1 Б иохимия и молекулярная биология Лекция 8. Биосинтез липидов

Биохимия и молекулярная биология


Лекция 8. Биосинтез

липидов

триацилглицеринов


Биосинтез липидов

de novo (из простых предшественников) осуществляется в цитозоле клетки.
ЖК синтезируются

во многих тканях, включая печень, почки, мозг, легкие, молочные железы, жировая ткань.
Ацетил-СоА – исходный субстрат, пальмитиновая кислота – конечный продукт.
Для синтеза ЖК необходимы: NADPН, ATP, Mg2+, biotin, HCO3- (как источник СО2).
5. В синтезе ЖК участвуют два полифункциональных фермента – ацетил-СоА-карбоксилаза (биотин) и
синтаза высших жирных кислот.

биосинтеза жирных кислот от ß-окисления:
биосинтез ЖК в эукариотических клетках осуществляется

в цитозоле; дальнейшее наращивание цепи происходит в митохондриях и частично в ЭПР, где идет превращение насыщенных жирных кислот в ненасыщенные;
источником двухуглеродных фрагментов при наращивании цепи ЖК служит малонил-СоА, образующийся в результате присоединения СО2 к ацетил-СоА;
на всех стадиях синтеза ЖК принимает участие ацилпереносщий белок – АПБ (АСР), а не HS-CoA;
для синтеза ЖК необходим NADPH, а в β-окислении в качестве кофермента используются FAD и NAD+;
интермедиатами в ходе синтеза ЖК являются гидроксипроизводные, относящиеся к D-ряду, тогда как при окислении ЖК - гидроксипроизводные L-ряда.

можно выделить 4 этапа биосинтеза жирных кислот:

Образование ацетил-СоА;

2) Перенос ацетил-СоА из

митохондрий в цитозоль;

3) Образование малонил-СоА из ацетил-СоА;

4) Синтез пальмитиновой кислоты.

образуется в матриксе митохондрий преимущественно из пирувата, в результате реакции

его окислительного декарбоксилирования, а также в процессе β-окисления жирных кислот и окисления углеродных скелетов кетогенных аминокислот.

Ацетил-СоА

пентозофосфатный путь окисления глюкозы, реакция, катализируемая малик-ферментом, реакция, катализируемая NADP+-зависимой

цитозольной изоцитратдегидрогеназой.

в цитоплазму клетки
Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетил-СоА, образующегося в

митохондриальном матриксе. Перенос ацетил-СоА из митохондрий в цитоплазму осуществляет цитрат-малат-пируватная транспортная система. Сначала происходит взаимодействие ацетил-СоА с оксалоацетатом, реакция катализируется цитратсинтазой (1-я реакция ЦТК). Специфической транслоказой образовавшийся цитрат переносится в цитоплазму, где расщепляется ферментом цитратлиазой при участии HS-СоА и АТР на оксалоацетат и ацетил-СоА.

в цитоплазме он восстанавливается NADH-зависимой малатдегидрогеназой в малат, который при

участии специфической транслоказы возвращается в матрикс митохондрий, где окисляется до оксалоацетата. Часть цитоплазматического малата подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в пируват с помощью особого «малик»-фермента, коферментом которого служит NADP+. Пируват далее транспортируется в митохондрии.

Таким образом, цитрат-малат-пируватный механизм обеспечивает как транспорт ацетил-СоА из митохондрий, так и примерно 50% потребности в NADPH, который используется в восстановительных реакциях синтеза жирных кислот.

катализируемой ацетил-СоА-карбоксилазой (АСК). АСК бактерий состоит из 3-х субъединиц, в

животных клетках ферментативную активность обеспечивает один полифункциональный полипептид.
Клетки растений содержат оба типа АСК.
Биотин является простетической группой, он связан амидной связью с ε-NH2 лизина одной из 3-х субъединиц или одного из доменов полифункционального фермента.

молекула фермента – нитевидный полимер с М.м. несколько миллионов и

длиной около 500 нм.

АТР + НСО3- →
-OOC-CН2-СО~SCoA + ADP + Н3РО4

фермент, обеспечивающий многостадийный циклический процесс синтеза высших жирных кислот.
СЖК

позвоночных состоит из двух идентичных протомеров (гомодимер), каждый из которых содержит 7 субдоменов с энзиматической активностью и ацилпереносящий белок (АПБ). SН-группы СЖК принадлежат различным субдоменам – одна остатку цистеина 3-кетоацил-АПБ-синтазы (конденсирующий фермент), другая – остатку 4-фосфопантетеина АПБ.
SН-группа конденсирующего фермента одного протомера расположена рядом с SН-группой АПБ другого протомера. Таким образом, протомеры в СЖК расположены «голова к хвосту». Функционально активен димер. Одновременно комплекс синтазы высших жирных кислот синтезируется две молекулы жирной кислоты.

I (голубой)
AT - ацетилтрансфераза
MT -малонилтрансферааза
CE - β-кетоацил синтаза

ДОМЕН II

(желтый)
KR – β-кетоацил-АПБ(АСР) редуктаза
DH – дегидратаза
ER – еноил-АПБ(АСР) редуктаза
АПБ(ACP) – ацилпереносящий белок

ДОМЕН III (розовый)
ТE – тиоэстераза

Ферменты, катализирующие синтез жирных кислот, объединены в единый мультиферментный комплекс, получивший название «синтаза жирных кислот»

- челнок, связывающий между собой отдельные домены комплекса синтазы жирных

кислот, участвующий в передаче ацильных радикалов от одного домена к другому.

белка

реакции повторяются 7 раз, используется 1 молекула ацетил-СоА (затравка, праймер)

и 7 молекул малонил-СоА, чтобы образовать пальмитиновую кислоту (С16:0)

Один цикл элонгации включает четыре последовательных реакций:

конденсация,
восстановление,
дегидратация,
восстановление.

- Восстановление

– β-кетоацил синтаза
(конденсирующий фермент)
5 - β-кетоацил-АПБ редуктаза
6 – дегидратаза
7 –

еноил-АПБ-редуктаза
8 – перенос 4-х углеродного фрагмента на SH-группу
конденсирующего фермента
3b – присоединение малонил-СоА к SH-группе АПБ.
Цикл (раунд) повторяется
несколько раз.

– β-кетоацил-АПБ-синтаза
(конденсирующий фермент)

4 - β-кетоацил-АПБ редуктаза

5 – еноил-АПБ-дегидратаза

6 – еноил-АПБ-редуктаза

7

- тиоэстераза (отщепление конечного продукта – пальмитиновой кислоты от комплекса синтазы жирных кислот)

7 малонил-СоА + 14 NADPH + 14 H+ → CН3(СН2)14СООН

+ 7СО2 + 6Н2О + 14 NADP+ + 8 HSСоА
 

СН3-СН2-(СН2)13-СООН
16 15 1
Ацетил-СоА 7 малонил-СоА

главный продукт синтазы жирных кислот, является предшественником других длинноцепочечных жирных

кислот. Из пальмитата может образоваться стеариновая кислота (С18:0) и более длинные насыщенные жирные кислоты путем последовательного добавления ацетильных групп . Это происходит с помощью работы системы элонгации ЖК, которая находится в гладком ЭПР и митохондриях. Вероятным переносчиком ацильных групп в этом процессе является СоА, а не АПБ.

стеарат служат предшественниками двух наиболее распространенных в животных тканях моноеновых

ЖК: пальмитоолеиновой (С16:1, Δ9) и олеиновой (С18:1, Δ9). Двойная связь между С-9 и С-10 вводится в цепь ЖК в окислительной реакции, катализируемой ацил-СоА-десатуразой. Ацил-СоА-десатураза и цитохром-b5–редуктаза, необходимые для окисления ацил-СоА, находятся в ЭПР.

ферментом, лимитирующим скорость всего процесса синтеза жирных кислот. Регуляция активности

фермента осуществляется с помощью аллостерического механизма и ковалентной модификации по типу фосфорилирование- дефосфорилирование.
Ацетил-СоА-карбоксилаза существует в виде неактивных димеров (тетрамеров). Цитрат является положительным аллостерическим эффектором, способствующим образованию активной полимерной формы ацетил-СоА-карбоксилазы. Ацил-СоА–тиоэфиры длинноцепочечных жирных кислот, в первую очередь пальмитоил-СоА – конечный продукт действия синтазы жирных кислот, напротив, являются ингибиторами процесса полимеризации фермента.

под воздействием гормонов: глюкагона, адреналина и инсулина.

Фосфорилирование, приводимое в

действие гормонами глюкагоном и адреналином, инактивирует фермент и уменьшает его чувствительность к активации цитратом, тем самым замедляя синтез жирных кислот.

Инсулин, активируя протеинфосфатазу, способствует отщеплению фосфатной группы от ацетил-СоА-карбоксилазы, переводя ее в активную форму, то есть ускоряет синтез жирных кислот.