20.1.1. Wyższe kwasy tłuszczowe mogą być syntetyzowane w organizmie z metabolitów metabolizmu węglowodanów. Związek wyjściowy dla tej biosyntezy to acetylo-CoA, powstający w mitochondriach z pirogronianu - produktu rozpadu glikolitycznego glukozy. Miejscem syntezy kwasów tłuszczowych jest cytoplazma komórek, w której znajduje się kompleks multienzymatyczny syntetaza wyższych kwasów tłuszczowych. Kompleks ten składa się z sześciu enzymów związanych z białko przenoszące acyl, który zawiera dwie wolne grupy SH (APB-SH). Synteza zachodzi na drodze polimeryzacji fragmentów dwuwęglowych, jej końcowym produktem jest kwas palmitynowy – nasycony kwas tłuszczowy zawierający 16 atomów węgla. Obowiązkowe składniki biorące udział w syntezie to NADPH (koenzym powstający w reakcjach szlaku pentozofosforanowego utleniania węglowodanów) oraz ATP.

20.1.2. Acetyl-CoA wchodzi do cytoplazmy z mitochondriów poprzez mechanizm cytrynianowy (ryc. 20.1). W mitochondriach acetylo-CoA oddziałuje ze szczawiooctanem (enzym - syntaza cytrynianowa), powstały cytrynian jest transportowany przez błonę mitochondrialną za pomocą specjalnego systemu transportowego. W cytoplazmie cytrynian reaguje z HS-CoA i ATP, ponownie rozkładając się na acetylo-CoA i szczawiooctan (enzym - liaza cytrynianowa).

Rysunek 20.1. Przeniesienie grup acetylowych z mitochondriów do cytoplazmy.

20.1.3. Początkową reakcją syntezy kwasów tłuszczowych jest karboksylacja acetylo-CoA z wytworzeniem malonylo-CoA (rysunek 20.2). Enzym karboksylazy acetylo-CoA jest aktywowany przez cytrynian i hamowany przez pochodne CoA wyższych kwasów tłuszczowych.

Rysunek 20.2. Reakcja karboksylacji acetylo-CoA.

Acetylo-CoA i malonylo-CoA następnie oddziałują z grupami SH białka przenoszącego acyl (Figura 20.3).

Rysunek 20.3. Oddziaływanie acetylo-CoA i malonylo-CoA z białkiem przenoszącym acyl.

Rysunek 20.4. Reakcje jednego cyklu biosyntezy kwasów tłuszczowych.

Produkt reakcji oddziałuje z nową cząsteczką malonylo-CoA i cykl powtarza się wiele razy, aż do powstania reszty kwasu palmitynowego.

20.1.4. Pamiętaj o głównych cechach biosyntezy kwasów tłuszczowych w porównaniu z β-oksydacją:

• synteza kwasów tłuszczowych odbywa się głównie w cytoplazmie komórki, a utlenianie - w mitochondriach;
• udział w procesie wiązania CO2 z acetylo-CoA;
• białko przenoszące acyl bierze udział w syntezie kwasów tłuszczowych, a koenzym A bierze udział w utlenianiu;
• do biosyntezy kwasów tłuszczowych niezbędne są koenzymy redoks NADPH, a do β-oksydacji NAD+ i FAD.

Powstawanie acetylo-CoA i jego transport do cytozolu

Synteza kwasów tłuszczowych następuje w okresie wchłaniania. Aktywna glikoliza, a następnie dekarboksylacja oksydacyjna pirogronianu przyczyniają się do wzrostu stężenia acetylo-CoA w macierzy mitochondrialnej. Ponieważ synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytozolu komórek, acetylo-CoA musi być transportowany przez wewnętrzną błonę mitochondrialną do cytozolu. Jednak wewnętrzna błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla acetylo-CoA, dlatego w macierzy mitochondrialnej acetylo-CoA kondensuje ze szczawiooctanem tworząc cytrynian z udziałem syntazy cytrynianowej:

Acetylo-CoA + Szczawiooctan -> Cytrynian + HS-CoA.

Translokaza następnie transportuje cytrynian do cytoplazmy (ryc. 8-35).

Przeniesienie cytrynianu do cytoplazmy następuje dopiero przy wzroście ilości cytrynianu w mitochondriach, gdy dehydrogenaza izocytrynianowa i dehydrogenaza α-ketoglutaranu są hamowane przez wysokie stężenia NADH i ATP. Taka sytuacja powstaje w okresie absorpcji, kiedy komórka wątroby otrzymuje wystarczającą ilość źródeł energii. W cytoplazmie cytrynian jest rozszczepiany przez enzym liazę cytrynianową:

Cytrynian + HSKoA + ATP → Acetyl-CoA + ADP + Pi + Szczawiooctan.

Acetylo-CoA w cytoplazmie służy jako wyjściowy substrat do syntezy kwasów tłuszczowych, a szczawiooctan w cytozolu ulega następującym przekształceniom (patrz poniższy schemat).

Pirogronian jest transportowany z powrotem do macierzy mitochondrialnej. Zredukowany w wyniku działania enzymu maleinowego NADPH jest wykorzystywany jako donor wodoru do kolejnych reakcji w syntezie kwasów tłuszczowych. Innym źródłem NADPH są etapy utleniania szlaku pentozofosforanowego katabolizmu glukozy.

Tworzenie malonylo-CoA z acetylo-CoA – reakcja regulacyjna w biosyntezie kwasów tłuszczowych.

Pierwszą reakcją w syntezie kwasów tłuszczowych jest konwersja acetylo-CoA do malonylo-CoA. Enzym katalizujący tę reakcję (karboksylaza acetylo-CoA) należy do klasy ligaz. Zawiera biotynę związaną kowalencyjnie (ryc. 8-36). W pierwszym etapie reakcji CO2 wiąże się kowalencyjnie z biotyną dzięki energii ATP, w drugim etapie COO jest przenoszony do acetylo-CoA z wytworzeniem malonylo-CoA. Aktywność enzymu karboksylazy acetylo-CoA determinuje szybkość wszystkich kolejnych reakcji syntezy kwasów tłuszczowych.

Reakcje katalizowane przez syntazę kwasów tłuszczowych- kompleks enzymatyczny katalizujący reakcje syntezy kwasu palmitynowego opisano poniżej.

Po utworzeniu malonylo-CoA synteza kwasów tłuszczowych przebiega dalej na kompleksie wieloenzymatycznym - syntazie kwasów tłuszczowych (syntetaza palmitoilowa). Enzym ten składa się z 2 identycznych protomerów, z których każdy ma strukturę domeny i odpowiednio 7 centrów o różnych aktywnościach katalitycznych (ryc. 8-37). Kompleks ten sukcesywnie wydłuża rodnik kwasu tłuszczowego o 2 atomy węgla, którego donorem jest malonylo-CoA. Produktem końcowym tego kompleksu jest kwas palmitynowy, stąd dawna nazwa tego enzymu to syntetaza palmitoilowa.

Pierwszą reakcją jest przeniesienie grupy acetylowej acetylo-CoA do grupy tiolowej cysteiny przez centrum acetylotransacylazy (ryc. 8-38). Reszta malonylowa jest następnie przenoszona z malonylo-CoA do grupy sulfhydrylowej białka przenoszącego acyl przez centrum malonylotransacylazy. Następnie kompleks jest gotowy do pierwszego cyklu syntezy.

Grupa acetylowa kondensuje z resztą malonylu w miejscu oddzielonego CO2. Reakcja jest katalizowana przez centrum syntazy ketoacylowej. Powstały rodnik acetoacetylowy

Schemat

Ryż. 8-35. Przeniesienie reszt acetylowych z mitochondriów do cytozolu. Aktywne enzymy: 1 – syntaza cytrynianowa; 2 - translokaza; 3 - liaza cytrynianowa; 4 - dehydrogenaza jabłczanowa; 5 - enzym malik.

Ryż. 8-36. Rola biotyny w reakcji karboksylacji acetylo-CoA.

Ryż. 8-37. Struktura kompleksu multienzymatycznego to synteza kwasów tłuszczowych. Kompleks jest dimerem dwóch identycznych łańcuchów polipeptydowych, z których każdy ma 7 miejsc aktywnych i białko przenoszące acyl (ACP). Grupy SH protomerów należą do różnych rodników. Jedna grupa SH należy do cysteiny, druga należy do reszty kwasu fosfopanteinowego. Grupa SH cysteiny jednego monomeru znajduje się obok grupy SH 4-fosfopanteteinianu innego protomera. W ten sposób protomery enzymu są ułożone głowa do ogona. Chociaż każdy monomer zawiera wszystkie miejsca katalityczne, kompleks 2 protomerów jest funkcjonalnie aktywny. Dlatego 2 kwasy tłuszczowe są faktycznie syntetyzowane jednocześnie. Dla uproszczenia schematy zwykle przedstawiają sekwencję reakcji w syntezie jednej cząsteczki kwasu.

jest sukcesywnie redukowany przez reduktazę ketoacylową, następnie odwadniany i ponownie redukowany przez reduktazę enoilową, aktywne centra kompleksu. W wyniku pierwszego cyklu reakcji powstaje rodnik butyrylowy związany z podjednostką syntazy kwasów tłuszczowych.

Przed drugim cyklem rodnik butyrylowy jest przenoszony z pozycji 2 do pozycji 1 (gdzie acetyl znajdował się na początku pierwszego cyklu reakcji). Następnie reszta butyrylowa ulega tym samym przekształceniom i jest rozszerzona o 2 atomy węgla, pochodzące z malonylo-CoA.

Podobne cykle reakcji powtarza się, aż powstanie rodnik kwasu palmitynowego, który pod wpływem centrum tioesterazy hydrolitycznie oddziela się od kompleksu enzymatycznego, zamieniając się w wolny kwas palmitynowy (palmitynian, ryc. 8-38, 8-39).

Ogólne równanie syntezy kwasu palmitynowego z acetylo-CoA i malonylo-CoA jest następujące:

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 + .

Główne źródła wodoru do syntezy kwasów tłuszczowych

W każdym cyklu biosyntezy kwasu palmitynowego zachodzą 2 reakcje redukcji,

Ryż. 8-38. Synteza kwasu palmitynowego. Syntaza kwasów tłuszczowych: w pierwszym protomerze grupa SH należy do cysteiny, w drugim do fosfopanteteiny. Po zakończeniu pierwszego cyklu rodnik butyrylowy jest przenoszony do grupy SH pierwszego protomeru. Następnie ta sama sekwencja reakcji jest powtarzana jak w pierwszym cyklu. Palmitoil-E jest resztą kwasu palmitynowego związaną z syntazą kwasów tłuszczowych. W zsyntetyzowanym kwasie tłuszczowym tylko 2 węgle dystalne, oznaczone *, pochodzą z acetylo-CoA, reszta z malonylo-CoA.

Ryż. 8-39. Ogólny schemat reakcji syntezy kwasu palmitynowego.

w którym koenzym NADPH służy jako donor wodoru. Odzyskiwanie NADP+ następuje w reakcjach:

odwodornienie na etapach utleniania szlaku pentozofosforanowego katabolizmu glukozy;

odwodornienie jabłczanu enzymem jabłkowym;

odwodornienie izocytrynianu przez cytozolową dehydrogenazę zależną od NADP.

2. Regulacja syntezy kwasów tłuszczowych

Enzymem regulatorowym syntezy kwasów tłuszczowych jest karboksylaza acetylo-CoA. Enzym ten jest regulowany na kilka sposobów.

Asocjacja/dysocjacja kompleksów podjednostek enzymatycznych. W swojej nieaktywnej formie karboksylaza acetylo-CoA jest oddzielnym kompleksem, z którego każdy składa się z 4 podjednostek. Aktywator enzymatyczny – cytrynian; stymuluje asocjację kompleksów, w wyniku czego wzrasta aktywność enzymu. Inhibitor - palmitoilo-CoA; powoduje dysocjację kompleksu i zmniejszenie aktywności enzymu (ryc. 8-40).

Fosforylacja/defosforylacja karboksylazy acetylo-CoA. W stanie poabsorpcyjnym lub podczas pracy fizycznej glukagon lub adrenalina poprzez układ cyklazy adenylanowej aktywuje kinazę białkową A i stymuluje fosforylację podjednostek karboksylazy acetylo-CoA. Fosforylowany enzym jest nieaktywny i zatrzymuje się synteza kwasów tłuszczowych. W okresie wchłaniania insulina aktywuje fosfatazę, a karboksylaza acetylo-CoA ulega defosforylacji (ryc. 8-41). Następnie pod działaniem cytrynianu dochodzi do polimeryzacji protomerów enzymu, które stają się aktywne. Oprócz aktywacji enzymu cytrynian pełni inną funkcję w syntezie kwasów tłuszczowych. W okresie wchłaniania cytrynian gromadzi się w mitochondriach komórek wątroby, w których reszta acetylowa jest transportowana do cytozolu.

Indukcja syntezy enzymów. Długotrwałe spożywanie pokarmów bogatych w węglowodany i ubogich w tłuszcze prowadzi do wzrostu wydzielania insuliny, co stymuluje indukcję syntezy enzymów: karboksylazy acetylo-CoA, syntazy kwasów tłuszczowych, liazy cytrynianowej,

Ryż. 8-40. Asocjacja/dysocjacja kompleksów karboksylazy acetylo-CoA.

Ryż. 8-41. Regulacja karboksylazy acetylo-CoA.

Ryż. 8-42. Wydłużenie kwasu palmitynowego w ER. Rodnik kwasu palmitynowego jest wydłużony o 2 atomy węgla, którego donorem jest malonylo-CoA.

dehydrogenaza izocytrynianowa. Dlatego nadmierne spożycie węglowodanów prowadzi do przyspieszenia przemiany produktów katabolizmu glukozy w tłuszcze. Głód lub żywność bogata w tłuszcze prowadzi do zmniejszenia syntezy enzymów i odpowiednio tłuszczów.

3. Synteza kwasów tłuszczowych z kwasu palmitynowego

Wydłużenie kwasów tłuszczowych. W ER kwas palmitynowy jest wydłużany przy udziale malonylo-CoA. Kolejność reakcji jest podobna do tej, która zachodzi podczas syntezy kwasu palmitynowego, jednak w tym przypadku kwasy tłuszczowe są związane nie z syntazą kwasów tłuszczowych, ale z CoA. Enzymy zaangażowane w wydłużanie mogą wykorzystywać jako substraty nie tylko palmitynowy, ale także inne kwasy tłuszczowe (ryc. 8-42), dlatego w organizmie można syntetyzować nie tylko kwas stearynowy, ale także kwasy tłuszczowe o dużej liczbie atomów węgla.

Głównym produktem elongacji w wątrobie jest kwas stearynowy (C 18:0), jednak w tkance mózgowej powstają duże ilości kwasów tłuszczowych o dłuższym łańcuchu – od C 20 do C 24, które są niezbędne do tworzenia sfingolipidy i glikolipidy.

W tkance nerwowej zachodzi również synteza innych kwasów tłuszczowych, α-hydroksykwasów. Oksydazy o mieszanej funkcji hydroksylują kwasy C22 i C24, tworząc kwasy lignocerowy i cerebronowy, występujące tylko w lipidach mózgu.

Tworzenie wiązań podwójnych w rodnikach kwasów tłuszczowych. Inkorporacja wiązań podwójnych do rodników kwasów tłuszczowych nazywana jest desaturacją. Główne kwasy tłuszczowe powstające w organizmie człowieka w wyniku desaturacji (ryc. 8-43) to palmitooleinowy (C16:1Δ9) i oleinowy (C18:1Δ9).

Tworzenie wiązań podwójnych w rodnikach kwasów tłuszczowych zachodzi w ER w reakcjach z udziałem tlenu cząsteczkowego, NADH i cytochromu b5. Enzymy desaturazy kwasów tłuszczowych obecne w organizmie człowieka nie mogą tworzyć wiązań podwójnych w rodnikach kwasów tłuszczowych dystalnie do dziewiątego atomu węgla, tj. między dziewiątym a

Ryż. 8-43. Powstawanie nienasyconych kwasów tłuszczowych.

atomy węgla metylu. Dlatego kwasy tłuszczowe z rodziny ω-3 i ω-6 nie są syntetyzowane w organizmie, są niezbędne i muszą być dostarczane z pożywieniem, gdyż pełnią ważne funkcje regulacyjne.

Tworzenie podwójnego wiązania w rodniku kwasu tłuszczowego wymaga tlenu cząsteczkowego, NADH, cytochromu b5 i zależnej od FAD reduktazy cytochromu b5. Atomy wodoru odszczepione z nasyconego kwasu są uwalniane w postaci wody. Jeden atom tlenu cząsteczkowego zawarty jest w cząsteczce wody, a drugi jest również redukowany do wody przy udziale elektronów NADH, które są przenoszone przez FADH 2 i cytochrom b 5 .

Eikozanoidy to substancje biologicznie czynne syntetyzowane przez większość komórek z polienowych kwasów tłuszczowych zawierających 20 atomów węgla (słowo „eikosa” po grecku oznacza 20).

Acetylo-CoA jest substratem do syntezy VFA, jednak podczas syntezy kwasów tłuszczowych (FA) w każdym cyklu elongacyjnym wykorzystywany jest nie sam acetylo-CoA, ale jego pochodna, malonylo-CoA.

Reakcja ta jest katalizowana przez enzym karboksylazę acetylo-CoA, kluczowy enzym w wieloenzymatycznym układzie syntezy FA. Aktywność enzymatyczną reguluje rodzaj negatywnego sprzężenia zwrotnego. Inhibitor jest produktem syntezy: acylo-CoA o długim łańcuchu (n=16) - palmitoilo-CoA. Aktywatorem jest cytrynian. Niebiałkowa część tego enzymu zawiera witaminę H (biotyna).

Następnie, podczas syntezy kwasów tłuszczowych, cząsteczka acylo-CoA jest stopniowo wydłużana o 2 atomy węgla na każdym etapie dzięki malonylo-CoA, który traci CO 2 w tym procesie wydłużania.

Po utworzeniu malonylo-CoA główne reakcje syntezy kwasów tłuszczowych katalizowane są przez jeden enzym - syntetazę kwasów tłuszczowych (utrwaloną na błonach retikulum endoplazmatycznego). Syntetaza kwasów tłuszczowych zawiera 7 miejsc aktywnych i białko przenoszące acyl (ACP). Miejsce wiązania malonylo-CoA zawiera składnik niebiałkowy, witaminę B 3 (kwas pantotenowy). Sekwencję jednego cyklu reakcji syntezy HFA przedstawiono na ryc. 45.

Rys.45. Reakcje syntezy wyższych kwasów tłuszczowych

Po zakończeniu cyklu acylo-APB wchodzi w kolejny cykl syntezy. Nowa cząsteczka malonylo-CoA jest przyłączona do wolnej grupy SH białka przenoszącego acyl. Następnie odszczepia się resztę acylową, przenosi się na resztę malonylową (z jednoczesną dekarboksylacją) i cykl reakcji powtarza się.

W ten sposób łańcuch węglowodorowy przyszłego kwasu tłuszczowego stopniowo rośnie (o dwa atomy węgla na każdy cykl). Dzieje się tak, dopóki nie wydłuży się do 16 atomów węgla (w przypadku syntezy kwasu palmitynowego) lub więcej (synteza innych kwasów tłuszczowych). Następnie następuje tioliza i powstaje aktywna forma kwasu tłuszczowego, acylo-CoA, w postaci gotowej.

Dla normalnego przebiegu syntezy wyższych kwasów tłuszczowych konieczne są następujące warunki:

1) Spożycie węglowodanów, podczas których utlenianie powstają niezbędne substraty i NADPH 2.

2) Wysoki ładunek energetyczny komórki - wysoka zawartość ATP, która zapewnia uwalnianie cytrynianu z mitochondriów do cytoplazmy.

Charakterystyka porównawcza b-oksydacji i syntezy wyższych kwasów tłuszczowych:

1 . b-utlenianie zachodzi w mitochondriach, a synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytoplazmie na błonach retikulum endoplazmatycznego. Jednak acetylo-CoA powstający w mitochondriach nie może sam przejść przez błony. Istnieją zatem mechanizmy transportu acetylo-CoA z mitochondriów do cytoplazmy przy udziale enzymów cyklu Krebsa (ryc. 46).

Rys.46. Mechanizm transportu acetylo-CoA z mitochondriów do cytoplazmy.

Kluczowymi enzymami TCA są syntaza cytrynianowa i dehydrogenaza izocytrynianowa. Głównymi regulatorami allosterycznymi tych enzymów są ATP i ADP. Jeśli w komórce jest dużo ATP, ATP działa jako inhibitor tych kluczowych enzymów. Jednak dehydrogenaza izocytrynianowa jest hamowana przez ATP bardziej niż syntetaza cytrynianowa. Prowadzi to do akumulacji cytrynianu i izocytrynianu w macierzy mitochondrialnej. Przy akumulacji cytrynian opuszcza mitochondria i wchodzi do cytoplazmy. Cytoplazma zawiera enzym liazę cytrynianową. Enzym ten rozkłada cytrynian na PAA i acetylo-CoA.

Zatem warunkiem uwolnienia acetylo-CoA z mitochondriów do cytoplazmy jest dobre zaopatrzenie komórki w ATP. Jeśli w komórce jest mało ATP, acetylo-CoA jest rozszczepiany na CO2 i H2O.

2 . Podczas b-utleniania, produkty pośrednie są związane z HS-CoA, a podczas syntezy kwasów tłuszczowych, produkty pośrednie są związane ze specyficznym białkiem przenoszącym acyl (ACP). To złożone białko. Jego część niebiałkowa ma budowę zbliżoną do CoA i składa się z tioetyloaminy, kwasu pantotenowego (witaminy B3) oraz fosforanu.

3 . W b-utlenianiu jako utleniacz stosuje się NAD i FAD. W syntezie kwasów tłuszczowych potrzebny jest środek redukujący - stosuje się NADP * H2.

Istnieją 2 główne źródła NADP*H2 w komórce do syntezy kwasów tłuszczowych:

a) szlak pentozofosforanowy rozkładu węglowodanów;

Synteza kwasu palmitynowego (C16) z Acetyl-CoA.

1) Występuje w cytoplazmie komórek wątroby i tkance tłuszczowej.

2) Znaczenie: do syntezy tłuszczów i fosfolipidów.

3) Wycieki po jedzeniu (w okresie wchłaniania).

4) Powstaje z acetylo-CoA otrzymywanego z glukozy (glikoliza → ODPVP → Acetyl-CoA).

5) W procesie powtarza się kolejno 4 reakcje:

kondensacja → redukcja → odwodnienie → redukcja.

Pod koniec każdego cyklu LCD wydłuża się o 2 atomy węgla.

Dawcą 2C jest malonyl-CoA.

6) NADPH+H+ bierze udział w dwóch reakcjach redukcji (50% pochodzi z PFP, 50% z enzymu MALIK).

7) Tylko pierwsza reakcja zachodzi bezpośrednio w cytoplazmie (regulacyjna).

Pozostałe 4 cykliczne - na specjalnym kompleksie syntazy palmitynianu (synteza samego kwasu palmitynowego)

8) Działanie enzymu regulatorowego w cytoplazmie - karboksylazy acetylo-CoA (ATP, witamina H, biotyna, klasa IV).

Struktura kompleksu syntazy palmitynianu

Syntaza palmitynianowa to enzym składający się z 2 podjednostek.

Każdy składa się z jednego PPC, który ma 7 aktywnych ośrodków.

Każde miejsce aktywne katalizuje własną reakcję.

Każdy PPC zawiera białko przenoszące acyl (ACP), na którym zachodzi synteza (zawiera fosfopantetonian).

Każda podjednostka ma grupę HS. W jednej grupie HS należy do cysteiny, w drugiej do kwasu fosfopantotenowego.

Mechanizm

1) Acetyl-Coa, pochodzący z węglowodanów, nie może dostać się do cytoplazmy, gdzie syntetyzowane są kwasy tłuszczowe. Wychodzi przez pierwszą reakcję CTC - tworzenie cytrynianu.

2) W cytoplazmie cytrynian rozkłada się na Acetyl-Coa i szczawiooctan.

3) Szczawiooctan → jabłczan (reakcja CTC w przeciwnym kierunku).

4) Jabłczan → pirogronian, który jest używany w OHDP.

5) Synteza acetylo-CoA → FA.

6) Acetylo-CoA jest przekształcany w malonylo-CoA przez karboksylazę acetylo-CoA.

Aktywacja enzymu karboksylazy acetylo-CoA:

a) poprzez zwiększenie syntezy podjednostek pod działaniem insuliny - osobno syntetyzuje się trzy tetramery

b) pod działaniem cytrynianu łączy się trzy tetramery i aktywuje enzym

c) podczas postu glukagon hamuje enzym (poprzez fosforylację), nie dochodzi do syntezy tłuszczu

7) jeden acetylo-CoA z cytoplazmy przenosi się do grupy HS (z cysteiny) syntazy palmitynianu; jeden malonylo-CoA na grupę HS drugiej podjednostki. Dalej na syntazie palmitynianu występują:

8) ich kondensacja (acetylo-CoA i malonylo-CoA)

9) odzysk (dawca - NADPH + H + z PFP)

10) odwodnienie

11) odzyskiwanie (dawca - NADPH + H + z enzymu MALIK).

W rezultacie rodnik acylowy zwiększa się o 2 atomy węgla.

Mobilizacja tłuszczu

Podczas postu lub długotrwałego wysiłku fizycznego uwalniany jest glukagon lub adrenalina. Aktywują lipazę TAG w tkance tłuszczowej, która znajduje się w adipocytach i nazywa się lipaza tkankowa(wrażliwy na hormony). Rozkłada tłuszcze w tkance tłuszczowej na glicerol i kwasy tłuszczowe. Glicerol trafia do wątroby w celu glukoneogenezy. FA dostają się do krwiobiegu, wiążą się z albuminą i dostają do narządów i tkanek, są wykorzystywane jako źródło energii (przez wszystkie narządy, poza mózgiem, który wykorzystuje glukozę i ciała ketonowe podczas postu lub długotrwałego wysiłku).

Dla mięśnia sercowego kwasy tłuszczowe są głównym źródłem energii.

β-utlenianie

β-utlenianie- proces dzielenia LC w celu wydobycia energii.

1) Specyficzny szlak katabolizmu FA do acetylo-CoA.

2) Występuje w mitochondriach.

3) Obejmuje 4 powtarzające się reakcje (tj. warunkowo cykliczne):

utlenianie → hydratacja → utlenianie → rozszczepienie.

4) Pod koniec każdego cyklu FA jest skracany o 2 atomy węgla w postaci acetylo-CoA (wchodząc w cykl TCA).

5) Reakcje 1 i 3 - reakcje utleniania związane z CPE.

6) Weź udział wit. B 2 - koenzym FAD, wit. PP, NAD; kwas pantotenowy, HS-KoA.

Mechanizm transferu FA z cytoplazmy do mitochondriów.

1. FA musi być aktywowany przed wejściem do mitochondriów.

Tylko aktywowany FA = acylo-CoA może być transportowany przez podwójną błonę lipidową.

Nośnikiem jest L-karnityna.

Enzymem regulatorowym β-oksydacji jest acylotransferaza-I karnityny (KAT-I).

2. CAT-I transportuje kwasy tłuszczowe do przestrzeni międzybłonowej.

3. Pod działaniem CAT-I acylo-CoA jest przenoszony na nośnik L-karnitynę.

Powstaje acylokarnityna.

4. Za pomocą translokazy wbudowanej w błonę wewnętrzną acylokarnityna przemieszcza się do mitochondriów.

5. W matrycy pod wpływem CAT-II FA jest odszczepiany od karnityny i przechodzi w β-oksydację.

Karnityna wraca do przestrzeni międzybłonowej.

reakcje β-utleniania

1. Utlenianie: FA jest utleniany przy udziale FAD (enzym acylo-CoA-DG) → enoil.

FAD wchodzi do CPE (p/o=2)

2. Hydratacja: enoil → β-hydroksyacylo-CoA (enzym hydrataza enoilowa)

3. Utlenianie: β-hydroksyacylo-CoA → β-ketoacylo-CoA (z udziałem NAD, który wchodzi do CPE i ma p/o=3).

4. Rozszczepienie: β-ketoacylo-CoA → acetylo-CoA (enzym tiolazy, z udziałem HS-KoA).

Acetylo-CoA → TCA → 12 ATP.

Acyl-CoA (C-2) → następny cykl β-oksydacji.

Obliczanie energii podczas β-utleniania

Na przykładzie kwasu merystycznego (14C).

Obliczamy, ile acetylo-CoA rozkłada kwasy tłuszczowe

½ n \u003d 7 → TCA (12ATP) → 84 ATP.

Policz, ile cykli potrzebują do rozpadu

(1/2 n)-1=6 5(2 ATP dla 1 reakcji i 3 ATP dla 3 reakcji) = 30 ATP

Odejmij 1 ATP wydane na aktywację kwasów tłuszczowych w cytoplazmie.

Razem - 113 ATP.

Synteza ciał ketonowych

Prawie cały acetylo-CoA wchodzi do TCA. Niewielka część służy do syntezy ciał ketonowych = ciał acetonowych.

Ciała ketonowe- acetooctan, β-hydroksymaślan, aceton (w patologii).

Normalne stężenie wynosi 0,03-0,05 mmol / l.

są syntetyzowane tylko w wątrobie z acetylo-CoA otrzymanego przez β-utlenianie.

Wykorzystywany jako źródło energii przez wszystkie narządy z wyjątkiem wątroby (nie ma enzymu).

W przypadku długotrwałego postu lub cukrzycy stężenie ciał ketonowych może wzrosnąć dziesięciokrotnie, ponieważ. w tych warunkach LC są głównym źródłem energii. W tych warunkach zachodzi intensywna β-oksydacja, a cały acetylo-CoA nie ma czasu na wykorzystanie w TCA, ponieważ:

brak szczawiooctanu (wykorzystywany w glukoneogenezie)

· W wyniku β-oksydacji powstaje dużo NADH + H + (w 3 reakcjach), które hamują izocytrynian-DH.

Dlatego acetylo-CoA trafia do syntezy ciał ketonowych.

Dlatego ciała ketonowe są kwasami, powodują zmianę równowagi kwasowo-zasadowej. Występuje kwasica (z powodu ketonemia).

Nie mają czasu na wykorzystanie i pojawiają się w moczu jako składnik patologiczny → ketouria. Z ust wydobywa się również zapach acetonu. Ten stan nazywa się ketoza.

Wymiana cholesterolu

cholesterol(Xc) jest alkoholem jednowodorotlenowym opartym na pierścieniu cyklopentanoperhydrofenantrenu.

27 atomów węgla.

Normalne stężenie cholesterolu wynosi 3,6-6,4 mmol / l, dozwolone jest nie więcej niż 5.

na budowę błon (fosfolipidy: Xc = 1:1)

synteza kwasów tłuszczowych

synteza hormonów steroidowych (kortyzol, progesteron, aldosteron, kalcytriol, estrogen)

w skórze pod wpływem promieniowania UV wykorzystywany jest do syntezy witaminy D3 – cholekalcyferolu.

Organizm zawiera około 140 g cholesterolu (głównie w wątrobie i mózgu).

Dzienne zapotrzebowanie - 0,5-1 g.

Zawarte tylko w produktach pochodzenia zwierzęcego (jaja, masło, ser, wątroba).

Xc nie jest wykorzystywany jako źródło energii, ponieważ. jego pierścień nie jest rozszczepiony na CO 2 i H 2 O i nie jest uwalniany ATP (brak enzymu).

Nadmiar Xc nie jest wydalany, nie odkładany, odkłada się w ścianie dużych naczyń krwionośnych w postaci blaszek.

Organizm syntetyzuje 0,5-1 g Xc. Im więcej jest spożywany z pożywieniem, tym mniej jest syntetyzowany w organizmie (normalnie).

Xc w organizmie jest syntetyzowany w wątrobie (80%), jelitach (10%), skórze (5%), nadnerczach, gruczołach płciowych.

Nawet wegetarianie mogą mieć podwyższony poziom cholesterolu. do jego syntezy potrzebne są tylko węglowodany.

Biosynteza cholesterolu

Przebiega w 3 etapach:

1) w cytoplazmie - przed powstaniem kwasu mewalonowego (podobnie jak synteza ciał ketonowych)

2) w EPR - do skwalenu

3) w EPR - do cholesterolu

Około 100 reakcji.

Enzymem regulatorowym jest reduktaza β-hydroksymetyloglutarylo-CoA (reduktaza HMG). Statyny obniżające poziom cholesterolu hamują ten enzym).

Regulacja reduktazy HMG:

a) Zahamowany przez zasadę negatywnego sprzężenia zwrotnego przez nadmiar cholesterolu w diecie

b) Może zwiększyć syntezę enzymu (estrogen) lub zmniejszyć (cholesterol i kamienie żółciowe)

c) Enzym jest aktywowany przez insulinę poprzez defosforylację

d) Jeśli enzymu jest dużo, to nadmiar można rozciąć przez proteolizę

Cholesterol jest syntetyzowany z acetylo-CoA pozyskiwany z węglowodanów(glikoliza → ODPVK).

Powstały cholesterol w wątrobie jest pakowany wraz z tłuszczem do VLDL non-sp. VLDL ma apoproteinę B100, dostaje się do krwiobiegu, a po dodaniu apoprotein C-II i E zamienia się w dojrzały VLDL, który wchodzi do LP-lipazy. LP-lipaza usuwa tłuszcze (50%) z VLDL, pozostawiając LDL, składający się z 50-70% estrów cholesterolu.

Dostarcza cholesterol do wszystkich narządów i tkanek

· komórki posiadają receptory w B100, dzięki którym rozpoznają LDL i go wchłaniają. Komórki regulują spożycie cholesterolu poprzez zwiększenie lub zmniejszenie liczby receptorów B100.

W cukrzycy może wystąpić glikozylacja B100 (dodanie glukozy). W konsekwencji komórki nie rozpoznają LDL i dochodzi do hipercholesterolemii.

LDL może przenikać do naczyń (cząstka miażdżycorodna).

Ponad 50% LDL wraca do wątroby, gdzie cholesterol jest wykorzystywany do syntezy kamieni żółciowych i hamowania własnej syntezy cholesterolu.

Istnieje mechanizm ochrony przed hipercholesterolemią:

regulacja syntezy własnego cholesterolu na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego

komórki regulują spożycie cholesterolu poprzez zwiększenie lub zmniejszenie liczby receptorów B100

funkcjonowanie HDL

HDL jest syntetyzowany w wątrobie. Ma formę dysku, zawiera mało cholesterolu.

Funkcje HDL:

Pobiera nadmiar cholesterolu z komórek i innych lipoprotein

dostarcza C-II i E do innych lipoprotein

Mechanizm działania HDL:

HDL ma apoproteinę A1 i LCAT (enzym acylotransferazę lecytynowo-cholesterolową).

HDL dostaje się do krwi, a LDL do niego.

LDL A1 rozpoznaje, że mają dużo cholesterolu i aktywują LCAT.

LCAT odszczepia kwasy tłuszczowe z fosfolipidów HDL i przenosi je do cholesterolu. Powstają estry cholesterolu.

Estry cholesterolu są hydrofobowe, więc przechodzą do lipoproteiny.

TEMAT 8

METABOLIZM: METABOLIZM BIAŁKOWY

Wiewiórki - Są to związki wielkocząsteczkowe składające się z reszt α-aminokwasowych, które są połączone wiązaniami peptydowymi.

Wiązania peptydowe znajdują się pomiędzy grupą α-karboksylową jednego aminokwasu a grupą aminową innego α-aminokwasu następującego po nim.

Funkcje białek (aminokwasów):

1) plastik (główna funkcja) - białka mięśni, tkanek, klejnotów, karnityna, kreatyna, niektóre hormony i enzymy są syntetyzowane z aminokwasów;

2) energia

a) w przypadku nadmiernego spożycia z pokarmem (>100 g)

b) przedłużony post

Osobliwość:

Aminokwasy, w przeciwieństwie do tłuszczów i węglowodanów, nie zdeponowane .

Ilość wolnych aminokwasów w organizmie to około 35 g.

Źródła białka dla organizmu:

białka spożywcze (główne źródło)

białka tkankowe

syntetyzowany z węglowodanów.

bilans azotowy

Dlatego 95% całego azotu w organizmie należy do aminokwasów, wówczas ich wymianę można ocenić na podstawie bilans azotowy - stosunek azotu dopływającego do wydalanego z moczem.

ü Pozytywny - mniej jest wydalane niż wchodzi (u dzieci, kobiet w ciąży, w okresie rekonwalescencji po chorobie);

ü Negatywny - więcej jest wydalane niż wchodzi (starość, okres przedłużającej się choroby);

ü Bilans azotowy - u zdrowych ludzi.

Dlatego białka pokarmowe są głównym źródłem aminokwasów, wtedy mówią o " kompletność odżywienia białkowego ».

Wszystkie aminokwasy dzielą się na:

wymienne (8) - Ala, Gli, Ser, Pro, Glu, Gln, Asp, Asn;

częściowo wymienne (2) - Arg, Gis (syntetyzowane powoli);

warunkowo wymienny (2) - Cys, Tyr (można syntetyzować) na warunkach niezbędny dochód - Met → Cys, Fen → Tyr);

· niezastąpiony (8) - Val, Ile, Lei, Liz, Met, Tre, Fen, Tpf.

W związku z tym uwalniane są białka:

Complete - zawiera wszystkie niezbędne aminokwasy

ü Wadliwe – nie zawierają Met i Tpf.

Trawienie białka

Osobliwości:

1) Białka trawione są w żołądku, jelicie cienkim

2) Enzymy - peptydazy (rozszczepiają wiązania peptydowe):

a) egzopeptydazy - wzdłuż krawędzi od C-N-terminali

b) endopeptydazy – wewnątrz białka

3) Enzymy żołądka i trzustki produkowane są w formie nieaktywnej - proenzymy(ponieważ trawią własne tkanki)

4) Enzymy są aktywowane przez częściową proteolizę (rozszczepienie części PPC)

5) Niektóre aminokwasy gniją w jelicie grubym

1. Nie są trawione w jamie ustnej.

2. W żołądku działają białka pepsyna(endopeptydaza). Rozrywa wiązania utworzone przez grupy aminowe aminokwasów aromatycznych (Tyr, Phen, Tpf).

Pepsyna jest produkowana przez komórki główne jako nieaktywna pepsynogen.

Komórki okładzinowe wytwarzają kwas solny.

Funkcje HCl:

ü Tworzy optymalne pH dla pepsyny (1,5 - 2,0)

ü Aktywuje pepsynogen

ü Denaturuje białka (ułatwia działanie enzymu)

ü Działanie bakteriobójcze

Aktywacja pepsynogenu

Pepsynogen pod działaniem HCl jest przekształcany w aktywną pepsynę poprzez powolne rozszczepienie 42 aminokwasów. Aktywna pepsyna następnie szybko aktywuje pepsynogen ( autokatalitycznie).

W ten sposób w żołądku białka rozkładają się na krótkie peptydy, które dostają się do jelit.

3. W jelicie enzymy trzustkowe działają na peptydy.

Aktywacja trypsynogenu, chymotrypsynogenu, proelastazy, prokarboksypeptydazy

W jelicie pod działaniem enteropeptydazy jest aktywowany trypsynogen. Następnie aktywowany z niego trypsyna aktywuje wszystkie inne enzymy poprzez częściową proteolizę (chymotrypsynogen → chymotrypsyna, proelastaza → elastaza, prokarboksypeptydaza → karboksypeptydaza).

trypsyna rozszczepia wiązania utworzone przez grupy karboksylowe Lys lub Arg.

Chymotrypsyna pomiędzy grupami karboksylowymi aminokwasów aromatycznych.

Elastase- wiązania utworzone przez grupy karboksylowe Ala lub Gly.

Karboksypeptydaza odcina wiązania karboksylowe od C-końca.

W ten sposób w jelicie powstają krótkie di-, tripeptydy.

4. Pod wpływem enzymów jelitowych rozkładają się na wolne aminokwasy.

Enzymy - di-, tri-, aminopeptydazy. Nie są specyficzne dla gatunku.

Powstałe wolne aminokwasy są absorbowane przez wtórny transport aktywny z Na+ (wbrew gradientowi stężeń).

5. Niektóre aminokwasy ulegają gniciu.

gnijący - enzymatyczny proces rozszczepiania aminokwasów na produkty niskotoksyczne z uwolnieniem gazów (NH 3, CH 4, CO 2, merkaptan).

Znaczenie: dla utrzymania żywotnej aktywności mikroflory jelitowej (podczas rozpadu Tyr tworzy toksyczne produkty fenol i krezol, Tpf - indol i skatol). Produkty toksyczne dostają się do wątroby i są neutralizowane.

Katabolizm aminokwasów

Główna ścieżka- deaminacja - enzymatyczny proces odszczepiania grupy aminowej w postaci amoniaku i tworzenia bezazotowego ketokwasu.

Deaminacja oksydacyjna

Nieutleniający (Ser, Tre)

Wewnątrzmolekularny (GIS)

Hydrolityczny

Deaminacja oksydacyjna (podstawowa)

A) Direct - tylko dla Glu, ponieważ wszystkie inne enzymy są nieaktywne.

Przebiega w 2 etapach:

1) Enzymatyczny

2) Spontaniczny

W efekcie powstaje amoniak i α-ketoglutaran.

Funkcje transaminacyjne:

ü Ponieważ reakcja jest odwracalna, służy do syntezy nieistotnych aminokwasów;

ü Początkowy etap katabolizmu (transaminacja nie jest katabolizmem, ponieważ liczba aminokwasów się nie zmienia);

ü Do redystrybucji azotu w organizmie;

ü Uczestniczy w mechanizmie wahadłowym jabłczanu-asparaginianu przenoszenia wodoru w glikolizie (6 reakcji).

Aby określić aktywność ALT i AST w klinice diagnostyki chorób serca i wątroby mierzy się współczynnik de Ritis:

O 0,6 - zapalenie wątroby,

1 - marskość wątroby,

10 - zawał mięśnia sercowego.

Dekarboksylacja aminokwasy – enzymatyczny proces rozszczepiania grupy karboksylowej w postaci CO 2 z aminokwasów.

W rezultacie powstają substancje biologicznie czynne - aminy biogeniczne.

Enzymy to dekarboksylazy.

Koenzym – fosforan pirydoksalu ← wit. NA 6.

Po zakończeniu działania aminy biogenne są neutralizowane na 2 sposoby:

1) Metylacja (dodanie CH3; donor - SAM);

2) Utlenianie z eliminacją grupy aminowej w postaci NH 3 (enzym MAO - monoaminooksydaza).

Wcześniej zakładano, że procesy rozszczepiania są odwróceniem procesów syntezy, w tym synteza kwasów tłuszczowych była uważana za proces odwrotny do ich utleniania.

Obecnie ustalono, że mitochondrialny układ biosyntezy kwasów tłuszczowych, który obejmuje nieznacznie zmodyfikowaną sekwencję reakcji β-oksydacji, wydłuża jedynie średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe już istniejące w organizmie, podczas gdy pełna biosynteza kwasu palmitynowego z acetylo- CoA aktywnie działa. poza mitochondriami w zupełnie inny sposób.

Rozważmy kilka ważnych cech szlaku biosyntezy kwasów tłuszczowych.

1. Synteza zachodzi w cytozolu, w przeciwieństwie do rozpadu zachodzącego w macierzy mitochondrialnej.

2. Półprodukty syntezy kwasów tłuszczowych są kowalencyjnie połączone z grupami sulfhydrylowymi białka przenoszącego acyl (ACP), podczas gdy półprodukty rozszczepiania kwasów tłuszczowych są połączone z koenzymem A.

3. Wiele enzymów syntezy kwasów tłuszczowych w organizmach wyższych jest zorganizowanych w wieloenzymowy kompleks zwany syntetazą kwasów tłuszczowych. W przeciwieństwie do tego, enzymy, które katalizują rozkład kwasów tłuszczowych, nie wydają się łączyć.

4. Rosnący łańcuch kwasów tłuszczowych jest wydłużany przez sukcesywne dodawanie dwuwęglowych składników pochodzących z acetylo-CoA. Malonyl-APB służy jako aktywowany donor składników dwuwęglowych na etapie wydłużania. Reakcja wydłużania jest wyzwalana przez uwolnienie CO 2 .

5. Rolę reduktora w syntezie kwasów tłuszczowych pełni NADPH.

6. W reakcjach uczestniczy również Mn 2+.

7. Wydłużenie pod działaniem kompleksu syntetazy kwasów tłuszczowych zatrzymuje się na etapie tworzenia palmitynianu (C 16). Dalsze wydłużanie i wprowadzanie wiązań podwójnych jest realizowane przez inne układy enzymatyczne.

Powstawanie koenzymu malonylowego A

Synteza kwasów tłuszczowych rozpoczyna się od karboksylacji acetylo-CoA do malonylo-CoA. Ta nieodwracalna reakcja jest krytycznym etapem syntezy kwasów tłuszczowych.

Synteza malonylo-CoA jest katalizowana przez karboksylaza acetylo-CoA i odbywa się kosztem energii ATR. Źródłem CO2 do karboksylacji acetylo-CoA jest wodorowęglan.

Ryż. Synteza malonylo-CoA

Karboksylaza acetylo-CoA zawiera jako grupę protetyczną biotyna.

Ryż. Biotyna

Enzym składa się ze zmiennej liczby identycznych podjednostek, z których każda zawiera biotynę, karboksylaza biotyny, białko przenoszące karboksybiotynę, transkarboksylaza, a także regulacyjne centrum allosteryczne, tj. reprezentuje kompleks polienzymów. Grupa karboksylowa biotyny jest kowalencyjnie przyłączona do grupy ε-aminowej reszty lizynowej białka przenoszącego karboksybiotynę. Karboksylacja składnika biotynowego w utworzonym kompleksie jest katalizowana przez drugą podjednostkę, karboksylazę biotynową. Trzeci składnik systemu, transkarboksylaza, katalizuje przeniesienie aktywowanego CO2 z karboksybiotyny do acetylo-CoA.

Enzym biotyna + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Enzym biotyna + ADP + Pi,

CO 2 ~ Biotyna-enzym + Acetyl-CoA ↔ Molonyl-CoA + Biotyna-enzym.

Długość i elastyczność wiązania między biotyną a jej białkiem nośnym umożliwiają przenoszenie aktywowanej grupy karboksylowej z jednego aktywnego miejsca kompleksu enzymatycznego do drugiego.

U eukariontów karboksylaza acetylo-CoA występuje jako enzymatycznie nieaktywny protomer (450 kDa) lub jako aktywny polimer nitkowaty. Ich wzajemna konwersja jest regulowana allosterycznie. Kluczowym aktywatorem allosterycznym jest cytrynian, co przesuwa równowagę w kierunku aktywnej włóknistej postaci enzymu. Optymalną orientację biotyny względem substratów osiąga się w postaci włóknistej. W przeciwieństwie do cytrynianu, palmitoilo-CoA przesuwa równowagę w kierunku nieaktywnej postaci protomeru. Zatem palmitoilo-CoA, produkt końcowy, hamuje pierwszy krytyczny etap biosyntezy kwasów tłuszczowych. Regulacja karboksylazy acetylo-CoA w bakteriach różni się znacznie od tej u eukariontów, ponieważ kwasy tłuszczowe są w nich przede wszystkim prekursorami fosfolipidów, a nie paliwem zapasowym. Tutaj cytrynian nie ma wpływu na bakteryjną karboksylazę acetylo-CoA. Aktywność składnika transkarboksylazy układu regulują nukleotydy guaninowe, które koordynują syntezę kwasów tłuszczowych ze wzrostem i podziałem bakterii.