24.7: Біосинтез жирних кислот

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21471

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть, як синтезуються жирні кислоти і порівняйте з розщепленням жирних кислот.

Ліпогенез або синтез жирних кислот відбувається в цитоплазмі і ендоплазматичному ретикулумі клітини і хімічно схожий з процесом бета-окислення, але з парою ключових відмінностей. Перші з них відбуваються при підготовці субстратів до реакцій, які ростуть жирну кислоту. Транспорт ацетил-КоА з мітохондрій відбувається, коли він починає накопичуватися. Дві молекули можуть відігравати роль у переміщенні її до цитоплазми - цитрат і ацетилкарнітин. З'єднання оксалоацетату з ацетил-КоА в мітохондріоні створює цитрат, який рухається по мембрані, з подальшим дією цитрат-ліази в цитоплазмі клітини, щоб вивільнити ацетил-КоА і оксалоацетат. Крім того, коли вільний ацетил-КоА накопичується в мітохондріоні, він може поєднуватися з карнітином і транспортуватися в цитоплазму.

Ланцюг жирних кислот будується двома вуглецями одночасно (протилежно бета-окисленню), починаючи з двох молекул ацетил-КоА. Один перетворюється в малоніл-КоА шляхом карбоксилювання, каталізується ферментом ацетил-КоА-карбоксилазою (АЦЦ), єдиним регулюючим ферментом синтезу жирних кислот (рис.\(\PageIndex{1}\)). Далі обидві молекули ацетил-КоА мають свої частини CoA, замінені білом-носієм, відомим як ACP (білок ацил-носій), утворюючи ацетил-АСР та малоніл-АСР. З'єднання жирного ацил-АСР (в даному випадку ацетил-АСР) з малоніл-АСР розщеплює доданий карбоксил і створює проміжний у верхньому правому куті на малюнку зліва.

З цього моменту хімічні реакції нагадують реакції бета-окислення зворотного. По-перше, кетон зменшується до гідроксилу за допомогою NADPH. На відміну від гідроксильованого проміжного продукту бета-окислення, бета-проміжний продукт тут знаходиться в D-конфігурації. Далі вода видаляється з вуглецю 2 і 3 гідроксильного проміжного продукту, щоб отримати транс-подвоєну склеєну молекулу. Нарешті, подвійний зв'язок гідрогенізується з отриманням насиченого проміжного продукту. Цикли процесу з додаванням іншого малоніл-АСР до зростаючого ланцюга, поки в кінцевому підсумку не буде отримано проміжний продукт з 16 вуглецями (пальмітоил-КоА). У цей момент цитоплазматичний синтез припиняється.

Ферменти синтезу жирних кислот

Ацетил-КоА-карбоксилаза, яка каталізує синтез малоніл-КоА, є єдиним регульованим ферментом в синтезі жирних кислот. Його регулювання передбачає як аллостеричний контроль, так і ковалентну модифікацію. Відомо, що фермент фосфорилюється як AMP-кіназою, так і протеїнкіназою А. дефосфорилювання стимулюється фосфатазами, активованими інсулінозв'язуванням. Дефосфорилювання активує фермент і сприяє його збірці в довгий полімер, тоді як фосфорилювання змінює процес. Цитрат діє як аллостеричний активатор, а також може сприяти полімеризації. Пальмітоил-КоА алостерично інактивує його.

Рисунок\(\PageIndex{2}\): Синтаза жирних кислот (FAS) переглянута модель з положеннями поліпептидів, трьох каталітичних доменів та відповідних їм реакцій, візуалізація Kosi Gramatikoff. Зверніть увагу, що ФАС активний лише як гомодимер, а не мономер на фото. Зображення, що використовується з дозволу (Публічне надбання; Косігрим)

У тварин шість різних каталітичних активностей, необхідних для решти каталітичних дій, щоб повністю зробити пальмітоил-КоА, містяться в одному комплексі під назвою синтаза жирних кислот (рис.\(\PageIndex{2}\)). До них відносяться трансацилази для заміни CoA з ACP на ацетил-КоА та малоніл-КоА; синтаза для каталізації додавання двох вуглецевих одиниць з трьох вуглецевих малоніл-АСР на першому етапі процесу подовження; редуктаза для зменшення кетону; дегідраза для каталізації видалення води та редуктаза до зменшити транс-подвійний зв'язок. У бактерій ці дії виявляються на окремих ферментах і не входять до складу комплексу.

Подовження жирних кислот

Подовження, щоб зробити жирні кислоти довшими, ніж 16 вуглецю, відбувається в ендоплазматичному ретикулумі і каталізується ферментами, описаними як елонгази. Мітохондрії також можуть подовжити жирні кислоти, але їх вихідні матеріали, як правило, коротші, ніж 16 вуглецю довжиною. Механізми в обох середовищах подібні до механізмів цитоплазми (наприклад, для додавання двох вуглеців використовується малонільна група), але CoA приєднується до проміжних продуктів, а не АКП. Крім того, в той час як в цитоплазматичному синтезі використовується комплекс синтази жирних кислот (рис.\(\PageIndex{2}\)), ферменти в цих органелах роздільні і не входять до складу комплексу.

Знесичення жирних кислот

Жирні кислоти синтезуються в насиченому вигляді і знесичення відбувається пізніше. Ферменти, звані десатуразами, каталізують утворення подвійних зв'язків цис в зрілих жирних кислотах. Ці ферменти знаходяться в ендоплазматичному ретикулумі. Тварини обмежені в знесичених жирних кислотах, які вони можуть зробити, через нездатність каталізувати реакції за межі вуглецю 9 і 10. Таким чином, людина може виробляти олеїнову кислоту, але не може синтезувати лінолеву кислоту або ліноленову кислоту. Отже, ці два повинні бути передбачені в раціоні і називаються незамінними жирними кислотами.