Riebalų rūgščių sintezė yra procesas, kurio metu pagrindiniai komponentai iš svarbiausių lipidų ląstelėse (riebalų rūgštys) yra gaminami, kuriame dalyvauja daugelyje labai svarbių korinio funkcijų.
Riebalų rūgštys yra alifatinės molekulės, tai yra, jas iš esmės sudaro anglies ir vandenilio atomai, daugiau ar mažiau linijiškai sujungti vienas su kitu. Jie turi metilo grupę viename gale, o rūgštinę karboksilo grupę kitame, kuriai jie yra vadinami „riebalų rūgštimis“.
Riebalų rūgščių sintezės santrauka (Šaltinis: Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) per „Wikimedia Commons“)
Lipidai yra molekulės, kurias naudoja skirtingos ląstelių biosintetinės sistemos, kad susidarytų kitos sudėtingesnės molekulės, tokios kaip:
- membranos fosfolipidai
- trigliceridai energijos kaupimui ir
- kai kurių specialių molekulių, esančių daugelio tipų ląstelių (eukariotų ir prokariotų) paviršiuje, inkarai
Šie junginiai gali egzistuoti kaip linijinės molekulės (kurių visi anglies atomai yra prisotinti vandenilio molekulėmis), tačiau taip pat gali būti stebimi junginiai, turintys tiesią grandinę ir šiek tiek prisotinti, tai yra, turint dvigubus ryšius tarp jų anglies atomų.
Sočiųjų riebalų rūgščių taip pat galima rasti su šakotomis grandinėmis, kurių struktūra yra šiek tiek sudėtingesnė.
Riebalų rūgščių molekulinės savybės turi lemiamą reikšmę jų funkcijai, nes nuo jų priklauso daug formuojamų molekulių fizikinių ir cheminių savybių, ypač jų lydymosi temperatūra, pakavimo laipsnis ir gebėjimas formuoti dvisluoksnius sluoksnius.
Taigi, riebalų rūgščių sintezė yra labai reguliuojamas dalykas, nes tai yra daugybė nuoseklių įvykių, kritinių ląstelei iš daugelio aspektų.
Kur vyksta riebalų rūgščių sintezė?
Daugumoje gyvų organizmų riebiosios rūgštys sintetinamos citozolio skyriuje, o jų skaidymasis vyksta daugiausia tarp citozolio ir mitochondrijų.
Procesas priklauso nuo ATP ryšiuose esančios energijos, NADPH redukuojamosios galios (paprastai gaunamos iš pentozės fosfato kelio), biotino kofaktoriaus, bikarbonato jonų (HCO3-) ir mangano jonų.
Pagrindiniai riebalų rūgščių sintezės organai žinduoliams yra kepenys, inkstai, smegenys, plaučiai, pieno liaukos ir riebalinis audinys.
Tiesioginis riebalų rūgščių de novo sintezės substratas yra acetil-CoA, o galutinis produktas yra palmitato molekulė.
Acetil-CoA gaunamas tiesiogiai perdirbant glikolitinius tarpinius produktus, todėl dieta, kurioje daug angliavandenių, skatina lipidų (lipogenezės) ergo, taip pat ir riebalų rūgščių, sintezę.
Dalyvaujantys fermentai
Acetil-CoA yra dviejų anglių sintezės blokas, naudojamas riebalų rūgštims formuoti, nes kelios iš šių molekulių iš eilės yra sujungtos su malonilo-CoA molekulėmis, susidarančiomis karboksilinant acetil-CoA.
Pirmasis fermente esantis maršrutas ir vienas svarbiausių jo reguliavimo požiūriu yra tas, kuris atsakingas už acetil-CoA, žinomo kaip acetil-CoA karboksilazė (ACC), kuris yra kompleksas, karboksilinimą. Fermentinis junginys, sudarytas iš 4 baltymų ir naudojant kofaktorių biotiną.
Nepaisant struktūrinių skirtingų rūšių skirtumų, riebalų rūgščių sintazės fermentas yra atsakingas už pagrindines biosintetines reakcijas.
Šis fermentas iš tikrųjų yra fermentų kompleksas, sudarytas iš monomerų, turinčių 7 skirtingus fermentinius veiksmus, kurie yra būtini riebalų rūgšties pailgėjimui „gimstant“.
7 šio fermento veiklas galima išvardyti taip:
- ACP : acilo grupės nešiklio baltymas
- acetil-CoA-ACP transacetilazė (AT)
- β-ketoacil-ACP sintazė (KS)
- Malonilo-CoA-ACP transferazė (MT)
- β-ketoacil-ACP reduktazė (KR)
- β-hidroksiacetil-ACP dehidratazė (HD)
- Enoilo-ACP reduktazė (ER)
Kai kuriuose organizmuose, pavyzdžiui, bakterijose, riebalų rūgščių sintazės kompleksą sudaro nepriklausomi baltymai, kurie asocijuojasi vienas su kitu, tačiau yra koduojami skirtingų genų (II tipo riebalų rūgščių sintazės sistema).
Mielių riebalų rūgščių sintazės fermentas (Šaltinis: Xiong, Y., Lomakin, IB, Steitz, TA / viešoji nuosavybė, per „Wikimedia Commons“)
Tačiau daugelyje eukariotų ir kai kurių bakterijų multienzime yra keletas katalizinių aktyvumų, kurie yra atskirti į skirtingas funkcines sritis viename ar keliuose polipeptiduose, tačiau kuriuos gali koduoti tas pats genas (I tipo riebalų rūgščių sintazės sistema).
Etapai ir reakcijos
Daugumoje tyrimų, atliktų dėl riebalų rūgščių sintezės, atsižvelgiama į bakterijų modelio duomenis, tačiau eukariotinių organizmų sintezės mechanizmai taip pat buvo ištirti tam tikru gyliu.
Svarbu paminėti, kad II tipo riebalų rūgščių sintazės sistemai būdinga tai, kad visi tarpiniai riebiųjų acilo rūgščių junginiai yra kovalentiškai sujungti su mažu rūgštiniu baltymu, vadinamu acilo transporterio baltymu (ACP), kuris perneša juos iš vieno fermento į kitą.
Eukariotuose, atvirkščiai, AKR aktyvumas yra tos pačios molekulės dalis, suprantama, kad tas pats fermentas turi specialią vietą tarpinių jungčių sujungimui ir jų transportavimui per skirtingus katalizinius domenus.
Jungtis tarp baltymo arba ACP dalies ir riebiųjų acilo grupių atsiranda per tioesterinius ryšius tarp šių molekulių ir protezų grupės 4'-fosfopanteteino (pantoteno rūgšties), kuris yra sulydytas su riebiojo acilo karboksilo grupe.
- Iš pradžių fermentas acetil-CoA karboksilazė (ACC) yra atsakingas už pirmojo „įsipareigojimo“, vykstančio riebalų rūgščių sintezėje, katalizavimą, kuris, kaip minėta, apima acetil-CoA molekulės karboksilinimą, kad susidarytų tarpinis junginys iš 3 anglies atomai, žinomi kaip malonil-CoA.
Riebalų rūgščių sintazės kompleksas gauna acetilo ir malonilo grupes, kurios turi teisingai „užpildyti“ jo „tiolio“ vietas.
Iš pradžių tai įvyksta perkeliant acetil-CoA į SH grupės cisteiną fermento β-ketoacil-ACP sintazėje - reakciją katalizuoja acetil-CoA-ACP transacetilazė.
Malonilo grupė perkeliama iš malonilo-CoA į AKR baltymo SH grupę - įvykis, kurį sukelia malonilo-CoA-ACP transferazės fermentas, sudarydamas malonil-ACP.
- Riebalų rūgšties pailgėjimo inicijavimo etapas yra malonilo-ACP kondensacija su acetil-CoA molekulėmis - reakcija, kurią nukreipia fermentas, turintis β-ketoacil-ACP sintazės aktyvumą. Po šios reakcijos susidaro acetoacetil-ACP ir išsiskiria CO2 molekulė.
- Pailgėjimo reakcijos vyksta ciklais, į kuriuos vienu metu pridedami 2 anglies atomai, kuriuose kiekvienas ciklas susideda iš kondensacijos, redukcijos, dehidratacijos ir antrojo redukcijos:
- Kondensacija: acetilo ir malonilo grupės kondensuojasi, sudarydamos acetoacetil-ACP
- Karbonilo grupės sumažinimas: redukuojama acetoacetil-ACP anglies 3 karbonilo grupė, susidarant D-β-hidroksibutiril-ACP - reakcijai, kurią katalizuoja β-ketoacil-ACP-reduktazė, kurioje NADPH naudojamas kaip elektronų donoras.
- Dehidracija: pašalinami vandeniliai tarp ankstesnės molekulės 2 ir 3 anglies, sudarydami dvigubą jungtį, kuri baigiasi trans-2-butenoil-ACP susidarymu. Reakciją katalizuoja β-hidroksiacetil-ACP dehidratazė.
- Dvigubos jungties redukcija: trans-del2-butenoil-ACP dviguba jungtis redukuojama į butirilo-ACP, veikiant enoil-ACP reduktazei, kuri taip pat naudoja NADPH kaip reduktorių.
Norėdami tęsti pailgėjimą, nauja malonilo molekulė vėl turi jungtis prie riebalų rūgščių sintazės komplekso ACP dalies ir prasideda jos kondensacija su butirilo grupe, suformuota pirmame sintezės cikle.
Palmitatų struktūra (Šaltinis: Edgar181 / Viešoji nuosavybė, per „Wikimedia Commons“)
Kiekviename pailginimo etape grandinei išauginti iki 2 anglies atomų naudojama nauja malonilo-CoA molekulė ir šios reakcijos kartojamos tol, kol pasiekiamas tinkamas ilgis (16 anglies atomų), po kurio išsiskiria tioesterazės fermentas. visa riebalų rūgštis hidratacijos būdu.
Palmitatą gali toliau perdirbti įvairių rūšių fermentai, kurie keičia jo chemines savybes, tai yra, jie gali įnešti nesočiųjų medžiagų, pailginti jo ilgį ir pan.
Reglamentas
Kaip ir daugelis biosintetinių ar skilimo būdų, riebalų rūgščių sintezę reguliuoja skirtingi veiksniai:
- Priklauso nuo bikarbonato jonų (HCO3-), vitamino B (biotino) ir acetil-CoA (pradiniame proceso etape, kuris apima acetil-CoA molekulės karboksilinimą karboksilinto tarpinio junginio dėka. biotino, kad susidarytų malonil-CoA).
- Tai yra kelias, atsirandantis reaguojant į ląstelių energijos charakteristikas, nes kai yra pakankamas „metabolinio kuro“ kiekis, perteklius paverčiamas riebiosiomis rūgštimis, kurios yra kaupiamos tolesnei oksidacijai energijos deficito metu.
Kalbant apie fermento acetil-CoA karboksilazės, kuri yra viso kelio ribojantis žingsnis, reguliavimą, ją slopina palmitoil-CoA, pagrindinis sintezės produktas.
Kita vertus, jo allosterinis aktyvatorius yra citratas, kuris nukreipia metabolizmą iš oksidacijos į sintezę saugojimui.
Kai padidėja mitochondrijų acetil-CoA ir ATP koncentracijos, citratas pernešamas į citozolį, kur jis yra ir citozolinės acetil-CoA sintezės pirmtakas, ir allosterinis acetil-CoA karboksilazės aktyvacijos signalas.
Šį fermentą taip pat galima reguliuoti fosforilinimu - įvykiu, kurį sukelia hormoninis gliukagono ir epinefrino poveikis.
Nuorodos
- McGenity, T., Van Der Meer, JR, ir de Lorenzo, V. (2010). Angliavandenilių ir lipidų mikrobiologijos vadovas (p. 4716). KN Timmis (red.). Berlynas: Springeris.
- „Murray“, R. K., „Granner“, DK, „Mayes“, PA ir „Rodwell“, VW (2014 m.). Harperio iliustruota biochemija. Mcgraw-hill.
- Nelsonas, D. L. ir Coxas, MM (2009). Lehningerio biochemijos principai (p. 71–85). Niujorkas: WH Freeman.
- Numa, S. (1984). Riebalų rūgščių apykaita ir jos reguliavimas. Elsevier.
- Rawn, JD (1989). Biochemija - tarptautinis leidimas. Šiaurės Karolina: Neilo Pattersono leidykla, 5.