Биосинтез (анаболизм) жирных кислот

В биосинтезе липидов de novo (липогенез) используется значительная часть жирных кислот, моноглицеридов и глицерин, который освобождается при гидролизе жиров, поступающих с пищей. Это связано с тем, что липиды каждого организма, так же как белки и углеводы, имеют индивидуальный состав и строение.

Синтез жирных кислот протекает в цитоплазме клетки. В митохондриях в основном происходит удлинение цепей жирных кислот (рис. 9.16).

Рис. 9.16. Взаимодействие митохондриальной и внемитохондриальной систем биосинтеза

de novo жирных кислот

Установлено, что в цитоплазме печеночных клеток синтезируется пальмитиновая кислота (16 углеродных атомов). Из нее или из жирных кислот экзогенного происхождения (т.е. поступающих из кишечника) в митохондриях печеночных клеток образуются жирные кислоты, содержащие 18, 20 и 22 углеродных атома.

Митохондриальная система биосинтеза жирных кислот осуществляет только удлинение существующих в организме среднецепочечных жирных кислот. Полный биосинтез пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА активно протекает вне митохондрий в цитозоле по другому пути.

В немитохондриальная система биосинтеза de novo жирных кислот находится в растворимой (цитозольной) фракции клеток многих органов, в частности печени, почек, мозга, легких, молочных желёз, а также в жировой ткани. Биосинтез жирных кислот протекает с участием NADPH, АТР (на рисунке в русском написании НАДФН, АТФ и т. д.), ионов марганца Мп²⁺ и бикарбоната НСОз^- (в качестве источника СО2); субстратом является ацетил-КоА, конечным продуктом — пальмитиновая кислота.

Строительным блоком для синтеза жирных кислот в цитозоле клетки служит ацетил-КоА, который в основном поступает из митохондрий. Вначале внутримитохондриальный ацетил-КоА взаимодействует с оксалоацетатом, в результате чего образуется цитрат. Реакция катализируется ферментом цитрате и нтазой. Образовавшийся цитрат переносится через мембрану митохондрий в цитозоль при помощи специальной транспортирующей системы.

В цитозоле цитрат реагирует с HS-KoA и АТР, вновь распадаясь на ацетилКоА и оксалоацетат. Эта реакция катализируется АТР-цитратлиазой.

Первой реакцией биосинтеза жирных кислот является карбоксилирование ацетил-КоА, для чего требуются бикарбонат, АТР, ионы марганца. Катализирует эту реакцию фермент ацетил-КоА-карбоксилаза. Фермент содержит в качестве простетической группы биотин. Авидин — ингибитор биотина — угнетает эту реакцию, как и синтез в целом. Реакция протекает в два этапа: карбоксилирование биотина с участием АТР и перенос карбоксильной группы на ацетил-КоА, в результате чего образуется малонил-КоА:

• 1) СО2 + АТР + Биотин-фермент -" Карбоксибиотин-фермент + ADP + Р"
• 2) Карбоксибиотин-фермент + CH3-CO-S-K0A -> HOOC-CH2-CO-S-K0A + + биотин-фермент.

Малонил-КоА представляет собой первый специфический продукт биосинтеза жирных кислот. В присутствии соответствующей ферментной системы он быстро превращается в жирные кислоты.

Ферментные системы, осуществляющие синтез жирных кислот, называются жирнокислотными синтетазами и делятся на 2 группы.

К первой группе относятся полиферментные синтетазы (животные ткани и дрожжи). Вторая группа включает собственно жирнокислотные синтетезы. Они встречаются у ряда микроорганизмов и растений.

Полиферментный комплекс, участвующий в синтезе высших жирных кислот, состоит из 6 ферментов, связанных с так называемым ацилпереносящим белком (АПБ). Этот белок термостабилен, имеет две свободные HS-группы и вовлекается в процесс синтеза высших жирных кислот практически на всех этапах. Молярная масса АПБ около 10 000 г/моль. Данный белок в синтетазной системе выполняет роль Ко А.

Последовательность реакций, происходящих при синтезе жирных кислот, состоит из 6 стадий:

Далее цикл реакций повторяется. Завершается синтез жирной кислоты отщеплением HS-АПБ от ацил-АПБ под влиянием фермента диацилазы.

Например, в случае пальмитиновой кислоты:

Учитывая, что на образование одной молекулы малонил-КоА и ацетил-КоА расходуются 1 молекула АТР и одна молекула СО2, которая затем отщепляется, суммарное уравнение можно представить и в таком виде:

Схема синтеза жирных кислот в кишечной палочке Е. coli представлена на рис. 9.17.

Рис. 9.17. Синтез пальмитиновой кислоты в кишечной палочке Е. coli (АНЬ — ацилпсрекосящий.

белок)

Ткани животных, в отличие от растительных тканей, обладают весьма ограниченной способностью превращать насыщенные жирные кислоты в ненасыщенные. Это превращение называется десатурацией (образование двойных связей).

Наиболее распространенные мононенасыщенные жирные кислоты — пальмитоолеиновая и олеиновая — синтезируются из пальмитиновой и стеариновой кислот. Этот синтез протекает в микросомах клеток печени и жировой ткани при участии молекулярного кислорода. Превращению подвергаются только активированные формы пальмитиновой и стеариновой кислот. Ферменты, участвующие в превращении насыщенных жирные кислот в ненасыщенные, называют десату разам и.

Наряду с десатурацией жирных кислот в микросомах происходит и удлинение их цепей (элонгация), причем оба эти процесса могут сочетаться и повторяться. Удлинение цепи жирной кислоты происходит путем последовательного присоединения 2-углеродных фрагментов к соответствующему ацил-КоА при участии малонил-КоА и NADPH. Энзиматическая система, катализирующая удлинение жирных кислот, получила название элонгазы.

Например, превращения пальмитиновой кислоты в реакциях элонгации и десатурации происходят следующим образом: