Asetil-CoA oluşumu ve sitozole taşınması
Yağ asitlerinin sentezi, emilim döneminde gerçekleşir. Aktif glikoliz ve ardından piruvatın oksidatif dekarboksilasyonu, mitokondriyal matristeki asetil-CoA konsantrasyonunda bir artışa katkıda bulunur. Yağ asidi sentezi hücrelerin sitozolünde gerçekleştiğinden, asetil-CoA iç mitokondriyal zardan sitozole taşınmalıdır. Bununla birlikte, iç mitokondriyal membran asetil-CoA'ya karşı geçirimsizdir, bu nedenle mitokondriyal matriste asetil-CoA, sitrat sentazın katılımıyla sitrat oluşturmak üzere oksaloasetat ile yoğunlaşır:
Asetil-CoA + Oksaloasetat -> Sitrat + HS-CoA.
Translokaz daha sonra sitratı sitoplazmaya taşır (Şekil 8-35).
Sitratın sitoplazmaya transferi, yalnızca izositrat dehidrojenaz ve a-ketoglutarat dehidrojenazın yüksek konsantrasyonlarda NADH ve ATP tarafından inhibe edilmesi durumunda mitokondrideki sitrat miktarındaki bir artışla gerçekleşir. Bu durum, karaciğer hücresinin yeterli miktarda enerji kaynağı aldığı emilim döneminde oluşur. Sitoplazmada sitrat, sitrat liyaz enzimi tarafından parçalanır:
Sitrat + HSKoA + ATP → Asetil-CoA + ADP + Pi + Oksaloasetat.
Sitoplazmadaki Asetil-CoA, yağ asitlerinin sentezi için ilk substrat görevi görür ve sitozoldeki oksaloasetat aşağıdaki dönüşümlere uğrar (aşağıdaki şemaya bakınız).
Piruvat, mitokondriyal matrikse geri taşınır. Maleik enzimin etkisiyle indirgenen NADPH, yağ asitlerinin sentezinde sonraki reaksiyonlar için bir hidrojen donörü olarak kullanılır. Diğer bir NADPH kaynağı, glukoz katabolizmasının pentoz fosfat yolundaki oksidatif basamaklardır.
malonil-CoA oluşumu asetil-CoA'dan - yağ asitlerinin biyosentezinde düzenleyici bir reaksiyon.
Yağ asitlerinin sentezindeki ilk reaksiyon, asetil-CoA'nın malonil-CoA'ya dönüştürülmesidir. Bu reaksiyonu katalize eden enzim (asetil-CoA karboksilaz), ligaz sınıfına aittir. Kovalent bağlı biotin içerir (Şekil 8-36). Reaksiyonun ilk aşamasında CO2, ATP'nin enerjisinden dolayı biotine kovalent olarak bağlanır, ikinci aşamada COO, malonil-CoA oluşumu ile asetil-CoA'ya aktarılır. Asetil-CoA karboksilaz enziminin aktivitesi, sonraki tüm yağ asidi sentez reaksiyonlarının hızını belirler.
Yağ asidi sentazı tarafından katalize edilen reaksiyonlar- palmitik asit sentezi reaksiyonlarını katalize eden bir enzim kompleksi aşağıda açıklanmıştır.
Malonil-CoA'nın oluşumundan sonra, yağ asitlerinin sentezi bir multienzim kompleksi - yağ asidi sentazı (palmitoil sentetaz) üzerinde devam eder. Bu enzim, her biri bir domain yapısına sahip 2 özdeş protomerden ve buna göre farklı katalitik aktivitelere sahip 7 merkezden oluşur (Şekil 8-37). Bu kompleks, vericisi malonil-CoA olan 2 karbon atomu ile yağ asidi radikalini art arda uzatır. Bu kompleksin son ürünü palmitik asittir, dolayısıyla bu enzimin eski adı palmitoil sentetazdır.
İlk reaksiyon, asetil-CoA'nın asetil grubunun asetiltransasilaz merkezi tarafından sisteinin tiyol grubuna aktarılmasıdır (Şekil 8-38). Malonil kalıntısı daha sonra malonil-CoA'dan asil taşıyan proteinin sülfhidril grubuna maloniltransasilaz merkezi tarafından transfer edilir. Bundan sonra, kompleks ilk sentez döngüsü için hazırdır.
Asetil grubu, ayrılan C02 bölgesinde kalan malonil ile yoğunlaşır. Reaksiyon, bir ketoasil sentaz merkezi tarafından katalize edilir. Elde edilen asetoasetil radikali
Şema
Pirinç. 8-35. Asetil kalıntılarının mitokondriden sitozole aktarılması. Aktif enzimler: 1 - sitrat sentaz; 2 - translokaz; 3 - sitrat liyaz; 4 - malat dehidrojenaz; 5 - malik-enzim.
Pirinç. 8-36. Asetil-CoA'nın karboksilasyonunun reaksiyonunda biyotinin rolü.
Pirinç. 8-37. Multienzim kompleksinin yapısı, yağ asitlerinin sentezidir. Kompleks, her biri 7 aktif bölgeye ve bir açil taşıyan proteine (ACP) sahip iki özdeş polipeptit zincirinin bir dimeridir. Protomerlerin SH grupları farklı radikallere aittir. Bir SH grubu sistein'e, diğeri ise bir fosfopantateik asit tortusuna aittir. Bir monomerin sistein SH grubu, başka bir protomerin 4-fosfopantetheinat SH grubunun yanında bulunur. Böylece enzimin protomerleri baştan sona düzenlenir. Her monomer tüm katalitik bölgeleri içermesine rağmen, 2 protomerden oluşan bir kompleks fonksiyonel olarak aktiftir. Bu nedenle, aslında 2 yağ asidi aynı anda sentezlenir. Basitlik için, şemalar genellikle bir asit molekülünün sentezindeki reaksiyonların sırasını gösterir.
sırasıyla ketoasil redüktaz tarafından indirgenir, daha sonra dehidre edilir ve kompleksin aktif merkezleri olan enoil redüktaz tarafından tekrar indirgenir. İlk reaksiyon döngüsünün bir sonucu olarak, bir yağ asidi sentaz alt birimi ile ilişkili bir butiril radikali oluşur.
İkinci döngüden önce, butiril radikali 2. pozisyondan 1. pozisyona transfer edilir (asetil, reaksiyonların ilk döngüsünün başlangıcında yer alır). Daha sonra butiril kalıntısı aynı dönüşümlere uğrar ve malonil-CoA'dan kaynaklanan 2 karbon atomu ile uzatılır.
Benzer reaksiyon döngüleri, tiyoesteraz merkezinin etkisi altında hidrolitik olarak enzim kompleksinden ayrılan ve serbest palmitik aside dönüşen bir palmitik asit radikali oluşana kadar tekrarlanır (palmitat, Şekil 8-38, 8-39).
Asetil-CoA ve malonil-CoA'dan palmitik asit sentezi için genel denklem aşağıdaki gibidir:
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 + .
Yağ asitlerinin sentezi için ana hidrojen kaynakları
Palmitik asit biyosentezinin her döngüsünde 2 indirgeme reaksiyonu gerçekleşir,
Pirinç. 8-38. Palmitik asit sentezi. Yağ asidi sentazı: ilk protomerde SH grubu sistein'e, ikincisinde fosfopanteteine aittir. Birinci döngünün bitiminden sonra, butiril radikali, birinci protomerin SH grubuna aktarılır. Daha sonra, ilk döngüdeki gibi aynı reaksiyon dizisi tekrarlanır. Palmitoil-E, yağ asidi sentazıyla ilişkili bir palmitik asit kalıntısıdır. Sentezlenen yağ asidinde * ile işaretlenmiş sadece 2 distal karbon asetil-CoA'dan, geri kalanı malonil-CoA'dan gelir.
Pirinç. 8-39. Palmitik asit sentezi için genel reaksiyon şeması.
koenzim NADPH'nin bir hidrojen donörü olarak hizmet ettiği. NADP + geri kazanımı reaksiyonlarda meydana gelir:
glukoz katabolizmasının pentoz fosfat yolunun oksidatif aşamalarında dehidrojenasyon;
malatın bir malik enzim ile dehidrojenasyonu;
sitozolik NADP-bağımlı dehidrojenaz ile izositratın dehidrojenasyonu.
2. Yağ asidi sentezinin düzenlenmesi
Yağ asidi sentezi için düzenleyici enzim asetil-CoA karboksilazdır. Bu enzim çeşitli şekillerde düzenlenir.
Enzim alt birim komplekslerinin birlikteliği/ayrışması. Asetil-CoA karboksilaz, inaktif formunda her biri 4 alt birimden oluşan ayrı bir komplekstir. Enzim aktivatörü - sitrat; enzimin aktivitesinin arttığı bir sonucu olarak komplekslerin ilişkisini uyarır. İnhibitör - palmitoil-CoA; kompleksin ayrışmasına ve enzim aktivitesinde azalmaya neden olur (Şekil 8-40).
Asetil-CoA karboksilazın fosforilasyonu/defosforilasyonu. Postabsorbtif durumda veya fiziksel çalışma sırasında, adenilat siklaz sistemi yoluyla glukagon veya adrenalin, protein kinaz A'yı aktive eder ve asetil-CoA karboksilaz alt birimlerinin fosforilasyonunu uyarır. Fosforile enzim inaktiftir ve yağ asidi sentezi durur. Emilim periyodu sırasında, insülin fosfatazı aktive eder ve asetil-CoA karboksilaz defosforile olur (Şekil 8-41). Daha sonra sitratın etkisi altında enzim protomerlerinin polimerizasyonu meydana gelir ve aktif hale gelir. Sitrat, enzimi aktive etmenin yanı sıra, yağ asitlerinin sentezinde başka bir işleve sahiptir. Emilim periyodu sırasında sitrat, asetil kalıntısının sitozole taşındığı karaciğer hücrelerinin mitokondrilerinde birikir.
Enzim sentezinin indüksiyonu. Karbonhidrat bakımından zengin ve yağ bakımından fakir gıdaların uzun süreli tüketimi, enzimlerin sentezinin indüksiyonunu uyaran insülin sekresyonunda bir artışa yol açar: asetil-CoA karboksilaz, yağ asidi sentaz, sitrat liyaz,
Pirinç. 8-40. Asetil-CoA karboksilaz komplekslerinin birlikteliği/ayrışması.
Pirinç. 8-41. Asetil-CoA karboksilazın düzenlenmesi.
Pirinç. 8-42. ER'de palmitik asidin uzaması. Palmitik asit radikali, donörü malonil-CoA olan 2 karbon atomu ile uzar.
izositrat dehidrojenaz. Bu nedenle, aşırı karbonhidrat tüketimi, glikoz katabolizma ürünlerinin yağlara dönüşümünün hızlanmasına yol açar. Açlık veya yağ bakımından zengin yiyecekler, enzimlerin ve buna bağlı olarak yağların sentezinde bir azalmaya yol açar.
3. Palmitik asitten yağ asitlerinin sentezi
Yağ asitlerinin uzaması. ER'de palmitik asit, malonil-CoA'nın katılımıyla uzar. Reaksiyon dizisi, palmitik asit sentezi sırasında meydana gelene benzer, ancak bu durumda, yağ asitleri, yağ asidi sentazıyla değil, CoA ile ilişkilidir. Uzamaya katılan enzimler substrat olarak sadece palmitik değil, diğer yağ asitlerini de kullanabilirler (Şekil 8-42), bu nedenle vücutta sadece stearik asit değil, aynı zamanda çok sayıda karbon atomlu yağ asitleri de sentezlenebilir.
Karaciğerdeki ana uzama ürünü stearik asittir (C 18:0), ancak beyin dokusunda oluşumu için gerekli olan daha uzun zincirli - C 20 ila C 24 arasında büyük miktarda yağ asidi oluşur. sfingolipidler ve glikolipidler.
Sinir dokusunda diğer yağ asitlerinin, a-hidroksi asitlerin sentezi de gerçekleşir. Karışık işlevli oksidazlar, yalnızca beyin lipidlerinde bulunan lignoserik ve serebronik asitleri oluşturmak için C22 ve C24 asitlerini hidroksilatlar.
Yağ asidi radikallerinde çift bağ oluşumu.Çift bağların yağ asidi radikallerine dahil edilmesine desatürasyon denir. Desatürasyon sonucu insan vücudunda oluşan ana yağ asitleri (Şekil 8-43) palmitoo-leik (C16:1Δ9) ve oleik (C18:1Δ9)'dur.
Yağ asidi radikallerinde çift bağların oluşumu, moleküler oksijen, NADH ve sitokrom b5'i içeren reaksiyonlarda ER'de meydana gelir. İnsan vücudunda bulunan yağ asidi desatüraz enzimleri, dokuzuncu karbon atomunun distalindeki yağ asidi radikallerinde çift bağ oluşturamaz, yani. dokuzuncu ile arasında
Pirinç. 8-43. Doymamış yağ asitlerinin oluşumu.
metil karbon atomları. Bu nedenle, ω-3 ve ω-6 ailelerinin yağ asitleri vücutta sentezlenmez, vazgeçilmezdir ve önemli düzenleyici işlevleri yerine getirdikleri için gıda ile sağlanmalıdır.
Yağ asidi radikalinde çift bağ oluşumu moleküler oksijen, NADH, sitokrom b 5 ve FAD'ye bağlı sitokrom b 5 redüktaz gerektirir. Doymuş asitten ayrılan hidrojen atomları su olarak salınır. Bir moleküler oksijen atomu su molekülüne dahil edilir ve diğeri de FADH 2 ve sitokrom b 5 aracılığıyla aktarılan NADH elektronlarının katılımıyla suya indirgenir.
Eikosanoidler, çoğu hücre tarafından 20 karbon atomu içeren polien yağ asitlerinden sentezlenen biyolojik olarak aktif maddelerdir (Yunancada "eikosa" kelimesi 20 anlamına gelir).
Yağ asitlerinin sentezi hücrenin sitoplazmasında gerçekleşir. Mitokondride esas olarak mevcut yağ asidi zincirlerinin uzaması meydana gelir. Palmitik asidin (16 karbon atomlu) karaciğer hücrelerinin sitoplazmasında ve bu hücrelerin mitokondrilerinde, hücre sitoplazmasında zaten sentezlenmiş palmitik asitten veya eksojen kaynaklı yağ asitlerinden, yani. bağırsaklardan gelen 18, 20 ve 22 karbon atomlu yağ asitleri oluşur.
Yağ asidi biyosentezinin ilk reaksiyonu, bikarbonat, ATP ve manganez iyonları gerektiren asetil-CoA'nın karboksilasyonudur. Bu reaksiyon, asetil-CoA karboksilaz enzimi tarafından katalize edilir. Enzim prostetik grup olarak biotin içerir. Bir biyotin inhibitörü olan avidin, bu reaksiyonun yanı sıra genel olarak yağ asitlerinin sentezini de engeller.
Asetil-CoA karboksilazın, her biri biyotin, biyotin karboksilaz, karboksibiyotin transfer proteini, transkarboksilaz ve düzenleyici bir allosterik merkez içeren değişken sayıda aynı alt birimden oluştuğu tespit edilmiştir. polienzimatik bir komplekstir.
Reaksiyon iki aşamada ilerler: I - ATP'nin katılımıyla biyotinin karboksilasyonu ve II - karboksil grubunun asetil-CoA'ya transferi, malonil-CoA oluşumu ile sonuçlanır:
Yağ asidi sentetaz (sentaz) adı verilen çoklu enzim kompleksi, asil transfer proteini (ACP) olarak adlandırılan 6 enzimden oluşur. Sentetaz sistemindeki bu protein, CoA'nın rolünü oynar.Yağ asitlerinin sentezi sırasında meydana gelen bir dizi reaksiyon:
bütiril-ACB'nin oluşumu, her birinin başlangıcı, büyüyen yağ asidi zincirinin karboksil ucuna bir malonil-ACB molekülünün eklenmesi olan 7 döngünün yalnızca ilkini tamamlar. Bu durumda, malonil-APB'nin distal karboksil grubu CO2 formunda parçalanır. Örneğin, ilk döngüde oluşan butiril-APB, malonil-APB ile etkileşime girer:
Yağ asidi sentezi, deasilaz enziminin etkisi altında HS-ACP'nin açil-ACP'den ayrılmasıyla tamamlanır. Örneğin:
Palmitik asit sentezi için genel denklem aşağıdaki gibi yazılabilir:
Doymamış yağ asitlerinin oluşumu. yağ asitlerinin uzaması.
palmitooleik ve oleik - palmitik ve stearik asitlerden sentezlenir.
Yağ asitlerinin desatürasyonu (çift bağ oluşumu) ile birlikte, uzamaları (uzama) da mikrozomlarda meydana gelir ve bu işlemlerin her ikisi de birleştirilebilir ve tekrarlanabilir. Yağ asidi zincirinin uzaması, malonil-CoA ve NADPH'nin katılımıyla karşılık gelen açil-CoA'ya iki karbonlu fragmanların sıralı eklenmesiyle gerçekleşir. Yağ asitlerinin uzamasını katalize eden enzimatik sisteme elongaz denir. Şema, desatürasyon ve uzama reaksiyonlarında palmitik asidin dönüşümünün yollarını göstermektedir.
FA sentezinin düzenlenmesi:
Ac-CoA karboksilaz enziminin alt birimlerinin komplekslerinin birleşmesi/ayrılması. Aktivatör - sitrat; inhibitörü palmitoil-CoA'dır.
fosforilasyon/de=//=. Fosforillenmiş f. inaktif (glukagon ve adrenalin). İnsülin defosforilasyona neden olur - aktif hale gelir.
enzim sentezinin indüksiyonu. Aşırı u/v tüketimi - katabolizma ürünlerinin yağlara dönüşümünün hızlanması; açlık veya yağlardan zengin bir diyet, enzimlerin ve yağların sentezinde azalmaya yol açar.
Yağ asitlerinin biyosentezi en aktif olarak karaciğer, bağırsak, yağ dokusu hücrelerinin sitozolünde meydana gelir. dinlenme veya yemekten sonra.
Geleneksel olarak, 4 biyosentez aşaması ayırt edilebilir:
1. Glikoz, diğer monosakkaritler veya ketojenik amino asitlerden asetil-SCoA oluşumu.
2. Asetil-SCoA'nın mitokondriden sitozole transferi:
- ile birleştirilebilir karnitin, tıpkı mitokondri içine daha yüksek yağ asitlerinin aktarılması gibi, ancak burada taşıma farklı bir yöne gidiyor,
- genellikle dahil sitrik asit ilk CTC reaksiyonunda oluşur.
Mitokondriden gelen sitrat sitozolde parçalanır. ATP sitrat liyaz oksaloasetat ve asetil-SCoA'ya.
Sitrik asitten asetil-SCoA oluşumu
Oksaloasetat ayrıca malata indirgenir ve ikincisi ya mitokondriye (malat-aspartat mekiği) girer veya malik enzim ("malik" enzim) tarafından piruvat için dekarboksilatlanır.
3. Asetil-SCoA'dan malonil-SCoA oluşumu.
Asetil-SCoA'nın karboksilasyonu şu şekilde katalize edilir: asetil-SCoA karboksilaz, üç enzimden oluşan bir multienzim kompleksi.
Asetil-SCoA'dan malonil-SCoA oluşumu
4. Palmitik asit sentezi.
uygulandı multienzimatik karmaşık " yağ asidi sentazı" (eşanlamlı sözcük palmitat sentaz) 6 enzim ve bir açil taşıyan protein (ACP) içerir.
Asil taşıyan protein pantotenik asit türevi içerir - 6-fosfopantetein(FP) HS-CoA gibi bir HS grubuna sahip. Kompleksin enzimlerinden biri, 3-ketoasil sentaz, ayrıca sistein bileşiminde bir HS grubuna sahiptir. Bu grupların etkileşimi, yağ asitlerinin yani palmitik asidin biyosentezinin başlangıcını ve devamını belirler. Sentez reaksiyonları NADPH gerektirir.
Aktif yağ asidi sentaz grupları
İlk iki reaksiyonda, malonil-SCoA, açil taşıyan proteinin fosfopantetinine ve asetil-SCoA, 3-ketoasil sentazın sisteinine sırayla eklenir.
3-Ketoasil sentazüçüncü reaksiyonu katalize eder - karboksil grubunun ortadan kaldırılmasıyla asetil grubunun C2 malonil'e transferi.
Ayrıca, indirgeme reaksiyonlarında keto grubu ( 3-ketoasil redüktaz), dehidrasyon (dehidrataz) ve tekrar geri kazanım (enoil redüktaz) doymuş bir asil oluşturmak üzere metilene dönüşür, fosfopantetein ile ilişkili.
asiltransferaz elde edilen açili sisteine aktarır 3-ketoasil sentazlar, malonil-SCoA, fosfopanteteine bağlanır ve döngü, bir palmitik asit tortusu oluşana kadar 7 kez tekrarlanır. Daha sonra palmitik asit, kompleksin altıncı enzimi olan tiyoesteraz tarafından parçalanır.
Yağ asidi sentez reaksiyonları
Yağ asidi zinciri uzaması
Sentezlenen palmitik asit, gerekirse endoplazmik retikuluma girer. Bu vesile ile malonil-S-CoA ve NADPH zincir C18 veya C20'ye kadar uzar.
Doymamış yağ asitleri (oleik, linoleik, linolenik) ayrıca eikosanoik asit türevlerinin oluşumu ile uzayabilir (C 20). Ancak çift bağ hayvan hücreleri tarafından sağlanır. en fazla 9 karbon atomu bu nedenle, ω3- ve ω6- çoklu doymamış yağ asitleri sadece karşılık gelen öncüllerden sentezlenir.
Örneğin, araşidonik asit bir hücrede sadece linolenik veya linoleik asitlerin varlığında oluşturulabilir. Bu durumda, linoleik asit (18:2) y-linolenik aside (18:3) hidrojenden arındırılır ve eikosotrienoik aside (20:3) uzatılır, ikincisi araşidonik aside (20:4) ayrıca hidrojenden arındırılır. ω6 serisi yağ asitleri bu şekilde oluşur
ω3 serisi yağ asitlerinin oluşumu için, örneğin timnodonik asit (20:5), susuz (18:4), uzatılmış (20:4) a-linolenik asidin (18:3) varlığı gereklidir. ) ve tekrar kurutulur (20:5).
Önceleri, parçalanma süreçlerinin, yağ asitlerinin sentezi de dahil olmak üzere, sentez süreçlerinin tersine çevrilmesi olduğu varsayılırdı, oksidasyonlarının tersi bir süreç olarak kabul edildi.
β-oksidasyon reaksiyonunun hafifçe değiştirilmiş bir dizisini içeren mitokondriyal yağ asidi biyosentez sisteminin, sadece vücutta zaten mevcut olan orta zincirli yağ asitlerini uzatırken, asetilden palmitik asidin tam biyosentezinin olduğu tespit edilmiştir. CoA aktif olarak ilerler. mitokondri dışında tamamen farklı bir şekilde.
Yağ asidi biyosentez yolunun bazı önemli özelliklerini ele alalım.
1. Sentez, mitokondriyal matriste meydana gelen bozunmanın aksine sitozolde gerçekleşir.
2. Yağ asidi sentezi ara ürünleri, açil transfer proteininin (ACP) sülfhidril gruplarına kovalent olarak bağlanırken, yağ asidi parçalama ara ürünleri, koenzim A'ya bağlanır.
3. Yüksek organizmalardaki yağ asidi sentez enzimlerinin çoğu, yağ asidi sentetaz adı verilen çok enzimli bir kompleks halinde organize edilir. Buna karşılık, yağ asitlerinin parçalanmasını katalize eden enzimler ilişkili görünmüyor.
4. Büyüyen yağ asidi zinciri, asetil-CoA'dan kaynaklanan iki karbonlu bileşenlerin art arda eklenmesiyle uzatılır. Malonil-APB, uzama aşamasında iki karbonlu bileşenlerin aktifleştirilmiş vericisi olarak hizmet eder. Uzama reaksiyonu, CO2'nin salınmasıyla tetiklenir.
5. Yağ asitlerinin sentezinde indirgeyici maddenin rolü NADPH tarafından gerçekleştirilir.
6. Mn 2+ da reaksiyonlara katılır.
7. Yağ asidi sentetaz kompleksinin etkisi altındaki uzama, palmitat oluşumu aşamasında durur (C 16). Daha fazla uzama ve çift bağların eklenmesi, diğer enzim sistemleri tarafından gerçekleştirilir.
malonil koenzim A oluşumu
Yağ asitlerinin sentezi, asetil-CoA'nın malonil-CoA'ya karboksilasyonu ile başlar. Bu geri dönüşü olmayan reaksiyon, yağ asitlerinin sentezinde kritik bir adımdır.
Malonil-CoA'nın sentezi şu şekilde katalize edilir: asetil-CoA karboksilaz ve ATR enerjisi pahasına gerçekleştirilir. Asetil-CoA'nın karboksilasyonu için CO2 kaynağı bikarbonattır.
Pirinç. malonil-CoA sentezi
Asetil-CoA karboksilaz, prostetik grup olarak içerir biyotin.
Pirinç. biyotin
Enzim, her biri biyotin içeren değişken sayıda aynı alt birimden oluşur. biyotin karboksilaz, karboksibiyotin transfer proteini, transkarboksilaz, ayrıca düzenleyici allosterik merkez, yani. temsil etmek polienzim kompleksi. Biyotinin karboksil grubu, karboksibiyotin taşıyan proteinin lizin kalıntısının ε-amino grubuna kovalent olarak bağlıdır. Oluşan kompleksteki biyotin bileşeninin karboksilasyonu, ikinci alt birim olan biyotin karboksilaz tarafından katalize edilir. Sistemin üçüncü bileşeni olan transkarboksilaz, aktif CO2'nin karboksibiyotinden asetil-CoA'ya transferini katalize eder.
Biotin enzimi + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Biotin enzimi + ADP + Pi,
CO 2 ~ Biyotin-enzim + Asetil-CoA ↔ Molonil-CoA + Biyotin-enzim.
Biyotin ve onun taşıyıcı proteini arasındaki bağın uzunluğu ve esnekliği, aktive edilmiş karboksil grubunu enzim kompleksinin bir aktif bölgesinden diğerine hareket ettirmeyi mümkün kılar.
Ökaryotlarda, asetil-CoA karboksilaz, enzimatik olarak aktif olmayan bir protomer (450 kDa) veya aktif bir filamentli polimer olarak bulunur. Birbirlerine dönüşümleri allosterik olarak düzenlenir. Anahtar allosterik aktivatör sitrat dengeyi enzimin aktif lifli formuna kaydırır. Biyotinin substratlara göre optimal oryantasyonu lifli formda elde edilir. Sitratın aksine palmitoil-CoA, dengeyi inaktif protomer formuna kaydırır. Böylece, son ürün olan palmitoil-CoA, yağ asidi biyosentezindeki ilk kritik adımı engeller. Bakterilerde asetil-CoA karboksilazın düzenlenmesi, ökaryotlardakinden keskin bir şekilde farklıdır, çünkü onlarda yağ asitleri, yedek yakıt değil, esas olarak fosfolipidlerin öncüleridir. Burada sitratın bakteriyel asetil-CoA karboksilaz üzerinde etkisi yoktur. Sistemin transkarboksilaz bileşeninin aktivitesi, yağ asitlerinin sentezini bakterilerin büyümesi ve bölünmesi ile koordine eden guanin nükleotitleri tarafından düzenlenir.
Hücrenin sitozolündeki yağ asitlerinin sentezi için yapı taşı, iki şekilde oluşan asetil-CoA'dır: ya piruvatın oksidatif dekarboksilasyonunun bir sonucu olarak. (bkz. Şekil 11, Aşama III) veya yağ asitlerinin b-oksidasyonunun bir sonucu olarak (bkz. Şekil 8).
Şekil 11 - Karbonhidratların lipidlere dönüşüm şeması
Glikoliz sırasında oluşan piruvatın asetil-CoA'ya dönüşümünün ve yağ asitlerinin b-oksidasyonu sırasında oluşumunun mitokondride meydana geldiğini hatırlayın. Yağ asitlerinin sentezi sitoplazmada gerçekleşir. Mitokondrinin iç zarı asetil-CoA'ya karşı geçirgen değildir. Sitoplazmaya girişi, sitoplazmada asetil-CoA, oksaloasetat veya karnitine dönüştürülen sitrat veya asetilkarnitin formunda kolaylaştırılmış difüzyon tipi ile gerçekleştirilir. Bununla birlikte, asetil-coA'nın mitokondriden sitozole transferinin ana yolu sitrattır (bkz. Şekil 12).
Başlangıçta, intramitokondriyal asetil-CoA oksaloasetat ile etkileşime girerek sitrat oluşumuna neden olur. Reaksiyon, sitrat sentaz enzimi tarafından katalize edilir. Ortaya çıkan sitrat, özel bir trikarboksilat taşıma sistemi kullanılarak mitokondriyal zardan sitozole taşınır.
Sitozolde sitrat, HS-CoA ve ATP ile reaksiyona girer, tekrar asetil-CoA ve oksaloasetata ayrışır. Bu reaksiyon, ATP-sitrat liyaz tarafından katalize edilir. Zaten sitozolde, sitozolik dikarboksilat taşıma sisteminin katılımıyla oksaloasetat, oksaloasetata oksitlendiği mitokondriyal matrise geri döner ve böylece mekik döngüsünü tamamlar:
Şekil 12 - Asetil-CoA'nın mitokondriden sitozole transfer şeması
Doymuş yağ asitlerinin biyosentezi, b-oksidasyonlarının tersi yönde gerçekleşir, yağ asitlerinin hidrokarbon zincirlerinin büyümesi, iki karbonlu bir parçanın (C 2) - asetil-CoA'nın uçlarına sırayla eklenmesi nedeniyle gerçekleştirilir. (bkz. Şekil 11, aşama IV.).
Yağ asidi biyosentezinin ilk reaksiyonu, CO 2 , ATP, Mn iyonları gerektiren asetil-CoA'nın karboksilasyonudur. Bu reaksiyon, asetil-CoA - karboksilaz enzimi tarafından katalize edilir. Enzim, prostetik grup olarak biotin (H vitamini) içerir. Reaksiyon iki aşamada ilerler: 1 - ATP'nin katılımıyla biyotinin karboksilasyonu ve II - karboksil grubunun asetil-CoA'ya transferi, malonil-CoA oluşumu ile sonuçlanır:
Malonil-CoA, yağ asidi biyosentezinin ilk spesifik ürünüdür. Uygun bir enzim sisteminin varlığında malonil-CoA hızla yağ asitlerine dönüştürülür.
Yağ asidi biyosentez hızının hücredeki şeker içeriğine göre belirlendiğine dikkat edilmelidir. İnsanların, hayvanların yağ dokusundaki glikoz konsantrasyonundaki artış ve glikoliz hızındaki artış, yağ asitlerinin sentezini uyarır. Bu, yağ ve karbonhidrat metabolizmasının birbiriyle yakından bağlantılı olduğunu gösterir. Burada asetil-CoA'nın karboksilasyonunun, asetil-CoA karboksilaz tarafından katalize edilen malonil-CoA'ya dönüşümü ile reaksiyonu önemli bir rol oynar. İkincisinin aktivitesi iki faktöre bağlıdır: sitoplazmada yüksek moleküler ağırlıklı yağ asitlerinin ve sitratın varlığı.
Yağ asitlerinin birikimi, biyosentezleri üzerinde engelleyici bir etkiye sahiptir; karboksilaz aktivitesini inhibe eder.
Asetil-CoA karboksilazın bir aktivatörü olan sitrata özel bir rol verilir. Sitrat aynı zamanda karbonhidrat ve yağ metabolizması arasında bir bağlantı rolü oynar. Sitoplazmada sitrat, yağ asidi sentezini uyarmada ikili bir etkiye sahiptir: ilk olarak, bir asetil-CoA karboksilaz aktivatörü olarak ve ikinci olarak, bir asetil grubu kaynağı olarak.
Yağ asidi sentezinin çok önemli bir özelliği, tüm sentez ara ürünlerinin asil taşıyıcı proteine (HS-ACP) kovalent olarak bağlı olmasıdır.
HS-ACP, termostabil, aktif bir HS-grubu içeren ve prostetik grubunda pantotenik asit (vitamin B3) bulunan düşük moleküler ağırlıklı bir proteindir. HS-ACP'nin işlevi, yağ asitlerinin b-oksidasyonundaki enzim A'nın (HS-CoA) işlevine benzer.
Yağ asidi zincirinin inşası sırasında, ara ürünler ABP ile ester bağları oluşturur (bkz. Şekil 14):
Yağ asidi zinciri uzatma döngüsü dört reaksiyon içerir: 1) asetil-APB'nin (C2) malonil-APB (C3) ile yoğunlaştırılması; 2) kurtarma; 3) dehidrasyon ve 4) yağ asitlerinin ikinci geri kazanımı. Şek. Şekil 13, yağ asitlerinin sentezi için bir şemayı göstermektedir. Bir yağ asidi zinciri uzatma döngüsü, dört ardışık reaksiyonu içerir.
Şekil 13 - Yağ asitlerinin sentezi için şema
Birinci reaksiyonda (1) - yoğunlaştırma reaksiyonu - asetil ve malonil grupları, aynı anda CO2 (C 1) salınımı ile asetoasetil-ABP oluşturmak üzere birbirleriyle etkileşime girer. Bu reaksiyon, yoğunlaştırıcı enzim b-ketoasil-ABP sentetaz tarafından katalize edilir. Malonil-APB'den ayrılan CO2, asetil-APB karboksilasyon reaksiyonunda yer alan CO2 ile aynıdır. Böylece yoğuşma reaksiyonu sonucunda iki (C2) ve üç karbonlu (C3) bileşenlerden dört karbonlu bir bileşik (C4) oluşur.
İkinci reaksiyonda (2), b-ketoasil-ACP redüktaz, asetoasetil-ACP tarafından katalize edilen bir indirgeme reaksiyonu, b-hidroksibutiril-ACB'ye dönüştürülür. İndirgeyici ajan NADPH + H+'dır.
Dehidrasyon döngüsünün üçüncü reaksiyonunda (3), bir su molekülü b-hidroksibutiril-APB'den ayrılarak krotonil-APB'yi oluşturur. Reaksiyon, b-hidroksiasil-ACP dehidrataz tarafından katalize edilir.
Döngünün dördüncü (son) reaksiyonu (4), krotonil-APB'nin butiril-APB'ye indirgenmesidir. Reaksiyon, enoil-ACP redüktazın etkisi altında ilerler. İndirgeyici maddenin buradaki rolü, ikinci molekül NADPH + H + tarafından gerçekleştirilir.
Daha sonra reaksiyon döngüsü tekrarlanır. Diyelim ki palmitik asit (C 16) sentezleniyor. Bu durumda, butiril-ACB'nin oluşumu, her birinin başlangıcı molonil-ACB molekülünün (C3) - reaksiyonun (5) karboksil ucuna eklenmesi olan 7 döngünün sadece ilki ile tamamlanır. büyüyen yağ asidi zinciri. Bu durumda, karboksil grubu, CO2 (C1) şeklinde bölünür. Bu süreç aşağıdaki gibi temsil edilebilir:
C 3 + C 2 ® C 4 + C 1 - 1 çevrim
C 4 + C 3 ® C 6 + C 1 - 2 çevrim
C 6 + C 3 ® C 8 + C 1 -3 çevrim
C 8 + C 3 ® C 10 + C 1 - 4 çevrim
C 10 + C 3 ® C 12 + C 1 - 5 çevrim
C 12 + C 3 ® C 14 + C 1 - 6 çevrim
C 14 + C 3 ® C 16 + C 1 - 7 çevrim
Sadece daha yüksek doymuş yağ asitleri değil, aynı zamanda doymamış olanlar da sentezlenebilir. Tekli doymamış yağ asitleri, açil-CoA oksijenaz tarafından katalize edilen oksidasyon (desatürasyon) sonucu doymuş yağ asitlerinden oluşur. Bitki dokularından farklı olarak, hayvan dokuları doymuş yağ asitlerini doymamış yağlara dönüştürme konusunda çok sınırlı bir yeteneğe sahiptir. En yaygın iki tekli doymamış yağ asidi olan palmitooleik ve oleik'in palmitik ve stearik asitlerden sentezlendiği tespit edilmiştir. İnsanlar dahil memelilerin vücudunda örneğin linoleik (C 18:2) ve linolenik (C 18:3) asitler stearik asitten (C 18:0) oluşturulamaz. Bu asitler esansiyel yağ asitleri olarak sınıflandırılır. Esansiyel yağ asitleri arasında araşidik asit de bulunur (C 20:4).
Yağ asitlerinin desatürasyonu (çift bağ oluşumu) ile birlikte uzamaları (uzamaları) da meydana gelir. Ayrıca, bu işlemlerin her ikisi de birleştirilebilir ve tekrarlanabilir. Yağ asidi zincirinin uzaması, malonil-CoA ve NADPH+H+'nın katılımıyla karşılık gelen asil-CoA'ya iki karbonlu fragmanların sıralı eklenmesiyle gerçekleşir.
Şekil 14, desatürasyon ve uzama reaksiyonlarında palmitik asidin dönüşüm yollarını göstermektedir.
Şekil 14 - Doymuş yağ asitlerinin dönüşüm şeması
doymamış
Herhangi bir yağ asidinin sentezi, deasilaz enziminin etkisi altında HS-ACP'nin açil-ACB'den ayrılmasıyla tamamlanır. Örneğin:
Elde edilen açil-CoA, yağ asidinin aktif formudur.