Синтез жирных кислот

редактировать

Синтез жирных кислот - это создание жирных кислот из ацетил-КоА и НАДФ под действием ферментов, называемых синтазами жирных кислот. Этот процесс происходит в цитоплазме клетки . Большая часть ацетил-КоА, который превращается в жирные кислоты, происходит из углеводов посредством гликолитического пути. Гликолитический путь также обеспечивает глицерин, с которым три жирные кислоты могут соединяться (посредством сложноэфирных связей ) с образованием триглицеридов (также известных как «триацилглицерины» - чтобы отличить их от жирных «кислот» - или просто «жир»), конечного продукта липогенного процесса. Когда только две жирные кислоты соединяются с глицерином, а третья спиртовая группа фосфорилируется такой группой, как фосфатидилхолин, образуется фосфолипид. Фосфолипиды образуют основную часть липидных бислоев, которые составляют клеточные мембраны и окружают органеллы внутри клеток (например, ядро ​​клетки, митохондрии, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и т.д.)

Содержание

  • 1 Прямые жирные кислоты
    • 1.1 Насыщенные линейные жирные кислоты кислоты
    • 1.2 Превращение углеводов в жирные кислоты
    • 1.3 Животные не могут повторно синтезировать углеводы из жирных кислот
    • 1.4 Ненасыщенные жирные кислоты с прямой цепью
      • 1.4.1 Анаэробная десатурация
      • 1.4.2 Аэробная десатурация
    • 1.5 Жирные кислоты с нечетной цепью
  • 2 Жирные кислоты с разветвленной цепью
    • 2.1 Система синтеза жирных кислот с разветвленной цепью
    • 2.2 Синтаза жирных кислот с разветвленной цепью
    • 2.3 Омега-алициклические жирные кислоты
    • 2.4 Туберкулостеариновая кислота синтез кислоты
  • 3 См. также
  • 4 Сноска
  • 5 Ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Жирные кислоты с прямой цепью

Жирные кислоты с прямой цепью встречаются двух типов: насыщенные и ненатуральный съел.

Насыщенные жирные кислоты с прямой цепью

Синтез насыщенных жирных кислот через синтазу жирных кислот II в E.coli

Во многом аналогично β-окислению, синтез жирных кислот с прямой цепью происходит посредством шести повторяющихся реакций, показанных ниже, до тех пор, пока не будет произведена 16-углеродная пальмитиновая кислота.

Представленные диаграммы показывают, как жирные кислоты синтезируются в микроорганизмах, и перечисляют ферменты, обнаруженные в Escherichia coli. Эти реакции осуществляются синтазой жирных кислот II (FASII), которая обычно содержит несколько ферментов, действующих как один комплекс. FASII присутствует в прокариотах, растениях, грибах и паразитах, а также в митохондриях.

. У животных, а также в некоторых грибах, таких как дрожжи, эти же реакции происходят с синтазой жирных кислот. I (FASI), большой димерный белок, обладающий всеми ферментативными активностями, необходимыми для создания жирной кислоты. FASI менее эффективен, чем FASII; тем не менее, он позволяет образовывать больше молекул, включая жирные кислоты со "средней длиной цепи", посредством обрыва цепи на ранней стадии.

После образования жирной кислоты 16: 0 она может претерпевать ряд модификаций, что приводит к обесцвечиванию и / или удлинению. Элонгация, начиная со стеарата (18: 0), осуществляется в основном в ER несколькими мембраносвязанными ферментами. Ферментативные этапы, участвующие в процессе удлинения, в основном такие же, как и этапы, выполняемые FAS, но четыре основных последовательных этапа удлинения выполняются отдельными белками, которые могут быть физически связаны.

ЭтапФерментРеакцияОписание
(a)Ацетил-КоА: трансацилаза ACP Ацети- CoA ACP transacylase response.svg Активирует ацетил-КоА для реакции с малонил-ACP
(b)Малонил-КоА: АСР-трансацилаза Центр Активирует малонил-КоА для реакции с ацетил-АСР
(c)3-кетоацил-АСР-синтаза 3-ketoacyl-ACP synthetase response.svg Реагирует на АСР-связанную ацильную цепь с удлиненным малонил-АСР
(d)3-кетоацил-ACP редуктаза 3-ketoacyl-ACP reductase response.svg Восстанавливает углерод-3-кетон до гидроксильной группы
(e)3-гидроксиацил-ACP-дегидраза Реакция дегидразы 3-гидроксиацил-АСР.svg Удаляет воду
(f)Эноил-ACP редуктаза Enoyl-ACP reductase response.svg Восстанавливает двойную связь C2-C3.
Сокращения: ACP - Ацильный белок-носитель, CoA - Коэнзим A, NADP - Никотинамидадениндинуклеотидфосфат.

Обратите внимание, что во время жирового синтеза восстанавливающий агент НАДФН, тогда как НАД является окислителем в бета-окислении (расщепление жирных кислот до ацетил-КоА). Это различие иллюстрирует общий принцип, согласно которому НАДФН расходуется во время биосинтетических реакций, тогда как НАДН генерируется в реакциях с выделением энергии. (Таким образом, НАДФН также необходим для синтеза холестерина из ацетил-КоА; в то время как НАДН образуется во время гликолиза.) Источником НАДФН является двоякий. Когда малат окислительно декарбоксилируется «NADP-связанным яблочным ферментом» с образованием пирувата, образуются CO 2 и NADPH. НАДФН также образуется пентозофосфатным путем, который превращает глюкозу в рибозу, которая может использоваться в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот, или может быть катаболизирована в пируват.

Превращение углеводов в жирные кислоты

У человека жирные кислоты образуются из углеводов преимущественно в печени и жировой ткани, а также в молочных железах во время лактации.

Пируват, продуцируемый гликолизом, является важным промежуточным звеном в превращении углеводов в жирные кислоты и холестерин. Это происходит за счет превращения пирувата в ацетил-КоА в митохондриях. Однако этот ацетил-КоА необходимо транспортировать в цитозоль, где происходит синтез жирных кислот и холестерина. Это не может произойти напрямую. Для получения цитозольного ацетил-КоА цитрат (полученный путем конденсации ацетил-КоА с оксалоацетатом) удаляется из цикла лимонной кислоты и переносится через внутреннюю митохондриальную мембрану в цитозоль. Там он расщепляется цитратлиазой АТФ на ацетил-КоА и оксалоацетат. Оксалоацетат можно использовать для глюконеогенеза (в печени) или он может быть возвращен в митохондрии в виде малата. Цитозольный ацетил-КоА карбоксилируется ацетил-СоА-карбоксилазой в малонил-КоА, первую обязательную стадию синтеза жирных кислот.

Животные не могут повторно синтезировать углеводы из жирных кислоты

Основным топливом, запасенным в организме животных, является жир. Жировые запасы молодого взрослого человека составляют в среднем около 15-20 кг, но сильно варьируются в зависимости от возраста, пола и индивидуального характера. Напротив, человеческое тело хранит только около 400 г гликогена, из которых 300 г заблокированы внутри скелетных мышц и недоступны для организма в целом. Примерно 100 г гликогена, хранящегося в печени, истощаются в течение одного дня голодания. После этого глюкоза, которая выделяется в кровь печенью для общего использования тканями организма, должна быть синтезирована из глюкогенных аминокислот и нескольких других глюконеогенных субстратов, которые не включают жирные кислоты.

Жирные кислоты расщепляются до ацетил-КоА посредством бета-окисления внутри митохондрий, тогда как жирные кислоты синтезируются из ацетил-КоА вне митохондрий, в цитозоль. Эти два пути различны не только в том, где они происходят, но также в протекающих реакциях и используемых субстратах. Эти два пути являются взаимно ингибирующими, предотвращая попадание ацетил-КоА, продуцируемого бета-окислением, в путь синтеза через реакцию ацетил-КоА-карбоксилазы. Его также нельзя превратить в пируват, поскольку реакция декарбоксилирования пирувата является необратимой. Вместо этого он конденсируется с оксалоацетатом, чтобы войти в цикл лимонной кислоты. Во время каждого поворота цикла два атома углерода покидают цикл в виде CO 2 в реакциях декарбоксилирования, катализируемых изоцитратдегидрогеназой и альфа-кетоглутаратдегидрогеназой. Таким образом, каждый оборот цикла лимонной кислоты окисляет звено ацетил-КоА, одновременно регенерируя молекулу оксалоацетата, с которой ацетил-КоА первоначально объединился с образованием лимонной кислоты. Реакции декарбоксилирования происходят до того, как в цикле образуется малат. Это единственное вещество, которое может быть удалено из митохондрии, чтобы войти в глюконеогенный путь с образованием глюкозы или гликогена в печени или любой другой ткани. Следовательно, не может быть чистого преобразования жирных кислот в глюкозу.

Только растения обладают ферментами для превращения ацетил-КоА в оксалоацетат, из которого может быть образован малат, который в конечном итоге превратится в глюкозу.

Регламент

Ацетил-КоА образуется в малонил-КоА ацетил-КоА-карбоксилаза, в этот момент малонил-КоА предназначен для включения в путь синтеза жирных кислот. Ацетил-КоА-карбоксилаза является точкой регуляции синтеза насыщенных жирных кислот с прямой цепью, и она подвержена как фосфорилированию, так и аллостерической регуляции. Регуляция фосфорилированием происходит в основном у млекопитающих, тогда как аллостерическая регуляция происходит у большинства организмов. Аллостерический контроль происходит в виде ингибирования по обратной связи пальмитоил-КоА и активации цитратом. Когда имеется высокий уровень пальмитоил-КоА, конечного продукта синтеза насыщенных жирных кислот, он аллостерически инактивирует ацетил-КоА-карбоксилазу, чтобы предотвратить накопление жирных кислот в клетках. Цитрат активирует ацетил-КоА-карбоксилазу при высоких уровнях, потому что высокие уровни указывают на то, что ацетил-КоА достаточно для включения в цикл Кребса и сохранения энергии.

Высокие уровни в плазме инсулин в плазме крови (например, после еды) вызывает дефосфорилирование ацетил-КоА-карбоксилазы, способствуя, таким образом, образованию малонил-КоА из ацетил-КоА и, следовательно, превращению углеводов в жирные кислоты, в то время как адреналин и глюкагон (высвобождаемые в кровь во время голодания и физических упражнений) вызывают фосфорилирование этого фермента, ингибируя липогенез в пользу окисления жирных кислот через бета- окисление.

Ненасыщенные жирные кислоты с прямой цепью

Анаэробная десатурация

Многие бактерии используют анаэробный путь для синтеза ненасыщенных жирных кислот. Этот путь не использует кислород и зависит от ферментов, которые вставляют двойную связь перед удлинением, используя нормальный механизм синтеза жирных кислот. У Escherichia coli этот путь хорошо изучен.

Синтез ненасыщенных жирных кислот посредством анаэробной десатурации
  • FabA представляет собой β-гидроксидеканоил-ACP-дегидразу - он специфичен для промежуточного продукта синтеза насыщенных жирных кислот с 10 атомами углерода (β-гидроксидеканоил-ACP).
  • FabA катализирует дегидратацию β-гидроксидеканоил-ACP, вызывая высвобождение воды и вставку двойной связи между C7 и C8, считая от метильного конца. Это создает промежуточное соединение транс-2-деценоила.
  • Либо промежуточное соединение транс-2-деценоила может быть переведено на нормальный путь синтеза насыщенных жирных кислот с помощью FabB, где двойная связь будет гидролизована, и конечный продукт будет быть насыщенной жирной кислотой, или FabA будет катализировать изомеризацию в цис-3-деценоил промежуточный продукт.
  • FabB представляет собой β-кетоацил-АСР-синтазу, которая удлиняет и направляет промежуточные продукты в основной путь синтеза жирных кислот. Когда FabB реагирует с промежуточным цис-деценоилом, конечный продукт после удлинения будет ненасыщенной жирной кислотой.
  • Две основные получаемые ненасыщенные жирные кислоты - это пальмитолеил-АСР (16: 1ω7) и цис-вакценоил-АСР. (18: 1ω7).

Большинство бактерий, подвергающихся анаэробной десатурации, содержат гомологи FabA и FabB. Клостридии - главное исключение; у них есть новый фермент, который еще предстоит идентифицировать, который катализирует образование двойной цис-связи.

Регуляция

Этот путь подвергается регуляции транскрипции с помощью FadR и FabR. FadR является более изученным белком, которому приписывают бифункциональные характеристики. Он действует как активатор транскрипции fabA и fabB и как репрессор для β-окисления регулона. Напротив, FabR действует как репрессор для транскрипции fabA и fabB.

Аэробная десатурация

Аэробная десатурация является наиболее распространенным путем синтеза ненасыщенных жирных кислот. Он используется у всех эукариот и некоторых прокариот. Этот путь использует десатуразы для синтеза ненасыщенных жирных кислот из полноразмерных субстратов насыщенных жирных кислот. Все десатуразы требуют кислорода и в конечном итоге потребляют НАДН, даже если десатурация является окислительным процессом. Десатуразы специфичны для двойной связи, которую они индуцируют в субстрате. В Bacillus subtilis десатураза, Δ-Des, специфична для индукции цис-двойной связи в положении Δ. Saccharomyces cerevisiae содержит одну десатуразу, Ole1p, которая индуцирует цис- двойная связь при Δ.

У млекопитающих аэробная десатурация катализируется комплексом трех мембраносвязанных ферментов (НАДН-цитохром b 5 редуктаза, цитохром b 5, и десатураза). Эти ферменты позволяют молекулярному кислороду O 2 взаимодействовать с цепью насыщенного жирного ацил-CoA, образуя двойную связь и две молекулы воды H 2 O. Два электрона происходят от НАДН + Н и два - от одинарной связи в цепи жирной кислоты. Однако эти ферменты млекопитающих неспособны создавать двойные связи у атомов углерода за пределами С-9 в цепи жирных кислот.) Следовательно, млекопитающие не могут синтезировать линолеат или линоленат (которые имеют двойную связей в положениях C-12 (= Δ) или C-12 и C-15 (= Δ и Δ), соответственно, а также в положении Δ), ни полиненасыщенный, 20-углеродный арахидоновый кислота, полученная из линолеата. Все они называются незаменимыми жирными кислотами, что означает, что они необходимы организму, но могут поступать только с пищей. (Арахидоновая кислота является предшественником простагландинов, которые выполняют широкий спектр функций в качестве местных гормонов.)

жирных кислот с нечетной цепью

жирных кислот с нечетной цепью (OCFA) те жирные кислоты, которые содержат нечетное число атомов углерода. Наиболее распространенными OCFA являются насыщенные производные C15 и C17, соответственно пентадекановой кислоты и гептадекановой кислоты. синтез четной жирной кислоты синтез осуществляется путем сборки предшественников ацетил-КоА, однако пропионил-КоА вместо ацетил-КоА используется в качестве праймера для биосинтеза длинноцепочечных жирных кислот с нечетным числом атомов углерода.

Регуляция У B. subtilis этот путь регулируется двухкомпонентной системой : DesK и DesR. DesK представляет собой мембранно-ассоциированную киназу, а DesR - регулятор транскрипции гена des. Регуляция реагирует на температуру; при понижении температуры этот ген активируется. Ненасыщенный d жирные кислоты увеличивают текучесть мембраны и стабилизируют ее при более низких температурах. DesK - это сенсорный белок, который при понижении температуры будет аутофосфорилироваться. DesK-P будет передавать свою фосфорильную группу DesR. Два белка DesR-P будут димеризоваться и связываться с промоторами ДНК гена des и рекрутировать РНК-полимеразу для начала транскрипции.

Pseudomonas aeruginosa

В общем, анаэробный и аэробный синтез ненасыщенных жирных кислот не происходит в одном и том же однако система Pseudomonas aeruginosa и Vibrio ABE-1 являются исключениями. В то время как P. aeruginosa подвергается в основном анаэробной десатурации, она также проходит два аэробных пути. В одном из путей используется Δ-десатураза (DesA), которая катализирует образование двойной связи в липидах мембран. Другой путь использует два белка, DesC и DesB, вместе, чтобы действовать как Δ-десатураза, которая вставляет двойную связь в молекулу насыщенных жирных кислот-CoA. Этот второй путь регулируется репрессорным белком DesT. DesT также подавляет экспрессию fabAB при анаэробной десатурации в присутствии экзогенных ненасыщенных жирных кислот. Это функционирует для координации экспрессии двух путей в организме.

Жирные кислоты с разветвленной цепью

Жирные кислоты с разветвленной цепью обычно являются насыщенными и находятся в двух различных семьях: изо- серии и антеизо-серии. Было обнаружено, что Actinomycetales содержат уникальные механизмы синтеза жирных кислот с разветвленной цепью, в том числе те, которые образуют туберкулостериновую кислоту.

Система синтеза жирных кислот с разветвленной цепью

Валиновый праймер Лейциновый праймер Изолейциновый праймер Пути синтеза системы синтеза жирных кислот с разветвленной цепью с использованием различных праймеров

Разветвленный -цепочечная система синтеза жирных кислот использует α-кетокислоты в качестве праймеров. Эта система отличается от синтетазы жирных кислот с разветвленной цепью, которая использует эфиры ацил-КоА с короткой цепью в качестве праймеров. Праймеры α-кетокислот получают в результате трансаминирования и декарбоксилирования валина, лейцина и изолейцина в образуют 2-метилпропанил-КоА, 3-метилбутирил-КоА и 2-метилбутирил-КоА соответственно. Праймеры 2-метилпропанил-КоА, полученные из валина, имеют удлиненную форму для образования жирных кислот изо-ряда с четным номером, таких как 14-метилпентадекановая (изопальмитиновая) кислота, а праймеры 3-метилбутирил-КоА из лейцина могут использоваться для образования нечетных жирных кислот. жирные кислоты изо-ряда, такие как 13-метилтетрадекановая кислота. Праймеры 2-метилбутирил-КоА из изолейцина имеют удлиненную форму с образованием жирных кислот антеизо-ряда, содержащих нечетное число атомов углерода, таких как 12-метилтетрадекановая кислота. Декарбоксилирование предшественников праймеров происходит посредством фермента декарбоксилазы α-кетокислоты с разветвленной цепью (BCKA). Удлинение жирной кислоты происходит по тому же пути биосинтеза в Escherichia coli, который используется для производства жирных кислот с прямой цепью, где малонил-КоА используется в качестве удлинителя цепи. Основными конечными продуктами являются жирные кислоты с разветвленной цепью из 12-17 атомов углерода, и их состав обычно является однородным и характерным для многих видов бактерий.

Декарбоксилаза BCKA и относительная активность субстратов α-кетокислот

Фермент декарбоксилазы BCKA является состоит из двух субъединиц в тетрамерной структуре (A 2B2) и необходим для синтеза жирных кислот с разветвленной цепью. Он отвечает за декарбоксилирование α-кетокислот, образованных переаминированием валина, лейцина и изолейцина, и производит праймеры, используемые для синтеза жирных кислот с разветвленной цепью. Активность этого фермента намного выше с субстратами α-кетокислот с разветвленной цепью, чем с субстратами с прямой цепью, а у видов Bacillus его специфичность наиболее высока для производных изолейцина α-кето-β-метилвалериновых кислот. кислоты, за которой следуют α-кетоизокапроат и α-кетоизовалерат. Высокое сродство фермента к α-кетокислотам с разветвленной цепью позволяет ему функционировать в качестве донорной системы праймера для синтетазы жирных кислот с разветвленной цепью.

СубстратАктивность BCKAпродуцируемый CO2 ( нмоль / мин мг)Km (мкМ)Vmax (нмоль / мин мг)
L-α-кето-β-метилвалерат100%19,7<117,8
α-кетоизовалерат63%12,4<113,3
α-кетоизокапроат38%7,4<15,6
Пируват25%4,951,115,2

Факторы, влияющие на длину цепи и распределение структуры

праймеры α-кетокислоты используются для получения жирных кислот с разветвленной цепью, которые, как правило, имеют длину от 12 до 17 атомов углерода. Пропорции этих жирных кислот с разветвленной цепью имеют тенденцию быть однородными и согласованными среди конкретных видов бактерий, но могут быть изменены из-за изменений в концентрации малонил-КоА, температуры или присутствующих факторов термостабильности (HSF). Все эти факторы могут влиять на длину цепи, и было продемонстрировано, что HSF изменяют специфичность декарбоксилазы BCKA к определенному субстрату α-кетокислот, таким образом изменяя соотношение продуцируемых жирных кислот с разветвленной цепью. Было показано, что увеличение концентрации малонил-КоА приводит к увеличению продуцирования жирных кислот C17 до тех пор, пока не будет достигнута оптимальная концентрация (≈20 мкм) малонил-КоА. Понижение температуры также имеет тенденцию немного сдвигать распределение жирных кислот в сторону жирных кислот C17 у видов Bacillus.

Синтаза жирных кислот с разветвленной цепью

Эта система функционирует аналогично жирной кислоте с разветвленной цепью синтезирующая система, однако она использует карбоновые кислоты с короткой цепью в качестве праймеров вместо альфа-кетокислот. Как правило, этот метод используется бактериями, которые не способны выполнять систему жирных кислот с разветвленной цепью с использованием альфа-кето праймеров. Типичные короткоцепочечные праймеры включают изовалерат, изобутират и 2-метилбутират. Как правило, кислоты, необходимые для этих грунтовок, поступают из окружающей среды; это часто наблюдается у бактерий рубца.

Общая реакция:

Изобутирил-КоА + 6 малонил-КоА + 12 НАДФН + 12Н → Изопальмитиновая кислота + 6 СО 2 12 НАДФ + 5 H 2 O + 7 CoA

Разница между (линейной) синтазой жирных кислот и синтазой жирных кислот с разветвленной цепью заключается в субстратной специфичности фермента, который катализирует реакцию ацил-CoA на ацил-АСР.

Омега-алициклические жирные кислоты

11-cyclohexyludencanioc acid.png

Омега-алициклические жирные кислоты обычно содержат омега-концевую пропильную или бутирильную циклическую группу и являются одними из основных мембранных жирных кислот, обнаруженных у нескольких видов бактерий. Синтетаза жирных кислот, используемая для производства омега-алициклических жирных кислот, также используется для получения мембранных жирных кислот с разветвленной цепью. У бактерий с мембранами, состоящими в основном из омега-алициклических жирных кислот, количество сложных эфиров циклических карбоновых кислот и CoA намного больше, чем у праймеров с разветвленной цепью. Синтез циклических праймеров не совсем понятен, но было высказано предположение, что механизм включает преобразование сахаров в шикимовую кислоту, которая затем превращается в эфиры циклогексилкарбоновой кислоты-CoA, которые служат праймерами для омега-алициклической жирной кислоты. синтез

Синтез туберкулостеариновой кислоты

Механизм синтеза туберкулостеариновой кислоты

туберкулостеариновая кислота (D-10-метилстеариновая кислота) представляет собой насыщенную жирную кислоту, которая, как известно, вырабатывается Mycobacterium виды и два вида Streptomyces. Он образуется из предшественника олеиновой кислоты (мононенасыщенной жирной кислоты). После этерификации олеиновой кислоты до фосфолипида S-аденозил-метионин отдает метильную группу двойной связи олеиновой кислоты. Эта реакция метилирования дает промежуточное соединение 10-метилен-октадеканоал. Последовательное восстановление остатка с НАДФН в качестве кофактора приводит к 10-метилстеариновой кислоте

См. Также

Сноска

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-20 11:49:05
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте