LIPIDŲ SINTEZĖ: TIPAI IR PAGRINDINIAI JŲ MECHANIZMAI - BIOLOGIJA - 2025

Lipidų sintezė susideda iš fermentinių reakcijų serijos pagal priemonėmis iš kurių trumposios grandinės angliavandeniliai, yra kondensuotas, kad sudarytų ilgesnės grandinės molekules, kurios vėliau gali būti atliekamos įvairios cheminės modifikacijos.

Lipidai yra labai įvairių biomolekulių, susintetintų visų gyvų ląstelių, klasė, kuri specializuojasi atliekant daugybę funkcijų, būtinų ląstelių gyvybei palaikyti.

Keletas įprastų lipidų pavyzdžių: glicerofosfolipidai, steroliai, glicerolipidai, riebalų rūgštys, sfingolipidai ir prenoliai (Šaltinis: originalus įkėlėjas buvo Lmaps angliškoje Vikipedijoje. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/ fdl-1.2.html) per „Commons“, pritaikyta Raquel Parada)

Lipidai yra pagrindiniai biologinių membranų komponentai, o tai daro juos pagrindinėmis ląstelių egzistavimo molekulėmis, kurios yra atskirtos nuo jų aplinkos.

Kai kurie lipidai taip pat atlieka specializuotas funkcijas, tokias kaip pigmentai, kofaktoriai, pernešėjai, plovikliai, hormonai, tarpląsteliniai ir tarpląsteliniai pasiuntiniai, kovalentiniai membranų baltymų inkarai ir kt. Todėl gebėjimas sintetinti įvairių tipų lipidus yra nepaprastai svarbus visų gyvų organizmų išlikimui.

Ši didelė junginių grupė tradiciškai skirstoma į keletą kategorijų arba pogrupių: riebiosios rūgštys (sočiosios ir nesočiosios), gliceridai (fosfogliceridai ir neutralūs gliceridai), negliceridiniai lipidai (sfingolipidai (sfingomielinai ir glikolipidai), steroidai ir vaškai) ir kompleksiniai lipidai (lipoproteinai).

Lipidų tipai ir pagrindiniai jų sintezės mechanizmai

Visos lipidų biosintezės procesų sekos yra endergoniškos ir redukuojančios. Kitaip tariant, jie visi naudoja ATP kaip energijos šaltinį ir kaip redukuojamąją galią sumažintą elektronų nešiklį, pavyzdžiui, NADPH.

Toliau bus aprašytos pagrindinių lipidų, tai yra, riebalų rūgščių ir eikozanoidų, triacilglicerolių ir fosfolipidų bei sterolių (cholesterolio), biosintetinių kelių, pagrindinės reakcijos.

- Riebalų rūgščių sintezė

Riebalų rūgštys yra ypač svarbios molekulės lipidų požiūriu, nes jos yra svarbiausių ląstelių lipidų dalis. Jos sintezė, priešingai nei daugelis mokslininkų manė per pirmuosius tyrimus šiuo atžvilgiu, nėra sudaryta iš atvirkštinio β-oksidacijos kelio.

Tiesą sakant, šis metabolinis kelias vyksta skirtinguose ląstelių skyriuose ir jam reikalingas trijų anglies tarpinis produktas, žinomas kaip malonil-CoA, kuris nėra būtinas oksidacijai.

„Malonyl-CoA“. NEUROtiker / viešoji nuosavybė

Be to, jis yra glaudžiai susijęs su baltymų sulfhidrilo grupėmis, žinomomis kaip acilo nešiklio baltymai (ACP, iš angliškų acilo nešiklio baltymų).

Apskritai, riebiųjų rūgščių, ypač ilgų grandinių, sintezė yra nuoseklus procesas, kai kiekviename „posūkyje“ kartojami keturi etapai, o kiekvieno posūkio metu susidaro sočiųjų acilo grupė, kuri yra substratas kitam , kuris apima dar vieną kondensaciją su nauja malonilo-CoA molekule.

Kiekviename reakcijos posūkyje ar cikle riebalų rūgščių grandinė išplečia du anglies atomus, kol pasiekia 16 atomų (palmitato) ilgį, po kurio ji išeina iš ciklo.

Malonyl-CoA formavimas

Šis trijų anglies atomų tarpinis produktas negrįžtamai susidaro iš acetil-CoA, veikiant fermentui acetil-CoA karboksilazei, turinčiam protezo biotino grupę, kuri yra kovalentiškai sujungta su fermentu ir dalyvauja šioje katalizėje. Du žingsniai.

Šios reakcijos metu iš bikarbonato molekulės (HCO3-) gauta karboksilo grupė perkeliama į biotiną priklausomu nuo ATP, kur biotinilo grupė veikia kaip „laikinasis molekulės pernešėjas“, perkeldama ją į acetil-Coa. , gaminanti malonil-CoA.

Riebalų rūgščių sintezės sekoje naudojamas redukuojantis agentas yra NADPH, o aktyvinančios grupės yra dvi tiolių grupės (-SH), kurios yra multi-fermentų komplekso, vadinamo riebalų rūgščių sintaze, dalis, kuri yra svarbiausia atliekant katalizę. sintetiniai.

Stuburiniuose gyvūnuose riebalų rūgščių sintazės kompleksas yra vienos didelės polipeptidinės grandinės dalis, kurioje pavaizduoti 7 būdingi fermentiniai sintezės būdo aktyvumai, taip pat hidrolizinis aktyvumas, būtinas tarpiniams produktams atpalaiduoti pasibaigus sintezė.

Riebalų rūgščių sintazės fermento struktūra (Šaltinis: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) per „Wikimedia Commons“)

7 šio fermento fermentiniai aktyvumai yra šie: acilo grupės transporterio baltymas (ACP), acetil-CoA-ACP transcetilazė (AT), β-ketoacil-ACP sintazė (KS), malonil-CoA-ACP transferazė (MT), β- ketoacil-ACP reduktazė (KR), β-hidroksi-acil-ACP dehidratazė (HD) ir enoil-ACP reduktazė (ER).

Prieš įvykstant kondensacijos reakcijai, norint surinkti riebalų rūgščių grandinę, fermento komplekse esančios dvi tiolio grupės „įkraunamos“ acilo grupėms: pirmiausia, acetilas-CoA perkeliamas į -SH grupę cisteinas β-ketoacil-ACP sintazės komplekso dalyje - reakcija, katalizuojama fermento acetil-CoA-ACP transacetilazės (AT).

Vėliau malonilo grupė perkeliama iš malonilo-CoA molekulės į acilo grupės nešiklio (ACP) fermento komplekso dalies –SH grupę - reakciją katalizuoja malonil-CoA – ACP transferazės (MT) fermentas, kuris taip pat Tai yra riebalų rūgščių sintazės komplekso dalis.

Keturių reakcijų seka kiekvienam reakcijos ciklo „posūkiui“ yra tokia:

1. Kondensacija: Fermento „įkrautos“ acetil ir malonilo grupės kondensuojasi, sudarydamos acetoacetil-ACP molekulę, kuri yra prijungta prie ACP fragmento per -SH grupę. Šiame etape susidaro ir katalizuojama CO2 molekulė β-ketoacil-ACP sintazės (acetilo grupė užima acetoacetil-ACP komplekso „galinę metilo“ padėtį).
2. Karbonilo grupės sumažinimas: acetoacetil-ACP C3 padėtyje esanti karbonilo grupė redukuojama į D-β-hidroksibutiril-ACP, reakciją katalizuoja β-ketoacil-ACP reduktazė, kurioje NADPH naudojamas kaip elektronų donoras.
3. Dehidratacija: D-β-hidroksibutirilo-ACP C2 ir C3 angliavandeniuose nėra vandens molekulių, sudarančių dvigubą jungtį, kuri baigiasi naujo junginio trans-2-butenoil-ACP susidarymu. Šį procesą skatina β-hidroksiacetil-ACP dehidratazės (HD) fermentas.
4. Dvigubų jungčių redukcija: dehidratacijos metu susidariusio junginio dvigubasis ryšys yra prisotinamas (redukuojamas), gaunant butirilo-ACP per reakciją, katalizuojamą enoil-ACP reduktazės (ER), kuri taip pat naudoja NADPH kaip reduktorių .

Sintezės reakcijos vyksta tol, kol susidaro palmitato molekulė (16 anglies atomų), kuri hidrolizuojama iš fermento komplekso ir išsiskiria kaip galimas ilgesnių grandinių riebalų rūgščių pirmtakas, gaunamas pailginimo sistemomis. riebalų rūgščių, esančių sklandžioje endoplazminio retikulo dalyje ir mitochondrijose.

Kitas modifikacijas, kurias gali atlikti šios molekulės, pavyzdžiui, desaturaciją, katalizuoja skirtingi fermentai, kurie paprastai vyksta sklandžiame endoplazminiame retikulume.

- Eikozanoidų sintezė

Eikozanoidai yra ląstelių lipidai, veikiantys kaip „trumpo nuotolio“ pasiuntinių molekulės, kuriuos gamina kai kurie audiniai, norėdami susisiekti su kaimyninių audinių ląstelėmis. Šios molekulės yra sintetinamos iš polinesočiųjų riebalų rūgščių, turinčių 20 anglies atomų.

Prostaglandinai

Reaguodamas į hormonų stimuliaciją, fermentas fosfolipazė A užpuola membranos fosfolipidus ir atpalaiduoja arachidonatą iš 2 anglies glicerolio. Šis junginys yra paverčiamas prostaglandinais dėl sklandaus endoplazminio retikulumo fermento, turinčio bifunkcinį aktyvumą: ciklooksigenazės (COX) arba prostaglandino H2 sintazės.

Tromboksanai

Prostaglandinai gali būti paversti tromboksanais dėl tromboksano sintazės, esančios kraujo trombocituose (trombocituose). Šios molekulės dalyvauja pradiniuose kraujo krešėjimo etapuose.

- Triacilglicerolių sintezė

Riebalų rūgštys yra pagrindinės molekulės, skirtos ląstelėse sintetinti kitus sudėtingesnius junginius, tokius kaip triacilgliceroliai arba membraniniai lipidai glicerofosfolipidai (procesai, kurie priklauso nuo ląstelių metabolizmo poreikių).

Gyvūnai gamina triacilglicerolius ir glicerofosfolipidus iš dviejų bendrų pirmtakų: riebalinio acil-CoA ir L-glicerolio 3-fosfato. Riebus acil-CoA gaminamas acil-CoA sintetazėse, kurios dalyvauja β oksidacijoje, o L-glicerolio 3-fosfatas gaunamas glikolizės būdu ir veikiant dviem alternatyviems fermentams: glicerolio 3-fosfatui. dehidrogenazės ir glicerolio kinazės.

Triacilgliceroliai susidaro reaguojant tarp dviejų riebalinio acil-CoA molekulių ir vienos diacilglicerolio 3-fosfato molekulės; Šias perdavimo reakcijas katalizuoja specifinės acilo transferazės.

Šioje reakcijoje iš pradžių susidaro fosfatidinė rūgštis, kuri fosforizuojama fermento fosfatidinės rūgšties fosfataze būdu, kad būtų gautas 1,2-diacilglicerolis, kuris vėlgi gali priimti trečiąją riebalinio acil-CoA molekulę, gamindamas triacilglicerolį.

- Fosfolipidų sintezė

Fosfolipidai yra labai kintančios molekulės, nes riebalų rūgščių ir skirtingų „galvos“ grupių derinys su joms būdingu glicerolio (glicerofosfolipidų) arba sfingozino (sfingolipidų) skeletu gali būti suformuotas daug skirtingų.

Bendram šių molekulių surinkimui reikalingas glicerolio arba sfingozino stuburo sintezė, jungimasis su atitinkamomis riebalų rūgštimis, esterinant arba amidinant, pridedant hidrofilinę „galvos“ grupę per fosfodiesterinį ryšį ir jei reikia, pastarųjų grupių keitimas ar keitimasis.

Eukariotuose šis procesas vyksta sklandžiame endoplazminiame retikulume ir vidinėje mitochondrijų membranoje, kur jie gali likti neribotam laikui arba iš kur juos galima perkelti į kitas vietas.

Reakcijos veiksmai

Pirmieji glicerofosfolipidų sintezės reakcijos etapai yra lygiaverčiai triacilglicerolių susidarymo etapams, nes glicerolio 3-fosfato molekulė esterinama į dvi riebiųjų rūgščių molekules 1 ir 2 angliavandeniliuose, sudarydama fosfatidinę rūgštį. Įprasta rasti fosfolipidų, kurių riebiosios rūgštys yra prisotintos C1 ir nesočiosios C2 glicerolio.

Fosfatido rūgštis taip pat gali būti gaunama fosforilinant jau susintetintą arba „perdirbtą“ diacilglicerolio molekulę.

Šių molekulių polinės „galvos“ grupės susidaro per fosfodiesterinius ryšius. Pirmas dalykas, kuris turi įvykti, kad šis procesas vyktų teisingai, yra vienos iš procese dalyvaujančių hidroksilo grupių „aktyvinimas“ prisijungiant prie nukleotido, tokio kaip citidino difosfatas (CDP), kurį nukleofiliškai pakeičia kita grupė. hidroksilo, kuris dalyvauja reakcijoje.

Jei ši molekulė prisijungia prie diacilglicerolio, tada susidaro CDP-diacilglicerolis („aktyvuota“ fosfatidinės rūgšties forma), tačiau tai gali atsirasti ir „galvos“ grupės hidroksilo grupėje.

Pavyzdžiui, fosfatidilserino atveju diacilglicerolis yra aktyvinamas kondensavus fosfatidinės rūgšties molekulę su citidino trifosfato (CTP) molekule, formuojant CDP-diacilglicerolį ir pašalinant pirofosfatą.

Jei CMP (citidino monofosfato) molekulė yra išstumta nukleofiliškai veikiant serino hidroksilo arba hidroksilo priepuoliui esant 1-anglies glicerolio 3-fosfatui, gali išsiskirti fosfatidilserinas arba fosfatidilglicerolio 3-fosfatas, iš kurio gali išsiskirti fosfato monoesteris. gamina fosfatidilglicerolį.

Abi tokiu būdu pagamintos molekulės yra pirmtakai kitiems membranos lipidams, kurie dažnai dalijasi biosintetiniu keliu vienas su kitu.

- Cholesterolio sintezė

Cholesterolis yra gyvūnams būtina molekulė, kurią gali sintetinti jų ląstelės, todėl jis nėra būtinas kasdienėje mityboje. Ši 27 anglies atomų molekulė gaunama iš pirmtako: acetato.

Ši sudėtinga molekulė susidaro iš acetil-CoA keturiais pagrindiniais etapais:

1. Trijų acetato vienetų kondensacija, gaunant mevalonatą, sudaro 6 anglies tarpinę molekulę (pirmiausia acetoacetil-CoA molekulė suformuojama dviem acetil-CoA (tiolazės fermentais), o po to kitu β-hidroksi-β-metilglutarilo-CoA ( HMG-CoA) (HMG-CoA sintetazės fermentas) Mevalonatas susidaro iš HMG-CoA ir fermento HMG-CoA reduktazės dėka.
2. Mevalonato pavertimas izopreno vienetais. Pirmosios 3 fosfato grupės perkeliamos iš 3 ATP molekulių į mevalonatą. Prarandamas vienas iš fosfatų kartu su greta esančia karbonilo grupe ir susidaro ∆3-izopentenilpirofosfatas, kuris izomerizuojamas, kad gautų dimetilalilpirofosfatą
3. 6 C5 izopreno vienetų polimerizacija arba kondensacija, formuojant C30 skvaleną (linijinę molekulę).
4. Skvaleno ciklizavimas, sudarantis 4 steroidinio cholesterolio branduolio žiedus, ir vėlesni cheminiai pokyčiai: oksidacijos, migracija ir metilo grupių pašalinimas ir kt., Iš kurių gaunamas cholesterolis.

Nuorodos

1. Garrett, RH, & Grisham, CM (2001). Biochemijos principai: sutelkiant dėmesį į žmogų. „Brooks“ / „Cole“ leidybos įmonė.
2. „Murray“, R. K., „Granner“, DK, „Mayes“, PA ir „Rodwell“, VW (2014 m.). Harperio iliustruota biochemija. Mcgraw-Hill.
3. Nelsonas, D. L., Lehningeris, AL ir „Cox“, MM (2008). Lehningerio biochemijos principai. Macmillanas.
4. Jacquemyn, J., Cascalho, A., ir Goodchild, RE (2017). Endoplazminio retikulinio audinio kontroliuojamos lipidų biosintezės tarpueiliai. EMBO ataskaitos, 18 (11), 1905–1921.
5. Ohlrogge, J., & Browse, J. (1995). Lipidų biosintezė. Augalų ląstelė, 7 (7), 957.