СИНТЕЗ ЖИРНИХ КИСЛОТ: ТАМ, ДЕ ВІН ВІДБУВАЄТЬСЯ, ФЕРМЕНТИ, СТАДІЇ ТА РЕАКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Синтез жирних кислот є процес , при якому основні компоненти найбільш важливих ліпідів в клітинах (жирні кислоти) отримують, які беруть участь у багатьох важливих клітинних функцій.

Жирні кислоти - це аліфатичні молекули, тобто вони по суті складаються з атомів вуглецю та водню, пов'язаних один з одним більш-менш лінійним чином. Вони мають метильну групу на одному кінці та кислу карбонову групу на іншому, для чого їх називають "жирними кислотами".

Короткий зміст синтезу жирних кислот (Джерело: Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) через Wikimedia Commons)

Ліпіди - це молекули, які використовуються різними клітинними біосинтетичними системами для утворення інших більш складних молекул, таких як:

• мембранні фосфоліпіди
• тригліцериди для зберігання енергії та
• якіри деяких спеціальних молекул, виявлених на поверхні багатьох типів клітин (еукаріотичні та прокаріотичні)

Ці сполуки можуть існувати як лінійні молекули (з усіма атомами вуглецю, насиченими молекулами водню), але можна спостерігати також такі, що мають прямий ланцюг і деякі насичення, тобто подвійні зв’язки між їх атомами вуглецю.

Насичені жирні кислоти також можна зустріти з розгалуженими ланцюгами, структура яких трохи складніша.

Молекулярні характеристики жирних кислот мають вирішальне значення для їх функції, оскільки від них залежать багато фізико-хімічних властивостей молекул, що утворюються ними, особливо їх температура плавлення, ступінь упаковки та здатність утворювати двошарові шари.

Таким чином, синтез жирних кислот є високорегульованою справою, оскільки це низка послідовних подій, критичних для клітини з багатьох точок зору.

Де відбувається синтез жирних кислот?

У більшості живих організмів синтез жирних кислот відбувається в цитозольному відділенні, тоді як їх деградація відбувається в основному між цитозолом і мітохондріями.

Процес залежить від енергії, що міститься в зв'язках АТФ, від зменшувальної потужності НАДФН (зазвичай отримується з шляху пентозофосфату), кофактора біотину, іонів бікарбонату (HCO3-) та іонів марганцю.

У тварин ссавців основними органами синтезу жирних кислот є печінка, нирки, головний мозок, легені, молочні залози та жирова тканина.

Безпосереднім субстратом для синтезу живих кислот de novo є ацетил-КоА, а кінцевим продуктом є молекула пальмітату.

Ацетил-КоА походить безпосередньо від переробки гліколітичних проміжних продуктів, через що дієта з високим вмістом вуглеводів сприяє синтезу ерго ліпідів (ліпогенезу), також жирних кислот.

Ензими, що беруть участь

Ацетил-КоА - це блок дво синтезу вуглецю, який використовується для утворення жирних кислот, оскільки кілька цих молекул послідовно приєднуються до молекули малоніл-КоА, утвореної карбоксиляцією ацетил-КоА.

Перший фермент у маршруті та один із найважливіших з точки зору його регуляції - це той, який відповідає за карбоксилювання ацетил-КоА, відомий як ацетил-КоА карбоксилаза (ACC), що є комплексом Ферментативна сполука, що складається з 4 білків і використовує біотин як кофактор.

Однак, незважаючи на структурні відмінності між різними видами, фермент синтази жирної кислоти відповідає за основні біосинтетичні реакції.

Цей фермент насправді є ферментним комплексом, що складається з мономерів, які мають 7 різних ферментативних дій, необхідних для подовження жирної кислоти при «народженні».

7 видів цього ферменту можна перерахувати наступним чином:

- ACP : білок-носій ацильної групи

- Ацетил-CoA-ACP трансацетилаза (AT)

- β-кетоацил-АСР-синтаза (КС)

- Малоніл-CoA-ACP-трансфераза (MT)

- β-кетоацил-АСР-редуктаза (KR)

- β-гідроксіацил-АСР-дегідрататаза (HD)

- Еноїл-АСР-редуктаза (ER)

Наприклад, у деяких організмах, таких як бактерії, комплекс синтази жирної кислоти складається з незалежних білків, які асоціюються між собою, але кодуються різними генами (система синтази жирних кислот II типу).

Дріжджовий фермент синтази жирної кислоти (Джерело: Xiong, Y., Ломакін, IB, Steitz, TA / Громадське надбання, через Wikimedia Commons)

Однак у багатьох еукаріотів і деяких бактерій мультифермент містить кілька каталітичних дій, які розділені на різні функціональні домени, в одному або декількох поліпептидах, але які можуть бути кодовані одним і тим же геном (система синтази жирної кислоти I типу).

Етапи та реакції

Більшість досліджень, проведених щодо синтезу жирних кислот, стосуються результатів, зроблених за бактеріальною моделлю, однак механізми синтезу еукаріотичних організмів також були вивчені в деякій глибині.

Важливо зазначити, що система синтази жирних кислот типу II жиру характеризується тим, що всі жирні ацилові проміжні продукти ковалентно пов'язані з невеликим кислим білком, відомим як білок транспорту ацилу (ACP), який транспортує їх від одного ферменту до іншого.

У еукаріотів, навпаки, активність АСР є частиною однієї молекули, маючи на увазі, що той самий фермент має спеціальне місце для зв'язування проміжних сполук та їх транспортування через різні каталітичні домени.

Об'єднання між білковою або ACP-частиною та жировими ацильними групами відбувається через тіоестерні зв’язки між цими молекулами та протезною групою 4'-фосфопантетеїну (пантотенова кислота) АСР, яка злита з карбоксильною групою жирного ацилу.

1. Спочатку фермент ацетил-CoA карбоксилаза (ACC) відповідає за каталізацію першого етапу "прихильності" в синтезі жирних кислот, який, як було сказано, передбачає карбоксилювання молекули ацетил-CoA з утворенням проміжного продукту 3 атоми вуглецю, відомі як малоніл-КоА.

Комплекс синтази жирних кислот отримує групи ацетил та малоніл, які повинні правильно "заповнювати" його ділянки "тіолом".

Це відбувається спочатку шляхом перенесення ацетил-КоА до групи SH цистеїну в ферменті β-кетоацил-АСР-синтази, реакції, каталізованої ацетил-CoA-ACP трансацетилазою.

Група малонілів переноситься з малоніл-КоА в групу SH протеїну АСР, подія, опосередкована ферментом малоніл-КоА-АСР, трансферази, утворюючи малоніл-АСР.

1. Етап ініціації подовження жирної кислоти при народженні складається з конденсації малоніл-АСР з молекулою ацетил-КоА, реакцією, керованою ферментом з активністю β-кетоацил-АСР-синтази. У цій реакції потім утворюється ацетоацетил-АСР і вивільняється молекула СО2.
2. Реакції подовження відбуваються в циклах, коли одночасно додаються 2 атоми вуглецю, в яких кожен цикл складається з конденсації, відновлення, зневоднення та другої події відновлення:

- Конденсація: ацетильна та малонілова групи конденсуються з утворенням ацетоацетил-АСР

- Відновлення карбонільної групи: карбонільна група вуглецю 3 ацетоацетил-АСР знижується, утворюючи D-β-гідроксибутиріл-АСР, реакцію, каталізовану β-кетоацил-АСР-редуктазою, яка використовує НАДФН як донор електронів.

- Дегідратація: водневі речовини між вуглецем 2 і 3 попередньої молекули видаляються, утворюючи подвійну зв’язок, що закінчується виробленням транс-2-бутеноїл-АСР. Реакція каталізується β-гідроксіацил-АСР-дегідрататазою.

- подвійне відновлення зв’язку: подвійний зв’язок транс-дель2-бутеноіл-АСР редукується до утворення бутирил-АКТФ дією еноїл-АСР-редуктази, яка також використовує НАДФН як відновник.

Щоб продовжити подовження, нова молекула малонілу повинна знову зв'язатись із частиною АКТФ комплексу синтази жирної кислоти та починається з конденсації цієї групи з бутириловою групою, утвореною в першому циклі синтезу.

Структура пальмітату (Джерело: Edgar181 / Громадське надбання, через Wikimedia Commons)

На кожному етапі подовження використовується нова молекула малоніл-КоА для вирощування ланцюга на 2 атоми вуглецю, і ці реакції повторюються до досягнення належної довжини (16 атомів вуглецю), після чого виділяється фермент тіоестерази. повна жирна кислота гідратацією.

Пальмітати можуть бути додатково оброблені різними видами ферментів, які змінюють його хімічні характеристики, тобто можуть вводити ненасичені, продовжувати його довжину тощо.

Регулювання

Як і багато шляхи біосинтезування або деградації, синтез жирних кислот регулюється різними факторами:

- Це залежить від наявності іонів бікарбонату (HCO3-), вітаміну групи В (біотин) та ацетил-КоА (під час початкового етапу шляху, що передбачає карбоксилювання молекули ацетил-КоА за допомогою карбоксильованого проміжного продукту біотину з утворенням малоніл-КоА).

- Це шлях, який виникає у відповідь на характеристики клітинної енергії, тому що, коли є достатня кількість «метаболічного палива», надлишок перетворюється на жирні кислоти, які зберігаються для подальшого окислення в часи дефіциту енергії.

З точки зору регуляції ферменту ацетил-КоА карбоксилази, який являє собою обмежувальну стадію всього шляху, він інгібується пальмітоїл-КоА, основним продуктом синтезу.

З іншого боку, його аллостеричний активатор - цитрат, який спрямовує метаболізм від окислення до синтезу для зберігання.

Коли концентрація мітохондріальної ацетил-КоА та АТФ збільшується, цитрат транспортується в цитозоль, де він є як попередником синтезу цитозольного ацетил-КоА, так і сигналом алостеричної активації для ацетил-КоА карбоксилази.

Цей фермент також може регулюватися фосфорилюванням, подією, спричиненою гормональною дією глюкагону та епінефрину.

Список літератури

1. McGenity, T., Van Der Meer, JR, & de Lorenzo, V. (2010). Довідник з вуглеводневої та ліпідної мікробіології (стор. 4716). К. Н. Тімміс (Ред.). Берлін: Спрінгер.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA та Rodwell, VW (2014). Ілюстрована біохімія Харпера. Макгра-Хілл.
3. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Ленінгерські принципи біохімії (с. 71-85). Нью-Йорк: WH Freeman.
4. Нума, С. (1984). Обмін жирної кислоти та його регуляція. Ельзев'є.
5. Rawn, JD (1989). Біохімія-Міжнародне видання. Північна Кароліна: Видавництво Ніла Паттерсона, 5.