Біохімія ліпіди. Біосинтез вищих жирних кислот у тканинах
Ліпіди в клітині прокаріотів представлені хімічними сполуками різної природи (тригліцериди, фосфоліпіди, гліколіпіди, воску), що виконують різні функції. Вони входять до складу клітинних мембран, є компонентами пігментних систем та транспорту електронів, виконують роль запасних речовин. Вихідними продуктами для біосинткзу ліпідів служать жирні кислоти, спирти, вуглеводи, фосфати. Шляхи біосинтезу ліпідів складні та протікають із витратою значної кількості енергії за участю численних ферментів. Найбільш важливі для життєдіяльності клітини тригліцериди та фосфоліпіди.
Біосинтез жирних кислот із парним числом атомів вуглецю відбувається в результаті послідовного приєднання до молекули ацетил-КоА двовуглецевого залишку від малонілу-КоА. Так, при біосинтезі пальмітинової кислоти 1 молекула ацетил-КоА конденсується з 7 молекулами малоніл-КоА:
Ацетил-КоА + 7 малоніл-КоА + 14 НАД(Ф)Н 2
СН 3 (СН 2) 14 СООН +7 СО 2 + 8КоА + 14НАД(Ф) + +6Н 2 О
Важливу роль реакціях біосинтезу жирних кислот грає ацилпереносящий білок (АПБ) – переносник ацильних груп. Послідовне нарощування двовуглецевих залишків через ряд проміжних продуктів призводить до утворення 16 -З 18 -з'єднань. У клітинах прокаріотів компонентами ліпідів можуть бути ненасичені жирні кислоти, що містять один подвійний зв'язок. Утворення подвійного зв'язку у аеробних мікроорганізмів відбувається за участю кисню та специфічного ферменту десатурази. Наприклад, пальмітоолеїнова кислота утворюється з пальмітил-КоА:
Пальмітіл-КоА + ½ Про 2 + НАД(Ф)Н 2 пальмітоолеіл-КоА + Н 2 Про +НАД(Ф) +
У анаеробних мікроорганізмів утворення подвійного зв'язку відбувається на ранній стадії біосинтезу молекули жирної кислоти внаслідок реакції дегідратації.
Вихідним субстратом для синтезу фосфоліпідів служить фосфодіоксіацетон - проміжне з'єднання гліколітичного циклу. Відновлення його призводить до утворення 3-фосфогліцерину, який, поєднуючись з двома залишками жирних кислот, продукує фосфатидну кислоту. Приєднання до її фосфатної групи серину, інозину, етаноламіну, холіну закінчується синтезом фосфатидилсерину, фосфатидилінозиту, фосфатидилхоліну, фосфатидилетаноламіну.
Зміст: - біосинтез насичених РК - біосинтез ненасичених РК - біосинтез. ТГ та фосфатидів – біосинтез ХС. Пул ХС у клітині - механізм регуляції вуглеводного обміну - жиро-вуглеводний цикл Рендла
Біосинтез ЖК Найбільш інтенсивно протікає у шлунково-кишковому тракті, гепатоцитах, ентероцитах, лактуючій молочній залозі. Джерелом вуглецю для біосинтезу ЖК є надлишкові вуглеводи, амінокислоти, продукти метаболізму ЖК.
Біосинтез РК - це альтернативний варіант ßокислення, але здійснюваний у цитоплазмі. Процес окислення видає енергію у формі FADH 2, NADH 2 і АТФ, а біосинтез ЖК, поглинає її в такій же формі.
Вихідним субстратом для синтезу яв-ся ацетил-К. А, що утворюється в мітохондріальному матриксі. Мембрана мітохондрії не проникна для ацетил-Ко. А тому він взаємодіє зі ЩУК з утворенням цитрату, який вільно проходить у цитоплазму і там розщеплюється до ЩУК і ацетил. До. А.
Збільшення цитрат в цитоплазмі є сигналом до початку біосинтез ЖК. Цитрат + АТФ + НSКо. А ------ CН 3-СО-SКо. А+ ЩУК +АДФ Реакція протікає під дією цитратліази.
Для синтезу РК необхідна одна молекула ацетил-Ко. А, неактивована, тоді як інші мають бути активовані. СН 3-СО-SКо. А + СО 2+ АТФ + біотин--------------- СООН-СН 2 -СО-SКо. А Ацетил-Ко. А-карбоксилаза Активатором ферменту-Ацетил-Ко. Акарбоксилази яв-ся цитрат Першою реакцією в біосинтезі яв-ся освіта малоніл-К. А.
Малоніл-Ко. А - це початковий проміжний продукт синтезу жирних кислот, утворений з ацетил-Ко. А у цитоплазмі.
Надлишок ацетил-Ко. А в мітохондріях не може самостійно пройти до цитоплазми. Прохід через мітохондріальну мембрану стає можливим завдяки цитратному шунту. Ацетил-Ко. А карбоксилаза каталізує утворення малоніл-Ко. А.
На цю реакцію витрачається 2 і АТФ. Таким чином, умови, які сприяють ліпогенезу (наявність великої кількості глюкози), пригнічують окислення жирних кислот
Біосинтез РК здійснюється за допомогою мультиферментного комплексу-пальмітоїлсинтетази жирних кислот. Вона складається з 7 ферментів, пов'язаних з АПБ (ацилпереносним білком). АПБ складається з 2 субодиниць, на кожну з яких припадає по 250 тис. д. АПБ містить 2 SН групи. Після утворення малоніл-К. А відбувається перенесення ацетильного та малонільного залишків на АПБ.
Біосинтез РК протікатиме при високому рівні глюкози в крові, що обумовлює інтенсивність гліколізу (постачальника ацетил-К. А), ПФП (постачальника NADFH 2 та СО 2). У разі голодування, діабету, ситез ЖК малоймовірний, т. до. немає. Гл (при діабеті вона не надійде в тканини, а знаходиться в крові), отже буде низькою активність гліколізу та ПФП.
Але в цих умовах у мітохондріях печінки є запаси СН 3 -СОSКо. А (джерело ß-окислення РК). Однак цей ацетил-Ко. А не вступає в реакції синтезу ЖК, тому що він повинен лімітуватися продуктами ПЦ, СО 2 і NADH 2. В даному випадку організму вигідніше синтезувати ХС, який вимагає тільки NADFH 2 і ацетил-Ко. А, що відбувається при голодуванні та діабеті.
Біосинтез ТГ і ФО Синтез ТГ походить з Гліцерину (Гн) та РК в основному стеаринової, пальмітинової олеїнової. Шлях біосинтез ТГ у тканинах протікає через утворення гліцерол-3 фосфату як проміжної сполуки. У нирках, ентероцитах, де активність гліцеролкінази висока, Гн фосфорилюється АТФ до гліцеролфосфату.
У жировій тканині та м'язах, внаслідок дуже низької активності гліцеролкінази, утворення гліцеро-3-фосфату, в основному пов'язане з гліколізом. Відомо, що пригліколіз утворюється ДАФ(діоксиацетонфосфат), який у присутності гліцеролфосфат-ДГ здатний перетворюватися на Г-3 ф (гліцерол-3 фосфат).
У печінці спостерігаються обидва шляхи утворення г-3-ф. У тих випадках, коли вміст Глюкози в ЖК знижено (при голодуванні), утворюється лише незначна кількість Г-3 -ф. Тому, що звільнилися в результаті ліполізу ЖК не можуть бути використані через це для ресинтезу. Тому вони залишають ШТ і кількість резервного жиру знижується.
Синтез ненасичених жирних кислот із насичених з паралельним подовженням ланцюга. Десатурація проходить під дією мікросомального комплексу ферментів, що складається з трьох компонентів білкової природи: цитохрому b 5 цитохром b 5 редуктази та десатурази, які містять у своєму складі негемове залізо.
Як субстрати використовуються НАДФН і молекулярний кисень. З цих компонентів утворюється короткий ланцюг переносу електронів, за допомогою якого на короткий період часу в молекулу жирної кислоти включаються гідроксильні групи
Потім вони відщеплюються у вигляді води, в результаті молекули жирної кислоти формується подвійний зв'язок. Є ціле сімейство субодиниць десатурази, які специфічні до певного місця введення подвійного зв'язку.
Походження ненасичених жирних кислот у клітинах організму. Метаболізм арахідонової кислоти n Незамінні та замінні - Серед ненасичених жирних кислот в організмі людини не можуть синтезуватися -3 та -6 жирні кислоти у зв'язку з відсутністю ферментної системи, яка могла б каталізувати утворення подвійного зв'язку в положенні -6 або будь-якому іншому положенні, близько розташованому до кінця.
До таких жирних кислот відносяться лінолева кислота (18: 2, 9, 12), ліноленова кислота (18: 3, 9, 12, 15) і арахідонова кислота (20: 4, 5, 8, 11, 14). Остання є незамінною тільки при нестачі лінолевої кислоти, оскільки в нормі вона може синтезуватися з лінолевої кислоти.
У людини за браком їжі незамінних жирних кислот описані дерматологічні зміни. Звичайний раціон дорослих містить достатню кількість незамінних жирних кислот. Однак у новонароджених, які одержують раціон, збіднений жирами, відзначаються ознаки ураження шкіри. Вони проходять, якщо курс лікування включається лінолева кислота.
Випадки такого дефіциту спостерігаються і у пацієнтів, які тривалий час перебувають на парентеральному харчуванні, збідненому на незамінні жирні кислоти. Як профілактика такого стану достатньо, щоб в організм надходили незамінні жирні кислоти в кількості 1 -2% від загальної калорічної потреби.
Синтез ненасичених жирних кислот із насичених з паралельним подовженням ланцюга. Десатурація проходить під дією мікросомального комплексу ферментів, що складається з трьох компонентів білкової природи: цитохрому b 5 цитохром b 5 редуктази та десатурази, які містять у своєму складі негемове залізо. Як субстрати використовуються НАДФН і молекулярний кисень.
З цих компонентів утворюється короткий ланцюг переносу електронів, за допомогою якого на короткий період часу молекулу жирної кислоти включаються гідроксильні групи. Потім вони відщеплюються у вигляді води, в результаті молекули жирної кислоти формується подвійний зв'язок. Є ціле сімейство субодиниць десатурази, які специфічні до певного місця введення подвійного зв'язку.
Утворення та утилізація кетонових тіл n Двома основними видами ацетонових тіл є ацетоацетат та гідроксибутират. -гідроксибутират це відновлена форма ацетоацетату. Ацетоацетат утворюється в клітинах печінки з ацетил-Ко. А. Освіта відбувається у мітохондріальному матриксі.
Початкова стадія цього процесу каталізується ферментом – кетотиолазою. Потім ацетоацетил. До. А конденсується з наступною молекулою ацетил-К. А під впливом ферменту ГОМГ-Ко. А синтетази. В результаті утворюється -гідрокси-метилглютарил-К. А. Потім фермент ГОМГ-Ко. А ліаза каталізує розщеплення ГОМГ-Ко. А на ацетоацетат та ацетил-Ко. А.
Надалі ацетооцтова кислота відновлюється під впливом ферменту bгідроксибутиратдегідрогенази і в результаті утворюється b-оксимасляна кислота.
Потім фермент – ГОМГ-К. А ліаза каталізує розщеплення ГОМГ-К. А на ацетоацетат та ацетил. До. А. Надалі ацетооцтова кислота відновлюється під впливом ферменту bгидроксибутиратдегидрогеназы і в результаті утворюється bоксимасляна кислота.
n ці реакції відбуваються в мітохондріях. У цитозол є ізоферменти - кетотиолази і ГОМГ~К. А синтетази, які також каталізують утворення ГОМГ~К. А, але як проміжний продукт у синтезі холестеролу. Цитозольний та мітохондріальний фонди ГОМГ~К. А не поєднуються.
Утворення кетонових тіл у печінці контролюється станом харчування. Така контрольна дія посилюється інсуліном та глюкагоном. Прийняття їжі та інсулін знижують утворення кетонових тіл, у той час як при голодуванні стимулюється кетогенез унаслідок збільшення кількості жирних кислот у клітинах
При голодуванні посилюється ліполіз, зростає рівень глюкагону та концентрація ц. АМФ у печінці. Відбувається фосфорилювання, цим активація ГОМГ-Ко. А синтетази. Алостеричний інгібітор ГОМГ-Ко. А синтетази виступає сукциніл-Ко. А.
n У нормі кетонові тіла є джерелом енергії для м'язів; при тривалому голодуванні можуть використовуватися центральної нервової системою. Слід мати на увазі, що окиснення кетонових тіл не може проходити в печінці. У клітинах інших органів та тканин воно протікає у мітохондріях.
Така вибірковість обумовлена локалізацією ферментів, що каталізують цей процес. Спочатку -гідроксибутират дегідрогеназу каталізує окислення гідроксибутирату до ацетоацетату в НАД + -залежної реакції. Потім за допомогою ферменту, сукциніл Ко. А Ацетоацетил До. А трансферази, кофермент А переміщається від сукциніл До. А на ацетоацетат.
Утворюється ацетоацетил До. А, який є проміжним продуктом останнього витка -окислення жирних кислот. Цей фермент у печінці не утворюється. Саме тому не може відбуватися окислення кетонових тіл.
Проте через кілька діб після початку голодування в клітинах мозку починається експресія гена, що кодує цей фермент. Тим самим мозок адаптується до використання кетонових тіл як альтернативне джерело енергії, знижуючи свою потребу в глюкозі та білку.
Тіолаза завершує розщеплення ацетоацетил-К. А, вбудовуючи До. А за місцем розриву зв'язку між і вуглецевими атомами. Через війну утворюється дві молекули ацетил-Ко. А.
Інтенсивність окислення кетонових тіл у позапечінкових тканинах пропорційна їх концентрації у крові. Загальна концентрація кетонових тіл у крові зазвичай нижча за 3 мг/100 мл, а середня щодобова екскреція із сечею становить приблизно від 1 до 20 мг.
У певних метаболічних умовах, коли відбувається інтенсивне окиснення жирних кислот, у печінці утворюються значні кількості про кетонових тіл.
Стан організму, при якому концентрація кетонових тіл у крові вища за нормальну, називається кетонемією. Підвищений вміст кетонових тіл у сечі називається кетонурією. У тих випадках, коли має місце виражена кетонемія і кетонурія, у повітрі, що видихається, відчувається запах ацетону.
Він обумовлений спонтанним декарбоксилювання ацетоацетату в ацетон. Ці три симптоми кетонемія, кетонурія та запах ацетону при диханні поєднуються загальною назвою – кетоз
Кетоз виникає внаслідок нестачі доступних вуглеводів. Наприклад, при голодуванні їх мало надходить (або не надходить) з їжею, а при цукровому діабеті внаслідок нестачі гормону інсуліну, коли глюкоза не може ефективно окислюватися в клітинах органів та тканин.
Це призводить до дисбалансу між етерифікацією та ліполізом у жировій тканині у бік інтенсифікації останнього. Він обумовлений спонтанним декарбоксилювання ацетоацетату в ацетон.
Кількість ацетоацетату, яке відновлюється -гідроксибутират, залежить від співвідношення НАДН/НАД+. Відновлення це відбувається під впливом ферменту гідроксибутиратдегідрогенази. Печінка є основним місцем утворення кетонових тіл завдяки високому вмісту ГОМГ-Ко. А синтетази у мітохондріях гепатоцитів.
Біосинтез ХС ХС синтезується гепатоцитами (80%), ентероцитами (10%), клітинами нирок (5%) та шкірою. На добу утворюється 0.3 -1 г ХС(ендогенний пул).
Функції ХС: - неодмінний учасник клітинних мембран - попередження стероїдних гормонів - попередник жовчних кислот та вітаміну Д
Проміжні продукти процесів дихання є джерелом вуглецевих скелетів для синтезу ліпідів – жироподібних речовин, що входять до складу всіх живих клітин і відіграють важливу роль у життєвих процесах. Ліпіди виступають і як запасні речовини і як компоненти мембран, що оточують цитоплазму та всі клітинні органели.
Ліпіди мембран відрізняються від звичайних жирів, тим, що в молекулі одна з трьох жирних кислот замінена на фосфорильований серин або холін.
Жири присутні в будь-яких рослинних клітинах, оскільки жири нерозчинні у воді, вони не можуть переміщатися в рослинах. Тому біосинтез жирів повинен відбуватися у всіх органах і тканинах рослин з розчинених речовин, що надходять до цих органів. Таким розчинними речовинами є вуглеводи, що надходять у насіння з асимілюючих *. Найкращим об'єктом вивчення біосинтезу жирів є плоди олійних рослин, на початку розвитку олійного насіння головними складовими частинами насіння є вода, білки, небілкові азотисті сполуки і нерозчинні цукру. При дозріванні відбувається з одного боку синтез білків з небілкових азотистих сполук, з другого перетворення вуглеводів на жири.
Ми приділимо увагу перетворенню вуглеводів на жири. Почнемо із простого. Зі складу жирів. Жири складаються з гліцерину та жирних кислот. Очевидно, що при біосинтезі жирів повинні утворюватися ці компоненти – гліцерин та жирні кислоти, що входять до складу жиру. При біосинтезі жиру було виявлено, що жирні кислоти з'єднуються не зі зв'язаним гліцерином, а з його фосфорильованим * гліцерол-3фосфатом. Вихідною речовиною для утворення гліцерол-3фосфату є 3-фосфогліцериновий альдегід і фосфодіоксиацетон, які є проміжними продуктами фотосинтезу та анаеробного розпаду вуглеводів.
Відновлення фосфодіоксіацетону до гліцеролу -3-фосфату каталізується ферментом гліцеролфосфатдегідрогеназою, активною групою якого є нікотинамідаденін-динуклеотид. Синтез жирних кислот йде складнішими шляхами. Ми бачили, що більшість рослинних жирних кислот мають парне число вуглецевих атомів 16 або 18 . Цей факт давно привертав увагу багатьох дослідників. Неодноразово висловлювалися припущення, що жирні кислоти можуть утворюватися внаслідок вільної конденсації оцтової кислоти або оцтового альдегіду, тобто. із сполук мають два атоми вуглецю З 2 . роботами нашого часу було встановлено, що в біосинтезі жирних кислот бере участь не вільна оцтова кислота, а пов'язана з коферментом А – ацетилкофермент А. В даний час схему синтезу жирних кислот модно зобразити так. Вихідною сполукою для синтезу жирних кислот є ацетилкофермент, який є головним продуктом анаеробного розпаду вуглеводів. Кофермент А може брати участь у синтезі найрізноманітніших жирних кислот. Першою цих процесів є активування кислот під дією АТФ. На першому етапі з оцтової кислоти під дією ферменту ацетилкоферменту А * і витрат енергії АТФ утворюється ацетилкофермент А і потім * тобто. відбувається карбоксилювання ацетил коА та утворення 3-х вуглецевих сполук. На наступних етапах відбувається конденсація молекули ацетилкоферменту А.**************
Синтез жирних кислот відбувається шляхом зв'язування молекули ацетилкоферменту А. Це перша стадія власне синтезу жирних кислот.
Загальний шлях утворення жирів із вуглеводів можна представити у вигляді схеми:
гліцерол-3фосфат
Вуглеводи
Ацетилкофермент А → жирні кислоти → жири
Як ми вже знаємо жири ньому можуть пересуватися з одних рослинних тканин до інших і вони синтезуються безпосередньо в місцях накопичення. Виникає питання, у яких частинах клітини, у яких клітинних структурах синтезуються? У рослинних тканинах біосинтез жирів майже повністю локалізований у мітохондріях, сферосомах. Швидкість синтезу жирів у клітинах тісно пов'язана з інтенсивністю окислювальних процесів, що є основними джерелами енергії. Іншими словами, біосинтез жирів тісно пов'язаний з диханням.
Розпад жирів найінтенсивніше відбувається при проростанні насіння олійних рослин. Насіння олійних культур містить мало вуглеводів і основними запасними речовинами в них є жири. Жири відрізняються від вуглеводів та білків не тільки тим, що при їх окисленні звільняється значно більше енергії, але також і тим, що при окисленні жирів виділяється підвищена кількість води. Якщо при окисненні 1г білків утворюється 0,41г води, при окисненні 1г вуглеводів 0,55г, то при окисненні 1г жиру 1,07г води. Це має велике значення для зародка, що розвивається, особливо при проростанні насіння в посушливих умовах.
У роботах пов'язаних з вивченням розпаду жирів доведено, що в насіння, що проростає, поряд зі зменшенням жирів накопичуються вуглеводи. Якими шляхами можуть синтезуватися вуглеводи з жирів? У загальній формі цей процес модно уявити так. Жири під дією ліпази за участю води розщеплюються на гліцерин та жирні кислоти. Гліцерин фосфорилюється, потім окислюється і перетворюється на 3-фосфогліцериновий альдегід. 3-фосфогліцериновий альдегід ізомеризується і дає фосфодіоксіацетон. Далі під дією * та 3-фосфогліцеринового альдегіду та фосфодіоксиацетону синтезується фруктозо-1.6дифосфат. Як утворив фруктозо-1.6дифосфат, як ми вже знаємо, перетворюється на найрізноманітніші вуглеводи, що служать для побудови клітин і тканин рослин.
Який же шлях перетворень жирних кислот, що відщеплюються при дії ліпази на жири? На першому етапі жирна кислота в результаті реакції з коферментом А та АТФ активується та утворюється ацетилкофермент А
R CН 2 СН 2 СООН+НС-КоА+АТФ → RСН 2 СН 2 С-S - КоА
Активована жирна кислота – ацетилкофермент має більшу реакційну здатність, ніж вільна жирна кислота. У наступних реакціях весь вуглець ланцюг жирної кислоти розщеплюється на двовуглецеві фрагменти ацетилкоферменту А. Загальну схему розпаду жирів у спрощеному вигляді можна представити наступним чином.
Висновок щодо синтезу розпаду жирів. І при розпаді і при синтезі жирних кислот основна роль належить ацетилкоферменту А. Ацетилкофермент А, що утворився в результаті розпаду жирних кислот, може піддаватися далі різним перетворенням. Основний шлях його перетворень – повне окислення через цикл трикарбонових кислот до СО 2 і Н 2 Про виділення великої кількості енергії. Частина ацетилкоферменту А може використовуватися для синтезу вуглеводів. Такі перетворення ацетилкоферменту можуть відбуватися при проростанні насіння олійних культур, коли в результаті амінокислотного розпаду жирних кислот утворюється значна кількість оцтової кислоти. При біосинтезі вуглеводів з ацетилкоферменту А він, тобто. ацетилкофермент А включається до так званого гліоксилатного циклу або циклу гліоксинової кислоти. У гліоксилатному циклі ізолімонна кислота розщеплюється на янтарну та гліоксинову кислоти. Бурштинова кислота може брати участь у реакції циклу трикарбонових кислот і через утворювати яблучну, а потім щавлево-оцтову кислоти. Гліоксинова кислота вступає у сполуки СО другою молекулою ацетилкоферменту А і в результаті цього також утворюється яблучна кислота. У наступних реакціях яблучна кислота перетворюється на щавлево-оцтову – фосфоенолпіровіноградну – фосфогліцеринову і навіть вуглеводи. Таким чином, енергія кислот молекули ацетату, що утворилася при розпаді, перетворюється на вуглеводи. Яка біологічна роль гліоксилатного циклу? У реакціях цього циклу синтезується гліоксилова кислота, яка є вихідною сполукою для утворення амінокислоти гліцину. Головна ж роль завдяки існуванню гліоксилатного циклу молекули ацетату, що утворюються при розпаді жирних кислот, перетворюються на вуглеводи. Таким чином, вуглеводи можуть утворюватися не тільки з гліцерину, але і жирних кислот. Синтез кінцевих фотосинтетичних продуктів асиміляції, вуглеводів, сахарози та крохмалю у фотосинтетичній клітині здійснюється роз'єднано: сахароза синтезується у цитоплазмі, крохмаль утворюється у хлоропластах.
Висновок. Цукру можуть ферментативним шляхом переходити один до одного зазвичай за участю АТФ. Вуглеводи через складну ланцюг біохімічних реакцій перетворюються на жири. З продуктів розпаду жирів можуть синтезуватись вуглеводи. Вуглеводи можуть синтезуватися як з гліцерину, так і жирних кислот.
Біосинтез ліпідів
Триацилгліцероли – найбільш компактна форма запасання енергії організмом. Їх синтез здійснюється, головним чином, з вуглеводів, що надходять в організм у надмірній кількості та не використовуються для поповнення запасу глікогену.
Ліпіди можуть утворюватись і з вуглецевого скелета амінокислот. Сприяє утворенню жирних кислот, а потім триацилгліцеролів і надлишок їжі.
Біосинтез жирних кислот
У процесі окислення жирні кислоти перетворюються на ацетил-КоА. Надмірне споживання з їжею вуглеводів також супроводжується розпадом глюкози до пірувату, який потім перетворюється на ацетил-КоА. Ця остання реакція, що каталізується піруватдегідрогеназою, необоротна. Ацетил - КоА з матриксу мітохондрій в цитозоль транспортується у складі цитрату (рис 15).
Матрікс мітохондрій Цитозоль
Рис 15. Схема перенесення ацетил – КоА та утворення відновленого НАДФН у процесі синтезу жирної кислоти.
Стереохімічно весь процес синтезу жирної кислоти можна представити так:
Ацетил-КоА + 7 Малоніл-КоА + 14 НАДФН∙ + 7Н +
Пальмітінова кислота (З 16:0) + 7 СО 2 + 14 НАДФ + 8 НSКоА + 6 Н 2 О,
при цьому 7 молекул малоніл-КоА утворюються з ацетил-КоА:
7 Ацетил-КоА + 7 СО 2 + 7 АТФ 7 Малоніл-КоА + 7 АДФ + 7 Н 3 РО 4 + 7 Н +
Утворення малоніл-КоА є дуже важливою реакцією у синтезі жирної кислоти. Малоніл-КоА утворюється в реакції карбоксилювання ацетил-КоА за участю ацетил-КоА карбоксилази, що містить як простетичну групу біотин. Цей фермент не входить до складу мультиферментного комплексу синтази жирної кислоти. Ацетиткарбоксилаза є полімером (молекулярна маса від 4 до 810 6 Так), що складається з протомерів з молекулярною масою 230кДа. Це мультифункціональний алостеричний білок, що містить пов'язаний біотин, біотинкарбоксилазу, транскарбоксилазу та алостеричний центр, активною формою якого є полімер, а 230-кДа протомери неактивні. Тому активність освіти малоніл-КоА визначається співвідношенням між двома цими формами:
Неактивні протоміри активний полімер
Пальмітоїл-КоА – кінцевий продукт біосинтезу зсуває співвідношення у бік неактивної форми, а цитрат, будучи алостеричним активатором, зрушує це співвідношення у бік активного полімеру.
Рис 16. Механізм синтезу малонілу-КоА
На першому етапі в реакції карбоксилювання бікарбонат активується і утворюється N-карбоксибіотин. На другому етапі відбувається нуклеофільна атака N-карбоксибіотину карбонільною групою ацетил-КоА і в реакції транскарбоксилювання утворюється малоніл-КоА (рис. 16).
Синтез жирної кислоти у ссавців пов'язаний із мультиферментним комплексом, названим синтазою жирної кислоти.Цей комплекс представлений двома ідентичними багатофункціональними поліпептидами. У кожному поліпептиді виділено три домени, які розташовані у певній послідовності (рис.). Перший доменвідповідає за зв'язування ацетил-КоА та малоніл-КоА та з'єднання цих двох речовин. Цей домен включає ферменти: ацетилтрансферазу, малонілтрансферазу та ацетил-малонілзв'язуючий фермент, який називають -кетоацилсинтаза. Другий доменпереважно відповідає за відновлення проміжного з'єднання, отриманого в першому домені і містить ацилпереносний білок (АПБ), -кетоацилредуктазу і дегідратату і єноіл-АПБ-редуктазу. У третьому доменіприсутній фермент тіоеэстераза, яка звільняє пальмітинову кислоту, що утворилася, що складається з 16 вуглецевих атомів.
Мал. 17. Структура пальмітатсинтазного комплексу. Цифрами позначені домени.
Механізм синтезу жирної кислоти
На першому етапі синтезу жирної кислоти відбувається приєднання ацетил-КоА до залишку серину ацетилтрансферази (рис.). У подібній реакції утворюється проміжний інтермедіат між малоніл-КоА та залишком серину малонілтрансферази. Потім ацетильна група від ацетилтрансферази переноситься на SH-групу ацилпереносить білка (АПБ). На наступному етапі відбувається перенесення ацетильного залишку на SH-групу цистеїну -кетоацилсинтази (конденсуючого ферменту). Вільна SH-група ацилпереносного білка атакує малонілтрансферазу і пов'язує малонільний залишок. Потім відбувається конденсація малонільного та ацетильного залишків за участю -кетоацилсинтази з відщепленням карбонільної групи від малонілу. Результатом реакції є утворення -кетоацилу, пов'язаного з АПБ.
Мал. Ракції синтезу 3-кетоацилАПБ у пальмітатсинтазному комплексі
Потім ферменти другого домену беруть участь у реакціях відновлення та дегідратації інтермедіанту -кетоацил-АПБ, які закінчуються утворенням (бутирил-АПБ) ацил-АПБ.
Ацетоацетил-АПБ (-кетоацил-АПБ)
-кетоацил-АПБ-редуктаза
-гідроксибутирил-АПБ
-гідроксіацил-АПБ-дегідратаза
Еноіл-АПБ-редуктаза
Бутіріл-АПБ
Після 7 циклів реакцій
Н 2 Про пальмітоілтіоестеразу
Потім бутирильна група переноситься від АПБ до залишку цис-SH-кетоацилсинтази. Подальше подовження на два вуглеці відбувається шляхом приєднання малоніл-КоА до залишку серину малонілтрансферази, потім реакції конденсації та відновлення повторюються. Весь цикл повторюється 7 разів і закінчується утворенням пальмітоїл-АПБ. У третьому домені пальмітоїлестераза гідролізує тіоефірний зв'язок у пальмітоїл-АПБ і звільняється вільна пальмітінова кислота виходить з пальмітатсинтазного комплексу.
Регулювання біосинтезу жирної кислоти
Контроль та регуляція синтезу жирних кислот певною мірою схожі на регуляцію реакцій гліколізу, цитратного циклу, β-окислення жирних кислот. Основним метаболітом, який бере участь у регуляції біосинтезу жирних кислот, є ацетил-КоА, що надходить з матриксу мітохондрій у складі цитрату. Молекула малоніл-КоА, що утворюється з ацетил-КоА, інгібує карнітінацилтрансферазу I і β-окислення жирної кислоти стає неможливим. З іншого боку, цитрат є алостеричним активатором ацетил-КоАкарбоксилази, пальмитоил-КоА, стеаторил-КоА і арахідоніл-КоА основними інгібіторами цього ферменту.