Наращивание (элонгация) углеродной цепи жирной кислоты

Все стадии синтеза ЖК представляют собой циклический процесс, протекающий на поверхности синтазы ЖК. В синтазе жирных кислот есть две существенные для катализа SH-группы, одна из которых принадлежит 4-фосфопантетеину АПБ, другая − специфическому остатку цистеина в молекуле β-кетоацил-АПБ-синтазы. Для того чтобы начался синтез ЖК, необходимо, чтобы они были нагружены соответствующими ацильными группами. Их загрузка происходит в результате двух последовательных реакций (реакции 1 и 2, см. рис.23.7), катализируемых ацетил − и малонилтрансферазой соответственно. После завершения этих реакций с синтазой оказываются ковалентно связанными две ацильные группы: ацетильная, присоединенная к SH-группе цистеина, и малонильная, связанная с SH-группой 4-фосфопантетеина ацилпереносящего белка.

Присоединение каждого двууглеродного фрагмента в процессе наращивания цепи происходит в четыре этапа:

1 этап − конденсация. Ацетильная и малонильная группа конденсируются с образованием ацетоацетильной группы, которая связана с SH-группой АПБ. Одновременно с этим происходит выделение молекулы СО₂. Катализирует этот процесс β-кетоацил-АПБ-синтаза (реакция 3).

Ацетильная группа становится концевым двууглеродным звеном вновь образованной ацетоацетильной группы. Выделившийся СО₂ − та самая молекула диоксида углерода, которая исходно включилась в молекулу малонил-СоА в ацетил-СоА-карбоксилазной реакции. Таким образом, в ходе биосинтеза ЖК СО₂ не используется для построения ковалентного остова молекулы ЖК, а играет роль катализатора. При отщеплении СО₂ от малонильной группы резко возрастает реакционная способность оставшегося двууглеродного фрагмента и благодаря этому он может быстро взаимодействовать с ацетильной группой.

2 этап − восстановление. Ацетоацетил-АПБ подвергается восстановлению по карбонильной группе с образованием D-β-гидроксибутирил-S-АПБ. Эта реакция катализируется β-кетоцил-АПБ-редуктазой, использующей в качестве восстановителя NADPH (реакция 4).

3 этап − дегидратация. D-β-гидроксибутирил-АПБ дегидратируется под действием β-гидроксиацил-АПБ-дегидратазы с образованием кротонил-S-АПБ (реакция 5).

Рис. 23.7. Биосинтез пальмитиновой кислоты (1 − SH-группа β-кетоацил-АПБ-синтазы, 2 − SH-группа 4-фосфопантетеина АПБ)

4 этап − восстановление (насыщение). Этот этап завершает один цикл элонгации, осуществляемой комплексом синтазы ЖК. Двойная связь восстанавливается под действием еноил-АПБ-редуктазы (реакция 6). Для этого процесса требуется еще одна молекула восстановленного NADP.

Далее происходит перенос бутирильной группы с HS-АПБ на HS-Cys.

Вновь образованная удлиненная ацильная группа (бутирильная) занимает положение при той SH-группе, с которой изначально была связана ацетильная группа. Далее бутирильная группа покидает SH-группу Cys и замещает СООН в малонильной группе на HS-АПБ. В результате образуется 6-углеродная ацильная группа, связанная с SH-группой АПБ. В ходе трех следующих циклов элонгации β-кетогруппа образовавшейся ацильной группы восстанавливается и образуется 6-углеродная насыщенная ацильная группа. Далее С₆-углеродный фрагмент переносится с SH-группы АПБ на SH-группу цистеина.

Для образования конечного продукта − пальмитата − необходимо семь таких циклов. Процесс наращивания цепи заканчивается на шестнадцатом углеродном атоме. Растущий жирнокислотный остаток поочередно связывается с HS-группой АПБ и SH-группой Cys в β-кетоацил-АПБ-синтазе, ни разу не покидая комплекс до тех пор, пока не завершится образование пальмитата. И удлинение цепи, и восстановление кетогруппы происходит тогда, когда субстраты связаны с АПБ. Конечный продукт синтезы ЖК − пальмитоил-АПБ с шестнадцатью углеродными атомами − гидролизуется с освобождением жирной кислоты, которая сразу же взаимодействует с СоА с образованием пальмитоил-СоА.

В конечном счете, все углеродные атомы ЖК образуются из ацетил-СоА, т.к. малонил-СоА, в свою очередь, образуется из ацетил-СоА.

СН3-СН2-(СН2)13-СООН

16 15 1

Ацетил-СоА 7 малонил-СоА

Пальмитат − основной продукт действия синтазы ЖК, однако в небольших количествах образуются и другие ЖК с более короткой или более длинной углеводородной цепочкой.

NADPH, необходимый для биосинтеза ЖК в разных органах поступает из двух источников. В печени он образуется главным образом в пентозофосфатном пути, жировых клетках (адипоцитах) − в цитозоле (преимущественно в двух ферментативных реакциях − NADP-зависимой малатдегидрогеназной (малик-фермент) и NADP-зависимой изоцитратдегидрогеназной).