoma, kad piruvato panaudojimo būdas lipogenezės procese eina per citrato susidarymo stadiją. Šis metabolizmo kelias apima glikolizę, tada oksidacinį piruvato dekarboksilinimą į acetil-CoA mitochondrijose ir vėlesnę kondensacijos reakciją su oksaloacetatu, kad susidarytų citratas, kuris yra citrinų rūgšties ciklo komponentas. Be to, citratas pereina į ekstramitochondrijų skyrių, kur ATP-citrato liazė, esant CoA ir ATP, katalizuoja jos skilimą į acetil-CoA ir oksaloacetatą. Acetil-CoA virsta malonil-CoA (23.5 pav.) ir įtraukiamas į palmitino rūgšties biosintezę (23.9 pav.). Oksaloacetatas, veikiamas nuo NADH priklausomos malato dehidrogenazės, gali virsti malatu, tada „obuolių“ fermento katalizuojamos reakcijos rezultate susidaro NADPH, kuris tiekia vandenilį lipogenezės keliui. Šis metabolinis procesas užtikrina redukuojančių ekvivalentų perkėlimą iš ekstramitochondrinio NADH į NADP. Arba malatas gali būti transportuojamas į mitochondrijas, kur jis paverčiamas oksaloacetatu. Pabrėžtina, kad mitochondrijų citratą (trikarboksilatą) pernešančios sistemos darbui reikalingas malatas, kuris pakeičiamas citratu (žr. 13.16 pav.).

Atrajotojų organizme ATP-citrato liazės ir „obuolių“ fermento kiekis audiniuose, kurie vykdo lipogenezę, yra nereikšmingas. Taip yra, matyt, dėl to, kad šių gyvūnų pagrindinis acetil-CoA šaltinis yra acetatas, kuris susidaro didžiajame prieskrandyje. Kadangi acetatas yra aktyvuojamas į acetil-CoA ekstramitochondriškai, jam nereikia patekti į mitochondrijas ir paversti citratu prieš įtraukiant į ilgos grandinės riebalų rūgščių biosintezės kelią. Atrajotojams dėl mažo „obuolių“ fermento aktyvumo NADPH susidarymą katalizuoja

Ryžiai. 23.10 val. Mikrosominė riebalų rūgščių grandinės pailginimo sistema (elongazės sistema).

ekstramitochondrinė izocitrato dehidrogenazė.

Mikrosominė riebalų rūgščių grandinės pailginimo sistema (elongazė)

Atrodo, kad mikrosomos yra pagrindinė ilgos grandinės riebalų rūgščių pailgėjimo vieta. Riebalų rūgščių acil-CoA-dariniai paverčiami junginiais, turinčiais dar 2 anglies atomus; malonil-CoA yra acetilo grupės donoras, o NADPH yra reduktorius. CoA tioeteriai yra tarpiniai šiame kelyje. Sėklų molekulės gali būti sočiųjų (C10 ir daugiau) ir nesočiųjų riebalų rūgščių. Badaujant slopinamas riebalų rūgščių grandinių pailgėjimo procesas. Smegenyse formuojantis nervinių ląstelių mielino apvalkalams, stearilo-CoA pailgėjimo procesas smarkiai padidėja, todėl susidaro α-riebalų rūgštys, kurios yra sfingolipidų dalis (23.10 pav.).

LITERATŪRA

Berniukas P. D. (red.). The Enzymes, 3. leidimas, tomas. 16 of Lipid Enzymology, Academic Press, 1983. -

Debeer L. J., Mannaerts G. P. Riebalų rūgščių oksidacijos mitochondrijų ir peroksisominiai keliai žiurkių kepenyse, Diabete Metab. (Paryžius), 1983, 9, 134.

Goodridge A.G. Riebalų rūgščių sintezė eukariotuose, 143 psl. In: Biochemistry of Lipids and Membranes, Vance D. E., Vance J. E. (red.), Benjamin/Cummings, 1985.

Gurr M.I., James A.I. Lipidų biochemija: įvadas, 3 leidimas, Wiley, 1980 m.

Pande S. V., Parvin R. 143 psl. In: Carnitine Biosynthesis, Metabolism, and Functions, Frenkel R. A., McGarry J. D. (red.), Academic Press, 1980 m.

Schulz H. Riebalų rūgščių oksidacija, 116 psl. In: Biochemistry of Lipids and Membranes, Vance D. E., Vance J. E. (red.), Benjamin/Cummings, 1985.

Singhas N.. Wak.il S.J., Stoops J.K. Gyvūninių riebalų rūgščių sintetazės pusės arba visos vietos reaktyvumo klausimu J. Biol. Chem., 1984, 259, 3605.

Tsukamoto Y. ir kt. Gyvūninių riebalų rūgščių sintetazės komplekso architektūra, J. Biol. Chem., 1983, 258, 15312.

įvairių autorių. Sutrikimams būdingi nenormalaus lipidų apykaitos požymiai. In: The Metabolic Basis of Herited Disease, 5th ed., Stanbury J. B. et al. (red.), McGraw-Hill, 1983 m.

Anksčiau buvo manoma, kad skilimo procesai yra sintezės procesų atvirkštinis procesas, įskaitant riebalų rūgščių sintezę, buvo laikomas procesu, priešingu jų oksidacijai.

Dabar nustatyta, kad mitochondrijų riebalų rūgščių biosintezės sistema, apimanti šiek tiek pakeistą β-oksidacijos reakcijos seką, tik pailgina organizme jau esančias vidutinės grandinės riebalų rūgštis, o palmitino rūgšties biosintezė iš acetil- CoA aktyviai veikia. už mitochondrijų ribų visai kitaip.

Panagrinėkime kai kurias svarbias riebalų rūgščių biosintezės kelio ypatybes.

1. Sintezė vyksta citozolyje, priešingai nei skilimas, kuris vyksta mitochondrijų matricoje.

2. Riebalų rūgščių sintezės tarpiniai produktai yra kovalentiškai susieti su acilo pernešančiojo baltymo (ACP) sulfhidrilo grupėmis, o riebalų rūgščių skilimo tarpiniai produktai – su kofermentu A.

3. Daugelis riebalų rūgščių sintezės fermentų aukštesniuosiuose organizmuose yra suskirstyti į daugelio fermentų kompleksą, vadinamą riebalų rūgščių sintetaze. Priešingai, fermentai, kurie katalizuoja riebalų rūgščių skilimą, nesusieja.

4. Auganti riebalų rūgščių grandinė pailginama nuosekliai pridedant dviejų anglies komponentų, kilusių iš acetil-CoA. Malonil-APB yra aktyvuotas dviejų anglies komponentų donoras pailgėjimo stadijoje. Pailgėjimo reakciją sukelia CO 2 išsiskyrimas.

5. Redukuojančio agento vaidmenį riebalų rūgščių sintezėje atlieka NADPH.

6. Reakcijose dalyvauja ir Mn 2+.

7. Pailgėjimas, veikiant riebalų rūgščių sintetazės kompleksui, sustoja palmitato susidarymo stadijoje (C 16). Tolesnį pailgėjimą ir dvigubų jungčių įvedimą atlieka kitos fermentų sistemos.

Malonilo kofermento A susidarymas

Riebalų rūgščių sintezė prasideda nuo acetil-CoA karboksilinimo iki malonil-CoA. Ši negrįžtama reakcija yra svarbus riebalų rūgščių sintezės etapas.

Malonil-CoA sintezę katalizuoja acetil-CoA karboksilazė ir vykdoma ATR energijos sąskaita. Acetil-CoA karboksilinimo CO 2 šaltinis yra bikarbonatas.

Ryžiai. Malonil-CoA sintezė

Acetil-CoA karboksilazės sudėtyje yra kaip protezinė grupė biotinas.

Ryžiai. Biotinas

Fermentas sudarytas iš įvairaus skaičiaus identiškų subvienetų, kurių kiekviename yra biotino, biotino karboksilazės, karboksibiotino pernešimo baltymas, transkarboksilazės, taip pat reguliacinis allosterinis centras, t.y. atstovauja polienzimų kompleksas. Biotino karboksilo grupė kovalentiškai prijungta prie karboksibiotiną nešančio baltymo lizino liekanos ε-amino grupės. Susidariusio komplekso biotino komponento karboksilinimą katalizuoja antrasis subvienetas – biotino karboksilazė. Trečiasis sistemos komponentas, transkarboksilazė, katalizuoja aktyvinto CO2 perkėlimą iš karboksibiotino į acetil-CoA.

Biotino fermentas + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Biotino fermentas + ADP + P i,

CO 2 ~ Biotino fermentas + Acetil-CoA ↔ Molonil-CoA + Biotino fermentas.

Ryšio tarp biotino ir jį nešančio baltymo ilgis ir lankstumas leidžia perkelti aktyvuotą karboksilo grupę iš vienos aktyvios fermento komplekso vietos į kitą.

Eukariotuose acetil-CoA karboksilazė egzistuoja kaip fermentiškai neaktyvus protomeras (450 kDa) arba kaip aktyvus siūlinis polimeras. Jų tarpusavio konversija reguliuojama allosteriškai. Pagrindinis allosterinis aktyvatorius yra citratas, kuris perkelia pusiausvyrą aktyvios pluoštinės fermento formos link. Optimali biotino orientacija substratų atžvilgiu pasiekiama pluoštinėje formoje. Priešingai nei citratas, palmitoil-CoA perkelia pusiausvyrą link neaktyvios protomero formos. Taigi, palmitoil-CoA, galutinis produktas, slopina pirmąjį kritinį riebalų rūgščių biosintezės etapą. Acetil-CoA karboksilazės reguliavimas bakterijose smarkiai skiriasi nuo eukariotų, nes juose riebalų rūgštys pirmiausia yra fosfolipidų pirmtakai, o ne atsarginis kuras. Citratas neturi įtakos bakterijų acetil-CoA karboksilazei. Sistemos transkarboksilazės komponento aktyvumą reguliuoja guanino nukleotidai, kurie koordinuoja riebalų rūgščių sintezę su bakterijų augimu ir dalijimusi.

Riebalų rūgščių sintezė

RIEBALŲ RŪGŠČIŲ SINTEZĖ

1. De novo biosintezė (palmitino rūgšties C16 sintezė).

1. Riebalų rūgščių modifikavimo sistema:

 riebalų rūgščių pailgėjimo procesai (pailgėjimas 2 anglies atomais),

 desaturacija (nesočiojo ryšio susidarymas).

Didelė dalis riebalų rūgščių sintetinama kepenyse, kiek mažiau – riebaliniame audinyje ir laktacijos liaukose.

SINTEZĖ iš naujo

 Pradinė medžiaga yra acetil-CoA.

Acetil-CoA, susidaręs mitochondrijų matricoje dėl piruvato, galutinio glikolizės produkto, oksidacinio dekarboksilinimo, per mitochondrijų membraną pernešamos į citozolį kur sintetinamos riebalų rūgštys.

AŠ SCENA. ACETIL-CoA TRANSPORTAVIMAS IŠ MITOCHONDRŲ Į CITOZOLĮ

1. karnitino mechanizmas.

2. Pirmojoje TCA reakcijoje susidariusio citrato sudėtyje:

MALATO OKSALOACETATAS

VIRŠ + 3

1 - citrato sintazė; 2 - citrato liazė;

3 - malato dehidrogenazė;

4 - malik-fermentas; 5 - piruvato karboksilazė

II ETAPAS. MALONILO COA SUSIDARYMAS

acetil-CoA acetil-CoA karboksilazė, malonil-CoA turintis biotino

Jį atlieka kelių fermentų kompleksas „riebalų rūgščių sintazė“, kurį sudaro 6 fermentai ir acilą pernešantis baltymas (ACP). APB apima pantoteno rūgšties 6-fosfopanteino darinį, kuris turi SH grupę, pvz., HS-CoA.

III ETAPAS. PALMITINĖS RŪGŠTIES SUSIDARYMAS

III ETAPAS. PALMITINĖS RŪGŠTIES SUSIDARYMAS

Po to acil-APB patenka į naują sintezės ciklą. Prie laisvos APB SH grupės prijungta nauja malonilo-CoA molekulė. Tada acilo liekana atskiriama ir perkeliama į malonilo liekaną kartu dekarboksilinant, o reakcijos ciklas kartojamas. Taigi būsimos riebalų rūgšties angliavandenilių grandinė palaipsniui auga (po du anglies atomus kiekvienam ciklui). Tai vyksta iki to momento, kai jis pailgėja iki 16 anglies atomų.