Biosinteza masnih kiselina uključuje niz reakcija koje ne odgovaraju procesu njihove razgradnje.
Posebno su posebni proteini - ACP (acyl carrier proteins) posrednici u sintezi masnih kiselina. Nasuprot tome, HS-KoA se koristi u razgradnji masnih kiselina.
Sinteza masnih kiselina odvija se u citosolu, a razgradnja masnih kiselina u mitohondrijima.
Za sintezu masnih kiselina koristi se koenzim NADP/NADPH, dok razgradnju masne kiseline uključuje koenzim NAD+/NADH.
Masne kiseline koje čine tkivne lipide mogu se podijeliti na kratke (2-6 atoma ugljika), srednje (8-12 atoma ugljika) i dugolančane (14-20 ili više atoma ugljika u molekulu). Većina masnih kiselina u životinjskim tkivima je dugolančana. Velika većina masnih kiselina u tijelu sadrži paran broj atoma ugljika u molekuli (C: 16, 18, 20), iako postoje duži molekuli masnih kiselina u mastima nervnog tkiva, uključujući 22 atoma ugljika sa šest dvostruke veze.
Kiselina s jednom dvostrukom vezom odnosi se na mononezasićene masne kiseline, dok su kiseline s dvije ili više izolovanih dvostrukih veza polinezasićene.
tabela 2
Esencijalne masne kiseline kod sisara
|
Ime kiseline |
Struktura kiseline |
Broj i položaj dvostrukih veza |
|
Ulje |
UNCUN |
|
|
Najlon |
||
|
Caprylic |
STNUSON |
|
|
Capric |
||
|
Lauric |
S11N21SOON |
|
|
Myristic |
Spnzsun |
|
|
Palmitić |
S15N31SOON |
|
|
Stearic |
S17N35SOON |
|
|
Oleinovaya |
SPNZZUNO |
|
|
Linoleic |
S17N31SOON |
|
|
Linolenska |
SPNZZUNO |
|
|
Arahidonski |
S19N31SOON |
4 (5, 8. 11, 14) |
Nezasićene masne kiseline su obično u cys obliku. Masti biljaka i riba sadrže više polinezasićenih masnih kiselina u svom sastavu, a zasićene masne kiseline preovlađuju u sastavu masti sisara i ptica.
Masne kiseline iz ishrane i njihova endogena biosinteza neophodne su da telo dobije energiju i formira hidrofobne komponente biomolekula. Višak proteina i ugljikohidrata u prehrani aktivno se pretvaraju u masne kiseline i skladište u obliku triglicerida.
Većina tkiva je sposobna da sintetiše zasićene masne kiseline. Kvantitativno je važna sinteza masnih kiselina, prvenstveno u jetri, crijevima, masnom tkivu, mliječnoj žlijezdi, koštanoj srži i plućima. Ako se oksidacija masnih kiselina odvija u mitohondrijima ćelija, tada se njihova sinteza odvija u citoplazmi.
Glavni način snabdijevanja tijela masnim kiselinama je njihova biosinteza iz malih intermedijarnih molekula, derivata katabolizma ugljikohidrata, pojedinačnih aminokiselina i drugih masnih kiselina. Obično se prvo sintetiše zasićena 16-karboksilna kiselina - palmitinska, a sve ostale masne kiseline su modifikacije palmitinske kiseline.
Sve reakcije sinteze masnih kiselina katalizira multienzimski kompleks - sintaza masnih kiselina, koji se nalazi u citosolu. Acetil-CoA je direktan izvor ugljikovih atoma za ovu sintezu. Glavni dobavljači molekula acetil-CoA su: razgradnja aminokiselina, oksidacija masnih kiselina, piruvatna glikoliza.
Malonil-CoA neophodan za sintezu masnih kiselina nastaje kao rezultat karboksilacije acetil-CoA, a neophodan NADPH se može dobiti pentozofosfatnim putem.
Acetil-CoA molekuli se uglavnom nalaze u mitohondrijima. Međutim, unutrašnja mitohondrijska membrana je nepropusna za relativno velike molekule kao što je acetil-CoA. Stoga, za prijelaz iz mitohondrija u citoplazmu, acetil-CoA, uz sudjelovanje citrat sintaze, stupa u interakciju s oksalno-octenom kiselinom, formirajući limunsku kiselinu:
U citoplazmi se limunska kiselina razgrađuje pod uticajem citrat liaze:
Dakle, limunska kiselina djeluje kao transporter za acetil-CoA. Kod preživača se umjesto limunske kiseline u citoplazmi ćelije koristi acetat koji se u buragu stvara od polisaharida, koji se u ćelijama jetre i masnog tkiva pretvara u acetil-CoA.
1. U prvoj fazi biosinteze masnih kiselina, acetil-CoA stupa u interakciju sa posebnim proteinom koji nosi acil (HS-ACP) koji sadrži vitamin B 3 i sulfhidrilnu grupu (HS), nalik strukturi koenzima A:
2. Nezaobilazni međuprodukt u sintezi je malonil-CoA, koji nastaje u reakciji karboksilacije acetil-CoA uz učešće ATP-a i enzima koji sadrži biotin, acetil-CoA karboksilaze:
Biotin (vitamin H) kao koenzim karboksilaze kovalentno je vezan za apoenzim da nosi fragment od jednog ugljika. Acetil CoA karboksilaza je multifunkcionalni enzim koji regulira brzinu sinteze masnih kiselina. Inzulin stimulira sintezu masnih kiselina aktivacijom karboksilaze, dok epinefrin i glukagon imaju suprotan učinak.
3. Rezultirajući malonil-S-KoA stupa u interakciju sa HS-ACP uz učešće enzima malonil transacilaze:
4. U sljedećoj reakciji kondenzacije pod utjecajem enzima acil-malonil-B-ACP-sintaze, malonil-B-ACP i acetil-B-ACP stupaju u interakciju sa stvaranjem acetoacetil-B-ACP:
5. Acetoacetil-B-ACP uz učešće NADP+-zavisne reduktaze redukuje se u p-hidroksilbutiril-B-ACP:
7. U sljedećoj reakciji, krotonil-B-APB se reducira od NADP +-zavisne reduktaze sa stvaranjem butiril-B-APB:
U slučaju sinteze palmitinske kiseline (C:16) potrebno je ponoviti još šest reakcijskih ciklusa, početak svakog će biti dodavanje malonil-B-ACP molekule na karboksilni kraj sintetizirane masne kiseline. lanac. Dakle, vezivanjem jedne molekule malonil-B-ACP, ugljični lanac sintetizirane palmitinske kiseline povećava se za dva atoma ugljika.
8. Sinteza palmitinske kiseline se završava hidrolitičkim odvajanjem HS-ACP od palmitil-B-ACP uz učešće enzima deacilaze:
Sinteza palmitinske kiseline je osnova za sintezu drugih masnih kiselina, uključujući mononezasićene kiseline (na primjer, oleinska). Slobodna palmitinska kiselina se pretvara u palmitil-S-KoA uz učešće tiokinaze. Palmytyl-S-KoA u citoplazmi može se koristiti u sintezi jednostavnih i složenih lipida, ili ući u mitohondrije uz učešće karnitina za sintezu masnih kiselina sa dužim ugljičnim lancem.
U mitohondrijama i u glatkom endoplazmatskom retikulumu postoji sistem enzima za produžavanje masnih kiselina za sintezu kiselina sa 18 ili više atoma ugljenika produžavanjem lanca ugljenika masnih kiselina sa 12 na 6 atoma ugljenika. Kada se umjesto acetil-S-KoA koristi propionil-S-KoA, sinteza rezultira neparnom masnom kiselinom.
Ukupno, sinteza palmitinske kiseline može se predstaviti sljedećom jednadžbom:
Acetil-S-KoA u citoplazmi u ovoj sintezi služi kao izvor ugljikovih atoma molekule palmitinske kiseline. ATP je neophodan za aktivaciju acetil-S-KoA, dok je NADPH + H + esencijalni redukcioni agens. NADPH + + H + u jetri nastaje u reakcijama pentozofosfatnog puta. Sinteza masnih kiselina odvija se samo u prisustvu ovih osnovnih komponenti u ćeliji. Posljedično, za biosintezu masnih kiselina potrebna je glukoza, koja opskrbljuje proces acetil radikalima, C0 2 i H 2 u obliku NADPH 2.
Svi enzimi biosinteze masnih kiselina, uključujući HS-ACP, nalaze se u citoplazmi ćelije u obliku multienzimskog kompleksa koji se naziva sintetaza masnih kiselina.
Sinteza oleinske (nezasićene) kiseline s jednom dvostrukom vezom nastaje zbog reakcije zasićene stearinske kiseline sa NADPH + H + u prisustvu kisika:
U hepatocitima i u mliječnoj žlijezdi životinja u laktaciji, NADPH 2, neophodan za sintezu masnih kiselina, obezbjeđuje se putem pentozofosfatnog puta. Ako se kod većine eukariota sinteza masnih kiselina odvija isključivo u citoplazmi, onda se sinteza masnih kiselina u fotosintetskim biljnim stanicama odvija u stromi hloroplasta.
Višestruko nezasićene masne kiseline - linolna (C 17 H 31 COOH), linolenska (C 17 H 29 COOH), koje imaju dvostruke veze blizu metilnog kraja ugljičnog lanca, ne sintetiziraju se kod sisara zbog nedostatka potrebnih enzima (desaturaza) koji osiguravaju stvaranje nezasićenih veza u molekuli. Međutim, arahidonska kiselina (C 19 H 31 COOH) se može sintetizirati iz linolne kiseline. Zauzvrat, arahidonska kiselina je prekursor u sintezi prostaglandina. Imajte na umu da su biljke sposobne sintetizirati dvostruke veze na pozicijama 12 i 15 ugljikovog lanca uz sudjelovanje neophodnih enzima u sintezi linolne i linolenske kiseline.
Glavna uloga svih polinezasićenih masnih kiselina je vjerovatno da obezbijede svojstva protoka u biološkim membranama. To potvrđuje i činjenica da niži organizmi imaju sposobnost da mijenjaju sastav masnih kiselina fosfolipida zbog svoje tečnosti, na primjer, na različitim temperaturama okoline. To se postiže povećanjem udjela masnih kiselina s dvostrukom vezom ili povećanjem stepena nezasićenosti masnih kiselina.
Metilenski ugljik bilo koje dvostruke veze u strukturi polinezasićene masne kiseline vrlo je osjetljiv na uklanjanje vodika i fiksaciju kisika uz stvaranje slobodnih radikala. Tako formirane molekule hidroperoksida formiraju dijaldehide uglavnom u obliku malondialdehida. Potonji je sposoban uzrokovati umrežavanje, što dovodi do citotoksičnosti, mutagenosti, poremećaja membrane i modifikacije enzima. Polimerizacijom malonskog aldehida nastaje nerastvorljivi pigment lipofuscin, koji se sa godinama nakuplja u nekim tkivima.
Interesovanje za polinezasićene masne kiseline na biohemijskom nivou povezano je sa studijama koje ukazuju da ishrane sa visokim nivoom polinezasićenih masnih kiselina u odnosu na nivo zasićenih masnih kiselina pomažu u snižavanju nivoa holesterola u organizmu.
U organizmu izgladnjele životinje, uz naknadno prisustvo ishrane sa visokim nivoom ugljikohidrata i niskim nivoom masti, aktivnost acetil-CoA karboksilaze je značajno povećana zbog kovalentne modifikacije i sinteze masnih kiselina za nekoliko dana. Ovo je adaptivna kontrola regulacije metabolizma masti. Sinteza i oksidacija masnih kiselina u tijelu su međusobno zavisni procesi. Kada životinja gladuje, nivo slobodnih masnih kiselina u krvi raste zbog povećanja aktivnosti lipaze masnih ćelija pod uticajem hormona kao što su adrenalin, glukagon. Biosinteza masnih kiselina, pretvarajući NADPH + H + molekule u NADP ~, uzrokuje razgradnju glukoze putem pentozofosfatnog puta. Dakle, glukoza je neophodna u biosintezi masnih kiselina, opskrbljujući ne samo acetil radikale, već i koenzime u obliku NADPH + H +.
Slobodne masne kiseline se vezuju za serumski albumin, koji je glavni transporter neesterifikovanih masnih kiselina. U kombinaciji sa albuminom, masne kiseline predstavljaju aktivni transportni izvor energije za različita tkiva u određenom vremenskom periodu. Međutim, nervno tkivo, koje prima gotovo svu energiju iz glukoze, nije u stanju da koristi masne kiseline povezane s albuminom za energiju.
Koncentracija slobodnih masnih kiselina u krvi je relativno konstantna (0,6 mM). Njihovo vrijeme poluraspada je samo dvije minute. Jetra intenzivno uključuje masne kiseline u sintezu triglicerida, vezujući ih za lipoproteine niske gustine (LDL), koji ulaze u krvotok. LDL holesterol prenosi holesterol iz krvne plazme do različitih tkiva, zidova krvnih sudova.
Ranije se pretpostavljalo da su procesi cijepanja obrnuto od procesa sinteze, uključujući i sintezu masnih kiselina kao proces suprotan njihovoj oksidaciji.
Sada je utvrđeno da mitohondrijski sistem biosinteze masnih kiselina, koji uključuje blago izmijenjeni slijed reakcije β-oksidacije, samo produžava srednje lance masnih kiselina koje već postoje u tijelu, dok potpuna biosinteza palmitinske kiseline iz acetila -CoA se aktivno nastavlja izvan mitohondrija na sasvim drugom putu.
Razmotrimo neke važne karakteristike puta biosinteze masnih kiselina.
1. Sinteza se dešava u citosolu, za razliku od propadanja koji se dešava u mitohondrijskom matriksu.
2. Intermedijeri sinteze masnih kiselina kovalentno su vezani za sulfhidrilne grupe proteina za prijenos acil (ACP), dok su intermedijarni proizvodi cijepanja masnih kiselina vezani za koenzim A.
3. Mnogi enzimi za sintezu masnih kiselina u višim organizmima organizirani su u multienzimski kompleks koji se naziva sintetaza masnih kiselina. Nasuprot tome, čini se da se enzimi koji katalizuju razgradnju masnih kiselina nerado povezuju.
4. Rastući lanac masnih kiselina se produžava uzastopnim dodavanjem komponenti sa dva ugljika izvedene iz acetil-CoA. Malonyl-APB služi kao aktivirani donor bikarbonskih komponenti u fazi elongacije. Reakcija elongacije se pokreće oslobađanjem CO 2.
5. Ulogu redukcionog agensa u sintezi masnih kiselina igra NADPH.
6. Mn 2+ također učestvuje u reakcijama.
7. Elongacija pod dejstvom kompleksa sintetaze masnih kiselina prestaje u fazi formiranja palmitata (C 16). Dalje elongacija i uvođenje dvostrukih veza provode drugi enzimski sistemi.
Formiranje malonil koenzima A
Sinteza masnih kiselina počinje karboksilacijom acetil-CoA u malonil-CoA. Ova ireverzibilna reakcija je ključni korak u sintezi masnih kiselina.
Sintezu malonil-CoA kataliziraju acetil CoA karboksilaze a provodi se na račun energije ATR-a. Izvor CO 2 za karboksilaciju acetil-CoA je bikarbonat.
Rice. Sinteza malonil-CoA
Acetil CoA karboksilaza sadrži kao prostetičku grupu biotin.
Rice. Biotin
Enzim se sastoji od promjenjivog broja identičnih podjedinica, od kojih svaka sadrži biotin, biotinkarboksilaze, karboksibiotin transfer protein, transkarboksilaze, kao i regulatorni alosterički centar, tj. predstavlja polienzimski kompleks. Karboksilna grupa biotina je kovalentno vezana za ε-amino grupu lizinskog ostatka proteina za prijenos karboksibiotina. Karboksilaciju komponente biotina u formiranom kompleksu katalizira druga podjedinica, biotin karboksilaza. Treća komponenta sistema, transkarboksilaza, katalizira prijenos aktiviranog CO 2 iz karboksibiotina u acetil-CoA.
Enzim biotin + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Enzim biotin + ADP + Pi,
CO 2 ~ Biotin-enzim + Acetil-CoA ↔ Molonil-CoA + Biotin-enzim.
Dužina i fleksibilnost veze između biotina i proteina koji ga nosi omogućavaju da se aktivirana karboksilna grupa kreće iz jednog aktivnog centra enzimskog kompleksa u drugi.
Kod eukariota acetil CoA karboksilaza postoji kao protomer lišen enzimske aktivnosti (450 kDa) ili kao aktivni filamentni polimer. Njihova interkonverzija je regulirana alosterijski. Ključni alosterični aktivator je citrat, što pomiče ravnotežu prema aktivnom fibroznom obliku enzima. Optimalna orijentacija biotina u odnosu na supstrate postiže se u fibroznom obliku. Za razliku od citrata, palmitoil-CoA pomiče ravnotežu prema neaktivnom protomernom obliku. Dakle, palmitoil-CoA, krajnji proizvod, inhibira prvi kritični korak u biosintezi masnih kiselina. Regulacija acetil CoA karboksilaze u bakterijama oštro se razlikuje od one kod eukariota, jer su u njima masne kiseline prvenstveno prekursori fosfolipida, a ne rezervno gorivo. Ovdje citrat nema utjecaja na bakterijsku acetil CoA karboksilazu. Aktivnost transkarboksilazne komponente sistema reguliraju nukleotidi gvanina, koji koordiniraju sintezu masnih kiselina s rastom i diobom bakterija.
Građevinski blok za sintezu masnih kiselina u citosolu ćelije je acetil-CoA, koji nastaje na dva načina: bilo kao rezultat oksidativne dekarboksilacije piruvata. (vidi sliku 11, faza III), ili kao rezultat b-oksidacije masnih kiselina (vidi sliku 8).
Slika 11 - Šema konverzije ugljikohidrata u lipide
Podsjetimo da se pretvaranje piruvata koji nastaje tijekom glikolize u acetil-CoA i njegovo stvaranje tokom β-oksidacije masnih kiselina događa u mitohondrijima. Sinteza masnih kiselina odvija se u citoplazmi. Unutrašnja mitohondrijska membrana je nepropusna za acetil-CoA. Njegov ulazak u citoplazmu vrši se putem olakšane difuzije u obliku citrata ili acetilkarnitina, koji se u citoplazmi pretvaraju u acetil-CoA, oksaloacetat ili karnitin. Međutim, glavni put prijenosa acetil-coA iz mitohondrija u citosol je citrat (vidi sliku 12).
U početku, intramitohondrijski acetil-CoA reaguje sa oksaloacetatom da bi se formirao citrat. Reakciju katalizira enzim citrat sintaza. Dobijeni citrat se transportuje preko mitohondrijalne membrane u citosol pomoću posebnog transportnog sistema trikarboksilata.
U citosolu, citrat reaguje sa HS-CoA i ATP, ponovo se razlaže na acetil-CoA i oksaloacetat. Ovu reakciju katalizira ATP citrat liaza. Već u citosolu, oksaloacetat se, uz učešće citosolnog sistema za transport dikarboksilata, vraća u mitohondrijalni matriks, gde se oksiduje u oksaloacetat, čime se završava takozvani šatl ciklus:
Slika 12 - Šema prijenosa acetil-CoA iz mitohondrija u citosol
Biosinteza zasićenih masnih kiselina odvija se u smjeru suprotnom od njihove b-oksidacije, a izgradnja ugljikovodičnih lanaca masnih kiselina vrši se uzastopnim dodavanjem fragmenta od dva ugljika (C 2) - acetil-CoA u njihovi krajevi (vidi sliku 11, faza IV.).
Prva reakcija biosinteze masnih kiselina je karboksilacija acetil-CoA, za koju su potrebni CO2, ATP i joni Mn. Ovu reakciju katalizira enzim acetil-CoA - karboksilaza. Enzim sadrži biotin (vitamin H) kao prostetičku grupu. Reakcija se odvija u dvije faze: 1 - karboksilacija biotina uz sudjelovanje ATP-a i II - prijenos karboksilne grupe na acetil-CoA, kao rezultat toga nastaje malonil-CoA:
Malonil-CoA je prvi specifični proizvod biosinteze masnih kiselina. U prisustvu odgovarajućeg enzimskog sistema, malonil-CoA se brzo pretvara u masne kiseline.
Treba napomenuti da je brzina biosinteze masnih kiselina određena sadržajem šećera u ćeliji. Povećanje koncentracije glukoze u masnom tkivu ljudi i životinja i povećanje brzine glikolize stimulira sintezu masnih kiselina. To ukazuje da su metabolizam masti i ugljikohidrata usko povezani jedan s drugim. Važnu ulogu ovdje igra reakcija karboksilacije acetil-CoA sa njegovom transformacijom u malonil-CoA, katalizirana acetil-CoA karboksilazom. Aktivnost potonjeg ovisi o dva faktora: prisutnosti masnih kiselina visoke molekularne težine i citrata u citoplazmi.
Akumulacija masnih kiselina ima inhibitorni efekat na njihovu biosintezu, tj. inhibiraju aktivnost karboksilaze.
Posebnu ulogu ima citrat, koji je aktivator acetil-CoA karboksilaze. Citrat istovremeno igra ulogu poveznice metabolizma ugljikohidrata i masti. U citoplazmi citrat ima dvostruki učinak u stimulaciji sinteze masnih kiselina: prvo, kao aktivator acetil-CoA karboksilaze i, drugo, kao izvor acetilnih grupa.
Vrlo važna karakteristika sinteze masnih kiselina je da su svi međuprodukti sinteze kovalentno vezani za acil-transfer protein (HS-ACP).
HS-ACP je protein niske molekularne težine koji je termički stabilan, sadrži aktivnu HS-grupu i sadrži pantotensku kiselinu (vitamin B 3) u svojoj prostetičkoj grupi. Funkcija HS-ACP je slična onoj enzima A (HS-CoA) u b-oksidaciji masnih kiselina.
U procesu izgradnje lanca masnih kiselina, intermedijarni proizvodi formiraju estarske veze sa ABP (vidi sliku 14):
Ciklus produžavanja lanca masnih kiselina uključuje četiri reakcije: 1) kondenzaciju acetil-ACP (C 2) sa malonil-ACP (C 3); 2) oporavak; 3) dehidracija i 4) druga redukcija masnih kiselina. Na sl. 13 prikazuje shemu za sintezu masnih kiselina. Jedan ciklus produžetka lanca masnih kiselina uključuje četiri uzastopne reakcije.
Slika 13 - Šema sinteze masnih kiselina
U prvoj reakciji (1) - reakcija kondenzacije - acetilne i malonilne grupe međusobno djeluju i formiraju acetoacetil-ABP uz istovremeno oslobađanje CO 2 (C 1). Ovu reakciju katalizira kondenzacijski enzim b-ketoacil-ABP sintetaza. CO 2 odvojen od malonil-ACP je isti CO 2 koji je učestvovao u reakciji karboksilacije acetil-ACP. Dakle, kao rezultat reakcije kondenzacije, nastaje jedinjenje sa četiri ugljika (C 4) od dvije (C 2) i trougljične (C 3) komponente.
U drugoj reakciji (2), reakciji redukcije koju katalizira b-ketoacil-ACP reduktaza, acetoacetil-ACP se pretvara u b-hidroksibutiril-ACP. Redukciono sredstvo je NADPH + H +.
U trećoj reakciji (3) ciklusa-dehidracije - molekul vode se odvaja od b-hidroksibutiril-ACP sa formiranjem krotonil-ACP. Reakciju katalizira b-hidroksiacil-ACP-dehidrataza.
Četvrta (konačna) reakcija (4) ciklusa je redukcija krotonil-ACP u butiril-ACP. Reakcija se odvija pod dejstvom enoil-ACP reduktaze. Ulogu redukcionog agensa ovdje igra drugi molekul NADPH + H +.
Zatim se ciklus reakcija ponavlja. Pretpostavimo da se sintetiše palmitinska kiselina (C 16). U ovom slučaju, formiranje butiril-ACP se završava tek u prvom od 7 ciklusa, u svakom od kojih je početak dodavanje molekule molonil-ACP (C 3) - reakcija (5) na karboksilni kraj rastući lanac masnih kiselina. Ovo cepa karboksilnu grupu u obliku CO 2 (C 1). Ovaj proces se može predstaviti na sljedeći način:
S 3 + S 2 ® S 4 + S 1 - 1 ciklus
S 4 + S 3 ® S 6 + S 1 - 2 ciklus
S 6 + S 3 ® S 8 + S 1-3 ciklus
S 8 + S 3 ® S 10 + S 1 - 4 ciklus
S 10 + S 3 ® S 12 + S 1 - 5 ciklus
S 12 + S 3 ® S 14 + S 1 - 6 ciklus
S 14 + S 3 ® S 16 + S 1 - 7 ciklus
Mogu se sintetizirati ne samo više zasićene masne kiseline, već i one nezasićene. Mononezasićene masne kiseline nastaju od zasićenih kao rezultat oksidacije (desaturacije) koju katalizira acil-CoA oksigenaza. Za razliku od biljnih tkiva, životinjska tkiva imaju vrlo ograničenu sposobnost pretvaranja zasićenih masnih kiselina u nezasićene. Utvrđeno je da se dvije najčešće mononezasićene masne kiseline - palmitooleinska i oleinska - sintetiziraju iz palmitinske i stearinske kiseline. U organizmu sisara, uključujući ljude, linolna (C 18: 2) i linolenska (C 18: 3) kiseline se ne mogu formirati, na primjer, iz stearinske kiseline (C 18: 0). Ove kiseline su klasifikovane kao esencijalne masne kiseline. Esencijalne masne kiseline takođe uključuju arahidnu kiselinu (C 20: 4).
Uz desaturaciju masnih kiselina (formiranje dvostrukih veza) dolazi i do njihovog elongacije (elongacije). Štaviše, oba ova procesa mogu se kombinovati i ponavljati. Produženje lanca masnih kiselina nastaje uzastopnim dodavanjem ugljikohidratnih fragmenata u odgovarajući acil-CoA uz učešće malonil-CoA i NADPH + H +.
Slika 14 prikazuje puteve konverzije palmitinske kiseline u reakcijama desaturacije i elongacije.
Slika 14 - Šema konverzije zasićenih masnih kiselina
u nezasićene
Sinteza bilo koje masne kiseline se završava odvajanjem HS-ACP od acil-ACP pod uticajem enzima deacilaze. Na primjer:
Rezultirajući acil-CoA je aktivni oblik masne kiseline.
Budući da je sposobnost životinja i ljudi da pohranjuju polisaharide prilično ograničena, glukoza, dobijena u količinama koje premašuju neposredne energetske potrebe i "kapacitet skladištenja" tijela, može biti "građevinski materijal" za sintezu masnih kiselina i glicerola. Zauzvrat, masne kiseline, uz učešće glicerola, pretvaraju se u trigliceride, koji se talože u masnom tkivu.
Biosinteza holesterola i drugih sterola je takođe važan proces. Iako u kvantitativnom smislu put sinteze holesterola nije toliko važan, on je od velike važnosti zbog činjenice da se iz holesterola u organizmu formiraju brojni biološki aktivni steroidi.
Sinteza viših masnih kiselina u tijelu
Trenutno su dovoljno proučeni mehanizam biosinteze masnih kiselina u organizmu životinja i ljudi, kao i enzimski sistemi koji katalizuju ovaj proces. Sinteza masnih kiselina u tkivima odvija se u citoplazmi ćelije. U mitohondrijima, s druge strane, dolazi do produžavanja postojećih lanaca masnih kiselina 1.
1 Eksperimenti in vitro su pokazali da izolovani mitohondriji imaju zanemarljivu sposobnost da ugrade označenu sirćetnu kiselinu u dugolančane masne kiseline. Na primjer, utvrđeno je da se palmitinska kiselina sintetiše u citoplazmi ćelija jetre, te u mitohondrijima ćelija jetre na osnovu ćelija palmitinske kiseline koje su već sintetizovane u citoplazmi ili na bazi masnih kiselina egzogenog porekla, tj. one primljene iz crijeva, masne kiseline koje sadrže 18, 20 i 22 atoma ugljika. U ovom slučaju, reakcije sinteze masnih kiselina u mitohondrijima su u suštini reverzne reakcije oksidacije masnih kiselina.
Ekstramitohondrijska sinteza (bazna, glavna) masnih kiselina po svom mehanizmu se oštro razlikuje od procesa njihove oksidacije. Građevinski blok za sintezu masnih kiselina u citoplazmi ćelije je acetil-CoA, koji je uglavnom izveden iz mitohondrijalnog acetil-CoA. Također je utvrđeno da je prisustvo ugljičnog dioksida ili bikarbonatnog jona u citoplazmi važno za sintezu masnih kiselina. Osim toga, utvrđeno je da citrat stimulira sintezu masnih kiselina u citoplazmi stanice. Poznato je da acetil-CoA formiran u mitohondrijima tokom oksidativne dekarboksilacije ne može difundirati u citoplazmu ćelije, jer je mitohondrijska membrana nepropusna za ovaj supstrat. Pokazalo se da mitohondrijski acetil-CoA stupa u interakciju s oksaloacetatom, što rezultira stvaranjem citrata, koji slobodno prodire u citoplazmu stanice, gdje se razgrađuje do acetil-CoA i oksaloacetata:
Stoga, u ovom slučaju, citrat djeluje kao nosač acetil radikala.
Postoji još jedan način prijenosa intramitohondrijalnog acetil-CoA u citoplazmu ćelije. Ovo je karnitinski put. Gore je spomenuto da karnitin igra ulogu nosača acilnih grupa iz citoplazme u mitohondrije tokom oksidacije masnih kiselina. Očigledno, može obavljati ovu ulogu u obrnutom procesu, odnosno u prijenosu acil radikala, uključujući acetil radikal, iz mitohondrija u citoplazmu stanice. Međutim, kada je u pitanju sinteza masnih kiselina, ovaj put za prijenos acetil-CoA nije glavni.
Najvažniji korak u razumijevanju procesa sinteze masnih kiselina bilo je otkriće enzima acetil-CoA karboksilaze. Ovaj kompleksni enzim koji sadrži biotin katalizira ATP-ovisnu sintezu malonil-CoA (HOOC-CH2-CO-S-CoA) iz acetil-CoA i CO2.
Ova reakcija se odvija u dvije faze:
Utvrđeno je da citrat djeluje kao aktivator reakcije acetil-CoA-karboksilaze.
Malonil-CoA je prvi specifični proizvod biosinteze masnih kiselina. U prisustvu odgovarajućeg enzimskog sistema, malonil-CoA (koji zauzvrat nastaje od acetil-CoA) se brzo pretvara u masne kiseline.
Enzimski sistem koji sintetiše više masne kiseline sastoji se od nekoliko enzima koji su povezani na određeni način.
Trenutno je proces sinteze masnih kiselina detaljno proučavan kod E. coli i nekih drugih mikroorganizama. Kompleks više enzima nazvan sintetaza masnih kiselina, u E. coli, sastoji se od sedam enzima povezanih sa takozvanim acil-transfer proteinom (ACP). Ovaj protein je relativno termostabilan, ima slobodni HS-rpynny i uključen je u sintezu viših masnih kiselina u gotovo svim njenim fazama. Relativna molekulska težina APB je oko 10.000 daltona.
Ispod je redoslijed reakcija koje se javljaju tijekom sinteze masnih kiselina:
Zatim se ciklus reakcija ponavlja. Pretpostavimo da se palmitinska kiselina (C 16) sintetiše; u ovom slučaju, formiranje butiril-ACP završava se tek u prvom od sedam ciklusa, u svakom od kojih je početak vezivanje malonil-ACP molekula za karboksilni kraj rastućeg lanca masnih kiselina. Ovo odvaja HS-ACP molekul i distalnu karboksilnu grupu malonil-ACP u obliku CO2. Na primjer, butiril-APB formiran u prvom ciklusu stupa u interakciju s malonil-APB:
Sinteza masnih kiselina završava se cijepanjem HS-ACP od acil-ACP pod utjecajem enzima deacilaze, na primjer:
Ukupna jednadžba za sintezu palmitinske kiseline može se napisati na sljedeći način:
Ili, s obzirom na to da je za formiranje jedne molekule malonil-CoA iz acetil-CoA potreban jedan molekul ATP i jedan molekul CO 2, ukupna jednačina se može predstaviti na sljedeći način:
Glavne faze biosinteze masnih kiselina mogu se prikazati u obliku dijagrama.
U poređenju sa β-oksidacijom, biosinteza masnih kiselina ima niz karakterističnih karakteristika:
- sinteza masnih kiselina se uglavnom odvija u citoplazmi ćelije, a oksidacija se vrši u mitohondrijima;
- učešće u biosintezi masnih kiselina malonil-CoA, koja nastaje vezivanjem CO 2 (u prisustvu enzima biotina i ATP-a) sa acetil-CoA;
- u svim fazama sinteze masnih kiselina uključen je acil transfer protein (HS-APB);
- potreba za sintezom masnih kiselina koenzima NADPH 2. Potonji u organizmu nastaje djelomično (do 50%) u reakcijama pentoznog ciklusa (heksoza-monofosfatni "šant"), dijelom kao rezultat redukcije NADP-a malatom (jabučna kiselina + NADP-pirogrožđana kiselina + CO 2 + NADPH 2);
- obnavljanje dvostruke veze u reakciji enoil-ACP-reduktaze događa se uz sudjelovanje NADPH 2 i enzima, čija je protetička grupa flavin mononukleotid (FMN);
- u procesu sinteze masnih kiselina nastaju hidroksi derivati koji su po svojoj konfiguraciji povezani sa D-serijom masnih kiselina, a tokom oksidacije masnih kiselina - hidroksi derivati L-serije.
Stvaranje nezasićenih masnih kiselina
U tkivima sisara prisutne su nezasićene masne kiseline, koje se mogu pripisati četiri porodice, koje se razlikuju po dužini alifatskog lanca između terminalne metilne grupe i najbliže dvostruke veze:
Utvrđeno je da se dvije najčešće mononezasićene masne kiseline – palmitooleinska i oleinska – sintetiziraju iz palmitinske i stearinske kiseline. Dvostruka veza u molekulu ovih kiselina uvodi se u mikrozome ćelija jetre i masnog tkiva uz učešće specifične oksigenaze i molekularnog kiseonika. U ovoj reakciji jedna molekula kiseonika koristi se kao akceptor dva para elektrona, od kojih jedan par pripada supstratu (Acyl-CoA), a drugi NADPH 2:
Istovremeno, tkiva ljudi i niza životinja nisu u stanju sintetizirati linolnu i linolensku kiselinu, već ih moraju primiti hranom (sintezu ovih kiselina provode biljke). U tom smislu, linolna i linolenska kiselina, koje sadrže dvije, odnosno tri dvostruke veze, nazivaju se esencijalnim masnim kiselinama.
Sve ostale polinezasićene kiseline koje se nalaze kod sisara formiraju se od četiri prekursora (palmitooleinoid, oleinska, linolna i linolenska kiolota) daljnjim produžavanjem lanca i/ili uvođenjem novih dvostrukih veza. Ovaj proces se odvija uz učešće mitohondrijalnih i mikrosomalnih enzima. Na primjer, sinteza arahidonske kiseline odvija se prema sljedećoj shemi:
Biološka uloga višestruko nezasićenih masnih kiselina je u velikoj mjeri razjašnjena u vezi s otkrićem nove klase fiziološki aktivnih spojeva - prostaglandina.
Biosinteza triglicerida
Postoji razlog za vjerovanje da je brzina biosinteze masnih kiselina u velikoj mjeri određena brzinom stvaranja triglicerida i fosfolipida, jer su slobodne masne kiseline prisutne u tkivima i krvnoj plazmi u malim količinama i normalno se ne akumuliraju.
Sinteza triglicerida se odvija iz glicerola i masnih kiselina (uglavnom stearinske, palmitinske i oleinske). Put biosinteze triglicerida u tkivima odvija se kroz stvaranje glicerol-3-fosfata kao intermedijera. U bubrezima, kao i u crijevnom zidu, gdje je aktivnost enzima glicerol kinaze visoka, glicerol se fosforilira pomoću ATP-a i nastaje glicerol-3-fosfat:
U masnom tkivu i mišićima, zbog vrlo niske aktivnosti glicerol kinaze, stvaranje glicerol-3-fosfata uglavnom je povezano s glikolizom ili glikogenolizom 1. 1 U slučajevima kada je sadržaj glukoze u masnom tkivu nizak (na primjer, tokom gladovanja), stvara se samo mala količina glicerol-3-fosfata, a slobodne masne kiseline koje se oslobađaju tokom lipolize ne mogu se koristiti za resintezu triglicerida, stoga masne kiseline napuštaju masno tkivo... Naprotiv, aktivacija glikolize u masnom tkivu pospješuje nakupljanje triglicerida u njemu, kao i masnih kiselina uključenih u njihov sastav. Poznato je da u procesu glikolitičke razgradnje glukoze nastaje dioksiaceton fosfat. Potonji, u prisustvu citoplazmatske NAD-zavisne glicerol fosfat dehidrogenaze, može se pretvoriti u glicerol-3-fosfat:
U jetri se primjećuju oba puta za stvaranje glicerol-3-fosfata.
Formirani, na ovaj ili onaj način, glicerol-3-fosfat aciliraju dva molekula CoA-derivata masne kiseline (tj. "aktivni" oblici masne kiseline) 2. 2 Kod nekih mikroorganizama, na primjer, kod E. coli, donor acilne grupe nije CoA-proksi, već ACP-derivati masnih kiselina. Kao rezultat, nastaje fosfatidna kiselina:
Imajte na umu da iako je fosfatidna kiselina prisutna u ćelijama u izuzetno malim količinama, ona je veoma važan međuproizvod zajednički za biosintezu triglicerida i glicerofosfolipida (vidi dijagram).
Ako se sintetiziraju trigliceridi, fosfatidna kiselina se defosforilira pomoću specifične fosfataze (fosfatidat fosfataze) i nastaje 1,2-diglicerid:
Biosinteza triglicerida je završena esterifikacijom nastalog 1,2-diglicerida s trećim acil-CoA molekulom:
Biosinteza glicerofosfolipida
Sinteza najvažnijih glicerofosfolipida lokalizirana je uglavnom u endoplazmatskom retikulumu stanice. Prvo, fosfatidna kiselina, kao rezultat reverzibilne reakcije sa citidin trifosfatom (CTP), se pretvara u citidin difosfat diglicerid (CDP-diglicerid):
Zatim, u narednim reakcijama, od kojih je svaka katalizirana odgovarajućim enzimom, citidin monofosfat biva istisnut iz molekule CDP-diglicerida jednim od dva jedinjenja - serina ili inozitola, formirajući fosfatidilserin ili fosfatidilinozitol, ili 3-fosfatidil-1-fosfatirol. fosfat. Kao primjer dajemo formiranje fosfatidilserina:
Zauzvrat, fosfatidilserin se može dekarboksilirati u fosfatidiletanolamin:
Fosfatidil etanolamin je prekursor fosfatidilholina. Kao rezultat sekvencijalnog prijenosa tri metilne grupe sa tri molekula S-adenozilmetionina (donator metilnih grupa) na amino grupu etanolaminskog ostatka, nastaje fosfatidilholin:
Postoji još jedan način za sintezu fosfatidiletanolamina i fosfatidilholina u životinjskim stanicama. Ovaj put također koristi CTP kao nosač, ali ne fosfatidnu kiselinu, već fosforilholin ili fosforiletanolamin (šema).
Biosinteza holesterola
Još 60-ih godina ovog vijeka, Bloch et al. u eksperimentima sa acetatom označenim sa 14 C na metil i karboksilnim grupama, pokazao je da su oba atoma ugljika sirćetne kiseline uključena u holesterol u jetri u približno jednakim količinama. Osim toga, pokazalo se da su svi atomi ugljika kolesterola izvedeni iz acetata.
Kasnije su, zahvaljujući radovima Linena, Redneyja, Polyaka, Kornfortha, A. N. Klimova i drugih istraživača, razjašnjeni glavni detalji enzimske sinteze kolesterola, koji broje više od 35 enzimskih reakcija. U sintezi holesterola mogu se razlikovati tri glavne faze: prvi je pretvaranje aktivnog acetata u mevalonsku kiselinu, drugi je stvaranje skvalena iz mevalonske kiseline, a treći je ciklizacija skvalena u holesterol.
Prvo, razmotrite korak pretvaranja aktivnog acetata u mevalonsku kiselinu. Početna faza u sintezi mevalonske kiseline iz acetil-CoA je stvaranje acetoacetil-CoA kroz reverzibilnu reakciju tiolaze:
Zatim naknadna kondenzacija acetoacetil-CoA sa trećim molekulom acetil-CoA uz učešće hidroksimetilglutaril-CoA sintaze (HMG-CoA sintaze) daje formiranje β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA:
Imajte na umu da smo ove prve faze sinteze mevalonske kiseline već razmatrali kada smo govorili o formiranju ketonskih tijela. Nadalje, β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA pod utjecajem NADP-zavisne hidroksimetilglutaril-CoA reduktaze (HMG-CoA reduktaze) kao rezultat redukcije jedne od karboksilnih grupa i eliminacije HS-KoA pretvara se u mevalonska kiselina:
Reakcija HMG-CoA reduktaze je prva praktično ireverzibilna reakcija u lancu biosinteze holesterola i odvija se uz značajan gubitak slobodne energije (oko 33,6 kJ). Utvrđeno je da ova reakcija ograničava brzinu biosinteze holesterola.
Uz klasični put biosinteze mevalonske kiseline, postoji i drugi put, u kojem se β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA ne formira kao međusupstrat, već β-hidroksi-β-metilglutarnl-S-ACP. Reakcije ovog puta su očigledno identične početnim fazama biosinteze masnih kiselina sve do formiranja acetoacetil-S-ACP. Acetil-CoA-karboksilaza, enzim koji pretvara acetil-CoA u malonil-CoA, ovim putem učestvuje u stvaranju mevalonske kiseline. Optimalni odnos malonil-CoA i acetil-CoA za sintezu mevalonske kiseline: dva molekula acetil-CoA po jednom molekulu malonil-CoA.
Dokazano je učešće malonil-CoA, glavnog supstrata biosinteze masnih kiselina, u formiranju mevalonske kiseline i raznih poliizoprenoida za brojne biološke sisteme: jetru goluba i pacova, mliječnu žlijezdu kunića i ekstrakte acelularnog kvasca. Ovaj put biosinteze mevalonske kiseline uočen je uglavnom u citoplazmi ćelija jetre. U ovom slučaju, hidroksimetilglutaril-CoA reduktaza, koja se nalazi u rastvorljivoj frakciji jetre štakora, a nije identična mikrozomalnom enzimu u smislu brojnih kinetičkih i regulatornih svojstava, igra značajnu ulogu u formiranju mevalonata. Poznato je da je mikrosomalna hidroksimetilglutaril-CoA reduktaza glavna karika u regulaciji puta biosinteze mevalonske kiseline iz acetil-CoA uz učešće acetoacetil-CoA-tiolaze i HMG-CoA sintaze. Regulacija drugog puta biosinteze mevalonske kiseline pod nizom uticaja (postovanje, hranjenje holesterolom, primena surfaktanta - trimota WR-1339) razlikuje se od regulacije prvog puta u kome je uključena mikrosomalna reduktaza. Ovi podaci ukazuju na postojanje dva autonomna sistema za biosintezu mevalonske kiseline. Fiziološka uloga drugog puta nije u potpunosti proučavana. Smatra se da je od određene važnosti ne samo za sintezu nesteroidnih supstanci, kao što su bočni lanac ubikinona i jedinstvene baze N 6 (Δ 2 -izopentil) -adenozin nekih tRNA, već i za biosintezu steroida (AN Klimov, E D. Polyakova).
U drugoj fazi nastanka holesterola, mevalonska kiselina se pretvara u skvalen. Reakcije druge faze počinju fosforilacijom mevalonske kiseline sa ATP-om. Kao rezultat, nastaje 5"-pirofosforni estar, a zatim 5"-pirofosforni estar mevalonske kiseline:
5"-pirofosfomevalonska kiselina, kao rezultat naknadne fosforilacije tercijarne hidroksilne grupe, formira nestabilan međuproizvod - 3"-fosfo-5"-pirofosfomevalonska kiselina, koja se dekarboksilacijom i gubitkom fosforne kiseline pretvara u pirofopenten. Potonji se izomerizira u dimetilalilpirofosfat.
Zatim se ova dva izomerna izopentenil pirofosfata (dimetilalil pirofosfat i izopentenil pirofosfat) kondenzuju da otpuste pirofosfat i formiraju geranil pirofosfat. Izopentenil pirofosfat se ponovo spaja sa geranil pirofosfatom, što rezultira farnezil pirofosfatom.
Sinteza palmitinske kiseline (C16) iz acetil-CoA.
1) Teče u citoplazmi ćelija jetre i masnog tkiva.
2) Vrijednost: za sintezu masti i fosfolipida.
3) Nastavlja se nakon jela (tokom perioda apsorpcije).
4) Nastaje iz acetil-CoA dobijenog iz glukoze (glikoliza → OPVA → acetil-CoA).
5) U procesu se uzastopno ponavljaju 4 reakcije:
kondenzacija → oporavak → dehidracija → oporavak.
Na kraju svakog LCD ciklusa produžava za 2 atoma ugljika.
Donator 2C - malonil-CoA.
6) NADPH + H + učestvuje u dve redukcione reakcije (50% dolazi iz PPP, 50% iz MALIK-enzima).
7) Samo prva reakcija se odvija direktno u citoplazmi (regulatorna).
Preostala 4 su ciklična - na posebnom kompleksu palmitat sintaze (sinteza samo palmitinske kiseline)
8) U citoplazmi funkcioniše regulatorni enzim - acetil-CoA-karboksilaza (ATP, vit. H, biotin, IV klasa).
Struktura kompleksa palmitat sintaze
Palmitat sintaza je enzim koji se sastoji od 2 podjedinice.
Svaki se sastoji od jednog PPC-a sa 7 aktivnih centara.
Svaki aktivni centar katalizira vlastitu reakciju.
Svaki PPC sadrži acil-transfer protein (ACP), na kojem se odvija sinteza (sadrži fosfopantetonat).
Svaka podjedinica ima HS grupu. U jednom, HS-grupa pripada cisteinu, u drugom fosfopantotenskoj kiselini.
Mehanizam
1) Acetil-Coa dobijen iz ugljikohidrata ne može ući u citoplazmu, gdje se odvija sinteza FA. Izlazi kroz prvu reakciju TCA - stvaranje citrata.
2) U citoplazmi se citrat razlaže na acetil-koa i oksaloacetat.
3) Oksaloacetat → malat (CTA reakcija u suprotnom smjeru).
4) Malat → piruvat, koji se koristi u ODPVK.
5) Acetil-CoA → sinteza FA.
6) Acetil-CoA se pod dejstvom acetil-CoA-karboksilaze pretvara u malonil-CoA.
Aktivacija enzima acetil-CoA karboksilaze:
a) pojačavanjem sinteze podjedinica pod dejstvom insulina - tri tetramera se sintetišu odvojeno
b) pod dejstvom citrata spajaju se tri tetramera i enzim se aktivira
c) tokom posta glukagon inhibira enzim (fosforilacijom), ne dolazi do sinteze masti
7) jedan acetil CoA iz citoplazme prelazi u HS-grupu (iz cisteina) palmitat sintaze; jedan malonil-CoA po HS-grupi druge podjedinice. Dalje se javlja palmitat sintaza:
8) njihova kondenzacija (acetil CoA i malonil-CoA)
9) oporavak (donator - NADPH + H + iz PPP)
10) dehidracija
11) oporavak (donor - NADPH + H + iz MALIK-enzima).
Kao rezultat, acil radikal se povećava za 2 atoma ugljika.
 |
Mobilizacija masti
Tokom gladovanja ili duže fizičke aktivnosti oslobađa se glukagon ili adrenalin. Oni aktiviraju TAG lipazu u masnom tkivu, koje se nalazi u adipocitima i tzv tkivna lipaza(osetljivi na hormone). Razgrađuje masti u masnom tkivu na glicerol i masne kiseline. Glicerol ide u jetru radi glukoneogeneze. FA ulaze u krvotok, vezuju se sa albuminom i ulaze u organe i tkiva, koriste se kao izvor energije (od strane svih organa, pored mozga koji koristi glukozu i ketonska tijela tokom posta ili dužeg vježbanja).
Za srčani mišić, masne kiseline su glavni izvor energije.
β-oksidacija
β-oksidacija- proces cijepanja masnih kiselina kako bi se izvukla energija.
1) Specifičan put katabolizma FA do acetil-CoA.
2) Teče u mitohondrijama.
3) Uključuje 4 reakcije koje se ponavljaju (tj. uslovno ciklične):
oksidacija → hidratacija → oksidacija → cijepanje.
4) Na kraju svakog ciklusa, FA se skraćuje za 2 atoma ugljika u obliku acetil-CoA (ulazeći u CTC).
5) 1 i 3 reakcije - reakcije oksidacije, povezane sa CPE.
6) Vit. B 2 - koenzim FAD, vit. PP - NAD, pantotenska kiselina - HS-KoA.
Mehanizam prijenosa FA iz citoplazme u mitohondrije.
1. FA se moraju aktivirati prije ulaska u mitohondrije.
Samo aktivirana FA = acil-CoA može se transportovati kroz dvostruku lipidnu membranu.
Nosač je L-karnitin.
Regulatorni enzim β-oksidacije je karnitin aciltransferaza-I (KAT-I).
2. CAT-I prenosi masne kiseline u intermembranski prostor.
3. Pod dejstvom CAT-I, acil-CoA se prenosi na L-karnitin transporter.
Nastaje acilkarnitin.
4. Uz pomoć translokaze ugrađene u unutrašnju membranu, acilkarnitin se transportuje u mitohondrije.
5. U matriksu, pod dejstvom CAT-II, FA se odvaja od karnitina i ulazi u β-oksidaciju.
Karnitin se vraća nazad u intermembranski prostor.
Β-oksidacijske reakcije
1. Oksidacija: FA se oksidira uz učešće FAD (enzim acil-CoA-DH) → enoil.
FAD ulazi u CPE (p / o = 2)
2. Hidratacija: enoil → β-hidroksiacil-CoA (enzim enoil hidrataza)
3. Oksidacija: β-hidroksiacil-CoA → β-ketoacil-CoA (uz učešće NAD, koji ulazi u CPE i ima p/o = 3).
4. Cepanje: β-ketoacil-CoA → acetil-CoA (enzim tiolaze, uz učešće HS-KoA).
Acetil-CoA → CTA → 12 ATP.
Acyl-CoA (C-2) → sljedeći ciklus β-oksidacije.
Proračun energije u β-oksidaciji
Na primjer, meristična kiselina (14C).
Izračunavamo koliko acetil-CoA razlaže masna kiselina
½ n = 7 → TCA (12ATP) → 84 ATP.
Brojimo koliko ciklusa se razlažu
(1/2 n) -1 = 6,5 (2 ATP u 1 reakciji i 3 ATP u 3 reakcije) = 30 ATP
· Oduzmite 1 ATP potrošen na aktivaciju masnih kiselina u citoplazmi.
Ukupno - 113 ATP.
Sinteza ketonskih tijela
Gotovo sav acetil-CoA ulazi u CTK. Mali dio se koristi za sintezu ketonskih tijela = acetonskih tijela.
Ketonska tijela- acetoacetat, β-hidroksibutirat, aceton (za patologiju).
Normalna koncentracija je 0,03-0,05 mmol / l.
Sintetiziraju se samo u jetri iz acetil-CoA dobijenog β-oksidacijom.
Koristi se kao izvor energije od strane svih organa osim jetre (bez enzima).
Kod dugotrajnog gladovanja ili dijabetes melitusa, koncentracija ketonskih tijela može se povećati deset puta, jer u ovim uslovima, tečni kristali su glavni izvor energije. U ovim uslovima dolazi do intenzivne β-oksidacije i sav acetil-CoA nema vremena da se iskoristi u CTC-u, jer:
Nedostatak oksaloacetata (koristi se u glukoneogenezi)
· Kao rezultat β-oksidacije nastaje mnogo NADH + H + (u 3 reakcije), koji inhibira izocitrat-DH.
Zbog toga se acetil-CoA koristi za sintezu ketonskih tijela.
Jer ketonska tijela su kiseline, uzrokuju promjenu kiselinsko-bazne ravnoteže. Nastaje acidoza (zbog ketonemija).
Nemaju vremena da se zbrinu i pojavljuju se u urinu kao patološka komponenta → keturija... Takođe, iz usta se oseća miris acetona. Ovo stanje se zove ketoza.
Metabolizam holesterola
Holesterol(Xc) je monohidrični alkohol baziran na ciklopentan perhidrofenantrenskom prstenu.
27 atoma ugljika.
Normalna koncentracija holesterola je 3,6-6,4 mmol / l, nije dozvoljeno više od 5.
Za izgradnju membrana (fosfolipidi: Xc = 1:1)
Sinteza žučnih kamenaca
Sinteza steroidnih hormona (kortizol, progesteron, aldosteron, kalcitriol, estrogen)
· U koži pod uticajem UV zraka koristi se za sintezu vitamina D3 – holekalciferola.
Tijelo sadrži oko 140 g kolesterola (uglavnom u jetri i mozgu).
Dnevna potreba je 0,5-1 g.
Contained samo u životinjskim proizvodima (jaja, puter, sir, jetra).
Xc se ne koristi kao izvor energije, jer njegov prsten se ne cijepa na CO 2 i H 2 O i ATP se ne oslobađa (bez enzima).
Višak Chs se ne izlučuje, ne deponuje, deponuje se u zidu velikih krvnih sudova u obliku plakova.
Tijelo sintetiše 0,5-1 g Chs. Što se više konzumira hranom, manje se sintetiše u organizmu (normalno).
Xc u tijelu se sintetiše u jetri (80%), crijevima (10%), koži (5%), nadbubrežnim žlijezdama, gonadama.
Čak i vegetarijanci mogu imati visok nivo holesterola. za njegovu sintezu potrebni su samo ugljikohidrati.
Biosinteza holesterola
To se odvija u 3 faze:
1) u citoplazmi - prije stvaranja mevalonske kiseline (slično sintezi ketonskih tijela)
2) u EPR - u skvalen
3) u EPR - na holesterol
Oko 100 reakcija.
Regulatorni enzim je β-hidroksimetilglutaril-CoA reduktaza (HMG reduktaza). Statini koji snižavaju holesterol inhibiraju ovaj enzim.)
Regulacija HMG reduktaze:
a) Inhibirano po principu negativne povratne informacije viškom holesterola u ishrani
b) Sinteza enzima (estrogen) može se povećati ili smanjiti (holesterol i žučni kamenac)
c) Enzim se aktivira insulinom defosforilacijom
d) Ako ima puno enzima, onda se višak može odcijepiti proteolizom
Holesterol se sintetiše iz acetil-CoA, izvedeno iz ugljenih hidrata(glikoliza → ODPVK).
Nastali holesterol u jetri je spakovan zajedno sa masnoćom u VLDL nerazdvojen. VLDL ima apoprotein B100, ulazi u krvotok i nakon vezivanja apoproteina C-II i E pretvara se u zreli VLDL, koji ulazi u LP-lipazu. LDL lipaza uklanja masti iz VLDL (50%), ostavljajući LDL, koji se sastoji od 50-70% estera holesterola.
Opskrbljuje holesterolom sve organe i tkiva
· U ćelijama postoje receptori u B100, pomoću kojih prepoznaju LDL i apsorbuju ga. Ćelije regulišu snabdevanje holesterolom povećanjem ili smanjenjem broja B100 receptora.
Kod dijabetes melitusa može doći do glikozilacije B100 (vezivanje glukoze). Posljedično, stanice ne prepoznaju LDL i dolazi do hiperholesterolemije.
LDL može prodrijeti u krvne žile (aterogena čestica).
Više od 50% LDL se vraća u jetru, gdje se kolesterol koristi za sintezu žučnih kamenaca i inhibiranje vlastite sinteze holesterola.
Postoji odbrambeni mehanizam protiv hiperholesterolemije:
Regulacija sinteze sopstvenog holesterola po principu negativne povratne sprege
Ćelije regulišu protok holesterola povećanjem ili smanjenjem broja B100 receptora
Funkcionisanje HDL-a
HDL se sintetiše u jetri. U obliku je diska i sadrži malo holesterola.
HDL funkcije:
Uklanja višak holesterola iz ćelija i drugih lipoproteina
Opskrbljuje C-II i E drugim lipoproteinima
Mehanizam funkcionisanja HDL-a:
HDL ima apoprotein A1 i LCAT (enzim lecitin holesterol aciltransferazu).
HDL se oslobađa u krvotok, a LDL mu se približava.
Prema A1 LDL, prepoznato je da imaju puno holesterola, te aktiviraju LHAT.
LCAT cijepa FA od HDL fosfolipida i prenosi ih u kolesterol. Nastaju esteri holesterola.
Estri holesterola su hidrofobni, pa prelaze u lipoprotein.
TEMA 8
NAČIN SUPSTANCI: IZMJENA PROTEINA
Vjeverice - To su jedinjenja visoke molekularne težine, koja se sastoje od ostataka α-aminokiselina, koji su međusobno povezani peptidnim vezama.
Peptidne veze se nalaze između α-karboksilne grupe jedne aminokiseline i amino grupe druge, koja slijedi nakon nje, α-amino kiseline.
Funkcije proteina (aminokiselina):
1) plastika (glavna funkcija) - iz aminokiselina se sintetišu proteini mišića, tkiva, dragulja, karnitin, kreatin, neki hormoni i enzimi;
2) energija
a) u slučaju prekomjernog unosa hranom (> 100 g)
b) uz produženo gladovanje
Posebnost:
Aminokiseline, za razliku od masti i ugljenih hidrata, nije deponovano .
Količina slobodnih aminokiselina u tijelu je oko 35 g.
Izvori proteina za organizam:
Proteini iz hrane (glavni izvor)
Proteini tkiva
· Sintetizirano iz ugljikohidrata.
Balans dušika
Jer 95% ukupnog azota u organizmu pripada aminokiselinama, onda se njihova izmjena može suditi po balans azota - odnos dolaznog azota i izlučenog u urinu.
ü Pozitivan - oslobađa se manje nego što dolazi (kod djece, trudnica, u periodu oporavka nakon bolesti);
ü Negativno - više se oslobađa nego što dolazi (starost, period produžene bolesti);
ü Balans dušika - kod zdravih ljudi.
Jer proteini hrane - glavni izvor aminokiselina, onda kažu o “ korisnost proteinske ishrane ».
Sve aminokiseline se dijele na:
Zamjenjivi (8) - Ala, Gli, Ser, Pro, Glu, Gln, Asp, Asn;
· Djelomično zamjenjivo (2) - Arg, Gis (sintetizirano sporo);
Uslovno zamjenjivo (2) - Cis, Tyr (može se sintetizirati obezbeđeno primanja nezamjenjivih - Met → Cis, Fen → Tyr);
Nezamjenjivo (8) - Val, Ile, Lei, Liz, Met, Tre, Fen, TPF.
U tom smislu izdvajaju se proteini:
ü Kompletan - sadrži sve esencijalne aminokiseline
ü Neispravan - ne sadrži Met i TPF.
Varenje proteina
Posebnosti:
1) Proteini se vare u želucu, tankom crijevu
2) Enzimi - peptidaze (cijepaju peptidne veze):
a) egzopeptidaza - duž ivica od C-N-krajeva
b) endopeptidaza - unutar proteina
3) Enzimi želuca i pankreasa se proizvode u neaktivnom obliku - enzimi(kao što bi probavili vlastito tkivo)
4) Enzimi se aktiviraju parcijalnom proteolizom (cijepanjem dijela PPC)
5) Neke aminokiseline trule u debelom crijevu
 |
1. Ne vare se u usnoj duplji.
2. U želucu na proteine utiču pepsin(endopeptidaza). Cepa veze koje formiraju amino grupe aromatičnih aminokiselina (Tyr, Phen, TPF).
Pepsin proizvode glavne ćelije kao neaktivan pepsinogen.
Parietalne ćelije proizvode hlorovodoničnu kiselinu.
HCl funkcije:
ü Stvara optimalni pH za pepsin (1,5 - 2,0)
ü Aktivira pepsinogen
ü Denaturira proteine (olakšava djelovanje enzima)
ü Baktericidno djelovanje
Aktivacija pepsinogena
Pepsinogen se pod dejstvom HCl pretvara u aktivni pepsin polako cepanjem 42 aminokiseline. Tada aktivni pepsin brzo aktivira pepsinogen ( autokatalitički).
Tako se u želucu proteini razlažu na kratke peptide koji ulaze u crijeva.
3. U crijevima, enzimi pankreasa djeluju na peptide.
Aktivacija tripsinogena, kimotripsinogena, proelastaze, prokarboksipeptidaze
U crijevima se pod djelovanjem enteropeptidaze aktivira tripsinogen... Zatim se aktivira iz njega tripsin aktivira sve ostale enzime djelomičnom proteolizom (himotripsinogen → himotripsin, proelastaza → elastaza, prokarboksipeptidaza → karboksipeptidaza).
Tripsin cijepa veze koje formiraju karboksilne grupe Lys ili Arg.
Chymotrypsin- između karboksilnih grupa aromatičnih aminokiselina.
Elastase- veze koje formiraju karboksilne grupe Ala ili Gly.
karboksipeptidaza cijepa karboksilne veze sa C-terminusa.
Tako se u crijevima formiraju kratki di-, tripeptidi.
4. Pod dejstvom crevnih enzima razlažu se na slobodne aminokiseline.
enzimi - di-, tri-, aminopeptidaza... Oni nisu specifični za vrstu.
Formirane slobodne aminokiseline se apsorbuju sekundarnim aktivnim transportom sa Na+ (protiv gradijenta koncentracije).
5. Neke aminokiseline trule.
Truljenje - enzimski proces razgradnje aminokiselina do niskotoksičnih proizvoda uz oslobađanje plinova (NH 3, CH 4, CO 2, merkaptan).
Značenje: održavati vitalnu aktivnost crijevne mikroflore (tokom truljenja Tyr stvara toksične produkte fenol i krezol, TPF - indol i skatol). Toksični proizvodi ulaze u jetru i postaju bezopasni.
Katabolizam aminokiselina
Glavni put je deaminacija - enzimski proces cijepanja amino grupe u obliku amonijaka i stvaranje keto kiseline bez dušika.
Oksidativna deaminacija
Neoksidativno (Ser, Tre)
Intramolekularni (njegovo)
Hidrolitički
Oksidativna deaminacija (bazna)
A) Direktno - samo za Glu, tk. za sve ostale, enzimi su neaktivni.
To se odvija u 2 faze:
1) Enzimski
2) Spontano
Kao rezultat, nastaju amonijak i α-ketoglutarat.
Funkcije transaminacije:
ü Jer reakcija je reverzibilna, služi za sintezu neesencijalnih aminokiselina;
ü Početna faza katabolizma (transaminacija nije katabolizam, jer se količina aminokiselina ne mijenja);
ü Za preraspodjelu dušika u tijelu;
ü Učestvuje u malat-aspartatnom šatl mehanizmu prenosa vodonika u glikolizi (6 reakcija).
Odrediti aktivnost ALT i AST u klinici za dijagnostiku bolesti srca i jetre mjeri se de Ritis koeficijent:
Na 0,6 - hepatitis,
1 - ciroza,
10 - infarkt miokarda.
Dekarboksilacija aminokiseline - enzimski proces cijepanja karboksilne grupe u obliku CO 2 od aminokiselina.
Kao rezultat, nastaju biološki aktivne supstance - biogeni amini.
Enzimi su dekarboksilaze.
Koenzim - piridoksal fosfat ← vit. U 6.
Nakon djelovanja, biogeni amini se čine bezopasnim na 2 načina:
1) Metilacija (dodatak CH 3; donor - SAM);
2) Oksidacija sa cepanjem amino grupe u obliku NH 3 (enzim MAO - monoamin oksidaza).
Učitavanje ...