Den fettsyresyntesen er den prosess ved hvilken de grunnleggende bestanddeler av de viktigste fettstoffer i celler (fettsyrer) er produsert, som deltar i mange meget viktige cellefunksjoner.
Fettsyrer er alifatiske molekyler, det vil si at de hovedsakelig er sammensatt av karbon og hydrogenatomer bundet til hverandre på en mer eller mindre lineær måte. De har en metylgruppe i den ene enden og en sur karboksylgruppe i den andre, som de kalles "fettsyrer."
Sammendrag av fettsyresyntese (Kilde: Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
Lipider er molekyler som brukes av forskjellige cellulære biosyntetiske systemer for dannelse av andre mer komplekse molekyler som:
- membranfosfolipider
- triglyserider for energilagring og
- forankringene til noen spesielle molekyler som finnes på overflaten til mange typer celler (eukaryotisk og prokaryotisk)
Disse forbindelsene kan eksistere som lineære molekyler (med alle karbonatomer mettet med hydrogenmolekyler), men de med en rett kjede og noen metninger kan også observeres, det vil si med dobbeltbindinger mellom karbonatomene deres.
Mettede fettsyrer kan også finnes med forgrenede kjeder, hvis struktur er litt mer sammensatt.
De molekylære egenskapene til fettsyrer er avgjørende for deres funksjon, siden mange av de fysisk-kjemiske egenskapene til molekylene som dannes av dem avhenger av dem, spesielt deres smeltepunkt, deres emballasjegrad og deres evne til å danne dobbeltlag.
Dermed er syntesen av fettsyrer en meget regulert sak, ettersom den er en serie sekvensielle hendelser som er kritiske for cellen fra mange synsvinkler.
Hvor forekommer fettsyresyntese?
I de fleste levende organismer skjer syntesen av fettsyrer i det cytosoliske avdelingen, mens deres nedbrytning hovedsakelig skjer mellom cytosol og mitokondriene.
Prosessen avhenger av energien i ATP-bindinger, på den reduserende kraften til NADPH (vanligvis avledet fra pentosefosfatveien), på biotin-kofaktoren, på bikarbonationer (HCO3-) og på manganioner.
Hos pattedyr er hovedorganene for syntese av fettsyrer leveren, nyrene, hjernen, lungene, brystkjertlene og fettvevet.
Det umiddelbare underlaget for de novo-syntesen av fettsyrer er acetyl-CoA og sluttproduktet er et molekyl av palmitat.
Acetyl-CoA stammer direkte fra behandlingen av glykolytiske mellomprodukter, og det er grunnen til at et kosthold med mye karbohydrater fremmer syntesen av lipider (lipogenese) ergo, også av fettsyrer.
Enzymer involvert
Acetyl-CoA er den to-karbon syntese-blokken som brukes for dannelse av fettsyrer, siden flere av disse molekylene er koblet sammenhengende til et malonyl-CoA-molekyl, dannet ved karboksylering av et acetyl-CoA.
Det første enzymet i ruten, og det viktigste fra reguleringens synspunkt, er det som har ansvaret for karboksyleringen av acetyl-CoA, kjent som acetyl-CoA-karboksylase (ACC), som er et kompleks En enzymatisk forbindelse som består av 4 proteiner og bruker biotin som en kofaktor.
Til tross for strukturelle forskjeller mellom de forskjellige artene, er fettsyresyntase-enzymet imidlertid ansvarlig for de viktigste biosyntetiske reaksjonene.
Dette enzymet er i virkeligheten et enzymkompleks sammensatt av monomerer som har de 7 forskjellige enzymatiske aktivitetene, som er nødvendige for forlengelsen av fettsyren ved "fødsel".
De syv aktivitetene til dette enzymet kan oppføres som følger:
- ACP : bærerprotein av acylgruppe
- Acetyl-CoA-ACP transacetylase (AT)
- ß-ketoacyl-ACP-syntase (KS)
- Malonyl-CoA-ACP transferase (MT)
- ß-ketoacyl-ACP reduktase (KR)
- ß-hydroksyacyl-ACP dehydratase (HD)
- Enoyl-ACP-reduktase (ER)
I noen organismer som bakterier, for eksempel, består fettsyresyntasekomplekset av uavhengige proteiner som assosieres med hverandre, men er kodet av forskjellige gener (type II fettsyresyntasesystem).
Gjærfettsyresyntaseenzym (Kilde: Xiong, Y., Lomakin, IB, Steitz, TA / Public domain, via Wikimedia Commons)
Imidlertid inneholder multienzymet i mange eukaryoter og noen bakterier flere katalytiske aktiviteter som er separert i forskjellige funksjonelle domener, i ett eller flere polypeptider, men som kan kodes av samme gen (type I fettsyresyntasesystem).
Stadier og reaksjoner
De fleste av studiene som er utført angående syntese av fettsyrer involverer funnene som ble gjort i bakteriemodellen, men syntesemekanismene til eukaryote organismer har imidlertid også blitt studert i noen dybder.
Det er viktig å nevne at type II-fettsyresyntasesystem er karakterisert ved at alle fete acyl-mellomprodukter er kovalent bundet til et lite surt protein kjent som acyl-transportørproteinet (ACP), som transporterer dem fra et enzym til det neste.
I eukaryoter er tvert imot ACP-aktivitet en del av det samme molekylet, idet det forstås at samme enzym har et spesielt sted for binding av mellomprodukter og deres transport gjennom de forskjellige katalytiske domener.
Forbindelsen mellom proteinet eller ACP-delen og de fete acylgruppene skjer gjennom tioesterbindinger mellom disse molekylene og den protetiske gruppen 4'-fosfopantetin (pantotensyre) i ACP, som er smeltet sammen med karboksylgruppen til fettacylen.
- Opprinnelig er enzymet acetyl-CoA-karboksylase (ACC) ansvarlig for å katalysere det første trinnet med "forpliktelse" i syntesen av fettsyrer som, som nevnt, involverer karboksylering av et acetyl-CoA-molekyl for å danne mellomproduktet til 3 karbonatomer kjent som malonyl-CoA.
Fettsyresyntasekomplekset mottar acetyl- og malonylgruppene, som må "fylle" ut "tiol" -sidene til det korrekt.
Dette skjer innledningsvis ved overføring av acetyl-CoA til SH-gruppen av cystein i enzymet ß-ketoacyl-ACP-syntase, en reaksjon katalysert av acetyl-CoA-ACP transacetylase.
Malonylgruppen overføres fra malonyl-CoA til SH-gruppen av ACP-proteinet, en hendelse som er formidlet av malonyl-CoA-ACP-transferaseenzym, og danner malonyl-ACP.
- Trinnet med å starte forlengelsen av fettsyren ved fødselen består av kondensasjon av malonyl-ACP med et acetyl-CoA-molekyl, en reaksjon regissert av et enzym med ß-ketoacyl-ACP-syntaseaktivitet. I denne reaksjonen dannes deretter acetoacetyl-ACP og frigjøres et CO2-molekyl.
- Forlengelsesreaksjoner forekommer i sykluser der 2 karbonatomer tilsettes om gangen, der hver syklus består av en kondensasjon, en reduksjon, en dehydrering og en andre reduksjonshendelse:
- Kondensasjon: acetyl- og malonylgrupper kondenseres til dannelse av acetoacetyl-ACP
- Reduksjon av karbonylgruppen: karbonylgruppen av karbon 3 av acetoacetyl-ACP reduseres, og danner D-β-hydroksy-butryryl-ACP, en reaksjon katalysert av β-ketoacyl-ACP-reduktase, som bruker NADPH som en elektronisk donor.
- Dehydrering: hydrogenene mellom karbonatomer 2 og 3 i det forrige molekylet fjernes, og danner en dobbeltbinding som ender med produksjonen av trans-2-butenoyl-ACP. Reaksjonen katalyseres av p-hydroksyacyl-ACP dehydratase.
- Reduksjon av dobbeltbinding: trans-del2-butenoyl-ACP dobbeltbinding reduseres til dannelse av butyryl-ACP ved virkning av enoyl-ACP-reduktase, som også bruker NADPH som reduksjonsmiddel.
For å fortsette forlengelsen, må et nytt malonylmolekyl binde seg igjen til ACP-delen av fettsyresyntasekomplekset og begynner med kondensasjonen av dette med butyrylgruppen dannet i den første syntesesyklus.
Struktur av palmitate (Kilde: Edgar181 / Public domain, via Wikimedia Commons)
Ved hvert forlengingstrinn brukes et nytt malonyl-CoA-molekyl for å vokse kjeden på 2 karbonatomer, og disse reaksjonene blir gjentatt inntil riktig lengde (16 karbonatomer) er oppnådd, hvoretter et tioesteraseenzym frigjør den komplette fettsyren ved hydrering.
Palmitate kan videreforedles av forskjellige typer enzymer som endrer dets kjemiske egenskaper, det vil si at de kan innføre umettinger, forlenge lengden osv.
Regulering
Som mange biosyntetiske veier eller nedbrytningsveier, er fettsyresyntese regulert av forskjellige faktorer:
- Avhenger av tilstedeværelsen av bikarbonationer (HCO3-), vitamin B (biotin) og acetyl-CoA (under det første trinnet av banen, som involverer karboksylering av et acetyl-CoA-molekyl ved hjelp av et karboksylert mellomprodukt av biotin for å danne malonyl-CoA).
- Det er en bane som oppstår som respons på cellulære energikarakteristika, for når det er tilstrekkelig med "metabolsk brensel", blir overskuddet omdannet til fettsyrer som lagres for påfølgende oksidasjon i tider med energidepartement.
Når det gjelder reguleringen av enzymet acetyl-CoA-karboksylase, som representerer det begrensende trinnet i hele banen, blir det hemmet av palmitoyl-CoA, det viktigste synteseproduktet.
Den allosteriske aktivatoren derimot er sitrat, som leder metabolismen fra oksidasjon til syntese for lagring.
Når mitokondriell acetyl-CoA- og ATP-konsentrasjon øker, transporteres citrat inn i cytosol, hvor det både er en forløper for cytosolisk acetyl-CoA-syntese og et allosterisk aktiveringssignal for acetyl-CoA-karboksylase.
Dette enzymet kan også reguleres ved fosforylering, en hendelse utløst av den hormonelle virkningen av glukagon og epinefrin.
referanser
- McGenity, T., Van Der Meer, JR, & de Lorenzo, V. (2010). Håndbok for hydrokarbon og lipidmikrobiologi (s. 4716). KN Timmis (red.). Berlin: Springer.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Harpers illustrerte biokjemi. McGraw-Hill.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-prinsippene for biokjemi (s. 71-85). New York: WH Freeman.
- Numa, S. (1984). Metabolisme av fettsyrer og dens regulering. Elsevier.
- Rawn, JD (1989). Biokjemi-internasjonal utgave. North Carolina: Neil Patterson forlag, 5.