Formazione di acetil-CoA e suo trasporto nel citosol
La sintesi degli acidi grassi avviene durante il periodo di assorbimento. La glicolisi attiva e la successiva decarbossilazione ossidativa del piruvato contribuiscono ad aumentare la concentrazione di acetil-CoA nella matrice mitocondriale. Poiché la sintesi degli acidi grassi avviene nel citosol delle cellule, l'acetil-CoA deve essere trasportato attraverso la membrana mitocondriale interna nel citosol. Tuttavia, la membrana mitocondriale interna è impermeabile all'acetil-CoA, quindi, nella matrice mitocondriale, l'acetil-CoA si condensa con ossalacetato per formare citrato con la partecipazione della citrato sintasi:
Acetil-CoA + Ossalacetato -> Citrato + HS-CoA.
La translocasi trasporta quindi il citrato nel citoplasma (Fig. 8-35).
Il trasferimento del citrato al citoplasma avviene solo con un aumento della quantità di citrato nei mitocondri, quando l'isocitrato deidrogenasi e l'α-chetoglutarato deidrogenasi sono inibite da alte concentrazioni di NADH e ATP. Questa situazione si crea nel periodo di assorbimento, quando la cellula epatica riceve una quantità sufficiente di fonti di energia. Nel citoplasma, il citrato viene scisso dall'enzima citrato liasi:
Citrato + HSKoA + ATP → Acetil-CoA + ADP + Pi + Ossalacetato.
L'acetil-CoA nel citoplasma funge da substrato iniziale per la sintesi degli acidi grassi e l'ossalacetato nel citosol subisce le seguenti trasformazioni (vedi diagramma sotto).
Il piruvato viene riportato alla matrice mitocondriale. Ridotto per effetto dell'azione dell'enzima maleico, il NADPH viene utilizzato come donatore di idrogeno per successive reazioni nella sintesi degli acidi grassi. Un'altra fonte di NADPH sono i passaggi ossidativi nella via del pentoso fosfato del catabolismo del glucosio.
Formazione di malonil-CoA da acetil-CoA - una reazione regolatrice nella biosintesi degli acidi grassi.
La prima reazione nella sintesi degli acidi grassi è la conversione dell'acetil-CoA in malonil-CoA. L'enzima che catalizza questa reazione (acetil-CoA carbossilasi) appartiene alla classe delle ligasi. Contiene biotina legata in modo covalente (Figura 8-36). Nella prima fase della reazione, la CO 2 si lega covalentemente alla biotina grazie all'energia dell'ATP, nella seconda fase, la COO viene trasferita ad acetil-CoA con formazione di malonil-CoA. L'attività dell'enzima acetil-CoA carbossilasi determina la velocità di tutte le successive reazioni di sintesi degli acidi grassi.
Reazioni catalizzate dall'acido grasso sintasi- di seguito viene descritto un complesso enzimatico che catalizza le reazioni di sintesi dell'acido palmitico.
Dopo la formazione del malonil-CoA, la sintesi degli acidi grassi continua su un complesso multienzimatico: l'acido grasso sintasi (palmitoil sintetasi). Questo enzima è costituito da 2 protomeri identici, ciascuno dei quali ha una struttura di dominio e, di conseguenza, 7 centri con diverse attività catalitiche (Fig. 8-37). Questo complesso allunga successivamente il radicale dell'acido grasso di 2 atomi di carbonio, il cui donatore è il malonil-CoA. Il prodotto finale di questo complesso è l'acido palmitico, quindi il nome precedente di questo enzima è palmitoil sintetasi.
La prima reazione è il trasferimento del gruppo acetilico dell'acetil-CoA al gruppo tiolo della cisteina da parte del centro dell'acetiltransacilasi (Fig. 8-38). Il residuo malonile viene quindi trasferito dal malonil-CoA al gruppo sulfidrilico della proteina portatrice di acile dal centro della maloniltransacilasi. Dopodiché, il complesso è pronto per il primo ciclo di sintesi.
Il gruppo acetile condensa con il resto del malonile nel sito della CO 2 separata. La reazione è catalizzata da un centro chetoacil sintasi. Il risultante radicale acetoacetile
schema
Riso. 8-35. Trasferimento di residui di acetile dai mitocondri al citosol. Enzimi attivi: 1 - citrato sintasi; 2 - traslocare; 3 - citrato liasi; 4 - malato deidrogenasi; 5 - enzima malik.
Riso. 8-36. Il ruolo della biotina nella reazione di carbossilazione dell'acetil-CoA.
Riso. 8-37. La struttura del complesso multienzimatico è la sintesi degli acidi grassi. Il complesso è un dimero di due catene polipeptidiche identiche, ciascuna delle quali ha 7 siti attivi e una proteina portatrice di acile (ACP). I gruppi SH dei protomeri appartengono a diversi radicali. Un gruppo SH appartiene alla cisteina, l'altro appartiene a un residuo di acido fosfopantetico. Il gruppo SH della cisteina di un monomero si trova accanto al gruppo SH 4-fosfopanteteinato di un altro protomero. Pertanto, i protomeri dell'enzima sono disposti dalla testa alla coda. Sebbene ogni monomero contenga tutti i siti catalitici, un complesso di 2 protomeri è funzionalmente attivo. Pertanto, 2 acidi grassi vengono effettivamente sintetizzati contemporaneamente. Per semplicità, gli schemi di solito descrivono la sequenza di reazioni nella sintesi di una molecola di acido.
viene successivamente ridotto dalla chetoacil reduttasi, quindi disidratato e nuovamente ridotto dall'enoil reduttasi, i centri attivi del complesso. Come risultato del primo ciclo di reazioni, si forma un radicale butirrilico, associato a una subunità dell'acido grasso sintasi.
Prima del secondo ciclo, il radicale butirrile viene trasferito dalla posizione 2 alla posizione 1 (dove si trovava l'acetile all'inizio del primo ciclo di reazioni). Quindi il residuo butirrilico subisce le stesse trasformazioni e si allunga di 2 atomi di carbonio, originati dal malonil-CoA.
Cicli simili di reazioni vengono ripetuti fino a formare un radicale acido palmitico che, sotto l'azione del centro tioesterasico, si separa idroliticamente dal complesso enzimatico, trasformandosi in acido palmitico libero (palmitato, Fig. 8-38, 8-39).
L'equazione generale per la sintesi dell'acido palmitico da acetil-CoA e malonil-CoA è la seguente:
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 + .
Le principali fonti di idrogeno per la sintesi degli acidi grassi
In ogni ciclo di biosintesi dell'acido palmitico si verificano 2 reazioni di riduzione,
Riso. 8-38. Sintesi dell'acido palmitico. Sintasi degli acidi grassi: nel primo protomero il gruppo SH appartiene alla cisteina, nel secondo alla fosfopanteteina. Dopo la fine del primo ciclo, il radicale butirrile viene trasferito al gruppo SH del primo protomero. Quindi si ripete la stessa sequenza di reazioni del primo ciclo. Il palmitoil-E è un residuo di acido palmitico associato all'acido grasso sintasi. Nell'acido grasso sintetizzato, solo 2 carboni distali, contrassegnati con *, provengono da acetil-CoA, il resto da malonil-CoA.
Riso. 8-39. Schema generale delle reazioni per la sintesi dell'acido palmitico.
in cui il coenzima NADPH funge da donatore di idrogeno. Il recupero di NADP+ avviene nelle reazioni:
deidrogenazione negli stadi ossidativi della via del pentoso fosfato del catabolismo del glucosio;
deidrogenazione del malato con un enzima malico;
deidrogenazione dell'isocitrato da parte della deidrogenasi citosolica NADP-dipendente.
2. Regolazione della sintesi degli acidi grassi
L'enzima regolatore per la sintesi degli acidi grassi è l'acetil-CoA carbossilasi. Questo enzima è regolato in diversi modi.
Associazione/dissociazione di complessi di subunità enzimatiche. Nella sua forma inattiva, l'acetil-CoA carbossilasi è un complesso separato, ciascuno dei quali è costituito da 4 subunità. Attivatore enzimatico - citrato; stimola l'associazione di complessi, a seguito della quale aumenta l'attività dell'enzima. Inibitore - palmitoil-CoA; provoca la dissociazione del complesso e una diminuzione dell'attività enzimatica (Fig. 8-40).
Fosforilazione/defosforilazione dell'acetil-CoA carbossilasi. Nello stato di postassorbimento o durante il lavoro fisico, il glucagone o l'adrenalina attraverso il sistema dell'adenilato ciclasi attiva la proteina chinasi A e stimola la fosforilazione delle subunità carbossilasi dell'acetil-CoA. L'enzima fosforilato è inattivo e la sintesi degli acidi grassi si interrompe. Durante il periodo di assorbimento, l'insulina attiva la fosfatasi e l'acetil-CoA carbossilasi viene defosforilata (Fig. 8-41). Quindi, sotto l'azione del citrato, si verifica la polimerizzazione dei protomeri dell'enzima e diventa attivo. Oltre ad attivare l'enzima, il citrato ha un'altra funzione nella sintesi degli acidi grassi. Durante il periodo di assorbimento, il citrato si accumula nei mitocondri delle cellule epatiche, in cui il residuo acetile viene trasportato nel citosol.
Induzione della sintesi enzimatica. Il consumo a lungo termine di alimenti ricchi di carboidrati e poveri di grassi porta ad un aumento della secrezione di insulina, che stimola l'induzione della sintesi di enzimi: acetil-CoA carbossilasi, acido grasso sintasi, citrato liasi,
Riso. 8-40. Associazione/dissociazione di complessi acetil-CoA carbossilasi.
Riso. 8-41. Regolazione dell'acetil-CoA carbossilasi.
Riso. 8-42. Allungamento dell'acido palmitico nel pronto soccorso. Il radicale dell'acido palmitico è allungato di 2 atomi di carbonio, il cui donatore è il malonil-CoA.
isoctrato deidrogenasi. Pertanto, un consumo eccessivo di carboidrati porta ad un'accelerazione della conversione dei prodotti del catabolismo del glucosio in grassi. La fame o il cibo ricco di grassi porta a una diminuzione della sintesi degli enzimi e, di conseguenza, dei grassi.
3. Sintesi di acidi grassi da acido palmitico
Allungamento degli acidi grassi. Nell'ER, l'acido palmitico è allungato con la partecipazione del malonil-CoA. La sequenza delle reazioni è simile a quella che si verifica durante la sintesi dell'acido palmitico, tuttavia, in questo caso, gli acidi grassi sono associati non all'acido grasso sintasi, ma al CoA. Gli enzimi coinvolti nell'allungamento possono utilizzare come substrati non solo palmitico, ma anche altri acidi grassi (Fig. 8-42), quindi nel corpo possono essere sintetizzati non solo acido stearico, ma anche acidi grassi con un gran numero di atomi di carbonio.
Il principale prodotto di allungamento nel fegato è l'acido stearico (C 18:0), tuttavia, nel tessuto cerebrale si forma una grande quantità di acidi grassi con una catena più lunga - da C 20 a C 24, necessari per la formazione di sfingolipidi e glicolipidi.
Nel tessuto nervoso avviene anche la sintesi di altri acidi grassi, gli α-idrossiacidi. Le ossidasi a funzione mista idrossilano gli acidi C22 e C24 per formare acidi lignocerico e cerebronico, presenti solo nei lipidi cerebrali.
Formazione di doppi legami nei radicali degli acidi grassi. L'incorporazione di doppi legami nei radicali degli acidi grassi è chiamata desaturazione. I principali acidi grassi formatisi nel corpo umano per desaturazione (Fig. 8-43) sono palmitoo-leico (C16:1Δ9) e oleico (C18:1Δ9).
La formazione di doppi legami nei radicali degli acidi grassi si verifica nell'ER in reazioni che coinvolgono ossigeno molecolare, NADH e citocromo b 5 . Gli enzimi della desaturasi degli acidi grassi presenti nel corpo umano non possono formare doppi legami nei radicali degli acidi grassi distali al nono atomo di carbonio, cioè tra il nono e
Riso. 8-43. Formazione di acidi grassi insaturi.
atomi di metilcarbonio. Pertanto, gli acidi grassi delle famiglie ω-3 e ω-6 non sono sintetizzati nell'organismo, sono indispensabili e devono essere forniti con il cibo, in quanto svolgono importanti funzioni regolatorie.
La formazione di un doppio legame nel radicale dell'acido grasso richiede ossigeno molecolare, NADH, citocromo b 5 e citocromo b 5 reduttasi FAD-dipendente. Gli atomi di idrogeno scissi dall'acido saturo vengono rilasciati come acqua. Un atomo di ossigeno molecolare è incluso nella molecola d'acqua e anche l'altro è ridotto ad acqua con la partecipazione di elettroni NADH, che vengono trasferiti attraverso FADH 2 e citocromo b 5 .
Gli eicosanoidi sono sostanze biologicamente attive sintetizzate dalla maggior parte delle cellule a partire da acidi grassi polienici contenenti 20 atomi di carbonio (la parola "eikosa" in greco significa 20).
La sintesi degli acidi grassi avviene nel citoplasma della cellula. Nei mitocondri si verifica principalmente l'allungamento delle catene di acidi grassi esistenti. È stato accertato che l'acido palmitico (16 atomi di carbonio) è sintetizzato nel citoplasma delle cellule epatiche, e nei mitocondri di queste cellule dall'acido palmitico già sintetizzato nel citoplasma della cellula o da acidi grassi di origine esogena, ad es. provenienti dall'intestino si formano acidi grassi contenenti 18, 20 e 22 atomi di carbonio.
La prima reazione della biosintesi degli acidi grassi è la carbossilazione dell'acetil-CoA, che richiede ioni bicarbonato, ATP e manganese. Questa reazione è catalizzata dall'enzima acetil-CoA carbossilasi. L'enzima contiene biotina come gruppo protesico. L'avidina, un inibitore della biotina, inibisce questa reazione, così come la sintesi degli acidi grassi in generale.
È stato stabilito che l'acetil-CoA carbossilasi è costituita da un numero variabile di subunità identiche, ciascuna delle quali contiene biotina, biotina carbossilasi, proteina di trasferimento della carbossibiotina, transcarbossilasi e un centro allosterico regolatorio, ad es. è un complesso polienzimatico.
La reazione procede in due fasi: I - carbossilazione della biotina con la partecipazione di ATP e II - trasferimento del gruppo carbossilico ad acetil-CoA, con conseguente formazione di malonil-CoA:
Il complesso multienzimatico, chiamato acido grasso sintetasi (sintasi), è costituito da 6 enzimi associati alla cosiddetta proteina di trasferimento acile (ACP). Questa proteina nel sistema sintetasi svolge il ruolo di CoA. Ecco una sequenza di reazioni che si verificano durante la sintesi degli acidi grassi:
la formazione del butirril-ACB completa solo il primo dei 7 cicli, in ciascuno dei quali l'inizio è l'aggiunta di una molecola di malonil-ACB all'estremità carbossilica della catena di acidi grassi in crescita. In questo caso, il gruppo carbossilico distale del malonil-APB viene scisso sotto forma di CO2. Ad esempio, il butirril-APB formato nel primo ciclo interagisce con il malonil-APB:
La sintesi degli acidi grassi è completata dalla scissione di HS-ACP dall'acil-ACP sotto l'influenza dell'enzima deacilasi. Per esempio:
L'equazione generale per la sintesi dell'acido palmitico può essere scritta come segue:
Formazione di acidi grassi insaturi. allungamento degli acidi grassi.
palmitooleico e oleico - sintetizzati dagli acidi palmitico e stearico.
Insieme alla desaturazione degli acidi grassi (formazione di doppi legami), il loro allungamento (allungamento) si verifica anche nei microsomi ed entrambi questi processi possono essere combinati e ripetuti. L'allungamento della catena degli acidi grassi avviene mediante l'aggiunta sequenziale di frammenti a due atomi di carbonio al corrispondente acil-CoA con la partecipazione di malonil-CoA e NADPH. Il sistema enzimatico che catalizza l'allungamento degli acidi grassi è chiamato elongasi. Lo schema mostra le vie per la trasformazione dell'acido palmitico nelle reazioni di desaturazione e allungamento.
Regolazione della sintesi FA:
associazione/dissociazione di complessi di subunità dell'enzima Ac-CoA carbossilasi. Attivatore - citrato; inibitore è palmitoil-CoA.
fosforilazione/de=//=. fosforilato f. inattivo (glucagone e adrenalina). L'insulina provoca la defosforilazione - diventa attiva.
induzione della sintesi enzimatica. Consumo eccessivo di u/v - accelerazione della conversione dei prodotti del catabolismo in grassi; la fame o una dieta ricca di grassi porta ad una diminuzione della sintesi di enzimi e grassi.
La biosintesi degli acidi grassi avviene più attivamente nel citosol delle cellule del fegato, dell'intestino, del tessuto adiposo nello stato riposo o dopo il pasto.
Convenzionalmente, si possono distinguere 4 fasi della biosintesi:
1. Formazione di acetil-SCoA da glucosio, altri monosaccaridi o aminoacidi chetogenici.
2. Trasferimento di acetil-SCoA dai mitocondri al citosol:
- può essere combinato con carnitina, proprio come gli acidi grassi superiori vengono trasferiti all'interno dei mitocondri, ma qui il trasporto va in una direzione diversa,
- di solito incluso in acido citrico formato nella prima reazione CTC.
Il citrato proveniente dai mitocondri viene scisso nel citosol ATP citrato liasi a ossalacetato e acetil-SCoA.
Formazione di acetil-SCoA dall'acido citrico
L'ossalacetato viene ulteriormente ridotto a malato e quest'ultimo entra nei mitocondri (navetta malato-aspartato) o viene decarbossilato a piruvato dall'enzima malico (enzima "malico").
3. Formazione di malonil-SCoA da acetil-SCoA.
La carbossilazione dell'acetil-SCoA è catalizzata da acetil-SCoA carbossilasi, un complesso multienzimatico di tre enzimi.
Formazione di malonil-SCoA da acetil-SCoA
4. Sintesi dell'acido palmitico.
Implementato multienzimatico complesso" sintasi degli acidi grassi" (sinonimo sintasi palmitato) che comprende 6 enzimi e una proteina portatrice di acile (ACP).
Proteina acilica include un derivato dell'acido pantotenico - 6-fosfopanteteina(FP) con un gruppo HS, come HS-CoA. Uno degli enzimi del complesso, 3-chetoacil sintasi, ha anche un gruppo HS nella composizione della cisteina. L'interazione di questi gruppi determina l'inizio e il proseguimento della biosintesi degli acidi grassi, ovvero l'acido palmitico. Le reazioni di sintesi richiedono NADPH.
Gruppi attivi dell'acido grasso sintasi
Nelle prime due reazioni, la malonil-SCoA è attaccata in sequenza alla fosfopanteteina della proteina portatrice di acile e l'acetil-SCoA alla cisteina della 3-chetoacil sintasi.
3-chetoacil sintasi catalizza la terza reazione: il trasferimento del gruppo acetile a C 2 malonile con l'eliminazione del gruppo carbossilico.
Inoltre, il gruppo cheto nelle reazioni di riduzione ( 3-chetoacil reduttasi), disidratazione ( disidratasi) e di nuovo recupero (enoil reduttasi) si trasforma in metilene per formare un acile saturo, associato alla fosfopanteteina.
Aciltransferasi trasferisce l'acile risultante alla cisteina 3-chetoacil sintasi, la malonil-SCoA si lega alla fosfopanteteina e il ciclo viene ripetuto 7 volte fino a formare un residuo di acido palmitico. Successivamente, l'acido palmitico viene separato dal sesto enzima del complesso, la tioesterasi.
Reazioni di sintesi degli acidi grassi
Allungamento della catena degli acidi grassi
L'acido palmitico sintetizzato, se necessario, entra nel reticolo endoplasmatico. Qui con malonil-S-CoA e NADPH la catena si allunga a C 18 o C 20 .
Gli acidi grassi insaturi (oleico, linoleico, linolenico) possono anche allungarsi con formazione di derivati dell'acido eicosanoico (C 20). Ma il doppio legame è introdotto dalle cellule animali non più di 9 atomi di carbonio, pertanto, gli acidi grassi ω3- e ω6-polinsaturi sono sintetizzati solo dai corrispondenti precursori.
Ad esempio, l'acido arachidonico può formarsi in una cellula solo in presenza di acido linolenico o linoleico. In questo caso, l'acido linoleico (18:2) viene deidrogenato ad acido γ-linolenico (18:3) e allungato ad acido eicosotrienoico (20:3), quest'ultimo viene ulteriormente deidrogenato ad acido arachidonico (20:4). Ecco come si formano gli acidi grassi della serie ω6
Per la formazione degli acidi grassi della serie ω3, ad esempio l'acido timnodonico (20:5), è necessaria la presenza dell'acido α-linolenico (18:3), che è disidratato (18:4), allungato (20:4 ) e disidratato nuovamente (20:5).
In precedenza, si presumeva che i processi di scissione fossero l'inversione dei processi di sintesi, inclusa la sintesi degli acidi grassi era considerata un processo inverso alla loro ossidazione.
È stato ora stabilito che il sistema mitocondriale di biosintesi degli acidi grassi, che comprende una sequenza leggermente modificata della reazione di β-ossidazione, allunga solo gli acidi grassi a catena media già esistenti nell'organismo, mentre la completa biosintesi dell'acido palmitico da acetil- CoA procede attivamente. al di fuori dei mitocondri in un modo completamente diverso.
Consideriamo alcune importanti caratteristiche del percorso di biosintesi degli acidi grassi.
1. La sintesi avviene nel citosol, in contrasto con il decadimento che si verifica nella matrice mitocondriale.
2. Gli intermedi di sintesi degli acidi grassi sono legati in modo covalente ai gruppi sulfidrilici della proteina di trasferimento acile (ACP), mentre gli intermedi di scissione degli acidi grassi sono legati al coenzima A.
3. Molti degli enzimi di sintesi degli acidi grassi negli organismi superiori sono organizzati in un complesso multienzimatico chiamato sintetasi degli acidi grassi. Al contrario, gli enzimi che catalizzano la scomposizione degli acidi grassi non sembrano associarsi.
4. La catena di acidi grassi in crescita viene allungata per aggiunta successiva di componenti a due atomi di carbonio provenienti dall'acetil-CoA. Malonyl-APB funge da donatore attivato di componenti a due atomi di carbonio nella fase di allungamento. La reazione di allungamento è innescata dal rilascio di CO 2 .
5. Il ruolo dell'agente riducente nella sintesi degli acidi grassi è svolto dal NADPH.
6. Alle reazioni partecipa anche Mn 2+.
7. L'allungamento sotto l'azione del complesso dell'acido grasso sintetasi si ferma allo stadio di formazione del palmitato (C 16). Un ulteriore allungamento e l'introduzione di doppi legami sono effettuati da altri sistemi enzimatici.
Formazione del malonil coenzima A
La sintesi degli acidi grassi inizia con la carbossilazione dell'acetil-CoA in malonil-CoA. Questa reazione irreversibile è un passaggio critico nella sintesi degli acidi grassi.
La sintesi del malonil-CoA è catalizzata da acetil-CoA carbossilasi ed è effettuato a spese dell'energia ATR. La fonte di CO 2 per la carbossilazione dell'acetil-CoA è il bicarbonato.
Riso. Sintesi di malonil-CoA
L'acetil-CoA carbossilasi contiene come gruppo protesico biotina.
Riso. Biotina
L'enzima è costituito da un numero variabile di subunità identiche, ciascuna contenente biotina, biotina carbossilasi, proteina di trasferimento della carbossibiotina, transcarbossilasi, nonché il centro allosterico di regolamentazione, ovvero rappresenta complesso polienzimatico. Il gruppo carbossilico della biotina è legato in modo covalente al gruppo ε-ammino del residuo di lisina della proteina che trasporta la carbossibiotina. La carbossilazione della componente biotina nel complesso formato è catalizzata dalla seconda subunità, la biotina carbossilasi. Il terzo componente del sistema, la transcarbossilasi, catalizza il trasferimento della CO2 attivata dalla carbossibiotina all'acetil-CoA.
Enzima biotina + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Enzima biotina + ADP + P i,
CO 2 ~ Biotina-enzima + Acetil-CoA ↔ Molonil-CoA + Biotina-enzima.
La lunghezza e la flessibilità del legame tra la biotina e la sua proteina di trasporto consentono di spostare il gruppo carbossilico attivato da un sito attivo del complesso enzimatico all'altro.
Negli eucarioti, l'acetil-CoA carbossilasi esiste come protomero enzimaticamente inattivo (450 kDa) o come polimero filamentoso attivo. La loro interconversione è regolata allostericamente. L'attivatore allosterico chiave è citrato, che sposta l'equilibrio verso la forma fibrosa attiva dell'enzima. L'orientamento ottimale della biotina rispetto ai substrati si ottiene in forma fibrosa. A differenza del citrato, il palmitoil-CoA sposta l'equilibrio verso la forma protomerica inattiva. Pertanto, il palmitoil-CoA, il prodotto finale, inibisce il primo passaggio critico nella biosintesi degli acidi grassi. La regolazione dell'acetil-CoA carbossilasi nei batteri differisce nettamente da quella negli eucarioti, poiché in essi gli acidi grassi sono principalmente precursori dei fosfolipidi e non un carburante di riserva. Qui, il citrato non ha alcun effetto sull'acetil-CoA carbossilasi batterica. L'attività della componente transcarbossilasi del sistema è regolata dai nucleotidi della guanina, che coordinano la sintesi degli acidi grassi con la crescita e la divisione dei batteri.
L'elemento costitutivo per la sintesi degli acidi grassi nel citosol della cellula è l'acetil-CoA, che si forma in due modi: o come risultato della decarbossilazione ossidativa del piruvato. (vedi Fig. 11, Stadio III), o come risultato della b-ossidazione degli acidi grassi (vedi Fig. 8).
Figura 11 - Schema di conversione dei carboidrati in lipidi
Ricordiamo che la trasformazione del piruvato formato durante la glicolisi in acetil-CoA e la sua formazione durante la b-ossidazione degli acidi grassi avvengono nei mitocondri. La sintesi degli acidi grassi avviene nel citoplasma. La membrana interna dei mitocondri è impermeabile all'acetil-CoA. Il suo ingresso nel citoplasma avviene mediante il tipo di diffusione facilitata sotto forma di citrato o acetilcarnitina, che nel citoplasma vengono convertiti in acetil-CoA, ossalacetato o carnitina. Tuttavia, la via principale per il trasferimento dell'acetil-coA dai mitocondri al citosol è il citrato (vedi Fig. 12).
Inizialmente, l'acetil-CoA intramitocondriale interagisce con l'ossalacetato, determinando la formazione di citrato. La reazione è catalizzata dall'enzima citrato sintasi. Il citrato risultante viene trasportato attraverso la membrana mitocondriale nel citosol utilizzando uno speciale sistema di trasporto tricarbossilato.
Nel citosol, il citrato reagisce con HS-CoA e ATP, si decompone nuovamente in acetil-CoA e ossalacetato. Questa reazione è catalizzata dall'ATP-citrato liasi. Già nel citosol, l'ossalacetato, con la partecipazione del sistema citosolico di trasporto dei dicarbossilati, ritorna alla matrice mitocondriale, dove viene ossidato ad ossalacetato, completando così il cosiddetto ciclo navetta:
Figura 12 - Schema di trasferimento dell'acetil-CoA dai mitocondri al citosol
La biosintesi degli acidi grassi saturi avviene nella direzione opposta alla loro b-ossidazione, la crescita delle catene idrocarburiche degli acidi grassi avviene a causa dell'aggiunta sequenziale di un frammento a due atomi di carbonio (C 2) - acetil-CoA alle loro estremità (vedi Fig. 11, stadio IV.).
La prima reazione della biosintesi degli acidi grassi è la carbossilazione dell'acetil-CoA, che richiede ioni CO 2 , ATP, Mn. Questa reazione è catalizzata dall'enzima acetil-CoA - carbossilasi. L'enzima contiene biotina (vitamina H) come gruppo protesico. La reazione procede in due fasi: 1 - carbossilazione della biotina con la partecipazione di ATP e II - trasferimento del gruppo carbossilico ad acetil-CoA, con conseguente formazione di malonil-CoA:
Il malonil-CoA è il primo prodotto specifico della biosintesi degli acidi grassi. In presenza di un appropriato sistema enzimatico, il malonil-CoA viene rapidamente convertito in acidi grassi.
Va notato che il tasso di biosintesi degli acidi grassi è determinato dal contenuto di zuccheri nella cellula. Un aumento della concentrazione di glucosio nel tessuto adiposo di esseri umani, animali e un aumento del tasso di glicolisi stimola la sintesi degli acidi grassi. Ciò indica che il metabolismo dei grassi e dei carboidrati è strettamente interconnesso tra loro. Un ruolo importante qui è svolto dalla reazione di carbossilazione dell'acetil-CoA con la sua trasformazione in malonil-CoA, catalizzata dall'acetil-CoA carbossilasi. L'attività di quest'ultimo dipende da due fattori: la presenza di acidi grassi ad alto peso molecolare e citrato nel citoplasma.
L'accumulo di acidi grassi ha un effetto inibitorio sulla loro biosintesi; inibire l'attività della carbossilasi.
Un ruolo speciale è assegnato al citrato, che è un attivatore dell'acetil-CoA carbossilasi. Il citrato allo stesso tempo svolge il ruolo di collegamento tra il metabolismo dei carboidrati e dei grassi. Nel citoplasma, il citrato ha un duplice effetto stimolante la sintesi degli acidi grassi: primo, come attivatore dell'acetil-CoA carbossilasi e, secondo, come fonte di gruppi acetilici.
Una caratteristica molto importante della sintesi degli acidi grassi è che tutti gli intermedi di sintesi sono legati in modo covalente alla proteina vettore acile (HS-ACP).
HS-ACP è una proteina a basso peso molecolare che è termostabile, contiene un gruppo HS attivo e ha acido pantotenico (vitamina B3) nel suo gruppo protesico. La funzione di HS-ACP è simile alla funzione dell'enzima A (HS-CoA) nella b-ossidazione degli acidi grassi.
Durante la costruzione della catena degli acidi grassi, gli intermedi formano legami estere con ABP (vedi Fig. 14):
Il ciclo di allungamento della catena degli acidi grassi comprende quattro reazioni: 1) condensazione di acetil-APB (C 2) con malonil-APB (C 3); 2) recupero; 3) disidratazione e 4) secondo recupero degli acidi grassi. Sulla fig. 13 mostra uno schema per la sintesi degli acidi grassi. Un ciclo di estensione della catena degli acidi grassi comporta quattro reazioni consecutive.
Figura 13 - Schema per la sintesi degli acidi grassi
Nella prima reazione (1) - la reazione di condensazione - i gruppi acetile e malonile interagiscono tra loro per formare acetoacetil-ABP con rilascio simultaneo di CO 2 (C 1). Questa reazione è catalizzata dall'enzima di condensazione b-chetoacil-ABP sintetasi. La CO 2 scissa dal malonil-APB è la stessa CO 2 che ha preso parte alla reazione di carbossilazione dell'acetil-APB. Pertanto, come risultato della reazione di condensazione, si verifica la formazione di un composto a quattro atomi di carbonio (C 4) da componenti a due (C 2) e tre atomi di carbonio (C 3).
Nella seconda reazione (2), una reazione di riduzione catalizzata dalla b-chetoacil-ACP reduttasi, l'acetoacetil-ACP viene convertito in b-idrossibutirril-ACB. L'agente riducente è NADPH + H + .
Nella terza reazione (3) del ciclo di disidratazione, una molecola d'acqua viene scissa da b-idrossibutirril-APB per formare crotonil-APB. La reazione è catalizzata dalla b-idrossiacil-ACP deidratasi.
La quarta (finale) reazione (4) del ciclo è la riduzione del crotonil-APB a butirril-APB. La reazione procede sotto l'azione dell'enoil-ACP reduttasi. Il ruolo dell'agente riducente qui è svolto dalla seconda molecola NADPH + H + .
Quindi il ciclo di reazioni si ripete. Diciamo che si sta sintetizzando acido palmitico (C 16). In questo caso, la formazione del butirril-ACB è completata solo dal primo dei 7 cicli, in ciascuno dei quali l'inizio è l'aggiunta della molecola molonil-ACB (C 3) - reazione (5) all'estremità carbossilica del catena di acidi grassi in crescita. In questo caso, il gruppo carbossilico viene scisso sotto forma di CO 2 (C 1). Questo processo può essere rappresentato come segue:
C 3 + C 2 ® C 4 + C 1 - 1 ciclo
C 4 + C 3 ® C 6 + C 1 - 2 ciclo
C 6 + C 3 ® C 8 + C 1 -3 ciclo
C 8 + C 3 ® C 10 + C 1 - 4 ciclo
C 10 + C 3 ® C 12 + C 1 - 5 ciclo
C 12 + C 3 ® C 14 + C 1 - 6 ciclo
C 14 + C 3 ® C 16 + C 1 - 7 ciclo
Non solo gli acidi grassi saturi più elevati possono essere sintetizzati, ma anche quelli insaturi. Gli acidi grassi monoinsaturi sono formati da quelli saturi a seguito dell'ossidazione (desaturazione) catalizzata dall'acil-CoA ossigenasi. A differenza dei tessuti vegetali, i tessuti animali hanno una capacità molto limitata di convertire gli acidi grassi saturi in quelli insaturi. È stato accertato che i due acidi grassi monoinsaturi più comuni, palmitooleico e oleico, sono sintetizzati dagli acidi palmitico e stearico. Nel corpo dei mammiferi, compreso l'uomo, gli acidi linoleico (C 18:2) e linolenico (C 18:3), per esempio, non possono essere formati dall'acido stearico (C 18:0). Questi acidi sono classificati come acidi grassi essenziali. Gli acidi grassi essenziali includono anche l'acido arachidico (C 20:4).
Insieme alla desaturazione degli acidi grassi (formazione di doppi legami), si verifica anche il loro allungamento (allungamento). Inoltre, entrambi questi processi possono essere combinati e ripetuti. L'allungamento della catena degli acidi grassi avviene mediante aggiunta sequenziale di frammenti a due atomi di carbonio al corrispondente acil-CoA con la partecipazione di malonil-CoA e NADPH+H+.
La Figura 14 mostra le vie di trasformazione dell'acido palmitico nelle reazioni di desaturazione e allungamento.
Figura 14 - Schema di trasformazione degli acidi grassi saturi
in insaturo
La sintesi di qualsiasi acido grasso è completata dalla scissione di HS-ACP dall'acil-ACB sotto l'influenza dell'enzima deacilasi. Per esempio:
L'acil-CoA risultante è la forma attiva dell'acido grasso.