Rasvhapete biosüntees hõlmab rida reaktsioone, mis ei vasta nende lagunemisprotsessile.
Eelkõige on rasvhapete sünteesi vahendajateks spetsiaalsed valgud - ACP (atsüülkandjavalgud). Seevastu HS-KoA-d kasutatakse rasvhappe lagundamiseks.
Rasvhapete süntees toimub tsütosoolis ja rasvhapete lagunemine toimub mitokondrites.
Rasvhapete sünteesiks kasutatakse koensüümi NADP / NADPH, samas kui rasvhapete lagunemine hõlmab koensüümi NAD + / NADH.
Koe lipiide moodustavad rasvhapped võib jagada lühikeseks (2-6 süsinikuaatomit), keskmiseks (8-12 süsinikuaatomiks) ja pika ahelaga (14-20 või enam süsinikuaatomit molekulis). Enamik rasvhappeid loomsetes kudedes on pika ahelaga. Valdav enamus kehas leiduvatest rasvhapetest sisaldab molekulis paarisarv süsinikuaatomeid (C: 16, 18, 20), kuigi närvikoe rasvades on pikemaid rasvhappemolekule, sealhulgas 22 süsinikuaatomit, millest kuus on kaksiksidemed.
Ühe kaksiksidemega hape viitab monoküllastumata rasvhapetele, samas kui kahe või enama isoleeritud kaksiksidemega happed on polüküllastumata.
tabel 2
Asendamatud rasvhapped imetajatel
|
Happe nimi |
Happeline struktuur |
Kaksiksidemete arv ja asukoht |
|
Õli |
UNUNUN |
|
|
Nailon |
||
|
Kaprüül |
STNUSON |
|
|
kapriis |
||
|
Lauric |
С11Н21СООН |
|
|
Müristiline |
Spnzsun |
|
|
Palmitic |
С15Н31СООН |
|
|
Steariin |
С17Н35СООН |
|
|
Oleinovaja |
SPNZZUNO |
|
|
Linoolhape |
С17Н31СООН |
|
|
Linoleen |
SPNZZUNO |
|
|
Arahhidooniline |
С19Н31СООН |
4 (5, 8. 11, 14) |
Küllastumata rasvhapped on tavaliselt cys-vormis. Taimede ja kalade rasvad sisaldavad oma koostises rohkem polüküllastumata rasvhappeid ning imetajate ja lindude rasvade koostises domineerivad küllastunud rasvhapped.
Toidurasvhapped ja nende endogeenne biosüntees on organismile vajalikud energia saamiseks ja biomolekulide hüdrofoobsete komponentide moodustamiseks. Üleliigsed valgud ja süsivesikud toidus muundatakse aktiivselt rasvhapeteks ja talletatakse triglütseriidide kujul.
Enamik kudesid on võimelised sünteesima küllastunud rasvhappeid. Kvantitatiivselt on oluline rasvhapete süntees, eelkõige maksas, soolestikus, rasvkoes, piimanäärmes, luuüdis ja kopsudes. Kui rasvhapete oksüdatsioon toimub rakkude mitokondrites, siis nende süntees toimub tsütoplasmas.
Peamine viis organismi rasvhapetega varustada on nende biosüntees väikestest vahemolekulidest, süsivesikute katabolismi derivaatidest, üksikutest aminohapetest ja muudest rasvhapetest. Tavaliselt sünteesitakse kõigepealt küllastunud 16-karboksüülhape – palmitiinhape – ja kõik muud rasvhapped on palmitiinhappe modifikatsioon.
Kõiki rasvhapete sünteesi reaktsioone katalüüsib multiensüümide kompleks - rasvhapete süntaas, mis asub tsütosoolis. Atsetüül-CoA on selle sünteesi jaoks otsene süsinikuaatomite allikas. Peamised atsetüül-CoA molekulide tarnijad on: aminohapete lagundamine, rasvhapete oksüdatsioon, püruvaadi glükolüüs.
Rasvhapete sünteesiks vajalik malonüül-CoA tuleb atsetüül-CoA karboksüülimise tulemusena ning vajalikku NADPH-d on võimalik saada ka pentoosfosfaadi rajal.
Atsetüül-CoA molekule leidub peamiselt mitokondrites. Sisemine mitokondriaalne membraan on aga suhteliselt suure molekuli, nagu atsetüül-CoA, suhtes läbimatu. Seetõttu interakteerub atsetüül-CoA mitokondritelt tsütoplasmasse üleminekuks tsitraadi süntaasi osalusel oksaaläädikhappega, moodustades sidrunhappe:
Tsütoplasmas laguneb sidrunhape tsitraatlüaasi mõjul:
Seega toimib sidrunhape atsetüül-CoA transporterina. Mäletsejalistel kasutatakse raku tsütoplasmas sidrunhappe asemel atsetaati, mis tekib vatsas polüsahhariididest, mis muundub maksa- ja rasvkoe rakkudes atsetüül-CoA-ks.
1. Rasvhapete biosünteesi esimeses etapis interakteerub atsetüül-CoA spetsiaalse atsüüli kandva valguga (HS-ACP), mis sisaldab vitamiini B3 ja sulfhüdrüülrühma (HS), mis meenutab koensüüm A struktuuri:
2. Sünteesis asendamatuks vaheühendiks on malonüül-CoA, mis tekib atsetüül-CoA karboksüülimise reaktsioonil ATP ja biotiini sisaldava ensüümi atsetüül-CoA karboksülaasi osalusel:
Biotiin (vitamiin H) kui karboksülaasi koensüüm on kovalentselt seotud apoensüümiga, et kanda ühest süsinikust koosnev fragment. Atsetüül-CoA karboksülaas on multifunktsionaalne ensüüm, mis reguleerib rasvhapete sünteesi kiirust. Insuliin stimuleerib rasvhapete sünteesi, aktiveerides karboksülaasi, samal ajal kui epinefriin ja glükagoon omavad vastupidist toimet.
3. Saadud malonüül-S-KoA interakteerub HS-ACP-ga ensüümi malonüültransatsülaasi osalusel:
4. Järgmises kondensatsioonireaktsioonis ensüümi atsüül-malonüül-B-ACP-süntaasi mõjul interakteeruvad malonüül-B-ACP ja atsetüül-B-ACP atsetoatsetüül-B-ACP moodustumisega:
5. Atsetoatsetüül-B-ACP NADP + sõltuva reduktaasi osalusel redutseeritakse, moodustades p-hüdroksüülbutürüül-B-ACP:
7. Järgmises reaktsioonis redutseeritakse krotonüül-B-APB NADP + sõltuva reduktaasi toimel butürüül-B-APB moodustumisega:
Palmitiinhappe (C: 16) sünteesi korral on vaja korrata veel kuut reaktsioonitsüklit, millest igaühe alguseks on malonüül-B-ACP molekuli lisamine sünteesitud rasvhappe karboksüülotsa. kett. Seega suureneb ühe malonüül-B-ACP molekuli kinnitamisel sünteesitud palmitiinhappe süsinikuahel kahe süsinikuaatomi võrra.
8. Palmitiinhappe süntees viiakse lõpule HS-ACP hüdrolüütilise lõhustamise teel palmitüül-B-ACP-st deatsülaasi ensüümi osalusel:
Palmitiinhappe süntees on aluseks teiste rasvhapete, sealhulgas monoküllastumata hapete (näiteks oleiinhape) sünteesile. Vaba palmitiinhape muundatakse tiokinaasi osalusel palmitüül-S-KoA-ks. Tsütoplasmas olevat Palmytyl-S-KoA-d saab kasutada lihtsate ja keerukate lipiidide sünteesil või siseneda mitokondritesse karnitiini osalusel pikema süsinikuahelaga rasvhapete sünteesiks.
Mitokondrites ja siledas endoplasmaatilises retikulumis on rasvhappeid pikendavate ensüümide süsteem 18 või enama süsinikuaatomiga hapete sünteesiks, pikendades rasvhapete süsinikuahelat 12-lt 6 süsinikuaatomile. Kui atsetüül-S-KoA asemel kasutatakse propionüül-S-KoA-d, saadakse sünteesi tulemusel paaritu numbriga rasvhape.
Kokkuvõttes võib palmitiinhappe sünteesi kujutada järgmise võrrandiga:
Selles sünteesis tsütoplasmas olev atsetüül-S-KoA toimib palmitiinhappe molekuli süsinikuaatomite allikana. ATP on vajalik atsetüül-S-KoA aktiveerimiseks, samas kui NADPH + H + on oluline redutseerija. NADPH + + H + maksas moodustub pentoosfosfaadi raja reaktsioonides. Rasvhapete süntees toimub ainult nende põhikomponentide juuresolekul rakus. Järelikult vajab rasvhapete biosüntees glükoosi, mis varustab protsessi atsetüülradikaalidega, C0 2 ja H 2 NADPH 2 kujul.
Kõik rasvhapete biosünteesi ensüümid, sealhulgas HS-ACP, on raku tsütoplasmas mitme ensüümi kompleksina, mida nimetatakse rasvhapete süntetaasiks.
Ühe kaksiksidemega oleiinhappe (küllastumata) süntees toimub küllastunud steariinhappe reaktsioonil NADPH + H +-ga hapniku juuresolekul:
Imetavate loomade hepatotsüütides ja piimanäärmes saadakse rasvhapete sünteesiks vajalik NADPH 2 pentoosfosfaadi raja kaudu. Kui enamikus eukarüootides toimub rasvhapete süntees eranditult tsütoplasmas, siis fotosünteetilistes taimerakkudes toimub rasvhapete süntees kloroplastide stroomas.
Polüküllastumata rasvhapped - linool (C 17 H 31 COOH), linoleen (C 17 H 29 COOH), millel on kaksiksidemed süsinikuahela metüülotsa lähedal, ei sünteesita imetajatel vajalike ensüümide (desaturaaside) puudumise tõttu. tagada küllastumata sidemete moodustumine molekulis. Arahhidoonhapet (C19H31COOH) saab aga sünteesida linoolhappest. Arahhidoonhape on omakorda prostaglandiinide sünteesi eelkäija. Pange tähele, et taimed on võimelised sünteesima kaksiksidemeid süsinikuahela positsioonides 12 ja 15, osaledes vajalike ensüümide osalusel linool- ja linoleenhapete sünteesis.
Kõigi polüküllastumata rasvhapete peamine roll on ilmselt tagada bioloogilistes membraanides voolavus. Seda kinnitab asjaolu, et madalamatel organismidel on oma voolavuse tõttu võime muuta fosfolipiidide rasvhapete koostist näiteks erinevatel ümbritseva õhu temperatuuridel. See saavutatakse kaksiksidemega rasvhapete osakaalu suurendamise või rasvhapete küllastumatuse määra suurendamisega.
Mis tahes polüküllastumata rasvhappe struktuuris oleva kaksiksideme metüleensüsinik on väga tundlik vesiniku eemaldamise ja hapniku sidumise suhtes koos vabade radikaalide moodustumisega. Nii moodustunud hüdroperoksiidi molekulid moodustavad dialdehüüde peamiselt malondialdehüüdi kujul. Viimane on võimeline tekitama ristsidumist, mis põhjustab tsütotoksilisust, mutageensust, membraani katkemist ja ensüümide modifitseerimist. Maloonaldehüüdi polümerisatsioonil moodustub lahustumatu pigment lipofustsiin, mis koguneb vanusega mõnesse kudedesse.
Huvi polüküllastumata rasvhapete vastu biokeemilisel tasemel on seotud uuringutega, mis näitavad, et kõrge polüküllastumata rasvhapete sisaldusega dieedid võrreldes küllastunud rasvhapete tasemega aitavad alandada kolesterooli taset organismis.
Nälgiva looma kehas, millele järgneb kõrge süsivesikute ja madala rasvasisaldusega dieet, suureneb atsetüül-CoA karboksülaasi aktiivsus märkimisväärselt kovalentse modifikatsiooni ja rasvhapete sünteesi tõttu mitme päevadel. See on rasvade ainevahetuse reguleerimise adaptiivne kontroll. Rasvhapete süntees ja oksüdatsioon organismis on üksteisest sõltuvad protsessid. Kui loom nälgib, tõuseb vabade rasvhapete tase veres, kuna rasvarakkude lipaasi aktiivsus suureneb hormoonide, nagu adrenaliin, glükagoon, mõjul. Rasvhapete biosüntees, mis muudab NADPH + H + molekulid NADP ~-ks, põhjustab glükoosi lagunemise pentoosfosfaadi raja kaudu. Seega on glükoos rasvhapete biosünteesis asendamatu, varustades mitte ainult atsetüülradikaale, vaid ka koensüüme NADPH + H + kujul.
Vabad rasvhapped seonduvad seerumi albumiiniga, mis on peamised esterdamata rasvhapete transportijad. Koos albumiiniga on rasvhapped teatud aja jooksul erinevate kudede jaoks aktiivne energiatranspordiallikas. Närvikude, mis saab peaaegu kogu energia glükoosist, ei ole aga võimeline energia saamiseks kasutama albumiiniga seotud rasvhappeid.
Vabade rasvhapete kontsentratsioon veres on suhteliselt konstantne (0,6 mM). Nende poolväärtusaeg on vaid kaks minutit. Maks kaasab intensiivselt rasvhappeid triglütseriidide sünteesi, sidudes need madala tihedusega lipoproteiinidega (LDL), mis sisenevad vereringesse. LDL-kolesterool transpordib vereplasma kolesterooli erinevatesse kudedesse, veresoonte seintesse.
Varem eeldati, et lõhustamisprotsessid on sünteesiprotsesside ümberpööramine, sh rasvhapete sünteesi peeti nende oksüdatsioonile vastupidiseks protsessiks.
Nüüdseks on kindlaks tehtud, et rasvhapete biosünteesi mitokondriaalne süsteem, mis sisaldab β-oksüdatsioonireaktsiooni veidi muudetud järjestust, pikendab ainult organismis juba olemasolevaid keskmise ahelaga rasvhappeid, samas kui palmitiinhappe täielik biosüntees atsetüülist. -CoA tegutseb aktiivselt väljaspool mitokondreid täiesti teisel teel.
Vaatleme rasvhapete biosünteesi raja mõningaid olulisi omadusi.
1. Süntees toimub tsütosoolis, erinevalt mitokondriaalses maatriksis toimuvast lagunemisest.
2. Rasvhapete sünteesi vaheproduktid on kovalentselt seotud atsüüli ülekandevalgu (ACP) sulfhüdrüülrühmadega, rasvhapete lõhustamise vaheproduktid aga koensüüm A-ga.
3. Paljud ensüümid rasvhapete sünteesiks kõrgemates organismides on organiseeritud multiensüümide kompleksiks, mida nimetatakse rasvhapete süntetaasiks. Seevastu rasvhapete lagunemist katalüüsivad ensüümid näivad olevat tõrksad seostuma.
4. Kasvavat rasvhapete ahelat pikendatakse atsetüül-CoA-st saadud kahe süsiniku komponendi järjestikuse lisamisega. Malonüül-APB toimib pikenemise etapis vesiniksüsiniku komponentide aktiveeritud doonorina. Pikendusreaktsiooni käivitab CO 2 eraldumine.
5. Redutseerija rolli rasvhapete sünteesis täidab NADPH.
6. Reaktsioonides osaleb ka Mn 2+.
7. Rasvhappe süntetaasi kompleksi toimel pikenemine peatub palmitaadi moodustumise staadiumis (C 16). Edasine pikenemine ja kaksiksidemete sisestamine viiakse läbi teiste ensüümsüsteemidega.
Malonüülkoensüümi A moodustumine
Rasvhapete süntees algab atsetüül-CoA karboksüülimisega malonüül-CoA-ks. See pöördumatu reaktsioon on rasvhapete sünteesi oluline etapp.
Malonüül-CoA sünteesi katalüüsib atsetüül-CoA karboksülaas ja seda tehakse ATR-i energia arvelt. Atsetüül-CoA karboksüülimise CO 2 allikaks on vesinikkarbonaat.
Riis. Malonüül-CoA süntees
Atsetüül-CoA karboksülaas sisaldab proteesrühma biotiin.
Riis. Biotiin
Ensüüm koosneb erinevast arvust identsetest subühikutest, millest igaüks sisaldab biotiini, biotiinkarboksülaas, karboksübiotiini ülekandevalk, transkarboksülaas, samuti reguleeriv allosteeriline keskus, st. esindab polüensüümide kompleks. Biotiini karboksüülrühm on kovalentselt seotud karboksübiotiini ülekandevalgu lüsiinijäägi ε-aminorühmaga. Moodustunud kompleksis oleva biotiini komponendi karboksüülimist katalüüsib teine alaühik, biotiini karboksülaas. Süsteemi kolmas komponent, transkarboksülaas, katalüüsib aktiveeritud CO 2 ülekannet karboksübiotiinilt atsetüül-CoA-le.
Biotiini ensüüm + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Biotiini ensüüm + ADP + Pi,
CO 2 ~ Biotiin-ensüüm + Atsetüül-CoA ↔ Molonüül-CoA + Biotiin-ensüüm.
Biotiini ja seda kandva valgu vahelise sideme pikkus ja paindlikkus võimaldavad aktiveeritud karboksüülrühmal liikuda ensüümikompleksi ühest aktiivsest keskusest teise.
Eukarüootides esineb atsetüül-CoA karboksülaas protomeerina, millel puudub ensümaatiline aktiivsus (450 kDa) või aktiivse filamentse polümeerina. Nende vastastikust muundumist reguleeritakse allosteeriliselt. Peamine allosteeriline aktivaator on tsitraat, mis nihutab tasakaalu ensüümi aktiivse kiulise vormi suunas. Biotiini optimaalne orientatsioon substraatide suhtes saavutatakse kiulisel kujul. Erinevalt tsitraadist nihutab palmitoüül-CoA tasakaalu mitteaktiivse protomeerse vormi suunas. Seega pärsib palmitoüül-CoA, lõpp-produkt, rasvhapete biosünteesi esimest kriitilist etappi. Atsetüül-CoA karboksülaasi regulatsioon bakterites erineb järsult eukarüootide omast, kuna neis on rasvhapped peamiselt fosfolipiidide eelkäijad, mitte varukütus. Siin ei mõjuta tsitraat bakteriaalset atsetüül-CoA karboksülaasi. Süsteemi transkarboksülaasi komponendi aktiivsust reguleerivad guaniini nukleotiidid, mis koordineerivad rasvhapete sünteesi bakterite kasvu ja jagunemisega.
Rasvhapete sünteesi ehitusplokk raku tsütosoolis on atsetüül-CoA, mis tekib kahel viisil: kas püruvaadi oksüdatiivse dekarboksüülimise tulemusena. (vt joonis 11, etapp III), või rasvhapete b-oksüdatsiooni tulemusena (vt joonis 8).
Joonis 11 – süsivesikute lipiidideks muundamise skeem
Tuletame meelde, et glükolüüsi käigus moodustunud püruvaadi muundamine atsetüül-CoA-ks ja selle moodustumine rasvhapete β-oksüdatsiooni käigus toimub mitokondrites. Rasvhapete süntees toimub tsütoplasmas. Sisemine mitokondriaalne membraan on atsetüül-CoA-le mitteläbilaskev. Selle sisenemine tsütoplasmasse toimub hõlbustatud difusiooni tüübi abil tsitraadi või atsetüülkarnitiini kujul, mis muundatakse tsütoplasmas atsetüül-CoA-ks, oksaloatsetaadiks või karnitiiniks. Peamine atsetüül-coA ülekandetee mitokondritest tsütosooli on siiski tsitraat (vt joonis 12).
Esialgu reageerib intramitokondriaalne atsetüül-CoA oksaloatsetaadiga, moodustades tsitraadi. Reaktsiooni katalüüsib ensüüm tsitraadi süntaas. Saadud tsitraat transporditakse spetsiaalse trikarboksülaadi transpordisüsteemi abil läbi mitokondriaalse membraani tsütosooli.
Tsütosoolis reageerib tsitraat HS-CoA ja ATP-ga, lagunedes uuesti atsetüül-CoA-ks ja oksaloatsetaadiks. Seda reaktsiooni katalüüsib ATP tsitraatlüaas. Juba tsütosoolis naaseb oksaloatsetaat tsütosoolse dikarboksülaate transportiva süsteemi osalusel mitokondriaalsesse maatriksisse, kus see oksüdeeritakse oksaloatsetaadiks, viies sellega lõpule nn süstikutsükli:
Joonis 12 – atsetüül-CoA mitokondritest tsütosooli ülekande skeem
Küllastunud rasvhapete biosüntees toimub nende b-oksüdatsioonile vastupidises suunas, rasvhapete süsivesinike ahelate kogunemine toimub kahe süsiniku fragmendi (C 2) - atsetüül-CoA järjestikuse lisamise tõttu. nende otsad (vt joonis 11, IV etapp).
Rasvhapete biosünteesi esimene reaktsioon on atsetüül-CoA karboksüülimine, mis nõuab CO 2, ATP ja Mn ioone. Seda reaktsiooni katalüüsib ensüüm atsetüül-CoA-karboksülaas. Ensüüm sisaldab proteesrühmana biotiini (H-vitamiini). Reaktsioon toimub kahes etapis: 1 - biotiini karboksüülimine ATP osalusel ja II - karboksüülrühma ülekandmine atsetüül-CoA-le, mille tulemusena moodustub malonüül-CoA:
Malonüül-CoA on esimene spetsiifiline rasvhapete biosünteesi produkt. Sobiva ensüümsüsteemi juuresolekul muundub malonüül-CoA kiiresti rasvhapeteks.
Tuleb märkida, et rasvhapete biosünteesi kiiruse määrab suhkrusisaldus rakus. Glükoosi kontsentratsiooni suurenemine inimeste ja loomade rasvkoes ning glükolüüsi kiiruse suurenemine stimuleerib rasvhapete sünteesi. See näitab, et rasvade ja süsivesikute ainevahetus on omavahel tihedalt seotud. Olulist rolli mängib siin atsetüül-CoA karboksüülimisreaktsioon selle muundumisega malonüül-CoA-ks, mida katalüüsib atsetüül-CoA karboksülaas. Viimaste aktiivsus sõltub kahest tegurist: suure molekulmassiga rasvhapete ja tsitraadi olemasolust tsütoplasmas.
Rasvhapete akumuleerumine mõjub nende biosünteesi pärssivalt, s.t. inhibeerivad karboksülaasi aktiivsust.
Erilist rolli mängib tsitraat, mis on atsetüül-CoA karboksülaasi aktivaator. Tsitraat mängib samal ajal süsivesikute ja rasvade metabolismi ühendava lüli rolli. Tsütoplasmas on tsitraadil kahekordne toime rasvhapete sünteesi stimuleerimisel: esiteks atsetüül-CoA karboksülaasi aktivaatorina ja teiseks atsetüülrühmade allikana.
Väga oluline rasvhapete sünteesi tunnus on see, et kõik sünteesi vaheproduktid on kovalentselt seotud atsüül-transfer valguga (HS-ACP).
HS-ACP on madala molekulmassiga valk, mis on termiliselt stabiilne, sisaldab aktiivset HS-rühma ja sisaldab oma proteesrühmas pantoteenhapet (vitamiin B 3). HS-ACP funktsioon on sarnane ensüüm A (HS-CoA) funktsiooniga rasvhapete b-oksüdatsioonil.
Rasvhapete ahela loomise protsessis moodustavad vaheproduktid loomsete kõrvalsaaduste sisaldusega estersidemed (vt joonis 14):
Rasvhappeahela pikendamise tsükkel sisaldab nelja reaktsiooni: 1) atsetüül-ACP (C2) kondenseerimine malonüül-ACP-ga (C3); 2) taastumine; 3) dehüdratsioon ja 4) rasvhapete teine redutseerimine. Joonisel fig. 13 on näidatud rasvhapete sünteesi skeem. Üks rasvhappeahela pikendamise tsükkel hõlmab nelja järjestikust reaktsiooni.
Joonis 13 – Rasvhapete sünteesi skeem
Esimeses reaktsioonis (1) - kondensatsioonireaktsioonis - interakteeruvad atsetüül- ja malonüülrühmad üksteisega, moodustades atsetoatsetüül-ABP koos samaaegse CO 2 (C 1) vabanemisega. Seda reaktsiooni katalüüsib kondenseeruv ensüüm b-ketoatsüül-ABP süntetaas. Malonüül-ACP-st lõhustatud CO 2 on sama CO 2, mis osales atsetüül-ACP karboksüülimisreaktsioonis. Seega moodustub kondensatsioonireaktsiooni tulemusena kahe (C 2) ja kolme süsiniku (C 3) komponentidest neljasüsinikuline ühend (C 4).
Teises reaktsioonis (2), redutseerimisreaktsioon, mida katalüüsib b-ketoatsüül-ACP reduktaas, atsetoatsetüül-ACP muundatakse b-hüdroksübutürüül-ACP-ks. Redutseerija on NADPH + H +.
Tsükli-dehüdratsiooni kolmandas reaktsioonis (3) eraldub veemolekul b-hüdroksübutürüül-ACP-st krotonüül-ACP moodustumisega. Reaktsiooni katalüüsib b-hüdroksüatsüül-ACP-dehüdraas.
Tsükli neljas (viimane) reaktsioon (4) on krotonüül-ACP redutseerimine butürüül-ACP-ks. Reaktsioon kulgeb enoüül-ACP reduktaasi toimel. Redutseerija rolli mängib siin teine molekul NADPH + H +.
Seejärel korratakse reaktsioonide tsüklit. Oletame, et palmitiinhapet (C 16) sünteesitakse. Sel juhul viiakse butürüül-ACP moodustumine lõpule ainult esimeses 7-st tsüklist, millest igaühe algus on molonüül-ACP (C3) molekuli lisamine - reaktsioon (5) karboksüüli lõppu. kasvav rasvhappeahel. See lõhustab karboksüülrühma CO 2 (C1) kujul. Seda protsessi saab kujutada järgmiselt:
С 3 + С 2 ® С 4 + С 1 - 1 tsükkel
С 4 + С 3 ® С 6 + С 1 - 2 tsükkel
С 6 + С 3 ® С 8 + С 1-3 tsükkel
С 8 + С 3 ® С 10 + С 1 - 4 tsükkel
С 10 + С 3 ® С 12 + С 1 - 5 tsükkel
С 12 + С 3 ® С 14 + С 1 - 6 tsükkel
C 14 + C 3 ® C 16 + C 1-7 tsükkel
Sünteesida saab mitte ainult kõrgemaid küllastunud rasvhappeid, vaid ka küllastumata rasvhappeid. Monoküllastumata rasvhapped tekivad küllastunud rasvhapetest oksüdatsiooni (desaturatsiooni) tulemusena, mida katalüüsib atsüül-CoA oksügenaas. Erinevalt taimsetest kudedest on loomsete kudede võime muuta küllastunud rasvhappeid küllastumata rasvhapeteks väga piiratud. Leiti, et palmitiin- ja steariinhapetest sünteesitakse kahte kõige levinumat monoküllastumata rasvhapet – palmitooleiin- ja oleiinhapet. Imetajate, sealhulgas inimeste organismis ei saa linoolhapet (C 18: 2) ja linoleenhapet (C 18: 3) moodustada näiteks steariinhappest (C 18: 0). Need happed on klassifitseeritud asendamatuteks rasvhapeteks. Asendamatute rasvhapete hulka kuulub ka arahhiidhape (C 20:4).
Koos rasvhapete desaturatsiooniga (kaksiksidemete moodustumine) toimub ka nende pikenemine (pikenemine). Lisaks saab neid mõlemaid protsesse kombineerida ja korrata. Rasvhappeahela pikenemine toimub bisüsiniku fragmentide järjestikuse lisamisega vastavale atsüül-CoA-le malonüül-CoA ja NADPH + H + osalusel.
Joonisel 14 on kujutatud palmitiinhappe muundamise teed desaturatsiooni- ja pikenemisreaktsioonides.
Joonis 14 – küllastunud rasvhapete muundamise skeem
küllastumatuks
Mis tahes rasvhappe süntees viiakse lõpule HS-ACP lõhustamisega atsüül-ACP-st deatsülaasi ensüümi mõjul. Näiteks:
Saadud atsüül-CoA on rasvhappe aktiivne vorm.
Kuna loomade ja inimeste võime polüsahhariide säilitada on küllaltki piiratud, võib glükoos, mida saadakse kogustes, mis ületavad vahetu energiavajaduse ja organismi "mahutamisvõime", olla rasvhapete ja glütserooli sünteesi "ehitusmaterjaliks". Omakorda muundatakse rasvhapped glütserooli osalusel triglütseriidideks, mis ladestuvad rasvkoesse.
Kolesterooli ja teiste steroolide biosüntees on samuti oluline protsess. Kuigi kvantitatiivses plaanis ei ole kolesterooli sünteesi rada nii oluline, on sellel suur tähtsus, kuna kolesteroolist moodustub organismis arvukalt bioloogiliselt aktiivseid steroide.
Kõrgemate rasvhapete süntees organismis
Praeguseks on piisavalt uuritud rasvhapete biosünteesi mehhanismi loomade ja inimeste organismis ning seda protsessi katalüüsivaid ensüümsüsteeme. Rasvhapete süntees kudedes toimub raku tsütoplasmas. Mitokondrites seevastu toimub olemasolevate rasvhapete ahelate pikenemine 1.
1 In vitro katsed on näidanud, et isoleeritud mitokondritel on tühine võime lisada märgistatud äädikhapet pika ahelaga rasvhapetesse. Näiteks leiti, et palmitiinhape sünteesitakse maksarakkude tsütoplasmas, maksarakkude mitokondrites aga juba tsütoplasmas sünteesitud palmitiinhapperakkude või eksogeense päritoluga rasvhapete baasil, st. need, mis saadakse soolestikust, rasvhapped, mis sisaldavad 18, 20 ja 22 süsinikuaatomit. Sel juhul on rasvhapete sünteesi reaktsioonid mitokondrites sisuliselt rasvhapete oksüdatsiooni pöördreaktsioonid.
Rasvhapete ekstramitokondriaalne süntees (põhi-, põhi-) oma mehhanismis erineb järsult nende oksüdatsiooniprotsessist. Rasvhapete sünteesi ehitusplokk raku tsütoplasmas on atsetüül-CoA, mis pärineb peamiselt mitokondriaalsest atsetüül-CoA-st. Samuti on kindlaks tehtud, et rasvhapete sünteesiks on oluline süsinikdioksiidi või vesinikkarbonaadi iooni olemasolu tsütoplasmas. Lisaks leiti, et tsitraat stimuleerib rasvhapete sünteesi raku tsütoplasmas. On teada, et oksüdatiivse dekarboksüülimise käigus mitokondrites tekkinud atsetüül-CoA ei saa difundeeruda raku tsütoplasmasse, kuna mitokondri membraan on sellele substraadile läbitungimatu. Näidati, et mitokondriaalne atsetüül-CoA interakteerub oksaloatsetaadiga, mille tulemusena moodustub tsitraat, mis tungib vabalt raku tsütoplasmasse, kus see laguneb atsetüül-CoA-ks ja oksaloatsetaadiks:
Seetõttu toimib tsitraat sel juhul atsetüülradikaali kandjana.
On veel üks viis intramitokondriaalse atsetüül-CoA ülekandmiseks raku tsütoplasmasse. See on karnitiini rada. Eespool mainiti, et karnitiin mängib rasvhapete oksüdatsiooni käigus atsüülrühmade kandja rolli tsütoplasmast mitokondritesse. Ilmselt suudab see seda rolli täita pöördprotsessis, st atsüülradikaalide, sealhulgas atsetüülradikaali, ülekandmisel mitokondritest raku tsütoplasmasse. Kui aga rääkida rasvhapete sünteesist, siis see atsetüül-CoA ülekandetee ei ole peamine.
Kõige olulisem samm rasvhapete sünteesi protsessi mõistmisel oli ensüümi atsetüül-CoA karboksülaasi avastamine. See kompleksne biotiini sisaldav ensüüm katalüüsib malonüül-CoA (HOOC-CH2-CO-S-CoA) ATP-st sõltuvat sünteesi atsetüül-CoA-st ja CO2-st.
See reaktsioon toimub kahes etapis:
Leiti, et tsitraat toimib atsetüül-CoA-karboksülaasi reaktsiooni aktivaatorina.
Malonüül-CoA on esimene spetsiifiline rasvhapete biosünteesi produkt. Sobiva ensümaatilise süsteemi juuresolekul muundub malonüül-CoA (mis omakorda moodustub atsetüül-CoA-st) kiiresti rasvhapeteks.
Kõrgemaid rasvhappeid sünteesiv ensüümsüsteem koosneb mitmest ensüümist, mis on teatud viisil seotud.
Praegu on rasvhapete sünteesi protsessi põhjalikult uuritud E. coli ja mõnede teiste mikroorganismide puhul. E. coli's asuv mitme ensüümi kompleks, mida nimetatakse rasvhapete süntetaasiks, koosneb seitsmest ensüümist, mis on seotud niinimetatud atsüültransfervalguga (ACP). See valk on suhteliselt termostabiilne, sisaldab vaba HS-rpynny-d ja osaleb kõrgemate rasvhapete sünteesis peaaegu kõigis selle etappides. APB suhteline molekulmass on umbes 10 000 daltonit.
Allpool on toodud rasvhapete sünteesi ajal toimuvate reaktsioonide jada:
Seejärel korratakse reaktsioonide tsüklit. Oletame, et palmitiinhapet (C16) sünteesitakse; sel juhul lõpeb butürüül-ACP moodustumine alles esimeses seitsmest tsüklist, millest igaühe alguseks on malonüül-ACP molekuli kinnitumine kasvava rasvhappeahela karboksüülotsa külge. See lõikab maha HS-ACP molekuli ja malonüül-ACP distaalse karboksüülrühma CO 2 kujul. Näiteks esimeses tsüklis moodustunud butürüül-APB interakteerub malonüül-APB-ga:
Rasvhapete süntees lõpeb HS-ACP lõhustamisega atsüül-ACP-st deatsülaasi ensüümi mõjul, näiteks:
Palmitiinhappe sünteesi üldvõrrandi saab kirjutada järgmiselt:
Või arvestades, et atsetüül-CoA-st ühe malonüül-CoA molekuli moodustamiseks on vaja ühte ATP molekuli ja ühte CO 2 molekuli, võib kogu võrrandi esitada järgmiselt:
Rasvhapete biosünteesi põhietappe saab esitada diagrammi kujul.
Võrreldes β-oksüdatsiooniga on rasvhapete biosünteesil mitmeid iseloomulikke tunnuseid:
- rasvhapete süntees toimub peamiselt raku tsütoplasmas ja oksüdatsioon toimub mitokondrites;
- osalemine rasvhapete malonüül-CoA biosünteesis, mis tekib CO 2 sidumisel (biotiini ensüümi ja ATP juuresolekul) atsetüül-CoA-ga;
- rasvhapete sünteesi kõikides etappides osaleb atsüüli ülekandevalk (HS-APB);
- vajadus koensüümi NADPH 2 rasvhapete sünteesi järele. Viimane moodustub organismis osaliselt (50%) pentoositsükli reaktsioonides (heksoos-monofosfaat "šunt"), osaliselt NADP redutseerimise tulemusena malaadiga (õunhape + NADP-püroviinamarihape + CO 2 + NADPH 2);
- kaksiksideme taastamine enoüül-ACP-reduktaasi reaktsioonis toimub NADPH 2 ja ensüümi osalusel, mille proteesrühmaks on flaviini mononukleotiid (FMN);
- rasvhapete sünteesi käigus moodustuvad hüdroksüderivaadid, mis on oma konfiguratsioonis seotud rasvhapete D-seeriaga, ja rasvhapete oksüdatsiooni käigus - L-seeria hüdroksüderivaadid.
Küllastumata rasvhapete moodustumine
Imetajate kudedes esinevad küllastumata rasvhapped, mida võib omistada neljale perekonnale, mis erinevad terminaalse metüülrühma ja lähima kaksiksideme vahelise alifaatse ahela pikkuse poolest:
On kindlaks tehtud, et palmitiin- ja steariinhapetest sünteesitakse kahte levinumat monoküllastumata rasvhapet – palmitooleiin- ja oleiinhapet. Nende hapete molekulis sisalduv kaksikside viiakse spetsiifilise oksügenaasi ja molekulaarse hapniku osalusel maksarakkude ja rasvkoe mikrosoomidesse. Selles reaktsioonis kasutatakse ühte hapnikumolekuli kahe elektronpaari aktseptorina, millest üks paar kuulub substraadile (Acyl-CoA) ja teine NADPH 2-le:
Samal ajal ei suuda inimeste ja mitmete loomade koed linool- ja linoleenhapet sünteesida, vaid peavad need saama toiduga (nende hapete sünteesi viivad läbi taimed). Sellega seoses nimetatakse linool- ja linoleenhappeid, mis sisaldavad vastavalt kahte ja kolme kaksiksidet, asendamatuteks rasvhapeteks.
Kõik teised imetajatel leiduvad polüküllastumata happed moodustuvad neljast prekursorist (palmitooleinoid, oleiin-, linool- ja linoleenküolot) ahela edasise pikendamise ja/või uute kaksiksidemete sisseviimise teel. See protsess toimub mitokondriaalsete ja mikrosomaalsete ensüümide osalusel. Näiteks arahhidoonhappe süntees toimub vastavalt järgmisele skeemile:
Polüküllastumata rasvhapete bioloogiline roll on suures osas selgunud seoses uue füsioloogiliselt aktiivsete ühendite klassi – prostaglandiinide – avastamisega.
Triglütseriidide biosüntees
On alust arvata, et rasvhapete biosünteesi kiiruse määrab suuresti triglütseriidide ja fosfolipiidide moodustumise kiirus, sest vabu rasvhappeid on kudedes ja vereplasmas vähesel määral ning need ei akumuleeru tavaliselt.
Triglütseriidide süntees toimub glütseroolist ja rasvhapetest (peamiselt steariin-, palmitiin- ja oleiinhape). Triglütseriidide biosünteesi rada kudedes kulgeb vaheühendina glütserool-3-fosfaadi moodustumisega. Neerudes, aga ka sooleseinas, kus ensüümi glütseroolkinaasi aktiivsus on kõrge, fosforüülitakse glütserool ATP poolt, moodustades glütserool-3-fosfaadi:
Rasvkoes ja lihastes on glütseroolkinaasi väga madala aktiivsuse tõttu glütserool-3-fosfaadi moodustumine seotud peamiselt glükolüüsi või glükogenolüüsiga 1. 1 Juhtudel, kui rasvkoe glükoosisisaldus on madal (näiteks paastumise ajal), tekib vaid väike kogus glütserool-3-fosfaati ja lipolüüsi käigus eralduvaid vabu rasvhappeid ei saa kasutada triglütseriidide taassünteesiks, seetõttu lahkuvad rasvhapped rasvkoest ... Vastupidi, glükolüüsi aktiveerimine rasvkoes soodustab triglütseriidide, aga ka nende koostises sisalduvate rasvhapete akumuleerumist selles. On teada, et glükoosi glükolüütilise lagunemise protsessis moodustub dioksüatsetoonfosfaat. Viimane on tsütoplasmaatilise NAD-sõltuva glütseroolfosfaatdehüdrogenaasi juuresolekul võimeline muutuma glütserool-3-fosfaadiks:
Maksas täheldatakse mõlemat glütserool-3-fosfaadi moodustumise teed.
Ühel või teisel viisil moodustunud glütserool-3-fosfaat atsüülitakse kahe rasvhappe CoA-derivaadi molekuliga (st rasvhappe "aktiivsed" vormid) 2. 2 Mõnes mikroorganismis, näiteks E. coli's, ei ole atsüülrühma doonoriks CoA-proxy, vaid rasvhapete ACP-derivaadid. Selle tulemusena moodustub fosfatiidhape:
Pange tähele, et kuigi fosfatiidhapet leidub rakkudes äärmiselt väikestes kogustes, on see väga oluline vaheprodukt, mis on ühine triglütseriidide ja glütserofosfolipiidide biosünteesis (vt diagrammi).
Kui sünteesitakse triglütseriide, siis fosfatiidhape defosforüülitakse spetsiifilise fosfataasi (fosfatidaatfosfataasi) abil ja moodustub 1,2-diglütseriid:
Triglütseriidide biosüntees viiakse lõpule saadud 1,2-diglütseriidi esterdamisega kolmanda atsüül-CoA molekuliga:
Glütserofosfolipiidide biosüntees
Olulisemate glütserofosfolipiidide süntees paikneb peamiselt raku endoplasmaatilises retikulumis. Esiteks muundatakse fosfatiidhape tsütidiintrifosfaadiga (CTP) toimuva pöörduva reaktsiooni tulemusena tsütidiindifosfaadi diglütseriidiks (CDP-diglütseriidiks):
Seejärel asendatakse järgnevates reaktsioonides, millest igaüht katalüüsib vastav ensüüm, tsütidiinmonofosfaat CDP-diglütseriidi molekulist ühega kahest ühendist – seriinist või inositoolist, moodustades fosfatidüülseriini või fosfatidüülinositooli või 3-fosfatidüülglütserooli-1 fosfaat. Näitena anname fosfatidüülseriini moodustumise:
Fosfatidüülseriini saab omakorda dekarboksüülida, moodustades fosfatidüületanoolamiini:
Fosfatidüületanoolamiin on fosfatidüülkoliini eelkäija. Kolme metüülrühma järjestikuse ülekandmise tulemusena kolmest S-adenosüülmetioniini molekulist (metüülrühmade doonor) etanoolamiini jäägi aminorühmale moodustub fosfatidüülkoliin:
Fosfatidüületanoolamiini ja fosfatidüülkoliini sünteesiks loomarakkudes on veel üks viis. See rada kasutab kandjana ka CTP-d, kuid mitte fosfatiidhapet, vaid fosforüülkoliini või fosforüületanoolamiini (skeem).
Kolesterooli biosüntees
Veel selle sajandi 60ndatel tegid Bloch et al. katsetes, kus kasutati metüül- ja karboksüülrühmas 14 C-ga märgistatud atsetaati, näitas ta, et äädikhappe mõlemad süsinikuaatomid sisalduvad maksa kolesteroolis ligikaudu võrdsetes kogustes. Lisaks on näidatud, et kõik kolesterooli süsinikuaatomid pärinevad atsetaadist.
Hiljem selgusid tänu Lineni, Redney, Polyaki, Kornforthi, A. N. Klimovi ja teiste teadlaste töödele kolesterooli ensümaatilise sünteesi põhidetailid, mis hõlmavad enam kui 35 ensümaatilist reaktsiooni. Kolesterooli sünteesis saab eristada kolme põhietappi: esimene on aktiivse atsetaadi muundamine mevaloonhappeks, teine on skvaleeni moodustumine mevaloonhappest ja kolmas skvaleeni tsüklistamine kolesterooliks.
Esiteks kaaluge aktiivse atsetaadi mevaloonhappeks muutmise etappi. Atsetüül-CoA-st mevaloonhappe sünteesi algetapp on atsetoatsetüül-CoA moodustumine pöörduva tiolaasi reaktsiooni kaudu:
Seejärel annab järgnev atsetoatsetüül-CoA kondenseerimine atsetüül-CoA kolmanda molekuliga hüdroksümetüülglutarüül-CoA süntaasi (HMG-CoA süntaasi) osalusel β-hüdroksü-β-metüülglutarüül-CoA moodustumise:
Pange tähele, et mevaloonhappe sünteesi esimesi etappe oleme juba käsitlenud, kui rääkisime ketokehade moodustumisest. Lisaks on β-hüdroksü-β-metüülglutarüül-CoA NADP-sõltuva hüdroksümetüülglutarüül-CoA reduktaasi (HMG-CoA reduktaasi) mõjul ühe karboksüülrühma redutseerimise ja HS-KoA elimineerimise tulemusena. muudetakse mevaloonhappeks:
HMG-CoA reduktaasi reaktsioon on esimene praktiliselt pöördumatu reaktsioon kolesterooli biosünteesi ahelas ja see kulgeb olulise vaba energia kaoga (umbes 33,6 kJ). Leiti, et see reaktsioon piirab kolesterooli biosünteesi kiirust.
Koos mevaloonhappe klassikalise biosünteesi rajaga on olemas ka teine rada, mille käigus moodustub vahesubstraadina β-hüdroksü-β-metüülglutarüül-CoA, kuid β-hüdroksü-β-metüülglutarnl-S-ACP. Selle raja reaktsioonid on ilmselt identsed rasvhapete biosünteesi algfaasidega kuni atsetoatsetüül-S-ACP moodustumiseni. Atsetüül-CoA-karboksülaas, ensüüm, mis muudab atsetüül-CoA malonüül-CoA-ks, osaleb sel teel mevaloonhappe moodustumisel. Malonüül-CoA ja atsetüül-CoA optimaalne suhe mevaloonhappe sünteesiks: kaks atsetüül-CoA molekuli ühe malonüül-CoA molekuli kohta.
Rasvhapete biosünteesi peamise substraadi malonüül-CoA osalemine mevaloonhappe ja erinevate polüisoprenoidide moodustumisel on tõestatud mitmete bioloogiliste süsteemide puhul: tuvi ja roti maks, küüliku piimanääre ja atsellulaarsed pärmiekstraktid. Seda mevaloonhappe biosünteesi rada täheldatakse peamiselt maksarakkude tsütoplasmas. Sel juhul mängib mevalonaadi moodustumisel olulist rolli hüdroksümetüülglutarüül-CoA reduktaas, mida leidub roti maksa lahustuvas fraktsioonis ja mis ei ole mitmete kineetiliste ja reguleerivate omaduste poolest identne mikrosomaalse ensüümiga. On teada, et mikrosomaalne hüdroksümetüülglutarüül-CoA reduktaas on peamine lüli mevaloonhappe biosünteesi raja reguleerimisel atsetüül-CoA-st atsetoatsetüül-CoA-tiolaasi ja HMG-CoA süntaasi osalusel. Mevaloonhappe biosünteesi teise raja reguleerimine mitme mõju all (paastumine, toitmine kolesterooliga, pindaktiivse aine - newt WR-1339) manustamine erineb esimese raja reguleerimisest, milles osaleb mikrosomaalne reduktaas. Need andmed näitavad kahe autonoomse süsteemi olemasolu mevaloonhappe biosünteesiks. Teise raja füsioloogilist rolli ei ole täielikult uuritud. Arvatakse, et sellel on teatav väärtus mitte ainult mittesteroidsete ainete, näiteks ubikinooni kõrvalahela ja mõnede tRNA-de ainulaadse aluse N6 (Δ2-isopentüül)-adenosiini sünteesi jaoks, vaid ka biosünteesi jaoks. steroididest (AN Klimov, E D. Polyakova).
Kolesterooli asukoha teises etapis muudetakse mevaloonhape skvaleeniks. Teise etapi reaktsioonid algavad mevaloonhappe fosforüülimisega ATP-ga. Selle tulemusena moodustub mevaloonhappe 5"-pürofosforester ja seejärel 5" -pürofosforhappe ester:
5"-pürofosfomevaloonhape moodustab tertsiaarse hüdroksüülrühma järgneva fosforüülimise tulemusena ebastabiilse vaheprodukti - 3" -fosfo-5"-pürofosfomevaloonhappe, mis dekarboksüülides ja fosforhapet kaotades muundub isoropenfenüülhappeks. Viimane isomeeritakse dimetüülallüülpürofosfaadiks.
Seejärel need kaks isomeerset isopentenüülpürofosfaati (dimetüülallüülpürofosfaat ja isopentenüülpürofosfaat) kondenseeruvad, vabastades pürofosfaadi ja moodustades geranüülpürofosfaadi. Isopentenüülpürofosfaat liitub uuesti geranüülpürofosfaadiga, mille tulemuseks on farnesüülpürofosfaat.
Palmitiinhappe (C16) süntees atsetüül-CoA-st.
1) See voolab maksarakkude ja rasvkoe tsütoplasmas.
2) Väärtus: rasvade ja fosfolipiidide sünteesiks.
3) See tekib pärast söömist (imendumisperioodil).
4) Moodustub glükoosist saadud atsetüül-CoA-st (glükolüüs → OPVA → atsetüül-CoA).
5) Protsessi käigus korratakse järjestikku 4 reaktsiooni:
kondenseerumine → taastumine → dehüdratsioon → taastumine.
Iga LCD tsükli lõpus pikeneb 2 süsinikuaatomi võrra.
Doonor 2C – maloniil-CoA.
6) NADPH + H + osaleb kahes redutseerimisreaktsioonis (50% pärineb PPP-st, 50% MALIK-i ensüümist).
7) Ainult esimene reaktsioon kulgeb otse tsütoplasmas (regulatiivne).
Ülejäänud 4 on tsüklilised - spetsiaalsel palmitaadi süntaasi kompleksil (ainult palmitiinhappe süntees)
8) Tsütoplasmas toimib reguleeriv ensüüm – atsetüül-CoA-karboksülaas (ATP, vit. H, biotiin, IV klass).
Palmitaadi süntaasi kompleksi struktuur
Palmitaadi süntaas on ensüüm, mis koosneb kahest alaühikust.
Igaüks neist koosneb ühest PPC-st, millel on 7 aktiivset keskust.
Iga aktiivne keskus katalüüsib oma reaktsiooni.
Iga PPC sisaldab atsüül-siirdevalku (ACP), millel toimub süntees (sisaldab fosfopantetonaati).
Igal allüksusel on HS-rühm. Ühes kuulub HS-rühm tsüsteiinile, teises fosfopantoteenhappele.
Mehhanism
1) Süsivesikutest saadav atsetüül-Coa ei pääse tsütoplasmasse, kus toimub FA süntees. See väljub TCA esimese reaktsiooni – tsitraadi moodustumise – kaudu.
2) Tsütoplasmas laguneb tsitraat atsetüül-Coaks ja oksaloatsetaadiks.
3) Oksaloatsetaat → malaat (CTA reaktsioon vastupidises suunas).
4) Malaat → püruvaat, mida kasutatakse ODPVK-s.
5) Atsetüül-CoA → FA süntees.
6) Atsetüül-CoA muundatakse atsetüül-CoA-karboksülaasi toimel malonüül-CoA-ks.
Ensüümi atsetüül-CoA karboksülaasi aktiveerimine:
a) suurendades insuliini toimel allüksuste sünteesi - sünteesitakse kolm tetrameeri eraldi
b) tsitraadi toimel ühinevad kolm tetrameeri ja ensüüm aktiveerub
c) paastu ajal inhibeerib glükagoon ensüümi (fosforüülimise teel), rasva süntees ei toimu
7) üks atsetüül-CoA tsütoplasmast viiakse palmitaadi süntaasi HS-rühma (tsüsteiinist); üks malonüül-CoA teise subühiku HS-rühma kohta. Lisaks ilmnevad palmitaadi süntaas:
8) nende kondenseerumine (atsetüül-CoA ja malonüül-CoA)
9) taastumine (doonor - NADPH + H + PPP-st)
10) dehüdratsioon
11) taastumine (doonor - NADPH + H + MALIK-ensüümist).
Selle tulemusena suureneb atsüülradikaal 2 süsinikuaatomi võrra.
 |
Rasvade mobiliseerimine
Paastumise või pikaajalise kehalise aktiivsuse ajal vabaneb glükagoon või adrenaliin. Nad aktiveerivad rasvkoes TAG-lipaasi, mis asub adipotsüütides ja mida nimetatakse kudede lipaas(hormoonitundlik). See lagundab rasvkoes olevad rasvad glütserooliks ja rasvhapeteks. Glütserool läheb maksa glükoneogeneesiks. FA-d sisenevad vereringesse, seonduvad albumiiniga ja sisenevad organitesse ja kudedesse, neid kasutatakse energiaallikana (kõik organid, peale aju mis kasutab tühja kõhu või pikaajalise treeningu ajal glükoosi ja ketokehasid).
Südamelihase jaoks on rasvhapped peamine energiaallikas.
β-oksüdatsioon
β-oksüdatsioon- rasvhapete lõhustamise protsess energia ammutamiseks.
1) FA katabolismi spetsiifiline tee atsetüül-CoA-ks.
2) See voolab mitokondrites.
3) Sisaldab 4 korduvat reaktsiooni (st tinglikult tsüklilist):
oksüdatsioon → hüdratsioon → oksüdatsioon → lõhustumine.
4) Iga tsükli lõpus lüheneb FA 2 süsinikuaatomi võrra atsetüül-CoA kujul (sisendub CTC-sse).
5) 1 ja 3 reaktsioonid – CPE-ga seotud oksüdatsioonireaktsioonid.
6) Vit. B 2 - koensüüm FAD, vit. PP - NAD, pantoteenhape - HS-KoA.
FA ülekande mehhanism tsütoplasmast mitokondritesse.
1. FA-d tuleb aktiveerida enne mitokondritesse sisenemist.
Ainult aktiveeritud FA = atsüül-CoA saab transportida läbi lipiidide topeltmembraani.
Kandjaks on L-karnitiin.
β-oksüdatsiooni reguleeriv ensüüm on karnitiinatsüültransferaas-I (KAT-I).
2. CAT-I kannab rasvhapped membraanidevahelisse ruumi.
3. CAT-I toimel kantakse atsüül-CoA L-karnitiini transportijasse.
Moodustub atsüülkarnitiin.
4. Sisemembraani sisse ehitatud translokaasi abil transporditakse atsüülkarnitiin mitokondritesse.
5. Maatriksis eraldub CAT-II toimel FA karnitiinist ja läheb β-oksüdatsiooni.
Karnitiin naaseb membraanidevahelisse ruumi.
Β-oksüdatsioonireaktsioonid
1. Oksüdeerimine: FA oksüdeeritakse FAD (ensüümi atsüül-CoA-DH) → enoüüli osalusel.
FAD siseneb CPE-sse (p / o = 2)
2. Hüdratatsioon: enoüül → β-hüdroksüatsüül-CoA (ensüüm enoüülhüdrataas)
3. Oksüdeerimine: β-hüdroksüatsüül-CoA → β-ketoatsüül-CoA (NAD osalusel, mis siseneb CPE-sse ja mille p / o = 3).
4. Lõhustamine: β-ketoatsüül-CoA → atsetüül-CoA (tiolaasi ensüüm, HS-KoA osalusel).
Atsetüül-CoA → CTA → 12 ATP.
Atsüül-CoA (C-2) → järgmine β-oksüdatsioonitsükkel.
Energia arvutamine β-oksüdatsioonis
Näiteks meristiinhape (14C).
Arvutame, kui palju atsetüül-CoA rasvhape laguneb
½ n = 7 → TCA (12ATP) → 84 ATP.
Loendame, mitu tsüklit nad lagunevad
(1/2 n) -1 = 6,5 (2 ATP 1 reaktsioonis ja 3 ATP 3 reaktsioonis) = 30 ATP
· Lahutage 1 ATP, mis kulub tsütoplasmas olevate rasvhapete aktiveerimisele.
Kokku - 113 ATP.
Ketoonkehade süntees
Peaaegu kogu atsetüül-CoA siseneb CTK-sse. Väikest osa kasutatakse ketoonkehade = atsetooni kehade sünteesiks.
Ketoonkehad- atsetoatsetaat, β-hüdroksübutüraat, atsetoon (patoloogia korral).
Normaalne kontsentratsioon on 0,03-0,05 mmol / l.
Sünteesitakse ainult maksasβ-oksüdatsiooni teel saadud atsetüül-CoA-st.
Kasutatakse energiaallikana kõigis organites, välja arvatud maks (ensüüm puudub).
Pikaajalise tühja kõhuga või suhkurtõve korral võib ketokehade kontsentratsioon tõusta kümme korda, kuna nendes tingimustes on vedelkristallid peamiseks energiaallikaks. Nendes tingimustes toimub intensiivne β-oksüdatsioon ja kogu atsetüül-CoA-l ei ole aega CTC-s ära kasutada, kuna:
Oksaloatsetaadi puudumine (seda kasutatakse glükoneogeneesis)
· β-oksüdatsiooni tulemusena tekib palju NADH + H + (3 reaktsiooniga), mis pärsib isotsitraat-DH.
Sellest tulenevalt kasutatakse atsetüül-CoA-d ketoonkehade sünteesiks.
Sest ketoonkehad on happed, põhjustavad happe-aluse tasakaalu nihke. Tekib atsidoos (tingituna ketoneemia).
Neil pole aega utiliseerimiseks ja need ilmuvad uriinis patoloogilise komponendina → neljaa... Lisaks on suust atsetoonilõhn. Seda seisundit nimetatakse ketoos.
Kolesterooli metabolism
Kolesterool(Xc) on ühehüdroksüülne alkohol, mis põhineb tsüklopentaanperhüdrofenantreeni ringil.
27 süsinikuaatomit.
Kolesterooli normaalne kontsentratsioon on 3,6-6,4 mmol / l, lubatud on mitte suurem kui 5.
Membraanide ehitamiseks (fosfolipiidid: Xc = 1:1)
Sapikivide süntees
Steroidhormoonide süntees (kortisool, progesteroon, aldosteroon, kaltsitriool, östrogeen)
· UV-kiirguse mõjul nahas kasutatakse D3-vitamiini – kolekaltsiferooli sünteesiks.
Keha sisaldab umbes 140 g kolesterooli (peamiselt maksas ja ajus).
Päevane vajadus on 0,5-1 g.
Sisaldas ainult loomsetes toodetes (munad, või, juust, maks).
Xc-d ei kasutata energiaallikana, sest selle tsükkel ei lõhustu CO 2 -ks ja H 2 O -ks ning ATP ei vabane (ensüüm puudub).
Liigne Chs ei eritu, ei ladestu, ladestub suurte veresoonte seina naastudena.
Organism sünteesib 0,5-1 g Chs. Mida rohkem seda koos toiduga tarbitakse, seda vähem seda organismis sünteesitakse (normaalne).
Organismis leiduv Xc sünteesitakse maksas (80%), soolestikus (10%), nahas (5%), neerupealistes, sugunäärmetes.
Isegi taimetoitlastel võib olla kõrge kolesteroolitase. selle sünteesiks on vaja ainult süsivesikuid.
Kolesterooli biosüntees
See toimub 3 etapis:
1) tsütoplasmas - enne mevaloonhappe moodustumist (sarnaselt ketoonkehade sünteesiga)
2) EPR-is - skvaleeniks
3) EPR-is - kolesteroolile
Umbes 100 reaktsiooni.
Reguleeriv ensüüm on β-hüdroksümetüülglutarüül-CoA reduktaas (HMG reduktaas). Kolesteroolitaset alandavad statiinid inhibeerivad seda ensüümi.)
HMG reduktaasi reguleerimine:
a) Inhibeerib liigse toidu kolesterooli negatiivse tagasiside põhimõte
b) Ensüümide süntees (östrogeen) võib suureneda või väheneda (kolesterool ja sapikivid)
c) Insuliin aktiveerib ensüümi defosforüülimise teel
d) Kui ensüümi on palju, saab ülejäägi lõhustada proteolüüsi teel
Kolesterool sünteesitakse atsetüül-CoA-st, saadud süsivesikutest(glükolüüs → ODPVK).
Saadud kolesterool maksas on pakitud koos rasvaga VLDL-is lahustamata. VLDL-l on apoproteiin B100, see siseneb vereringesse ja pärast apoproteiinide C-II ja E kinnitumist muutub küpseks VLDL-iks, mis siseneb LP-lipaasi. LDL-lipaas eemaldab VLDL-st rasvad (50%), jättes alles LDL-i, mis koosneb 50-70% kolesterooli estritest.
Varustab kolesterooli kõiki elundeid ja kudesid
· Rakkudes on B100 retseptorid, mille abil nad tunnevad ära LDL-i ja neelavad selle. Rakud reguleerivad kolesterooli varustamist, suurendades või vähendades B100 retseptorite arvu.
Suhkurtõve korral võib tekkida B100 glükosüülimine (glükoosi kinnitumine). Järelikult ei tunne rakud LDL-i ära ja tekib hüperkolesteroleemia.
LDL võib tungida veresoontesse (aterogeenne osake).
Rohkem kui 50% LDL-st suunatakse tagasi maksa, kus kolesterooli kasutatakse sapikivide sünteesiks ja oma kolesterooli sünteesi pärssimiseks.
Hüperkolesteroleemia vastu on kaitsemehhanism:
Oma kolesterooli sünteesi reguleerimine negatiivse tagasiside põhimõttel
Rakud reguleerivad kolesterooli voolu, suurendades või vähendades B100 retseptorite arvu
HDL-i toimimine
HDL sünteesitakse maksas. See on kettakujuline ja sisaldab vähe kolesterooli.
HDL funktsioonid:
Eemaldab rakkudest ja teistest lipoproteiinidest liigse kolesterooli
Varustab C-II ja E teisi lipoproteiine
HDL-i toimimise mehhanism:
HDL-is on apoproteiin A1 ja LCAT (ensüüm letsitiinkolesterooli atsüültransferaas).
HDL vabaneb vereringesse ja LDL läheneb sellele.
Vastavalt A1 LDL-le on teada, et neil on palju kolesterooli ja nad aktiveerivad LHAT-i.
LCAT lõikab FA-d HDL-fosfolipiididest ja kannab need üle kolesterooliks. Moodustuvad kolesterooli estrid.
Kolesterooli estrid on hüdrofoobsed, seega lähevad nad lipoproteiinidesse.
8. TEEMA
AINE MEETOD: VALGUVAHETUS
Oravad - Need on suure molekulmassiga ühendid, mis koosnevad α-aminohappe jääkidest, mis on omavahel seotud peptiidsidemetega.
Peptiidsidemed paiknevad ühe aminohappe α-karboksüülrühma ja teise, sellele järgneva α-aminohappe aminorühma vahel.
Valkude (aminohapete) funktsioonid:
1) plastik (põhifunktsioon) - lihaste, kudede, kalliskivide valgud, karnitiin, kreatiin, mõned hormoonid ja ensüümid sünteesitakse aminohapetest;
2) energia
a) toiduga liialdamisel (> 100 g)
b) pikaajalise paastuga
Omapära:
Aminohapped, erinevalt rasvadest ja süsivesikutest, ei ole hoiustatud .
Vabade aminohapete hulk kehas on umbes 35 g.
Valgu allikad kehale:
Toiduvalgud (peamine allikas)
Kudede valgud
· Sünteesitud süsivesikutest.
Lämmastiku tasakaal
Sest 95% kogu organismi lämmastikust kuulub aminohapetele, siis saab nende vahetust hinnata lämmastiku tasakaal - sissetuleva ja uriiniga eritunud lämmastiku suhe.
ü Positiivne - vabaneb vähem kui sisse tuleb (lastel, rasedatel, taastumisperioodil pärast haigust);
ü Negatiivne - vabaneb rohkem kui sisse tuleb (vanadus, pikaajaline haigusperiood);
ü Lämmastiku tasakaal - tervetel inimestel.
Sest toiduvalgud - peamine aminohapete allikas, siis öeldakse " valgu toitumise kasulikkus ».
Kõik aminohapped jagunevad järgmisteks osadeks:
Vahetatavad (8) - Ala, Gli, Ser, Pro, Glu, Gln, Asp, Asn;
· Osaliselt asendatav (2) - Arg, Gis (sünteesitakse aeglaselt);
Tinglikult asendatav (2) - Cis, Tyr (saab sünteesida ette nähtud asendamatute kviitungid - Met → Cis, Fen → Tyr);
Asendamatu (8) - Val, Ile, Lei, Liz, Met, Tre, Föön, TPF.
Sellega seoses eraldatakse valgud:
ü Täielik – sisaldab kõiki asendamatuid aminohappeid
ü Defektne - ei sisalda Met ja TPF.
Valkude seedimine
Iseärasused:
1) Valgud seeditakse maos, peensooles
2) Ensüümid – peptidaasid (lõhustavad peptiidsidemeid):
a) eksopeptidaas - piki servi C-N-otstest
b) endopeptidaas – valgu sees
3) Mao ja kõhunäärme ensüüme toodetakse mitteaktiivsel kujul - ensüümid(nagu nad seediksid oma kudesid)
4) Ensüümid aktiveeritakse osalise proteolüüsi teel (osa PPC lõhustamine)
5) Mõned aminohapped lähevad jämesooles mädanema
 |
1. Neid ei seedita suuõõnes.
2. Maos mõjutavad valgud pepsiin(endopeptidaas). See lõhustab aromaatsete aminohapete aminorühmade (Tyr, Phen, TPF) moodustatud sidemeid.
Pepsiini toodavad peamised rakud mitteaktiivsena pepsinogeeni.
Parietaalrakud toodavad vesinikkloriidhapet.
HCl funktsioonid:
ü Loob pepsiini jaoks optimaalse pH (1,5 - 2,0)
ü Aktiveerib pepsinogeeni
ü Denatureerib valke (hõlbustab ensüümide toimet)
ü Bakteritsiidne toime
Pepsinogeeni aktiveerimine
HCl toimel pepsinogeen muundatakse 42 aminohappe aeglase lõhustamise teel aktiivseks pepsiiniks. Seejärel aktiveerib aktiivne pepsiin kiiresti pepsinogeeni ( autokatalüütiliselt).
Seega lagunevad valgud maos lühikesteks peptiidideks, mis sisenevad soolestikku.
3. Soolestikus toimivad pankrease ensüümid peptiididele.
Trüpsinogeeni, kümotrüpsinogeeni, proelastaasi, prokarboksüpeptidaasi aktiveerimine
Soolestikus aktiveerub see enteropeptidaasi toimel trüpsinogeeni... Seejärel aktiveeriti sellest trüpsiin aktiveerib kõik teised ensüümid osalise proteolüüsi teel (kümotrüpsinogeen → kümotrüpsiin, proelastaas → elastaas, prokarboksüpeptidaas → karboksüpeptidaas).
Trüpsiin lõhustab karboksüülrühmade Lys või Arg moodustatud sidemeid.
Kümotrüpsiin- aromaatsete aminohapete karboksüülrühmade vahel.
Elastaasi- karboksüülrühmade Ala või Gly moodustatud sidemed.
Karboksüpeptidaas lõikab C-otsast karboksüülsidemeid.
Seega moodustuvad soolestikus lühikesed di-, tripeptiidid.
4. Sooleensüümide toimel lagundatakse need vabadeks aminohapeteks.
Ensüümid - di-, tri-, aminopeptidaas... Need ei ole liigispetsiifilised.
Moodustunud vabad aminohapped absorbeeritakse sekundaarsel aktiivsel transpordil Na +-ga (vastu kontsentratsioonigradienti).
5. Mõned aminohapped mädanevad.
Mädanemine - ensümaatiline protsess aminohapete lagunemisel madala toksilisusega toodeteks koos gaaside (NH 3, CH 4, CO 2, merkaptaan) vabanemisega.
Tähendus: säilitada soolestiku mikrofloora elutähtsat aktiivsust (mädanemise ajal moodustab Tyr mürgiseid tooteid fenooli ja kresooli, TPF - indooli ja skatooli). Mürgised tooted sisenevad maksa ja muutuvad kahjutuks.
Aminohapete katabolism
Peamine tee on deamineerimine - ensümaatiline protsess aminorühma lõhustamiseks ammoniaagi kujul ja lämmastikuvaba ketohappe moodustumisel.
Oksüdatiivne deaminatsioon
Mitteoksüdatiivne (Ser, Tre)
Intramolekulaarne (tema)
Hüdrolüütiline
Oksüdatiivne deamineerimine (aluseline)
A) Otsene - ainult Glu jaoks, tk. kõigi teiste puhul on ensüümid passiivsed.
See toimub 2 etapis:
1) Ensümaatiline
2) spontaanne
Selle tulemusena moodustub ammoniaak ja α-ketoglutaraat.
Transamineerimise funktsioonid:
ü Sest reaktsioon on pöörduv, kasutatakse asendamatute aminohapete sünteesiks;
ü Katabolismi algstaadium (transaminatsioon ei ole katabolism, kuna aminohapete hulk ei muutu);
ü Lämmastiku ümberjaotumiseks organismis;
ü Osaleb glükolüüsi vesiniku ülekande malaat-aspartaat süstikumehhanismis (6 reaktsioon).
ALT ja AST aktiivsuse määramiseks südame- ja maksahaiguste diagnoosimise kliinikus mõõdetakse de Ritise koefitsienti:
0,6 - hepatiit,
1 - tsirroos,
10 - müokardiinfarkt.
Dekarboksüleerimine aminohapped - ensümaatiline protsess karboksüülrühma lõhustamiseks aminohapetest CO 2 kujul.
Selle tulemusena moodustuvad bioloogiliselt aktiivsed ained - biogeensed amiinid.
Ensüümid on dekarboksülaasid.
Koensüüm – püridoksaalfosfaat ← vit. KELL 6.
Pärast toime avaldamist muudetakse biogeensed amiinid kahjutuks kahel viisil:
1) Metüülimine (CH 3 lisamine; doonor - SAM);
2) Oksüdeerimine aminorühma lõhustamisega NH 3 kujul (ensüüm MAO - monoamiini oksüdaas).
Laadimine ...