Биосинтез жирных кислот
Биосинтез жирных кислот происходит при высокой концентрации глюкозы в крови в основном в печени и в жировой ткани. В этот период активируется гликолиз, в результате которого образуются субстраты для синтеза жирных кислот: ацетил КоА, АТФ, (НАДФ·Н + Н+) и другие. Основным строительным блоком для биосинтеза жирных кислот служит ацетил КоА, а главным конечным продуктом является пальмитиновая кислота С15Н31СООН.
Другие жирные кислоты образуются, как правило, путём модификации молекулы пальмитиновой кислоты – наращиванием цепи и дегидрированием. В последнем случае образуются непредельные кислоты.
Синтез пальмитиновой кислоты происходит не в митохондриях, где происходит катаболизм жирных кислот, а в цитозоле. Основным ферментом этого биосинтеза служит мультиферментный комплекс пальметилсинтетаза. Так как мембрана митохондрии непроницаема для ацетил КоА, то начальным этапом биосинтеза является перенос ацетил КоА через митохондриальную мембрану с помощью цитратпируватного челночного механизма.
Известно, что первой реакцией цикла Кребса является конденсация ацетил КоА с щавелевоуксусной кислотой (оксалоацетатом) с образованием цитрата (лимонной кислоты). Часть образовавшихся цитрат-ионов не вовлекается в дальнейшие реакции цикла Кребса, а переносятся через митохондриальную мембрану в цитозоль, где в присутствии цитратлиазы и при участии АТФ и HS-KoA вновь образует ацетил-КоА и ЩУК :
Цитрат + HS-KoA + АТФ → Оксалоацетат + Ацетил-КоА + АДФ + Н3РО4
Возвращение оксалоацетата в митохондрии осуществляется с помощью двух посредников − малата и пирувата
Восстановление оксалоацетата в малат в цитозоле является частью малатаспартатного челночного механизма переноса восстановленного (НАД∙Н + Н+) из цитозоля в митохондрии:
Оксалоацетат + НАД∙Н + Н+ ↔ Малат + НАД
Однако образовавшийся малат не переносится с\через мембрану, а сразу окисляется с одновременным декарбоксилированием в пируват:
Малат + НАДФ+ → Пируват + СО2 + НАДФ∙Н + Н+
Все описанные превращения изображены на схеме:
Таким образом, перенос одной молекулы ацетил КоА из митохондрии в цитозоль сопровождается образованием одной молекулы восстановленной формы (НАДФ·Н + Н+), который необходим для многих биосинтезов, а пируват, который дифундирует в митохондрии, затем карбоксилируется с образованием оксалоацетата.
Собственно синтез пальмитиновой кислоты начинается с карбоксилирования ацетил КоА. Эта реакция протекает в присутствии фермента, простетической группой которого является биотин:
Эта реакция является ключевой в синтезе жирных кислот. Дальнейшие превращения объединяются в циклы по шесть реакций, и в результате завершения каждого цикла углеродная цепь будущей молекулы удлиняется на два углеродных атома.
Рассмотрим реакции, протекающие в первом цикле синтеза жирных кислот.
В первых двух реакциях происходит перенос ацетильного и малонильного фрагментов на ацилпереносящий белок (АПБ).
АПБ представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 77 аминокислотных остатков и бокового ответвления, повторяющую по существу структуру кофермента А:
Реакции переноса ацетильного и малонильного фрагментов с ацетил-КоА (1) и малонил-КоА (2) катализируются ацилтрансферазами.
3-ья реакция состоит в образовании ацетоацетил-АПБ из ацетил-АПБ и маонил-АПБ с одновременным декарбоксилированием.
В дальнейшем в три этапа (реакции 4-6) происходит восстановление образовавшегося ацетоацетил-АПБ.
В ходе 4-ой реакции одна из двух карбонильных групп восстанавливается до гидроксильной и образуется дегидроксибутерил-АПБ. Эта реакция является НАДФ–зависимой, т.е. восстановителем служит восстановленная форма НАДФ:
5-ая реакции - реакция дегидратации, ферментом этой реакции является гидроксиацил-АПБ-дегидратаза:
Следующая реакция восстановления (6) – реакция гидрирования – также требует участия НАДФ∙Н + Н+. Катализируется она еноил-АПБ-редуктазой, продуктом реакции являетотся бутирилАПБ:
Все реакции цикла элонгации (удлинения) цепи жирных кислот катализируются мультиферментным комплексом. Он состоит из двух полипептидных цепей. Одна из них (субъединица А) включает АПБ, оксоацил-АПБ-синтазу и оксоацил-редуктазу. В составе субъединицы Б находятся 4 других фермента. Согласованная работа мультиферментного комплекса обусловлена наличием в молекуле АПБ большого рычага – гибкой и достаточно длинной цепочки атомов, соединяющей «якорную» HS-группу с полипептидной цепью
Синтез пальмитиновой кислоты включает 7 циклов. Во второй цикл вместо ацетил-АПБ вступает уже бутирил-АПБ (С4-ацил), и в результате образуется каприл-АПБ (С6-ацил) и т.д. (схема):
1-ый цикл: малонил-АПБ + ацетил_АПБ
↓
2-ой цикл: малонил-АПБ + бутирил-АПБ
↓
3-ий цикл: малонил-АПБ + каприл-АПБ
↓
4-ый цикл: малонил-АПБ + С8-ацил-АПБ
↓
5-ый цикл: малонил-АПБ + С10-ацил-АПБ
↓
6-ой цикл: малонил-АПБ + С12-ацил-АПБ
↓
7-ой цикл: малонил-АПБ + С14-ацил-АПБ
↓
пальмитил-АПБ
Суммарное уравнение биосинтеза пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА в результате реакций семи циклов записывается следующим образом:
8 ацетил-Коа + 7 АТФ + 14 (НАДФ∙Н + Н+) → пальмитат + 14 НАДФ+
+ 8 НS-КоА + 7 АДФ + 7 Н3РО4
Из пальмитиновой кислоты путем присоединения дополнительно одной или нескольких молекул ацетил-КоА синтезируюся молекулы с более длинными цепями, а путем дегидрирования – ненасыщенные кислоты. «Доработка» молекул пальмитиновой кислоты осуществляется с помощью ферментов эндоплазматической сети, но может проходить и в митохондриях. Дегидрирование насыщенной жирной кислоты происходит параллельно с окислением НАДФ под действием молекулярного кислорода:
С15Н31СОО-S-КоА + НАДФ∙Н + Н+ + О2 →СН3-(СН2)5-СН=СН-(СН2)7-СОО-S-КоА +НАДФ+ + 2 Н2О
Дегидрирование насыщенных жирных кислот происходит в клетках печени и жировой ткани. В организме человека отсутствуют ферменты, позволяющие дегидрировать фрагменты –СН2-СН2-, находящиеся дальше С9, поэтому диеновая линолевая кислота
С18Н32СООН и триеновая линоленовая кислота С18Н30СООН в организме не синтезируются.