biosinteza maščobnih kislin. Sinteza maščobnih kislin. Aktivne skupine sintaze maščobnih kislin

Ker je sposobnost shranjevanja polisaharidov pri živalih in ljudeh precej omejena, je lahko glukoza, pridobljena v količinah, ki presegajo takojšnje energetske potrebe in »skladiščne zmogljivosti« telesa, »gradbeni material« za sintezo maščobnih kislin in glicerola. Po drugi strani pa se maščobne kisline s sodelovanjem glicerola pretvorijo v trigliceride, ki se odlagajo v maščobnem tkivu.

Pomemben proces je tudi biosinteza holesterola in drugih sterolov. Čeprav kvantitativno pot sinteze holesterola ni tako pomembna, pa je velik pomen ker se iz holesterola v telesu tvorijo številni biološko aktivni steroidi.

Sinteza višjih maščobnih kislin v telesu

Trenutno so mehanizem biosinteze maščobnih kislin pri živalih in ljudeh ter encimski sistemi, ki katalizirajo ta proces, dovolj raziskani. Sinteza maščobnih kislin v tkivih poteka v citoplazmi celice. V mitohondrijih gre predvsem za podaljšanje obstoječih verig maščobnih kislin 1 .

1 Poskusi in vitro so pokazali, da imajo izolirani mitohondriji zanemarljivo sposobnost vključitve označene ocetne kisline v dolgoverižne maščobne kisline. Na primer, ugotovljeno je bilo, da se palmitinska kislina večinoma sintetizira v citoplazmi jetrnih celic in v mitohondrijih jetrnih celic na osnovi palmitinske kisline, ki je že sintetizirana v celični citoplazmi, ali na osnovi maščobnih kislin eksogenega izvora. , tj. prejetih iz črevesja, nastanejo maščobne kisline, ki vsebujejo 18, 20 in 22 ogljikovih atomov. Hkrati so reakcije sinteze maščobnih kislin v mitohondrijih v bistvu povratne reakcije oksidacije maščobnih kislin.

Ekstramitohondrijska sinteza (osnovna, glavna) maščobnih kislin se po mehanizmu močno razlikuje od procesa njihove oksidacije. Gradnik za sintezo maščobnih kislin v citoplazmi celice je acetil-CoA, ki v glavnem izhaja iz mitohondrijskega acetil-CoA. Ugotovljeno je tudi, da je za sintezo maščobnih kislin pomembna prisotnost ogljikovega dioksida ali bikarbonatnega iona v citoplazmi. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da citrat stimulira sintezo maščobnih kislin v citoplazmi celice. Znano je, da acetil-CoA, ki nastane v mitohondrijih med oksidativno dekarboksilacijo, ne more difundirati v celično citoplazmo, ker je mitohondrijska membrana za ta substrat neprepustna. Dokazano je, da mitohondrijski acetil-CoA medsebojno deluje z oksaloacetatom, kar povzroči nastanek citrata, ki prosto prodre v citoplazmo celice, kjer se razcepi na acetil-CoA in oksaloacetat:

Zato v ta primer citrat deluje kot nosilec acetilnega radikala.

Obstaja še en način za prenos intramitohondrijskega acetil-CoA v citoplazmo celice. To je pot, ki vključuje karnitin. Zgoraj je bilo omenjeno, da ima karnitin vlogo nosilca acilnih skupin iz citoplazme v mitohondrije med oksidacijo maščobnih kislin. Očitno lahko to vlogo igra tudi v obratnem procesu, to je pri prenosu acilnih radikalov, vključno z acetilnim radikalom, iz mitohondrijev v celično citoplazmo. Vendar, ko pogovarjamo se glede sinteze maščobnih kislin ta transportna pot acetil-CoA ni glavna.

Najpomembnejši korak pri razumevanju procesa sinteze maščobnih kislin je bilo odkritje encima acetil-CoA karboksilaze. Ta kompleksen encim, ki vsebuje biotin, katalizira od ATP odvisno sintezo malonil-CoA (HOOC-CH 2 -CO-S-CoA) iz acetil-CoA in CO 2 .

Ta reakcija poteka v dveh korakih:

Ugotovljeno je bilo, da citrat deluje kot aktivator reakcije acetil-CoA-karboksilaze.

Malonyl-CoA je prvi specifični produkt biosinteze maščobnih kislin. V prisotnosti ustreznega encimskega sistema se malonil-CoA (ki nato nastane iz acetil-CoA) hitro pretvori v maščobne kisline.

Encimski sistem, ki sintetizira višje maščobne kisline, je sestavljen iz več encimov, ki so med seboj na določen način povezani.

Trenutno je proces sinteze maščobnih kislin podrobno raziskan pri E. coli in nekaterih drugih mikroorganizmih. Večencimski kompleks, imenovan sintetaza maščobnih kislin, v E. coli je sestavljen iz sedmih encimov, povezanih s tako imenovanim acilnim prenosnim proteinom (ACP). Ta protein je relativno termostabilen, ima prosti HS-rpynny in sodeluje pri sintezi višjih maščobnih kislin na skoraj vseh stopnjah. Relativna molekulska masa APB je približno 10.000 daltonov.

Sledi zaporedje reakcij, ki potekajo med sintezo maščobnih kislin:

Nato se cikel reakcij ponovi. Recimo, da se sintetizira palmitinska kislina (C 16); v tem primeru se s tvorbo butiril-ACB zaključi le prvi od sedmih ciklov, v vsakem od katerih je začetek adicija molekule malonil-ACB na karboksilni konec rastoče verige maščobnih kislin. V tem primeru se molekula HS-APB in distalna karboksilna skupina malonil-APB odcepita v obliki CO 2 . Na primer, butiril-APB, ki nastane v prvem ciklu, sodeluje z malonil-APB:

Sinteza maščobnih kislin se zaključi s cepitvijo HS-ACP iz acil-ACB pod vplivom encima deacilaze, na primer:

Celotno enačbo za sintezo palmitinske kisline lahko zapišemo takole:

Ali glede na to, da tvorba ene molekule malonil-CoA iz acetil-CoA porabi eno molekulo ATP in eno molekulo CO 2, lahko celotno enačbo predstavimo na naslednji način:

Glavne korake v biosintezi maščobnih kislin lahko predstavimo kot diagram.

V primerjavi z β-oksidacijo ima biosinteza maščobnih kislin številne značilne lastnosti:

• sinteza maščobnih kislin poteka predvsem v citoplazmi celice, oksidacija pa v mitohondrijih;
• sodelovanje v procesu biosinteze maščobnih kislin malonil-CoA, ki nastane z vezavo CO 2 (v prisotnosti biotin-encima in ATP) z acetil-CoA;
• na vseh stopnjah sinteze maščobnih kislin sodeluje beljakovina, ki prenaša acil (HS-ACP);
• potreba po sintezi maščobnih kislin koencima NADPH 2. Slednji v telesu nastane delno (50%) v reakcijah pentoznega cikla ("šant" heksozomonofosfata), delno - kot posledica redukcije NADP z malatom (jabolčna kislina + NADP-pirovična kislina + CO 2 + NADPH 2);
• obnovitev dvojne vezi v reakciji enoil-ACP reduktaze poteka s sodelovanjem NADPH 2 in encima, katerega protetična skupina je flavin mononukleotid (FMN);
• pri sintezi maščobnih kislin nastajajo hidroksi derivati, ki po svoji konfiguraciji spadajo v D-serijo maščobnih kislin, pri oksidaciji maščobnih kislin pa hidroksi derivati ​​L-serije.

Tvorba nenasičenih maščobnih kislin

Tkiva sesalcev vsebujejo nenasičene maščobne kisline, ki jih lahko razvrstimo v štiri družine, ki se razlikujejo po dolžini alifatske verige med končno metilno skupino in najbližjo dvojno vezjo:

Ugotovljeno je bilo, da sta dve najpogostejši mononasičeni maščobni kislini - palmitooleinska in oleinska - sintetizirani iz palmitinske in stearinske kisline. Dvojna vez se vnese v molekulo teh kislin v mikrosomih celic jeter in maščobnega tkiva s sodelovanjem specifične oksigenaze in molekularnega kisika. Pri tej reakciji se ena molekula kisika uporablja kot akceptor dveh parov elektronov, od katerih en par pripada substratu (Acil-CoA), drugi pa NADPH 2:

Hkrati pa tkiva ljudi in številnih živali ne morejo sintetizirati linolne in linolenske kisline, ampak jih morajo prejeti s hrano (sintezo teh kislin izvajajo rastline). V zvezi s tem se linolna in linolenska kislina, ki vsebujeta dve oziroma tri dvojne vezi, imenujeta esencialne maščobne kisline.

Vse druge večkrat nenasičene kisline, ki jih najdemo pri sesalcih, nastanejo iz štirih prekurzorjev (palmitoleinska kislina, oleinska kislina, linolna kislina in linolenska kislina) z nadaljnjim podaljševanjem verige in/ali uvedbo novih dvojnih vezi. Ta proces poteka s sodelovanjem mitohondrijskih in mikrosomskih encimov. Na primer, sinteza arahidonske kisline poteka po naslednji shemi:

Biološka vloga večkrat nenasičenih maščobnih kislin je bila v veliki meri pojasnjena v povezavi z odkritjem novega razreda fiziološko aktivnih spojin - prostaglandinov.

Biosinteza trigliceridov

Obstaja razlog za domnevo, da je hitrost biosinteze maščobnih kislin v veliki meri odvisna od hitrosti tvorbe trigliceridov in fosfolipidov, ker so proste maščobne kisline prisotne v tkivih in krvni plazmi v majhnih količinah in se običajno ne kopičijo.

Sinteza trigliceridov poteka iz glicerola in maščobnih kislin (predvsem stearinske, palmitinske in oleinske). Pot biosinteze trigliceridov v tkivih poteka skozi tvorbo glicerol-3-fosfata kot intermediata. V ledvicah, pa tudi v črevesni steni, kjer je aktivnost encima glicerol kinaze visoka, se glicerol fosforilira z ATP, da nastane glicerol-3-fosfat:

V maščobnem tkivu in mišicah je zaradi zelo nizke aktivnosti glicerol kinaze tvorba glicerol-3-fosfata povezana predvsem z glikolizo ali glikogenolizo 1 . 1 V primerih, ko je vsebnost glukoze v maščobnem tkivu nizka (na primer med stradanjem), nastane le majhna količina glicerol-3-fosfata in prostih maščobnih kislin, ki se sproščajo med lipolizo, ni mogoče uporabiti za ponovno sintezo trigliceridov, zato maščobne kisline zapustijo maščobno tkivo. Nasprotno, aktivacija glikolize v maščobnem tkivu prispeva k kopičenju trigliceridov v njem, pa tudi njihovih sestavnih maščobnih kislin. Znano je, da v procesu glikolitične razgradnje glukoze nastane dihidroksiaceton fosfat. Slednji se lahko v prisotnosti citoplazmatske NAD-odvisne glicerol fosfat dehidrogenaze spremeni v glicerol-3-fosfat:

V jetrih opazimo obe poti za tvorbo glicerol-3-fosfata.

Tako ali drugače nastali glicerol-3-fosfat acilirata dve molekuli derivata CoA maščobne kisline (tj. "aktivne" oblike maščobne kisline) 2 . 2 Pri nekaterih mikroorganizmih, kot je E. coli, donor acilne skupine niso derivati ​​CoA, ampak derivati ​​ACP maščobne kisline. Posledično nastane fosfatidna kislina:

Čeprav je fosfatidna kislina v celicah prisotna v izredno majhnih količinah, je zelo pomemben vmesni produkt, ki je skupen za biosintezo trigliceridov in glicerofosfolipidov (glej shemo).

Če se trigliceridi sintetizirajo, se fosfatidna kislina defosforilira s pomočjo specifične fosfataze (fosfatidat fosfataze) in nastane 1,2-diglicerid:

Biosinteza trigliceridov se zaključi z zaestrenjem nastalega 1,2-diglicerida s tretjo molekulo acil-CoA:

Biosinteza glicerofosfolipidov

Sinteza najpomembnejših glicerofosfolipidov je lokalizirana predvsem v endoplazmatskem retikulumu celice. Najprej se fosfatidna kislina kot posledica reverzibilne reakcije s citidin trifosfatom (CTP) pretvori v citidin difosfat diglicerid (CDP-diglicerid):

Nato se v naslednjih reakcijah, od katerih vsako katalizira ustrezen encim, citidin monofosfat iz molekule CDP-digliceridov izpodrine ena od dveh spojin - serin ali inozitol, pri čemer nastane fosfatidilserin ali fosfatidilinozitol ali 3-fosfatidil-glicerol-1- fosfat. Kot primer navajamo nastanek fosfatidilserina:

Po drugi strani se lahko fosfatidilserin dekarboksilira v fosfatidiletanolamin:

Fosfatidiletanolamin je predhodnik fosfatidilholina. Kot rezultat zaporednega prenosa treh metilnih skupin iz treh molekul S-adenozilmetionina (donorja metilnih skupin) na amino skupino etanolaminskega ostanka nastane fosfatidilholin:

Obstaja še ena pot za sintezo fosfatidiletanolamina in fosfatidilholina v živalskih celicah. Tudi ta pot uporablja CTP kot nosilec, vendar ne fosfatidne kisline, temveč fosforilholin ali fosforiletanolamin (shema).

biosinteza holesterola

Že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja so Bloch et al. v poskusih z uporabo acetata, označenega s 14 C na metilni in karboksilni skupini, je pokazala, da sta oba ogljikova atoma ocetna kislina so vključeni v holesterol jeter v približno enakih količinah. Poleg tega je bilo dokazano, da vsi ogljikovi atomi holesterola izvirajo iz acetata.

Kasneje, zahvaljujoč delu Linena, Redneyja, Polyaka, Cornfortha, A. N. Klimova in drugih raziskovalcev, so bile pojasnjene glavne podrobnosti encimske sinteze holesterola, ki vključuje več kot 35 encimskih reakcij. Pri sintezi holesterola lahko ločimo tri glavne stopnje: prva je pretvorba aktivnega acetata v mevalonsko kislino, druga je tvorba skvalena iz mevalonske kisline in tretja je ciklizacija skvalena v holesterol.

Najprej razmislimo o stopnji pretvorbe aktivnega acetata v mevalonsko kislino. Začetni korak v sintezi mevalonske kisline iz acetil-CoA je tvorba acetoacetil-CoA z reverzibilno reakcijo tiolaze:

Nato naknadna kondenzacija acetoacetil-CoA s tretjo molekulo acetil-CoA ob sodelovanju hidroksimetilglutaril-CoA sintaze (HMG-CoA sintaze) povzroči nastanek β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA:

Upoštevajte, da smo te prve korake v sintezi mevalonske kisline že obravnavali, ko smo se ukvarjali s tvorbo ketonskih teles. Nadalje β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA pod vplivom NADP-odvisne hidroksimetilglutaril-CoA reduktaze (HMG-CoA reduktaze), kot posledica redukcije ene od karboksilnih skupin in cepitve HS-KoA, se pretvori v mevalonsko kislino:

Reakcija reduktaze HMG-CoA je prva praktično ireverzibilna reakcija v verigi biosinteze holesterola in poteka s pomembno izgubo proste energije (približno 33,6 kJ). Ugotovljeno je bilo, da ta reakcija omejuje hitrost biosinteze holesterola.

Poleg klasične poti za biosintezo mevalonske kisline obstaja druga pot, pri kateri kot vmesni substrat ne nastane β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA, temveč β-hidroksi-β-metilglutarnl-S-APB. Reakcije te poti so očitno enake začetnim stopnjam biosinteze maščobnih kislin do tvorbe acetoacetil-S-APB. Acetil-CoA karboksilaza, encim, ki pretvori acetil-CoA v malonil-CoA, sodeluje pri tvorbi mevalonske kisline po tej poti. Optimalno razmerje med malonil-CoA in acetil-CoA za sintezo mevalonske kisline sta dve molekuli acetil-CoA na molekulo malonil-CoA.

Sodelovanje malonil-CoA, glavnega substrata biosinteze maščobnih kislin, pri tvorbi mevalonske kisline in različnih poliizoprenoidov je bilo dokazano za številne biološke sisteme: jetra golobov in podgan, kunčje mlečne žleze, brezcelični izvlečki kvasovk. Ta pot biosinteze mevalonske kisline je opažena predvsem v citoplazmi jetrnih celic. V tem primeru ima pomembno vlogo pri tvorbi mevalonata hidroksimetilglutaril-CoA reduktaza, ki je bila najdena v topni frakciji podganjih jeter in po številnih kinetičnih in regulatornih lastnostih ni enaka mikrosomskemu encimu. Znano je, da je mikrosomska hidroksimetilglutaril-CoA reduktaza glavna povezava v regulaciji poti biosinteze mevalonske kisline iz acetil-CoA ob sodelovanju acetoacetil-CoA tiolaze in HMG-CoA sintaze. Regulacija druge poti biosinteze mevalonske kisline pod številnimi vplivi (stradanje, hranjenje s holesterolom, vnos površinsko aktivne snovi - triton WR-1339) se razlikuje od regulacije prve poti, pri kateri sodeluje mikrosomska reduktaza. Ti podatki kažejo na obstoj dveh avtonomni sistemi biosinteza mevalonske kisline. Fiziološka vloga drugi način je bil raziskan nepopolno. Menijo, da je zelo pomemben ne le za sintezo snovi nesteroidne narave, kot sta stranska veriga ubikinona in edinstvena baza N 6 (Δ 2 -izopentil) -adenozin nekaterih tRNA, ampak tudi za biosinteza steroidov (A. N. Klimov, E D. Polyakova).

V drugi stopnji sinteze holesterola se mevalonska kislina pretvori v skvalen. Reakcije druge stopnje se začnejo s fosforilacijo mevalonske kisline s pomočjo ATP. Posledično nastane 5"-pirofosforjev ester in nato 5"-pirofosforjev ester mevalonske kisline:

5 "-pirofosfomevalonska kislina kot posledica poznejše fosforilacije terciarne hidroksilne skupine tvori nestabilen vmesni produkt - 3"-fosfo-5"-pirofosfomevalonsko kislino, ki se z dekarboksilacijo in izgubo fosforne kisline spremeni v izopentenil pirofosfat. Slednji izomerizira v dimetilalil pirofosfat:

Ta dva izomerna izopentenil pirofosfata (dimetilalil pirofosfat in izopentenil pirofosfat) nato kondenzirata, da sprostita pirofosfat in tvorita geranil pirofosfat. Izopentenil pirofosfat se ponovno doda geranil pirofosfatu, pri čemer kot rezultat te reakcije nastane farnezil pirofosfat.

Acetil-CoA je substrat za sintezo VFA, vendar se med sintezo maščobnih kislin (FA) v vsakem elongacijskem ciklu ne uporablja sam acetil-CoA, temveč njegov derivat, malonil-CoA.

To reakcijo katalizira encim acetil-CoA karboksilaza, ključni encim v večencimskem sistemu sinteze FA. Aktivnost encimov je urejena z vrsto negativne povratne informacije. Inhibitor je produkt sinteze: acil-CoA z dolgo verigo (n=16) - palmitoil-CoA. Aktivator je citrat. Neproteinski del tega encima vsebuje vitamin H (biotin).

Kasneje se med sintezo maščobnih kislin molekula acil-CoA postopoma podaljša za 2 atoma ogljika za vsako stopnjo zaradi malonil-CoA, ki v tem procesu raztezanja izgubi CO 2 .

Po nastanku malonil-CoA glavne reakcije sinteze maščobnih kislin katalizira en encim - sintetaza maščobnih kislin (fiksirana na membranah endoplazmatskega retikuluma). Sintetaza maščobnih kislin vsebuje 7 aktivnih mest in protein, ki prenaša acil (ACP). Vezavno mesto malonil-CoA vsebuje neproteinsko komponento, vitamin B 3 (pantotensko kislino). Zaporedje enega cikla reakcij za sintezo HFA je prikazano na sliki 45.

Slika 45. Reakcije sinteze višjih maščobnih kislin

Po koncu cikla vstopi acil-APB v naslednji cikel sinteze. Nova molekula malonil-CoA je vezana na prosto SH-skupino proteina, ki nosi acil. Nato se acilni ostanek odcepi, ga prenese na malonilni ostanek (ob hkratni dekarboksilaciji) in cikel reakcij se ponovi.

Tako se ogljikovodikova veriga bodoče maščobne kisline postopoma poveča (za dva ogljikova atoma za vsak cikel). To se dogaja, dokler se ne podaljša na 16 ogljikovih atomov (v primeru sinteze palmitinske kisline) ali več (sinteza drugih maščobnih kislin). Po tem pride do tiolize in aktivna oblika maščobne kisline, acil-CoA, nastane v končni obliki.

Za normalen potek sinteze višjih maščobnih kislin so potrebni naslednji pogoji:

1) Vnos ogljikovih hidratov, med oksidacijo katerih nastanejo potrebni substrati in NADPH 2.

2) Visok energijski naboj celice - visoka vsebnost ATP, ki zagotavlja sproščanje citrata iz mitohondrijev v citoplazmo.

Primerjalne značilnosti b-oksidacija in sinteza višjih maščobnih kislin:

1 . b-oksidacija poteka v mitohondrijih, sinteza maščobnih kislin pa v citoplazmi na membranah endoplazmatskega retikuluma. Vendar acetil-CoA, ki nastane v mitohondrijih, sam ne more preiti skozi membrane. Zato obstajajo mehanizmi za transport acetil-CoA iz mitohondrijev v citoplazmo s sodelovanjem encimov Krebsovega cikla (slika 46).

Slika 46. Mehanizem transporta acetil-CoA iz mitohondrijev v citoplazmo.

Ključna encima TCA sta citrat sintaza in izocitrat dehidrogenaza. Glavna alosterična regulatorja teh encimov sta ATP in ADP. Če je v celici veliko ATP, potem ATP deluje kot zaviralec teh ključnih encimov. Vendar ATP zavira izocitrat dehidrogenazo bolj kot citrat sintetazo. To vodi do kopičenja citrata in izocitrata v mitohondrijskem matriksu. Z kopičenjem citrat zapusti mitohondrije in vstopi v citoplazmo. Citoplazma vsebuje encim citrat liazo. Ta encim razgradi citrat v PAA in acetil-CoA.

Tako je pogoj za sproščanje acetil-CoA iz mitohondrijev v citoplazmo dobra preskrbljenost celice z ATP. Če je v celici malo ATP, se acetil-CoA razcepi na CO 2 in H 2 O.

2 . Med b-oksidacijo so intermediati povezani s HS-CoA, med sintezo maščobnih kislin pa so intermediati povezani s specifičnim proteinom, ki prenaša acil (ACP). To je kompleksen protein. Njegov neproteinski del je po strukturi podoben CoA in je sestavljen iz tioetilamina, pantotenske kisline (vitamin B 3) in fosfata.

3 . Pri b-oksidaciji se kot oksidant uporabljata NAD in FAD. Pri sintezi maščobnih kislin je potrebno redukcijsko sredstvo - NADP * H 2.

V celici obstajata 2 glavna vira NADP * H 2 za sintezo maščobnih kislin:

a) pentozofosfatna pot razgradnje ogljikovih hidratov;

Prej se je domnevalo, da so procesi cepitve obratni procesi sinteze (na primer glikogenoliza in glikogeneza), sinteza maščobnih kislin pa je bila obravnavana kot proces, inverzen njihovi oksidaciji.

Zdaj je ugotovljeno, da mitohondrijski sistem biosinteze maščobnih kislin, ki vključuje nekoliko spremenjeno zaporedje reakcije α-oksidacije, samo podaljša srednjeverižne maščobne kisline, ki že obstajajo v telesu, medtem ko popolna biosinteza palmitinske kisline iz zunaj mitohondrijev po povsem drugi poti. Aktivni sistem, ki poskrbi za podaljšanje verig maščobnih kislin, je prisoten v endoplazmatskem retikulumu.

Ekstramitohondrijski sistem za de novo biosintezo maščobnih kislin (lipogeneza)

Ta sistem najdemo v topni (citosolni) frakciji celic številnih organov, zlasti jeter, ledvic, možganov, pljuč, dojk in tudi v maščobnem tkivu. Biosinteza maščobnih kislin poteka s sodelovanjem NADPH, ATP kot vira); substrat je končni produkt - palmitinska kislina. Zahteve za kofaktorje v procesih biosinteze in β-oksidacije se precej razlikujejo.

Tvorba malonil-CoA

Prva reakcija v biosintezi maščobnih kislin, ki jo katalizira acetil arboksilaza in poteka na račun energije ATP, je karboksilacija, vir je bikarbonat. Za delovanje encima je potreben vitamin biotin (slika 23.5). Ta encim je sestavljen iz spremenljivega števila enakih podenot, od katerih vsaka vsebuje biotin, biotin karboksilazo, protein, ki prenaša karboksibiotin, trans-karboksilazo in regulatorni alosterični center, to je poliencimski kompleks. Reakcija poteka v dveh stopnjah: (1) karboksilacija biotina s sodelovanjem ATP (slika 20.4) in (2) prenos karboksilne skupine na acetil-CoA, zaradi česar se aktivira s citratom in inhibira z dolge verige Aktivirana oblika encima zlahka polimerizira s tvorbo filamentov, sestavljenih iz 10-20 protomerov.

Kompleks sintaze, ki katalizira tvorbo maščobnih kislin

Obstajata dve vrsti sintaznih kompleksov, ki katalizirata biosintezo maščobnih kislin; oba sta v topnem delu celice. V bakterijah, rastlinah in nižjih oblikah živali, kot je evglena, se vsi posamezni encimi sintaznega sistema nahajajo kot avtonomni polipeptidi; acilni radikali so povezani z enim od njih, imenovanim

riž. 23.5. Biosinteza malonil-CoA. Facetil-CoA-karboksilaza.

acil prenosni protein (ACP). Pri kvasovkah, sesalcih in pticah je sistem sintaze večencimski kompleks, ki ga ni mogoče razdeliti na komponente, ne da bi motili njegovo delovanje, in APB je del tega kompleksa. Tako bakterijski ACP kot ACP polienzimskega kompleksa vsebujejo vitamin pantotensko kislino v obliki 4-fosfopanteteina (glej sliko 17.6). V sistemu sintaze ima APB vlogo CoA. Sintazni kompleks, ki katalizira tvorbo maščobnih kislin, je dimer (slika 23.6). Pri živalih so monomeri enaki in jih tvori en polipeptid

riž. 23.6. Poliencimski kompleks, ki katalizira sintezo maščobnih kislin. Kompleks je dimer, sestavljen iz dveh identičnih polipeptidnih monomerov 1 in 2. Vsak monomer vključuje 6 posameznih encimov in acilni prenosni protein (ACP). Cys-SH-tiolna skupina cisteina. Sulfhidrilna skupina 4-fosfopanteteina enega monomera se nahaja v neposredni bližini iste skupine cistinskega ostanka ketoacil sintetaze, ki je del drugega monomera; to kaže na razporeditev monomerov od glave do repa. Zaporedje razporeditve encimov v monomerih ni dokončno določeno in je tukaj podano po Tsukamotovih podatkih. Vsak od monomerov vključuje vse encime, ki katalizirajo biosintezo maščobnih kislin; ni pa funkcionalna enota (slednja vključuje fragmente obeh monomerov, medtem ko polovica enega monomera interagira s "komplementarno" polovico drugega). Kompleks sintaze hkrati sintetizira dve molekuli maščobnih kislin.

(glej skeniranje)

riž. 23.7. Biosinteza dolgoverižnih maščobnih kislin. Prikazano je, kako dodatek enega malonilnega ostanka vodi do podaljšanja acilne verige za 2 atoma ogljika. Cys - cisteinski ostanek; FP - 4-fosfopantetein. Struktura sintaze maščobnih kislin je prikazana na sl. 23.6. - posamezni monomeri sintaze maščobnih kislin. Na enem dimerju se hkrati sintetizirata 2 acilni verigi, medtem ko se uporabljata 2 para - -skupin; v vsakem paru ena od skupin pripada Fp, druga pa Cys.

veriga, ki vključuje 6 encimov, ki katalizirajo biosintezo maščobnih kislin, in APB z reaktivno skupino, ki pripada -fosfopanteteinu. V neposredni bližini te skupine je še ena sulfhidrilna skupina, ki pripada cisteinskemu ostanku, ki je del -ketoacil sintaze (kondenzacijskega encima), ki je del drugega monomera (slika 23.6). Ker je za manifestacijo sintazne aktivnosti potrebna udeležba obeh sulfhidrilnih skupin, je sintazni kompleks aktiven le kot dimer.

Na prvi stopnji procesa iniciacijska molekula s sodelovanjem transacilaze medsebojno deluje s - skupino cisteina pod delovanjem istega encima (transacilaza) interagira s sosednjo - skupino, ki pripada -fosfopanteteinu, lokalizirano v ACP drugega monomera. Kot rezultat te reakcije nastane acetil (acil) malonilni encim. 3-ketoacil sintaza katalizira interakcijo acetilne skupine encima z metilensko skupino malonila in sproščanje nastalega encima α-ketoacil (acetoacetilni encim); pri tem se sprosti sulfhidrilna skupina cisteina, ki jo je prej zasedla acetilna skupina. Dekarboksilacija omogoča, da se reakcija zaključi in je gonilna sila za biosintezo. 3-ketoacilna skupina se reducira, nato dehidrira in ponovno reducira, kar povzroči nastanek ustreznega nasičenega acil-8-encima. Te reakcije so podobne ustreznim reakcijam P-oksidacije; razlika je predvsem v tem, da med biosintezo nastane D(-)-izomer 3-hidroksi kisline in ne poleg tega je NADPH in ne NADH donor vodika v redukcijskih reakcijah. Nadalje nova molekula sodeluje z α-skupino fosfopanteteina, medtem ko se nasičeni acilni ostanek premakne v prosto α-cisteinsko skupino. Cikel reakcij se ponovi še 6-krat in vsak nov malonatni ostanek se vstavi v ogljikovo verigo, dokler ne nastane nasičen 16-ogljikov acilni radikal (palmitoil). Slednji se sprosti iz poliencimskega kompleksa pod delovanjem šestega encima, ki je del kompleksa, tioesteraze (deacilaze). Prosta palmitinska kislina, preden vstopi v drugo presnovno pot, mora iti v aktivna oblika Nato se aktivirani palmitat običajno zaestri s tvorbo acilglicerolov (slika 23.8).

Mlečna žleza ima posebno tioesterazo, specifično za acilne ostanke ali α-maščobne kisline, ki tvorijo mlečne lipide. V mlečni žlezi prežvekovalcev je ta encim del kompleksa sintaze, ki katalizira tvorbo maščobnih kislin.

Očitno sta v enem kompleksu dimerne sintaze 2 aktivna centra, ki delujeta neodvisno drug od drugega, zaradi česar se hkrati tvorita 2 molekuli palmitinske kisline.

Združevanje vseh encimov obravnavane presnovne poti v en sam poliencimski kompleks zagotavlja njegovo visoko učinkovitost in odpravlja konkurenco drugih procesov; posledično se učinek kompartmentacije te poti v celici doseže brez sodelovanja dodatnih prepustnih ovir. .

Sledi splošna reakcija za biosintezo palmitinske kisline iz acetil-CoA in malonil-CoA:

Iz molekule, ki deluje kot seme, nastaneta 15. in 16. ogljikov atom palmitinske kisline. Pritrditev vseh naslednjih dvo-ogljikovih fragmentov se pojavi zaradi jeter

riž. 23.8. Usoda palmitata

in mlečne žleze sesalcev, lahko butiril-CoA služi kot seme. Če propionil-CoA deluje kot seme, se sintetizirajo dolgoverižne maščobne kisline z lihim številom ogljikovih atomov. Takšne maščobne kisline so značilne predvsem za prežvekovalce, pri katerih propionska kislina nastaja v vampu pod delovanjem mikroorganizmov.

Viri redukcijskih ekvivalentov in acetil-CoA. Reakcija redukcije tako 3-ketoacilnih kot 2,3-nenasičenih acilnih derivatov uporablja NADPH kot koencim. Vodik, nujen za redukcijsko biosintezo maščobnih kislin, nastaja med oksidativne reakcije pentozofosfatna pot. Pomembno je omeniti, da tkiva, v katerih so pentoze-

(glej skeniranje)

riž. 23.9. Viri acetil-CoA in NADPH za lipogenezo. PFP - pentozofosfatna pot: T trikarboksilat-ohranjevalni sistem; Sistem, ki prenaša K a-ketoglutarat

fosfatne poti, lahko učinkovito izvajajo lipogenezo (na primer jetra, maščobno tkivo in mlečna žleza med laktacijo). Poleg tega se obe presnovni poti odvijata v celici zunaj mitohondrijev, zato prehoda NADPH/NADP iz ene presnovne poti v drugo ne ovirajo membrane ali druge ovire. Drugi viri NADPH so reakcija pretvorbe malata v piruvat, ki jo katalizira encim "jabolko" (-malat dehidrogenaza) (slika 23.9), pa tudi ekstramitohondrijska reakcija, ki jo katalizira anzocitrat dehidrogenaza (verjetno je njegova vloga nepomembna).

Acetil-CoA, ki je gradnik za sintezo maščobnih kislin, nastane v mitohondrijih iz ogljikovih hidratov kot posledica oksidacije piruvata. Vendar pa acetil-CoA ne more prosto vstopiti v ekstramitohondrijski prostor, glavno mesto biosinteze maščobnih kislin. Aktivnosti zunajmitohondrijske ATP-citrat-liaze in "jabolčnega" encima se ob dobri prehrani povečujejo vzporedno z aktivnostmi encimov, ki sodelujejo pri biosintezi maščobnih kislin. Trenutno se domneva, da pot uporabe piruvata v procesu lipogeneze poteka skozi stopnjo tvorbe citrata. Ta presnovna pot vključuje glikolizo, nato oksidativno dekarboksilacijo piruvata v acetil-CoA v mitohondrijih in kasnejšo kondenzacijsko reakcijo z oksaloacetatom, da se tvori citrat, ki je sestavni del cikla citronske kisline. Nadalje se citrat premakne v ekstramitohondrijski predel, kjer ATP-citrat liaza v prisotnosti CoA in ATP katalizira njegovo cepitev v acetil-CoA in oksaloacetat. Acetil-CoA se pretvori v malonil-CoA (slika 23.5) in je vključen v biosintezo palmitinske kisline (slika 23.9). Oksaloacetat pod delovanjem NADH-odvisne malat dehidrogenaze se lahko pretvori v malat, nato pa kot posledica reakcije, ki jo katalizira encim "jabolko", nastane NADPH, ki oskrbuje vodik za pot lipogeneze. Ta presnovni proces zagotavlja prenos redukcijskih ekvivalentov iz ekstramitohondrijskega NADH v NADP. Druga možnost je, da se malat prenese v mitohondrije, kjer se pretvori v oksaloacetat. Treba je poudariti, da je za delovanje citratnega (trikarboksilatnega) transportnega sistema mitohondrijev potreben malat, ki se zamenja za citrat (glej sliko 13.16).

Pri prežvekovalcih je vsebnost ATP-citrat liaze in "jabolčnega" encima v tkivih, ki izvajajo lipogenezo, nepomembna. To je očitno posledica dejstva, da je pri teh živalih glavni vir acetil-CoA acetat, ki nastaja v vampu. Ker se acetat aktivira v acetil-CoA ekstramitohondrijsko, mu ni treba vstopiti v mitohondrije in se pretvoriti v citrat, preden se vključi v biosintezno pot dolgoverižne maščobne kisline. Pri prežvekovalcih je zaradi nizke aktivnosti encima "jabolko" tvorba NADPH katalizirana z

riž. 23.10. Sistem za podaljšanje verige mikrosomskih maščobnih kislin (elongazni sistem).

ekstramitohondrijska izocitrat dehidrogenaza.

Sistem za podaljšanje verige mikrosomskih maščobnih kislin (elongaza)

Zdi se, da so mikrosomi glavno mesto za podaljšanje dolgoverižnih maščobnih kislin. Acil-CoA-derivati ​​maščobnih kislin se pretvorijo v spojine, ki vsebujejo še 2 ogljikova atoma; malonil-CoA je donor acetilne skupine, NADPH pa redukcijsko sredstvo. Tioetri CoA so intermediati na tej poti. Molekule semena so lahko nasičene (C10 in višje) in nenasičene maščobne kisline. Med stradanjem je proces podaljševanja verig maščobnih kislin zavrt. S tvorbo mielinskih ovojnic živčnih celic v možganih se proces raztezanja stearil-CoA močno poveča, kar povzroči nastanek α-maščobnih kislin, ki so del sfingolipidov (slika 23.10).

LITERATURA

Boyer P. D. (ur.). Encimi, 3. izdaja Vol. 16 of Lipid Enzymology, Academic Press, 1983. -

Debeer L. J., Mannaerts G. P. Mitohondrijske in peroksisomske poti oksidacije maščobnih kislin v jetrih podgan, Diabete Metab. (Pariz), 1983, 9, 134.

Goodridge A.G. Sinteza maščobnih kislin pri evkariontih, stran 143. V: Biokemija lipidov in membran, Vance D. E., Vance J. E. (ur.), Benjamin/Cummings, 1985.

Gurr M.I., James A.I. Lipidna biokemija: Uvod, 3. izdaja, Wiley, 1980.

Pande S. V., Parvin R. Stran 143. V: Biosinteza, metabolizem in funkcije karnitina, Frenkel R. A., McGarry J. D. (ur.), Academic Press, 1980.

Schulz H. Oksidacija maščobnih kislin, stran 116. V: Biokemija lipidov in membran, Vance D. E., Vance J. E. (ur.), Benjamin/Cummings, 1985.

Singh N.. Wak.il S.J., Stoops J.K. O vprašanju polovične ali polne reaktivnosti sintetaze živalskih maščobnih kislin, J. Biol. Chem., 1984, 259, 3605.

Tsukamoto Y. et al. Arhitektura kompleksa sintetaze živalskih maščobnih kislin, J. Biol. Chem., 1983, 258, 15312.

različni avtorji. Za motnje so značilni znaki nenormalne presnove lipidov. V: The Metabolic Basis of Herited Disease, 5. izdaja, Stanbury J. B. et al. (ur.), McGraw-Hill, 1983.

Prej se je domnevalo, da so procesi cepitve obratni procesi sinteze, vključno s sintezo maščobnih kislin, ki je bila obravnavana kot proces, ki je obraten njihovi oksidaciji.

Zdaj je ugotovljeno, da mitohondrijski sistem biosinteze maščobnih kislin, ki vključuje nekoliko spremenjeno zaporedje reakcije β-oksidacije, le podaljša srednjeverižne maščobne kisline, ki že obstajajo v telesu, medtem ko popolna biosinteza palmitinske kisline iz acetil- CoA aktivno napreduje. zunaj mitohondrijev na povsem drugačen način.

Razmislimo o nekaterih pomembnih značilnostih poti biosinteze maščobnih kislin.

1. Sinteza se pojavi v citosolu, v nasprotju z razpadom, ki se pojavi v mitohondrijskem matriksu.

2. Intermediati sinteze maščobnih kislin so kovalentno povezani s sulfhidrilnimi skupinami proteina za prenos acilov (ACP), medtem ko so intermediati cepitve maščobnih kislin povezani s koencimom A.

3. Številni encimi za sintezo maščobnih kislin v višjih organizmih so organizirani v večencimski kompleks, imenovan sintetaza maščobnih kislin. Nasprotno pa se zdi, da se encimi, ki katalizirajo razgradnjo maščobnih kislin, ne povezujejo.

4. Rastoča veriga maščobnih kislin se podaljša z zaporednim dodajanjem komponent z dvema ogljikoma, ki izvirajo iz acetil-CoA. Malonyl-APB služi kot aktivirani donor dvoogljičnih komponent v fazi raztezka. Elongacijsko reakcijo sproži sproščanje CO 2 .

5. Vlogo reducenta pri sintezi maščobnih kislin opravlja NADPH.

6. V reakcijah sodeluje tudi Mn 2+.

7. Raztezanje pod delovanjem kompleksa sintetaze maščobnih kislin se ustavi na stopnji tvorbe palmitata (C 16). Nadaljnji raztezek in uvedbo dvojnih vezi izvajajo drugi encimski sistemi.

Tvorba malonilnega koencima A

Sinteza maščobnih kislin se začne s karboksilacijo acetil-CoA v malonil-CoA. Ta ireverzibilna reakcija je kritičen korak v sintezi maščobnih kislin.

Sintezo malonil-CoA katalizira acetil-CoA karboksilaze in se izvaja na račun energije ATR. Vir CO 2 za karboksilacijo acetil-CoA je bikarbonat.

riž. Sinteza malonil-CoA

Acetil-CoA karboksilaza vsebuje kot prostetično skupino biotin.

riž. Biotin

Encim je sestavljen iz spremenljivega števila enakih podenot, od katerih vsaka vsebuje biotin, biotin karboksilaze, prenosni protein karboksibiotin, transkarboksilaze, kot tudi regulacijski alosterični center, tj. predstavlja poliencimski kompleks. Karboksilna skupina biotina je kovalentno vezana na ε-amino skupino lizinskega ostanka proteina, ki prenaša karboksibiotin. Karboksilacijo biotinske komponente v nastalem kompleksu katalizira druga podenota, biotin karboksilaza. Tretja komponenta sistema, transkarboksilaza, katalizira prenos aktiviranega CO2 iz karboksibiotina v acetil-CoA.

Encim biotin + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Encim biotin + ADP + P i,

CO 2 ~ biotin-encim + acetil-CoA ↔ molonil-CoA + biotin-encim.

Dolžina in prožnost vezi med biotinom in njegovim nosilnim proteinom omogočata premikanje aktivirane karboksilne skupine z enega aktivnega mesta encimskega kompleksa na drugega.

Pri evkariontih obstaja acetil-CoA karboksilaza kot encimsko neaktiven protomer (450 kDa) ali kot aktivni nitasti polimer. Njihova medsebojna pretvorba je regulirana alosterično. Ključni alosterični aktivator je citrat, ki premakne ravnovesje proti aktivni fibrozni obliki encima. Optimalna orientacija biotina glede na substrate je dosežena v vlaknasti obliki. V nasprotju s citratom palmitoil-CoA premakne ravnotežje proti neaktivni obliki protomera. Tako palmitoil-CoA, končni produkt, zavira prvi kritični korak v biosintezi maščobnih kislin. Regulacija acetil-CoA karboksilaze pri bakterijah se močno razlikuje od tiste pri evkariontih, saj so pri njih maščobne kisline predvsem prekurzorji fosfolipidov in ne rezervno gorivo. Tukaj citrat ne vpliva na bakterijsko acetil-CoA karboksilazo. Delovanje transkarboksilazne komponente sistema uravnavajo gvaninski nukleotidi, ki usklajujejo sintezo maščobnih kislin z rastjo in delitvijo bakterij.

Sinteza maščobnih kislin

SINTEZA MAŠČOBNIH KISLIN

1. De novo biosinteza (sinteza palmitinske kisline C16).

1. Sistem za spreminjanje maščobnih kislin:

 procesi raztezanja maščobnih kislin (podaljšanje za 2 atoma ogljika),

 desaturacija (nastanek nenasičene vezi).

Velik del maščobnih kislin se sintetizira v jetrih, v manjši meri v maščobnem tkivu in laktacijski žlezi.

SINTEZA na novo

 Izhodiščna snov je acetil-CoA.

Acetil-CoA, ki nastane v mitohondrijskem matriksu kot posledica oksidativne dekarboksilacije piruvata, končnega produkta glikolize, prenašajo skozi mitohondrijsko membrano v citosol kjer se sintetizirajo maščobne kisline.

I STOPNJA. TRANSPORT ACETIL-CoA IZ MITOHONDRIJ V CITOZOL

1. karnitinski mehanizem.

2. V sestavi citrata, ki nastane v prvi reakciji TCA:

MALAT OKSALOACETAT

NAD+ 3

1 - citrat sintaza; 2 - citrat liaza;

3 - malat dehidrogenaza;

4 - malik-encim; 5 - piruvat karboksilaza

II STOPNJA. Tvorba MALONYL-COA

acetil-CoA acetil-CoA karboksilaza, malonil-CoA, ki vsebuje biotin

Izvaja ga večencimski kompleks "sintaza maščobnih kislin", ki vključuje 6 encimov in protein, ki prenaša acil (ACP). APB vključuje derivat pantotenske kisline 6-fosfopantetein, ki ima skupino SH, tako kot HS-CoA.

STOPNJA III. Tvorba palmitinske kisline

STOPNJA III. Tvorba palmitinske kisline

Po tem vstopi acil-APB v nov cikel sinteze. Nova molekula malonil-CoA je vezana na prosto SH-skupino APB. Nato se odcepi acilni ostanek in se prenese na malonilni ostanek ob hkratni dekarboksilaciji in reakcijski cikel se ponovi. Tako se ogljikovodikova veriga bodoče maščobne kisline postopoma poveča (za dva ogljikova atoma za vsak cikel). To se dogaja do trenutka, ko se podaljša na 16 ogljikovih atomov.