Atsetüül-CoA moodustumine ja selle transport tsütosooli
Rasvhapete süntees toimub imendumisperioodil. Püruvaadi aktiivne glükolüüs ja sellele järgnev oksüdatiivne dekarboksüülimine aitavad kaasa atsetüül-CoA kontsentratsiooni suurenemisele mitokondriaalses maatriksis. Kuna rasvhapete süntees toimub rakkude tsütosoolis, tuleb atsetüül-CoA transportida läbi sisemise mitokondriaalse membraani tsütosooli. Sisemine mitokondriaalne membraan on aga atsetüül-CoA-le mitteläbilaskev, seetõttu kondenseerub atsetüül-CoA mitokondriaalses maatriksis oksaloatsetaadiga, moodustades tsitraadi tsitraadi süntaasi osalusel:
Atsetüül-CoA + oksaloatsetaat -> tsitraat + HS-CoA.
Seejärel transpordib translokaas tsitraadi tsütoplasmasse (joonis 8-35).
Tsitraadi ülekanne tsütoplasmasse toimub ainult tsitraadi koguse suurenemisega mitokondrites, kui isotsitraadi dehüdrogenaasi ja α-ketoglutaraadi dehüdrogenaasi inhibeerivad kõrged NADH ja ATP kontsentratsioonid. Selline olukord tekib imendumisperioodil, mil maksarakk saab piisavas koguses energiaallikaid. Tsütoplasmas lõhustatakse tsitraat ensüümi tsitraatlüaasi toimel:
Tsitraat + HSKoA + ATP → atsetüül-CoA + ADP + Pi + oksaloatsetaat.
Tsütoplasmas olev atsetüül-CoA toimib rasvhapete sünteesi algse substraadina ja tsütosoolis olev oksaloatsetaat läbib järgmised transformatsioonid (vt allolevat diagrammi).
Püruvaat transporditakse tagasi mitokondriaalsesse maatriksisse. Maleiinensüümi toime tulemusena redutseeritud NADPH-d kasutatakse vesiniku doonorina järgmistes rasvhapete sünteesi reaktsioonides. Teine NADPH allikas on glükoosi katabolismi pentoosfosfaadi raja oksüdatiivsed etapid.
Malonüül-CoA moodustumine atsetüül-CoA-st - rasvhapete biosünteesi reguleeriv reaktsioon.
Esimene reaktsioon rasvhapete sünteesil on atsetüül-CoA muundamine malonüül-CoA-ks. Seda reaktsiooni katalüüsiv ensüüm (atsetüül-CoA karboksülaas) kuulub ligaaside klassi. See sisaldab kovalentselt seotud biotiini (joonis 8-36). Reaktsiooni esimeses etapis seostub CO 2 ATP energia toimel kovalentselt biotiiniga, teises etapis kantakse COO atsetüül-CoA-ks koos malonüül-CoA moodustumisega. Atsetüül-CoA karboksülaasi ensüümi aktiivsus määrab kõigi järgnevate rasvhapete sünteesireaktsioonide kiiruse.
Rasvhapete süntaasi katalüüsitud reaktsioonid- ensüümikompleks, mis katalüüsib palmitiinhappe sünteesi reaktsioone, on kirjeldatud allpool.
Pärast malonüül-CoA moodustumist jätkub rasvhapete süntees multiensüümikompleksil – rasvhapete süntaasil (palmitoüülsüntetaas). See ensüüm koosneb 2 identsest protomeerist, millest igaühel on domeeni struktuur ja vastavalt 7 erineva katalüütilise aktiivsusega tsentrit (joonis 8-37). See kompleks pikendab järjestikku 2 süsinikuaatomi võrra rasvhapperadikaali, mille doonoriks on malonüül-CoA. Selle kompleksi lõpp-produkt on palmitiinhape, seega on selle ensüümi endine nimetus palmitoüülsüntetaas.
Esimene reaktsioon on atsetüül-CoA atsetüülrühma ülekandmine tsüsteiini tioolrühmale atsetüültransatsülaasi tsentri poolt (joonis 8-38). Malonüüli jääk viiakse seejärel malonüül-CoA-st atsüüli kandva valgu sulfhüdrüülrühma malonüültransatsülaasi tsentri abil. Pärast seda on kompleks valmis esimeseks sünteesitsükliks.
Atsetüülrühm kondenseerub ülejäänud malonüüliga eraldatud CO 2 kohas. Reaktsiooni katalüüsib ketoatsüülsüntaasi tsenter. Saadud atsetoatsetüülradikaal
Skeem
Riis. 8-35. Atsetüüli jääkide ülekandmine mitokondritest tsütosooli. Aktiivsed ensüümid: 1 - tsitraadi süntaas; 2 - translokaas; 3 - tsitraatlüaas; 4 - malaatdehüdrogenaas; 5 - malik-ensüüm.
Riis. 8-36. Biotiini roll atsetüül-CoA karboksüülimise reaktsioonis.
Riis. 8-37. Multiensüümide kompleksi struktuur on rasvhapete süntees. Kompleks on kahe identse polüpeptiidahela dimeer, millest igaühel on 7 aktiivset saiti ja atsüüli kandev valk (ACP). Protomeeride SH rühmad kuuluvad erinevatesse radikaalidesse. Üks SH rühm kuulub tsüsteiini, teine fosfopanteethappe jäägi hulka. Ühe monomeeri tsüsteiini-SH-rühm asub teise protomeeri 4-fosfopanteteinaat-SH-rühma kõrval. Seega on ensüümi protomeerid paigutatud peast-saba. Kuigi iga monomeer sisaldab kõiki katalüütilisi saite, on kahest protomeerist koosnev kompleks funktsionaalselt aktiivne. Seetõttu sünteesitakse tegelikult korraga 2 rasvhapet. Lihtsuse huvides on skeemidel tavaliselt kujutatud reaktsioonide jada ühe happemolekuli sünteesil.
redutseeritakse järjestikku ketoatsüülreduktaasi poolt, seejärel dehüdreeritakse ja taas redutseeritakse kompleksi aktiivsete tsentrite enoüülreduktaasi poolt. Esimese reaktsioonitsükli tulemusena moodustub butürüülradikaal, mis on seotud rasvhapete süntaasi subühikuga.
Enne teist tsüklit viiakse butürüülradikaal positsioonilt 2 positsioonile 1 (kus atsetüül asus esimese reaktsioonitsükli alguses). Seejärel läbib butürüüli jääk samasugused muutused ja pikeneb 2 süsinikuaatomi võrra, mis pärineb malonüül-CoA-st.
Sarnaseid reaktsioonide tsükleid korratakse, kuni moodustub palmitiinhappe radikaal, mis tioesteraasi tsentri toimel eraldub hüdrolüütiliselt ensüümikompleksist, muutudes vabaks palmitiinhappeks (palmitaat, joon. 8-38, 8-39).
Palmitiinhappe atsetüül-CoA ja malonüül-CoA sünteesi üldvõrrand on järgmine:
CH 3 -CO-SKoA + 7 HOOC-CH 2 -CO-SKoA + 14 (NADPH + H+) → C 15 H 31 COOH + 7 CO 2 + 6 H 2 O + 8 HSKoA + 14 NADP +.
Peamised vesiniku allikad rasvhapete sünteesiks
Igas palmitiinhappe biosünteesi tsüklis toimub 2 redutseerimisreaktsiooni,
Riis. 8-38. Palmitiinhappe süntees. Rasvhapete süntaas: esimeses protomeeris kuulub SH-rühm tsüsteiinile, teises fosfopanteteiinile. Pärast esimese tsükli lõppu kantakse butürüülradikaal üle esimese protomeeri SH-rühma. Seejärel korratakse sama reaktsioonide jada nagu esimeses tsüklis. Palmitoüül-E on palmitiinhappe jääk, mis on seotud rasvhapete süntaasiga. Sünteesitud rasvhappes pärinevad atsetüül-CoA-st ainult 2 distaalset süsinikku, mis on tähistatud *-ga, ülejäänud malonüül-CoA-st.
Riis. 8-39. Palmitiinhappe sünteesi reaktsioonide üldskeem.
milles koensüüm NADPH toimib vesiniku doonorina. NADP + taastumine toimub reaktsioonides:
dehüdrogeenimine glükoosi katabolismi pentoosfosfaadi raja oksüdatiivsetes etappides;
malaadi dehüdrogeenimine õunensüümiga;
isotsitraadi dehüdrogeenimine tsütosoolse NADP-sõltuva dehüdrogenaasi poolt.
2. Rasvhapete sünteesi reguleerimine
Rasvhapete sünteesi reguleeriv ensüüm on atsetüül-CoA karboksülaas. Seda ensüümi reguleeritakse mitmel viisil.
Ensüümide alaühikute komplekside assotsiatsioon/dissotsiatsioon. Inaktiivsel kujul on atsetüül-CoA karboksülaas eraldi kompleks, millest igaüks koosneb 4 alaühikust. Ensüümi aktivaator - tsitraat; see stimuleerib komplekside seostumist, mille tulemusena ensüümi aktiivsus suureneb. Inhibiitor - palmitoüül-CoA; see põhjustab kompleksi dissotsiatsiooni ja ensüümi aktiivsuse vähenemist (joon. 8-40).
Atsetüül-CoA karboksülaasi fosforüülimine/defosforüülimine. Postabsorptiivses seisundis või füüsilise töö ajal aktiveerib glükagoon või adrenaliin adenülaattsüklaasi süsteemi kaudu proteiinkinaasi A ja stimuleerib atsetüül-CoA karboksülaasi subühikute fosforüülimist. Fosforüülitud ensüüm on inaktiivne ja rasvhapete süntees peatub. Imendumisperioodil aktiveerib insuliin fosfataasi ja atsetüül-CoA karboksülaas defosforüleerub (joonis 8-41). Seejärel toimub tsitraadi toimel ensüümi protomeeride polümerisatsioon ja see muutub aktiivseks. Tsitraadil on lisaks ensüümi aktiveerimisele ka teine funktsioon rasvhapete sünteesis. Imendumisperioodil koguneb maksarakkude mitokondritesse tsitraat, milles atsetüüli jääk transporditakse tsütosooli.
Ensüümide sünteesi indutseerimine. Süsivesikuterikka ja rasvavaese toidu pikaajaline tarbimine põhjustab insuliini sekretsiooni suurenemist, mis stimuleerib ensüümide sünteesi indutseerimist: atsetüül-CoA karboksülaas, rasvhapete süntaas, tsitraatlüaas,
Riis. 8-40. Atsetüül-CoA karboksülaasi komplekside assotsiatsioon/dissotsiatsioon.
Riis. 8-41. Atsetüül-CoA karboksülaasi reguleerimine.
Riis. 8-42. Palmitiinhappe pikenemine ER-s. Palmitiinhappe radikaal on pikenenud 2 süsinikuaatomi võrra, mille doonoriks on malonüül-CoA.
isotsitraatdehüdrogenaas. Seetõttu kiirendab süsivesikute liigne tarbimine glükoosi katabolismi produktide muundumist rasvadeks. Nälgimine või rasvarikas toit põhjustab ensüümide ja vastavalt ka rasvade sünteesi vähenemist.
3. Rasvhapete süntees palmitiinhappest
Rasvhapete pikenemine. ER-s pikendatakse palmitiinhapet malonüül-CoA osalusel. Reaktsioonide jada on sarnane palmitiinhappe sünteesi ajal toimuvaga, kuid sel juhul seostatakse rasvhappeid mitte rasvhapete süntaasi, vaid CoA-ga. Elongatsioonis osalevad ensüümid võivad substraatidena kasutada mitte ainult palmitiinhapet, vaid ka teisi rasvhappeid (joonis 8-42), seetõttu saab organismis sünteesida mitte ainult steariinhapet, vaid ka suure süsinikuaatomite arvuga rasvhappeid.
Peamiseks pikenemisproduktiks maksas on steariinhape (C 18:0), samas tekib ajukoes suur hulk pikema ahelaga - C 20 kuni C 24 - rasvhappeid, mis on vajalikud ajukoes. sfingolipiidid ja glükolipiidid.
Närvikoes toimub ka teiste rasvhapete, α-hüdroksühapete süntees. Segafunktsiooniga oksüdaasid hüdroksüleerivad C22 ja C24 happeid, moodustades lignoteeriin- ja tserebroonhappeid, mida leidub ainult aju lipiidides.
Kaksiksidemete moodustumine rasvhapperadikaalides. Kaksiksidemete liitumist rasvhapperadikaalidega nimetatakse desaturatsiooniks. Peamised rasvhapped, mis inimorganismis tekivad desaturatsiooni tulemusena (joonis 8-43), on palmitooleiinhape (C16:1Δ9) ja oleiinhape (C18:1Δ9).
Kaksiksideme moodustumine rasvhapperadikaalides toimub ER-s reaktsioonides, mis hõlmavad molekulaarset hapnikku, NADH-d ja tsütokroom b 5 . Inimorganismis esinevad rasvhapete desaturaasi ensüümid ei saa moodustada kaksiksidet rasvhapperadikaalides, mis asuvad üheksandast süsinikuaatomist kaugemal, s.o. üheksanda ja vahel
Riis. 8-43. Küllastumata rasvhapete moodustumine.
metüül süsiniku aatomid. Seetõttu ei sünteesita ω-3 ja ω-6 perekonda kuuluvaid rasvhappeid organismis, need on asendamatud ja neid tuleb varustada toiduga, kuna nad täidavad olulisi reguleerivaid funktsioone.
Kaksiksideme moodustamiseks rasvhapperadikaalis on vaja molekulaarset hapnikku, NADH-d, tsütokroom b 5 ja FAD-sõltuvat tsütokroom b 5 reduktaasi. Küllastunud happest eraldatud vesinikuaatomid vabanevad veena. Üks molekulaarne hapnikuaatom sisaldub veemolekulis ja teine redutseeritakse samuti veeks NADH elektronide osalusel, mis kanduvad üle FADH 2 ja tsütokroom b 5 kaudu.
Eikosanoidid on bioloogiliselt aktiivsed ained, mida enamik rakke sünteesivad 20 süsinikuaatomit sisaldavatest polüeenrasvhapetest (sõna "eikosa" tähendab kreeka keeles 20).
Rasvhapete süntees toimub raku tsütoplasmas. Mitokondrites toimub peamiselt olemasolevate rasvhappeahelate pikenemine. On kindlaks tehtud, et palmitiinhape (16 süsinikuaatomit) sünteesitakse maksarakkude tsütoplasmas ning nende rakkude mitokondrites juba raku tsütoplasmas sünteesitud palmitiinhappest või eksogeense päritoluga rasvhapetest, s.o. soolestikust pärinevad rasvhapped, mis sisaldavad 18, 20 ja 22 süsinikuaatomit.
Rasvhapete biosünteesi esimene reaktsioon on atsetüül-CoA karboksüülimine, mis nõuab vesinikkarbonaati, ATP-d ja mangaaniioone. Seda reaktsiooni katalüüsib ensüüm atsetüül-CoA karboksülaas. Ensüüm sisaldab proteesrühmana biotiini. Biotiini inhibiitor avidiin pärsib seda reaktsiooni, aga ka rasvhapete sünteesi üldiselt.
On kindlaks tehtud, et atsetüül-CoA karboksülaas koosneb muutuvast arvust identsetest subühikutest, millest igaüks sisaldab biotiini, biotiini karboksülaasi, karboksübiotiini ülekandevalku, transkarboksülaasi ja reguleerivat allosteerilist tsentrit, st. on polüensümaatiline kompleks.
Reaktsioon toimub kahes etapis: I - biotiini karboksüülimine ATP osalusel ja II - karboksüülrühma ülekandmine atsetüül-CoA-le, mille tulemusena moodustub malonüül-CoA:
Mitme ensüümi kompleks, mida nimetatakse rasvhapete süntetaasiks (süntaas), koosneb 6 ensüümist, mis on seotud nn atsüüli ülekandevalguga (ACP). See süntetaasisüsteemis olev valk mängib CoA rolli. Siin on reaktsioonide jada, mis toimub rasvhapete sünteesi ajal:
butürüül-ACB moodustumine lõpetab ainult esimese 7 tsüklist, millest igaühe alguseks on malonüül-ACB molekuli lisamine kasvava rasvhappeahela karboksüülotsa. Sel juhul lõhustatakse malonüül-APB distaalne karboksüülrühm CO2 kujul. Näiteks esimeses tsüklis moodustunud butürüül-APB interakteerub malonüül-APB-ga:
Rasvhapete süntees viiakse lõpule HS-ACP lõhustamisega atsüül-ACP-st deatsülaasi ensüümi mõjul. Näiteks:
Palmitiinhappe sünteesi üldvõrrandi saab kirjutada järgmiselt:
Küllastumata rasvhapete moodustumine. rasvhapete pikenemine.
palmitooleiin- ja oleiinhape – sünteesitakse palmitiin- ja steariinhapetest.
Koos rasvhapete desaturatsiooniga (kaksiksidemete moodustumisega) toimub mikrosoomides ka nende pikenemine (pikenemine) ning neid mõlemaid protsesse saab kombineerida ja korrata. Rasvhappeahela pikenemine toimub kahe süsiniku fragmendi järjestikuse lisamisega vastavale atsüül-CoA-le malonüül-CoA ja NADPH osalusel. Ensümaatilist süsteemi, mis katalüüsib rasvhapete pikenemist, nimetatakse elongaasiks. Skeem näitab palmitiinhappe muundamise teid desaturatsiooni ja pikenemise reaktsioonides.
FA sünteesi reguleerimine:
Ensüümi Ac-CoA karboksülaasi subühikute komplekside assotsiatsioon/dissotsiatsioon. Aktivaator - tsitraat; inhibiitoriks on palmitoüül-CoA.
fosforüülimine/de=//=. Fosforüülitud f. mitteaktiivsed (glükagoon ja adrenaliin). Insuliin põhjustab defosforüülimist – muutub aktiivseks.
ensüümide sünteesi indutseerimine. u/v liigne tarbimine - katabolismissaaduste rasvadeks muutumise kiirenemine; nälgimine või rasvarikas dieet viib ensüümide ja rasvade sünteesi vähenemiseni.
Rasvhapete biosüntees toimub kõige aktiivsemalt maksarakkude, soolte, rasvkoe tsütosoolis. puhata või peale sööki.
Tavaliselt võib eristada 4 biosünteesi etappi:
1. Atsetüül-SCoA moodustumine glükoosist, teistest monosahhariididest või ketogeensetest aminohapetest.
2. Atsetüül-SCoA ülekandmine mitokondritest tsütosooli:
- võib kombineerida karnitiin, nii nagu kõrgemad rasvhapped kanduvad mitokondritesse, kuid siin toimub transport teises suunas,
- tavaliselt sisaldub sidrunhape tekkis esimeses CTC reaktsioonis.
Mitokondritest pärinev tsitraat lõhustatakse tsütosoolis ATP tsitraatlüaas oksaloatsetaadiks ja atsetüül-SCoA-ks.
Atsetüül-SCoA moodustumine sidrunhappest
Oksaloatsetaat redutseeritakse edasi malaadiks ja viimane kas siseneb mitokondritesse (malaat-aspartaadi süstik) või dekarboksüleeritakse õunensüümi ("õunhappe" ensüüm) toimel püruvaadiks.
3. Malonüül-SCoA moodustumine atsetüül-SCoA-st.
Atsetüül-SCoA karboksüülimist katalüüsib atsetüül-SCoA karboksülaas, kolme ensüümi multiensüümne kompleks.
Malonüül-SCoA moodustumine atsetüül-SCoA-st
4. Palmitiinhappe süntees.
Rakendatud multiensümaatiline kompleks" rasvhapete süntaas" (sünonüüm palmitaadi süntaas), mis sisaldab 6 ensüümi ja atsüüli kandvat valku (ACP).
Atsüüli kandev valk sisaldab pantoteenhappe derivaati - 6-fosfopanteteiin(FP), millel on HS-rühm, nagu HS-CoA. Üks kompleksi ensüüme, 3-ketoatsüülsüntaas, sisaldab ka tsüsteiini koostises HS-rühma. Nende rühmade koostoime määrab rasvhapete, nimelt palmitiinhappe biosünteesi alguse ja jätkumise. Sünteesireaktsioonid nõuavad NADPH-d.
Rasvhapete süntaasi aktiivsed rühmad
Esimeses kahes reaktsioonis seotakse malonüül-SCoA järjestikku atsüüli kandva valgu fosfopanteteiiniga ja atsetüül-SCoA 3-ketoatsüülsüntaasi tsüsteiiniga.
3-ketoatsüülsüntaas katalüüsib kolmandat reaktsiooni – atsetüülrühma üleminekut C2 malonüüliks koos karboksüülrühma elimineerimisega.
Lisaks ketorühm redutseerimisreaktsioonides ( 3-ketoatsüülreduktaas), dehüdratsioon (dehüdrataas) ja taas taastumine (enoüülreduktaas) muutub metüleeniks, moodustades küllastunud atsüüli, seotud fosfopanteteiiniga.
Atsüültransferaas kannab saadud atsüüli üle tsüsteiiniks 3-ketoatsüüli süntaasid, malonüül-SCoA kinnitatakse fosfopanteteiiniga ja tsüklit korratakse 7 korda, kuni moodustub palmitiinhappe jääk. Seejärel lõhustatakse palmitiinhape kompleksi kuuenda ensüümi tioesteraasi toimel.
Rasvhapete sünteesi reaktsioonid
Rasvhapete ahela pikenemine
Sünteesitud palmitiinhape siseneb vajadusel endoplasmaatilisesse retikulumi. Siin koos malonüül-S-CoA ja NADPH ahel pikeneb kuni C 18 või C 20 .
Ka küllastumata rasvhapped (oleiin-, linool-, linoleenhape) võivad eikosaanhappe derivaatide (C 20) moodustumisega pikeneda. Kuid kaksiksideme toovad sisse loomarakud mitte rohkem kui 9 süsinikuaatomit, seetõttu sünteesitakse ω3- ja ω6-polüküllastumata rasvhappeid ainult vastavatest lähteainetest.
Näiteks arahhidoonhape võib rakus tekkida ainult linoleen- või linoolhapete juuresolekul. Sel juhul dehüdrogeenitakse linoolhape (18:2) γ-linoleenhappeks (18:3) ja pikenetakse eikosotrieenhappeks (20:3), viimane dehüdrogeenitakse edasi arahhidoonhappeks (20:4). Nii tekivad ω6-seeria rasvhapped
ω3-seeria rasvhapete, näiteks timnodoonhappe (20:5) moodustamiseks on vajalik α-linoleenhappe (18:3) olemasolu, mis on dehüdreeritud (18:4), pikenenud (20:4). ) ja dehüdreeriti uuesti (20:5).
Varem eeldati, et lõhustamisprotsessid on sünteesiprotsesside ümberpööramine, sh rasvhapete sünteesi peeti nende oksüdatsioonile vastupidiseks protsessiks.
Nüüdseks on kindlaks tehtud, et rasvhapete biosünteesi mitokondriaalne süsteem, mis sisaldab β-oksüdatsioonireaktsiooni veidi muudetud järjestust, pikendab ainult kehas juba olemasolevaid keskmise ahelaga rasvhappeid, samal ajal kui palmitiinhappe täielik biosüntees atsetüül- CoA tegutseb aktiivselt. väljaspool mitokondreid täiesti teistmoodi.
Vaatleme rasvhapete biosünteesi raja mõningaid olulisi omadusi.
1. Süntees toimub tsütosoolis, erinevalt mitokondriaalses maatriksis toimuvast lagunemisest.
2. Rasvhapete sünteesi vaheühendid on kovalentselt seotud atsüüli ülekandevalgu (ACP) sulfhüdrüülrühmadega, rasvhapete lõhustamise vaheühendid aga koensüüm A-ga.
3. Paljud rasvhapete sünteesi ensüümid kõrgemates organismides on organiseeritud mitme ensüümi kompleksiks, mida nimetatakse rasvhapete süntetaasiks. Seevastu rasvhapete lagunemist katalüüsivad ensüümid ei paista seostuvat.
4. Kasvavat rasvhappeahelat pikendatakse atsetüül-CoA-st pärinevate kahesüsinikuliste komponentide järjestikuse lisamisega. Malonüül-APB toimib pikenemise etapis kahesüsinikukomponentide aktiveeritud doonorina. Pikendusreaktsiooni käivitab CO 2 eraldumine.
5. Redutseerija rolli rasvhapete sünteesis täidab NADPH.
6. Reaktsioonides osaleb ka Mn 2+.
7. Rasvhappe süntetaasi kompleksi toimel pikenemine peatub palmitaadi moodustumise staadiumis (C 16). Edasine pikenemine ja kaksiksidemete sisseviimine viiakse läbi teiste ensüümsüsteemidega.
Malonüülkoensüümi A moodustumine
Rasvhapete süntees algab atsetüül-CoA karboksüülimisega malonüül-CoA-ks. See pöördumatu reaktsioon on rasvhapete sünteesi oluline etapp.
Malonüül-CoA sünteesi katalüüsib atsetüül-CoA karboksülaas ja seda tehakse ATR-energia arvelt. Atsetüül-CoA karboksüülimise CO 2 allikaks on vesinikkarbonaat.
Riis. Malonüül-CoA süntees
Atsetüül-CoA karboksülaas sisaldab proteesrühma biotiin.
Riis. Biotiin
Ensüüm koosneb erinevast arvust identsetest subühikutest, millest igaüks sisaldab biotiini, biotiini karboksülaas, karboksübiotiini ülekandevalk, transkarboksülaas, samuti reguleeriv allosteeriline keskus, st. esindab polüensüümide kompleks. Biotiini karboksüülrühm on kovalentselt seotud karboksübiotiini kandva valgu lüsiinijäägi e-aminorühmaga. Moodustunud kompleksis oleva biotiini komponendi karboksüülimist katalüüsib teine alaühik, biotiini karboksülaas. Süsteemi kolmas komponent, transkarboksülaas, katalüüsib aktiveeritud CO2 ülekannet karboksübiotiinilt atsetüül-CoA-le.
Biotiini ensüüm + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Biotiini ensüüm + ADP + P i,
CO 2 ~ Biotiin-ensüüm + Atsetüül-CoA ↔ Molonüül-CoA + Biotiin-ensüüm.
Biotiini ja seda kandva valgu vahelise sideme pikkus ja paindlikkus võimaldavad liigutada aktiveeritud karboksüülrühma ensüümikompleksi ühest aktiivsest saidist teise.
Eukarüootides esineb atsetüül-CoA karboksülaas ensümaatiliselt inaktiivse protomeerina (450 kDa) või aktiivse filamentse polümeerina. Nende vastastikust muundumist reguleeritakse allosteeriliselt. Peamine allosteeriline aktivaator on tsitraat, mis nihutab tasakaalu ensüümi aktiivse kiulise vormi suunas. Biotiini optimaalne orientatsioon substraatide suhtes saavutatakse kiulisel kujul. Erinevalt tsitraadist nihutab palmitoüül-CoA tasakaalu mitteaktiivse protomeeri vormi suunas. Seega pärsib palmitoüül-CoA, lõpp-produkt, rasvhapete biosünteesi esimest kriitilist etappi. Atsetüül-CoA karboksülaasi regulatsioon bakterites erineb järsult eukarüootide omast, kuna neis on rasvhapped peamiselt fosfolipiidide eelkäijad, mitte varukütus. Siin ei mõjuta tsitraat bakteriaalset atsetüül-CoA karboksülaasi. Süsteemi transkarboksülaasi komponendi aktiivsust reguleerivad guaniini nukleotiidid, mis koordineerivad rasvhapete sünteesi bakterite kasvu ja jagunemisega.
Rasvhapete sünteesi ehitusplokk raku tsütosoolis on atsetüül-CoA, mis tekib kahel viisil: kas püruvaadi oksüdatiivse dekarboksüülimise tulemusena. (vt joonis 11, etapp III), või rasvhapete b-oksüdatsiooni tulemusena (vt joonis 8).
Joonis 11 – süsivesikute lipiidideks muundamise skeem
Tuletame meelde, et glükolüüsi käigus moodustunud püruvaadi muundumine atsetüül-CoA-ks ja selle moodustumine rasvhapete b-oksüdatsiooni käigus toimub mitokondrites. Rasvhapete süntees toimub tsütoplasmas. Mitokondrite sisemembraan on atsetüül-CoA-le mitteläbilaskev. Selle sisenemine tsütoplasmasse toimub hõlbustatud difusiooni tüübi abil tsitraadi või atsetüülkarnitiini kujul, mis tsütoplasmas muundatakse atsetüül-CoA-ks, oksaloatsetaadiks või karnitiiniks. Kuid peamine viis atsetüül-coA ülekandmiseks mitokondritest tsütosooli on tsitraat (vt joonis 12).
Esialgu interakteerub intramitokondriaalne atsetüül-CoA oksaloatsetaadiga, mille tulemusena moodustub tsitraat. Reaktsiooni katalüüsib ensüüm tsitraadi süntaas. Saadud tsitraat transporditakse spetsiaalse trikarboksülaadi transpordisüsteemi abil läbi mitokondriaalse membraani tsütosooli.
Tsütosoolis reageerib tsitraat HS-CoA ja ATP-ga, lagunedes uuesti atsetüül-CoA-ks ja oksaloatsetaadiks. Seda reaktsiooni katalüüsib ATP-tsitraatlüaas. Juba tsütosoolis naaseb oksaloatsetaat tsütosoolse dikarboksülaate transportiva süsteemi osalusel mitokondriaalsesse maatriksisse, kus see oksüdeeritakse oksaloatsetaadiks, viies sellega lõpule nn süstikutsükli:
Joonis 12 – atsetüül-CoA mitokondritest tsütosooli ülekande skeem
Küllastunud rasvhapete biosüntees toimub nende b-oksüdatsioonile vastupidises suunas, rasvhapete süsivesinike ahelate kasv toimub kahe süsiniku fragmendi (C 2) - atsetüül-CoA järjestikuse lisamise tõttu nende otstesse. (vt joonis 11, etapp IV).
Rasvhapete biosünteesi esimene reaktsioon on atsetüül-CoA karboksüülimine, milleks on vaja CO 2, ATP, Mn ioone. Seda reaktsiooni katalüüsib ensüüm atsetüül-CoA-karboksülaas. Ensüüm sisaldab proteesrühmana biotiini (H-vitamiini). Reaktsioon toimub kahes etapis: 1 - biotiini karboksüülimine ATP ja II osalusel - karboksüülrühma ülekandmine atsetüül-CoA-le, mille tulemusena moodustub malonüül-CoA:
Malonüül-CoA on esimene spetsiifiline rasvhapete biosünteesi produkt. Sobiva ensüümsüsteemi juuresolekul muundub malonüül-CoA kiiresti rasvhapeteks.
Tuleb märkida, et rasvhapete biosünteesi kiiruse määrab suhkrute sisaldus rakus. Glükoosi kontsentratsiooni suurenemine inimeste, loomade rasvkoes ja glükolüüsi kiiruse suurenemine stimuleerib rasvhapete sünteesi. See näitab, et rasvade ja süsivesikute ainevahetus on omavahel tihedalt seotud. Olulist rolli mängib siin atsetüül-CoA karboksüülimise reaktsioon selle muundumisega malonüül-CoA-ks, mida katalüüsib atsetüül-CoA karboksülaas. Viimaste aktiivsus sõltub kahest tegurist: suure molekulmassiga rasvhapete ja tsitraadi olemasolust tsütoplasmas.
Rasvhapete akumuleerumine pärsib nende biosünteesi; pärsivad karboksülaasi aktiivsust.
Eriline roll on tsitraadil, mis on atsetüül-CoA karboksülaasi aktivaator. Tsitraat mängib samal ajal seost süsivesikute ja rasvade ainevahetuse vahel. Tsütoplasmas on tsitraadil rasvhapete sünteesi stimuleerimisel kahekordne toime: esiteks atsetüül-CoA karboksülaasi aktivaatorina ja teiseks atsetüülrühmade allikana.
Rasvhapete sünteesi väga oluline tunnus on see, et kõik sünteesi vaheühendid on kovalentselt seotud atsüülkandjavalguga (HS-ACP).
HS-ACP on madala molekulmassiga valk, mis on termostabiilne, sisaldab aktiivset HS-rühma ja mille proteesrühmas on pantoteenhape (vitamiin B3). HS-ACP funktsioon on sarnane ensüümi A (HS-CoA) funktsiooniga rasvhapete b-oksüdeerimisel.
Rasvhappeahela ehitamisel moodustavad vaheühendid estersidemeid loomsete kõrvalsaaduste ahelaga (vt joonis 14):
Rasvhappeahela pikenemise tsükkel sisaldab nelja reaktsiooni: 1) atsetüül-APB (C2) kondenseerimine malonüül-APB-ga (C3); 2) taastumine; 3) dehüdratsioon ja 4) rasvhapete teine taastumine. Joonisel fig. 13 on näidatud rasvhapete sünteesi skeem. Üks rasvhappeahela pikendamise tsükkel hõlmab nelja järjestikust reaktsiooni.
Joonis 13 – Rasvhapete sünteesi skeem
Esimeses reaktsioonis (1) - kondensatsioonireaktsioonis - interakteeruvad atsetüül- ja malonüülrühmad üksteisega, moodustades atsetoatsetüül-ABP koos samaaegse CO 2 (C 1) vabanemisega. Seda reaktsiooni katalüüsib kondenseeruv ensüüm b-ketoatsüül-ABP süntetaas. Malonüül-APB-st lõhustatud CO2 on sama CO2, mis osales atsetüül-APB karboksüülimisreaktsioonis. Seega tekib kondensatsioonireaktsiooni tulemusena kahe (C 2) ja kolme süsiniku (C 3) komponendist neljasüsinikuline ühend (C 4).
Teises reaktsioonis (2), redutseerimisreaktsioonis, mida katalüüsib b-ketoatsüül-ACP reduktaas, atsetoatsetüül-ACP muundatakse b-hüdroksübutürüül-ACB-ks. Redutseerija on NADPH + H +.
Dehüdratsioonitsükli kolmandas reaktsioonis (3) eraldatakse veemolekul b-hüdroksübutürüül-APB-st, moodustades krotonüül-APB. Reaktsiooni katalüüsib b-hüdroksüatsüül-ACP dehüdraas.
Tsükli neljas (viimane) reaktsioon (4) on krotoniil-APB redutseerimine butürüül-APB-ks. Reaktsioon kulgeb enoüül-ACP reduktaasi toimel. Redutseerija rolli täidab siin teine molekul NADPH + H + .
Seejärel korratakse reaktsioonide tsüklit. Oletame, et palmitiinhapet (C 16) sünteesitakse. Sel juhul viiakse butürüül-ACB moodustumine lõpule alles esimese 7-st tsüklist, millest igaühe algus on molonüül-ACB molekuli (C 3) lisamine - reaktsioon (5) karboksüüli lõppu. kasvav rasvhappeahel. Sel juhul eraldatakse karboksüülrühm CO 2 (C1) kujul. Seda protsessi saab kujutada järgmiselt:
C 3 + C 2 ® C 4 + C 1 - 1 tsükkel
C 4 + C 3 ® C 6 + C 1 - 2 tsükkel
C 6 + C 3 ® C 8 + C 1 -3 tsükkel
C 8 + C 3 ® C 10 + C 1-4 tsükkel
C 10 + C 3 ® C 12 + C 1-5 tsükkel
C 12 + C 3 ® C 14 + C 1-6 tsükkel
C 14 + C 3 ® C 16 + C 1-7 tsükkel
Sünteesida saab mitte ainult kõrgemaid küllastunud rasvhappeid, vaid ka küllastumata rasvhappeid. Monoküllastumata rasvhapped tekivad küllastunud rasvhapetest oksüdatsiooni (desaturatsiooni) tulemusena, mida katalüüsib atsüül-CoA oksügenaas. Erinevalt taimsetest kudedest on loomsetel kudedel väga piiratud võime muuta küllastunud rasvhappeid küllastumata rasvhapeteks. On kindlaks tehtud, et kaks levinumat monoküllastumata rasvhapet, palmitooleiin- ja oleiinhape, sünteesitakse palmitiin- ja steariinhappest. Imetajate, sealhulgas inimeste kehas ei saa steariinhappest (C 18:0) tekkida näiteks linoolhape (C 18:2) ja linoleenhape (C 18:3). Need happed on klassifitseeritud asendamatuteks rasvhapeteks. Asendamatute rasvhapete hulka kuulub ka arahhiidhape (C 20:4).
Koos rasvhapete desaturatsiooniga (kaksiksidemete moodustumine) toimub ka nende pikenemine (pikenemine). Lisaks saab neid mõlemaid protsesse kombineerida ja korrata. Rasvhappeahela pikenemine toimub kahe süsiniku fragmendi järjestikuse lisamisega vastavale atsüül-CoA-le malonüül-CoA ja NADPH+H+ osalusel.
Joonisel 14 on kujutatud palmitiinhappe transformatsiooniteed desaturatsiooni- ja pikenemisreaktsioonides.
Joonis 14 - Küllastunud rasvhapete muundamise skeem
küllastumatuks
Mis tahes rasvhappe süntees viiakse lõpule HS-ACP lõhustamisega atsüül-ACB-st deatsülaasi ensüümi mõjul. Näiteks:
Saadud atsüül-CoA on rasvhappe aktiivne vorm.