La biosynthèse des acides gras implique une série de réactions qui ne correspondent pas au processus de leur dégradation.
En particulier, les protéines spéciales - les ACP (protéines porteuses d'acyle) sont des médiateurs dans la synthèse des acides gras. En revanche, HS-KoA est utilisé dans la dégradation d'un acide gras.
La synthèse des acides gras se produit dans le cytosol et la dégradation des acides gras se produit dans les mitochondries.
Pour la synthèse des acides gras, la coenzyme NADP/NADPH est utilisée, tandis que la dégradation de l'acide gras fait intervenir la coenzyme NAD+/NADH.
Les acides gras qui composent les lipides des tissus peuvent être divisés en chaîne courte (2-6 atomes de carbone), moyenne (8-12 atomes de carbone) et longue chaîne (14-20 atomes de carbone ou plus dans la molécule). La plupart des acides gras dans les tissus animaux sont à longue chaîne. La grande majorité des acides gras dans le corps contiennent un nombre pair d'atomes de carbone dans la molécule (C: 16, 18, 20), bien qu'il y ait des molécules d'acides gras plus longues dans les graisses du tissu nerveux, dont 22 atomes de carbone avec six doubles liaisons.
L'acide avec une double liaison fait référence aux acides gras monoinsaturés, tandis que les acides avec deux ou plusieurs doubles liaisons isolées sont polyinsaturés.
Tableau 2
Acides gras essentiels chez les mammifères
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Nom de l'acide |
Structure acide |
Nombre et position des doubles liaisons |
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Huile |
UNCUN |
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Nylon |
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caprylique |
STNUSON |
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caprique |
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Lauric |
11Н21СООН |
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myristique |
Spnzsun |
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Palmitique |
15Н31СООН |
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Stéarique |
С17Н35СООН |
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Oleinovaya |
SPNZZUNO |
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linoléique |
17Н31СООН |
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linolénique |
SPNZZUNO |
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arachidonique |
С19Н31СООН |
4 (5, 8. 11, 14) |
Les acides gras insaturés sont généralement sous la forme cys. Les graisses des plantes et des poissons contiennent plus d'acides gras polyinsaturés dans leur composition, et les acides gras saturés prédominent dans la composition des graisses des mammifères et des oiseaux.
Les acides gras alimentaires et leur biosynthèse endogène sont nécessaires à l'organisme pour obtenir de l'énergie et former les composants hydrophobes des biomolécules. Les protéines et les glucides en excès dans l'alimentation sont activement convertis en acides gras et stockés sous forme de triglycérides.
La plupart des tissus sont capables de synthétiser des acides gras saturés. Quantitativement, la synthèse des acides gras est importante, principalement dans le foie, les intestins, le tissu adipeux, la glande mammaire, la moelle osseuse et les poumons. Si l'oxydation des acides gras se produit dans les mitochondries des cellules, leur synthèse a lieu dans le cytoplasme.
Le principal moyen de fournir au corps des acides gras est leur biosynthèse à partir de petites molécules intermédiaires, de dérivés du catabolisme des glucides, d'acides aminés individuels et d'autres acides gras. Habituellement, l'acide 16-carboxylique saturé - palmitique - est synthétisé en premier, et tous les autres acides gras sont une modification de l'acide palmitique.
Toutes les réactions de synthèse d'acides gras sont catalysées par un complexe multienzymatique - synthase d'acides gras, qui se trouve dans le cytosol. L'acétyl-CoA est une source directe d'atomes de carbone pour cette synthèse. Les principaux fournisseurs de molécules d'acétyl-CoA sont : la dégradation des acides aminés, l'oxydation des acides gras, la glycolyse du pyruvate.
Le malonyl-CoA nécessaire à la synthèse des acides gras résulte de la carboxylation de l'acétyl-CoA, et le NADPH nécessaire peut également être obtenu par la voie des pentoses phosphates.
Les molécules d'acétyl-CoA se trouvent principalement dans les mitochondries. Cependant, la membrane mitochondriale interne est imperméable à une molécule relativement grosse telle que l'acétyl-CoA. Par conséquent, pour la transition des mitochondries au cytoplasme, l'acétyl-CoA avec la participation de la citrate synthase interagit avec l'acide oxalique-acétique, formant de l'acide citrique :
Dans le cytoplasme, l'acide citrique est décomposé sous l'influence de la citrate lyase :
Ainsi, l'acide citrique agit comme un transporteur pour l'acétyl-CoA. Chez les ruminants, au lieu de l'acide citrique dans le cytoplasme de la cellule, on utilise de l'acétate, qui est formé dans le rumen à partir de polysaccharides, qui est converti en acétyl-CoA dans les cellules du foie et du tissu adipeux.
1. Au premier stade de la biosynthèse des acides gras, l'acétyl-CoA interagit avec une protéine spéciale porteuse d'acyle (HS-ACP) contenant de la vitamine B 3 et un groupe sulfhydryle (HS), ressemblant à la structure de la coenzyme A :
2. Un intermédiaire indispensable dans la synthèse est le malonyl-CoA, qui se forme lors de la réaction de carboxylation de l'acétyl-CoA avec la participation d'ATP et d'une enzyme contenant de la biotine, l'acétyl-CoA carboxylase :
La biotine (vitamine H) en tant que coenzyme carboxylase est liée de manière covalente à une apoenzyme pour transporter un fragment à un carbone. L'acétyl CoA carboxylase est une enzyme multifonctionnelle qui régule la vitesse de synthèse des acides gras. L'insuline stimule la synthèse des acides gras en activant la carboxylase, tandis que l'épinéphrine et le glucagon ont l'effet inverse.
3. Le malonyl-S-KoA résultant interagit avec le HS-ACP avec la participation de l'enzyme malonyl transacylase :
4. Dans la réaction de condensation suivante, sous l'influence de l'enzyme acyl-malonyl-B-ACP-synthase, le malonyl-B-ACP et l'acétyl-B-ACP interagissent avec la formation d'acétoacétyl-B-ACP :
5. L'acétoacétyl-B-ACP avec la participation de la réductase dépendante de la NADP + est réduite pour former le p-hydroxylbutyryl-B-ACP :
7. Dans la réaction suivante, le crotonyl-B-APB est réduit par la NADP + -réductase dépendante avec formation de butyryl-B-APB :
Dans le cas de la synthèse de l'acide palmitique (C : 16), il est nécessaire de répéter six cycles de réaction supplémentaires, le début de chacun sera l'ajout de la molécule malonyl-B-ACP à l'extrémité carboxyle de l'acide gras synthétisé chaîne. Ainsi, en attachant une molécule de malonyl-B-ACP, la chaîne carbonée de l'acide palmitique synthétisé augmente de deux atomes de carbone.
8. La synthèse de l'acide palmitique est complétée par le clivage hydrolytique du HS-ACP du palmityl-B-ACP avec la participation de l'enzyme désacylase :
La synthèse de l'acide palmitique est à la base de la synthèse d'autres acides gras, dont les acides monoinsaturés (oléique par exemple). L'acide palmitique libre est converti en palmityl-S-KoA avec la participation de la thiokinase. Le palmytyl-S-KoA dans le cytoplasme peut être utilisé dans la synthèse de lipides simples et complexes, ou entrer dans les mitochondries avec la participation de la carnitine pour la synthèse d'acides gras à chaîne carbonée plus longue.
Dans les mitochondries et dans le réticulum endoplasmique lisse, il existe un système d'enzymes d'allongement des acides gras pour la synthèse d'acides avec 18 atomes de carbone ou plus en allongeant la chaîne carbonée des acides gras de 12 à 6 atomes de carbone. Lorsque le propionyl-S-KoA est utilisé à la place de l'acétyl-S-KoA, la synthèse donne un acide gras impair.
Au total, la synthèse de l'acide palmitique peut être représentée par l'équation suivante :
L'acétyl-S-KoA dans le cytoplasme dans cette synthèse sert de source d'atomes de carbone de la molécule d'acide palmitique. L'ATP est nécessaire à l'activation de l'acétyl-S-KoA, tandis que le NADPH + H + est un agent réducteur essentiel. Le NADPH + + H + dans le foie est formé dans les réactions de la voie des pentoses phosphates. La synthèse des acides gras n'a lieu qu'en présence de ces composants basiques dans la cellule. Par conséquent, la biosynthèse des acides gras nécessite du glucose, qui alimente le processus en radicaux acétyle, C0 2 et H 2 sous forme de NADPH 2.
Toutes les enzymes de la biosynthèse des acides gras, y compris la HS-ACP, se trouvent dans le cytoplasme de la cellule sous la forme d'un complexe multienzymatique appelé acide gras synthétase.
La synthèse d'acide oléique (insaturé) avec une double liaison se produit en raison de la réaction d'acide stéarique saturé avec NADPH + H + en présence d'oxygène :
Dans les hépatocytes et dans la glande mammaire des animaux allaitants, le NADPH 2, nécessaire à la synthèse des acides gras, est apporté par la voie des pentoses phosphates. Si, chez la plupart des eucaryotes, la synthèse des acides gras se produit exclusivement dans le cytoplasme, alors la synthèse des acides gras dans les cellules végétales photosynthétiques a lieu dans le stroma des chloroplastes.
Les acides gras polyinsaturés - linoléique (C 17 H 31 COOH), linolénique (C 17 H 29 COOH), ayant des doubles liaisons près de l'extrémité méthyle de la chaîne carbonée, ne sont pas synthétisés chez les mammifères en raison du manque d'enzymes nécessaires (désaturases) qui assurer la formation de liaisons insaturées dans la molécule. Cependant, l'acide arachidonique (C 19 H 31 COOH) peut être synthétisé à partir de l'acide linoléique. À son tour, l'acide arachidonique est un précurseur dans la synthèse des prostaglandines. A noter que les plantes sont capables de synthétiser des doubles liaisons aux positions 12 et 15 de la chaîne carbonée avec la participation des enzymes nécessaires à la synthèse des acides linoléique et linolénique.
Le rôle principal de tous les acides gras polyinsaturés est probablement de fournir des propriétés d'écoulement dans les membranes biologiques. Ceci est confirmé par le fait que les organismes inférieurs ont la capacité de modifier la composition des acides gras des phospholipides en raison de leur fluidité, par exemple, à différentes températures ambiantes. Ceci est obtenu en augmentant la proportion d'acides gras à double liaison ou en augmentant le degré d'insaturation des acides gras.
Le carbone méthylène de toute double liaison dans la structure d'un acide gras polyinsaturé est très sensible à l'élimination de l'hydrogène et à la fixation de l'oxygène avec formation de radicaux libres. Les molécules d'hydroperoxyde ainsi formées forment des dialdéhydes principalement sous forme de malondialdéhyde. Ce dernier est capable de provoquer une réticulation, conduisant à une cytotoxicité, une mutagénicité, une rupture membranaire et une modification enzymatique. La polymérisation de l'aldéhyde malonique forme le pigment insoluble lipofuscine, qui s'accumule dans certains tissus avec l'âge.
L'intérêt pour les acides gras polyinsaturés au niveau biochimique est associé à des études qui indiquent que les régimes alimentaires avec un niveau élevé d'acides gras polyinsaturés par rapport au niveau d'acides gras saturés aident à réduire le taux de cholestérol dans le corps.
Dans le corps d'un animal affamé, avec la présence subséquente d'un régime alimentaire à haute teneur en glucides et à faible teneur en graisses, l'activité de l'acétyl-CoA carboxylase est considérablement augmentée en raison de la modification covalente et de la synthèse d'acides gras pour plusieurs jours. Il s'agit d'un contrôle adaptatif de la régulation du métabolisme des graisses. La synthèse et l'oxydation des acides gras dans le corps sont des processus interdépendants. Lorsqu'un animal meurt de faim, le niveau d'acides gras libres dans le sang augmente en raison d'une augmentation de l'activité lipase des cellules graisseuses sous l'influence d'hormones telles que l'adrénaline, le glucagon. La biosynthèse des acides gras, convertissant les molécules NADPH + H + en NADP ~, provoque la dégradation du glucose via la voie des pentoses phosphates. Ainsi, le glucose est indispensable à la biosynthèse des acides gras, apportant non seulement des radicaux acétyles, mais aussi des coenzymes sous forme de NADPH + H +.
Les acides gras libres se lient à l'albumine sérique, qui sont les principaux transporteurs d'acides gras non estérifiés. En combinaison avec l'albumine, les acides gras représentent une source active de transport d'énergie pour divers tissus à une certaine période de temps. Cependant, le tissu nerveux, qui reçoit la quasi-totalité de son énergie du glucose, n'est pas en mesure d'utiliser les acides gras associés à l'albumine comme énergie.
La concentration d'acides gras libres dans le sang est relativement constante (0,6 mM). Leur demi-vie n'est que de deux minutes. Le foie implique intensément les acides gras dans la synthèse des triglycérides, les liant aux lipoprotéines de basse densité (LDL), qui pénètrent dans la circulation sanguine. Le cholestérol LDL transporte le cholestérol du plasma sanguin vers divers tissus, les parois des vaisseaux sanguins.
Auparavant, on supposait que les processus de clivage étaient l'inversion des processus de synthèse, dont la synthèse des acides gras était considérée comme un processus opposé à leur oxydation.
Il est maintenant établi que le système mitochondrial de la biosynthèse des acides gras, qui comprend une séquence légèrement modifiée de la réaction de -oxydation, ne fait qu'allonger les acides gras à chaîne moyenne déjà présents dans l'organisme, tandis que la biosynthèse complète de l'acide palmitique à partir de l'acétyl -CoA se poursuit activement en dehors des mitochondries sur un chemin complètement différent.
Considérons quelques caractéristiques importantes de la voie de biosynthèse des acides gras.
1. La synthèse se produit dans le cytosol, contrairement à la décomposition qui se produit dans la matrice mitochondriale.
2. Les intermédiaires de la synthèse des acides gras sont liés de manière covalente aux groupes sulfhydryle de la protéine de transfert d'acyle (ACP), tandis que les produits intermédiaires du clivage des acides gras sont liés à la coenzyme A.
3. De nombreuses enzymes pour la synthèse des acides gras dans les organismes supérieurs sont organisées en un complexe multienzymatique appelé acide gras synthétase. En revanche, les enzymes qui catalysent la dégradation des acides gras semblent être réticentes à s'associer.
4. La chaîne d'acides gras en croissance est allongée par l'addition séquentielle de composants à deux carbones dérivés de l'acétyl-CoA. Le malonyl-APB sert de donneur activé de composants bicarbonés au stade de l'élongation. La réaction d'allongement est déclenchée par la libération de CO2.
5. Le rôle d'agent réducteur dans la synthèse des acides gras est joué par le NADPH.
6. Mn 2+ participe également aux réactions.
7. L'allongement sous l'action du complexe d'acides gras synthétase s'arrête au stade de formation du palmitate (C 16). Un allongement supplémentaire et l'introduction de doubles liaisons sont effectués par d'autres systèmes enzymatiques.
Formation de malonyl coenzyme A
La synthèse des acides gras commence par la carboxylation de l'acétyl-CoA en malonyl-CoA. Cette réaction irréversible est une étape cruciale dans la synthèse des acides gras.
La synthèse du malonyl-CoA est catalysée par acétyl CoA carboxylase et s'effectue au détriment de l'énergie de l'ATR. La source de CO 2 pour la carboxylation de l'acétyl-CoA est le bicarbonate.
Riz. Synthèse du malonyl-CoA
L'acétyl CoA carboxylase contient comme groupe prothétique biotine.
Riz. Biotine
L'enzyme est constituée d'un nombre variable de sous-unités identiques, chacune contenant de la biotine, biotine carboxylase, protéine de transfert de carboxybiotine, transcarboxylase, ainsi que le centre allostérique régulateur, c'est-à-dire représente complexe polyenzymatique. Le groupe carboxyle de la biotine est lié de manière covalente au groupe -amino du résidu lysine de la protéine de transfert de la carboxybiotine. La carboxylation du composant biotine dans le complexe formé est catalysée par la deuxième sous-unité, la biotine carboxylase. Le troisième composant du système, la transcarboxylase, catalyse le transfert du CO 2 activé de la carboxybiotine à l'acétyl-CoA.
Enzyme biotine + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Enzyme biotine + ADP + Pi,
CO 2 ~ Biotine-enzyme + Acétyl-CoA ↔ Molonyl-CoA + Biotine-enzyme.
La longueur et la flexibilité de la liaison entre la biotine et la protéine la portant permettent au groupe carboxyle activé de se déplacer d'un centre actif du complexe enzymatique à un autre.
Chez les eucaryotes, l'acétyl CoA carboxylase existe sous forme de protomère dépourvu d'activité enzymatique (450 kDa) ou sous forme de polymère filamenteux actif. Leur interconversion est régulée allostériquement. L'activateur allostérique clé est citrate, qui déplace l'équilibre vers la forme fibreuse active de l'enzyme. L'orientation optimale de la biotine par rapport aux substrats est obtenue sous forme fibreuse. Contrairement au citrate, le palmitoyl-CoA déplace l'équilibre vers la forme protomère inactive. Ainsi, le palmitoyl-CoA, le produit final, inhibe la première étape critique de la biosynthèse des acides gras. La régulation de l'acétyl CoA carboxylase chez les bactéries diffère fortement de celle chez les eucaryotes, puisque chez eux les acides gras sont principalement des précurseurs de phospholipides, et non un carburant de réserve. Ici, le citrate n'a aucun effet sur l'acétyl CoA carboxylase bactérienne. L'activité du composant transcarboxylase du système est régulée par les nucléotides de guanine, qui coordonnent la synthèse des acides gras avec la croissance et la division des bactéries.
L'élément constitutif de la synthèse des acides gras dans le cytosol de la cellule est l'acétyl-CoA, qui se forme de deux manières : soit à la suite de la décarboxylation oxydative du pyruvate. (voir Fig. 11, Stade III), ou à la suite d'une b-oxydation d'acides gras (voir Fig. 8).
Figure 11 - Schéma de conversion des glucides en lipides
Rappelons que la conversion du pyruvate formé lors de la glycolyse en acétyl-CoA et sa formation lors de la β-oxydation des acides gras se produisent dans les mitochondries. La synthèse des acides gras a lieu dans le cytoplasme. La membrane mitochondriale interne est imperméable à l'acétyl-CoA. Son entrée dans le cytoplasme s'effectue par le type de diffusion facilitée sous forme de citrate ou d'acétylcarnitine, qui sont transformés dans le cytoplasme en acétyl-CoA, oxaloacétate ou carnitine. Cependant, la principale voie de transfert de l'acétyl-coA des mitochondries vers le cytosol est le citrate (voir Fig. 12).
Initialement, l'acétyl-CoA intramitochondrial réagit avec l'oxaloacétate pour former du citrate. La réaction est catalysée par l'enzyme citrate synthase. Le citrate résultant est transporté à travers la membrane mitochondriale dans le cytosol à l'aide d'un système de transport spécial de tricarboxylate.
Dans le cytosol, le citrate réagit avec le HS-CoA et l'ATP, se décompose à nouveau en acétyl-CoA et oxaloacétate. Cette réaction est catalysée par l'ATP citrate lyase. Déjà dans le cytosol, l'oxaloacétate, avec la participation du système cytosolique de transport du dicarboxylate, retourne dans la matrice mitochondriale, où il est oxydé en oxaloacétate, complétant ainsi le cycle dit de navette :
Figure 12 - Schéma du transfert de l'acétyl-CoA des mitochondries vers le cytosol
La biosynthèse des acides gras saturés s'effectue dans le sens opposé à leur b-oxydation, l'accumulation de chaînes hydrocarbonées d'acides gras s'effectue grâce à l'addition séquentielle d'un fragment à deux carbones (C 2 ) - acétyl-CoA à leurs extrémités (voir Fig. 11, stade IV.).
La première réaction de la biosynthèse des acides gras est la carboxylation de l'acétyl-CoA, qui nécessite des ions CO2, ATP et Mn. Cette réaction est catalysée par l'enzyme acétyl-CoA - carboxylase. L'enzyme contient de la biotine (vitamine H) en tant que groupe prothétique. La réaction se déroule en deux étapes: 1 - carboxylation de la biotine avec la participation d'ATP et II - transfert du groupe carboxyle à l'acétyl-CoA, à la suite de quoi le malonyl-CoA se forme:
Le malonyl-CoA est le premier produit spécifique de la biosynthèse des acides gras. En présence d'un système enzymatique approprié, le malonyl-CoA est rapidement converti en acides gras.
Il convient de noter que le taux de biosynthèse des acides gras est déterminé par la teneur en sucre dans la cellule. Une augmentation de la concentration de glucose dans le tissu adipeux des humains et des animaux et une augmentation du taux de glycolyse stimulent la synthèse des acides gras. Cela indique que le métabolisme des graisses et des glucides est étroitement lié les uns aux autres. Un rôle important est ici joué par la réaction de carboxylation de l'acétyl-CoA avec sa transformation en malonyl-CoA, catalysée par l'acétyl-CoA carboxylase. L'activité de ce dernier dépend de deux facteurs : la présence d'acides gras de haut poids moléculaire et de citrate dans le cytoplasme.
L'accumulation d'acides gras a un effet inhibiteur sur leur biosynthèse, c'est-à-dire inhibe l'activité de la carboxylase.
Un rôle particulier est joué par le citrate, qui est un activateur de l'acétyl-CoA carboxylase. Le citrate joue en même temps le rôle de lien entre le métabolisme des glucides et celui des graisses. Dans le cytoplasme, le citrate a un double effet de stimulation de la synthèse des acides gras : d'une part, en tant qu'activateur de l'acétyl-CoA carboxylase et, d'autre part, en tant que source de groupements acétyle.
Une caractéristique très importante de la synthèse des acides gras est que tous les produits de synthèse intermédiaires sont liés de manière covalente à une protéine de transfert d'acyle (HS-ACP).
HS-ACP est une protéine de faible poids moléculaire qui est thermiquement stable, contient un groupe HS actif et contient de l'acide pantothénique (vitamine B 3) dans son groupe prothétique. La fonction de la HS-ACP est similaire à celle de l'enzyme A (HS-CoA) dans la b-oxydation des acides gras.
Dans le processus de construction d'une chaîne d'acides gras, les produits intermédiaires forment des liaisons ester avec l'ABP (voir Fig. 14) :
Le cycle d'allongement de chaîne d'acides gras comprend quatre réactions : 1) condensation de l'acétyl-ACP (C 2) avec le malonyl-ACP (C 3); 2) récupération ; 3) déshydratation et 4) deuxième réduction des acides gras. En figue. 13 montre un schéma de synthèse d'acides gras. Un cycle d'extension de chaîne d'acides gras implique quatre réactions consécutives.
Figure 13 - Schéma de la synthèse des acides gras
Dans la première réaction (1) - réaction de condensation - les groupes acétyle et malonyle interagissent pour former de l'acétoacétyl-ABP avec libération simultanée de CO 2 (C 1). Cette réaction est catalysée par l'enzyme de condensation b-cétoacyl-ABP synthétase. Le CO 2 clivé du malonyl-ACP est le même CO 2 qui a participé à la réaction de carboxylation de l'acétyl-ACP. Ainsi, à la suite de la réaction de condensation, un composé à quatre carbones (C4) est formé à partir de composants à deux (C2) et à trois carbones (C3).
Dans la deuxième réaction (2), une réaction de réduction catalysée par la b-cétoacyl-ACP réductase, l'acétoacétyl-ACP est convertie en b-hydroxybutyryl-ACP. L'agent réducteur est le NADPH + H +.
Dans la troisième réaction (3) de cycle-déshydratation - une molécule d'eau est séparée du b-hydroxybutyryl-ACP avec formation de crotonyl-ACP. La réaction est catalysée par la b-hydroxyacyl-ACP-déshydratase.
La quatrième (dernière) réaction (4) du cycle est la réduction du crotonyl-ACP en butyryl-ACP. La réaction se déroule sous l'action de l'énoyl-ACP réductase. Le rôle d'agent réducteur est ici joué par la deuxième molécule NADPH + H +.
Ensuite, le cycle de réactions se répète. Supposons que l'acide palmitique (C 16) soit en cours de synthèse. Dans ce cas, la formation de butyryl-ACP n'est achevée que dans le premier des 7 cycles, dans chacun desquels le début est l'ajout de la molécule molonyl-ACP (C 3) - réaction (5) à l'extrémité carboxyle du chaîne d'acides gras en croissance. Cela clive le groupe carboxyle sous forme de CO 2 (C 1). Ce processus peut être représenté comme suit :
С 3 + С 2 ® С 4 + С 1 - 1 cycle
С 4 + С 3 ® С 6 + С 1 - 2 cycles
С 6 + С 3 ® С 8 + С 1-3 cycle
С 8 + С 3 ® С 10 + С 1 - 4 cycles
С 10 + С 3 ® С 12 + С 1 - 5 cycles
С 12 + С 3 ® С 14 + С 1 - 6 cycles
C 14 + C 3 ® C 16 + C 1 - 7 cycles
Non seulement les acides gras saturés supérieurs peuvent être synthétisés, mais aussi les acides gras insaturés. Les acides gras monoinsaturés sont formés à partir d'acides gras saturés à la suite d'une oxydation (désaturation) catalysée par l'acyl-CoA oxygénase. Contrairement aux tissus végétaux, les tissus animaux ont une capacité très limitée à convertir les acides gras saturés en acides gras insaturés. Il a été constaté que les deux acides gras monoinsaturés les plus courants - palmitooléique et oléique - sont synthétisés à partir des acides palmitique et stéarique. Dans le corps des mammifères, y compris l'homme, les acides linoléique (C 18 : 2) et linolénique (C 18 : 3) ne peuvent pas être formés, par exemple, à partir de l'acide stéarique (C 18 : 0). Ces acides sont classés comme acides gras essentiels. Les acides gras essentiels comprennent également l'acide arachidique (C 20 : 4).
Parallèlement à la désaturation des acides gras (formation de doubles liaisons), leur allongement (allongement) se produit également. De plus, ces deux processus peuvent être combinés et répétés. L'allongement de la chaîne d'acides gras se produit par addition séquentielle de fragments de bicarbonate à l'acyl-CoA correspondant avec la participation de malonyl-CoA et de NADPH + H +.
La figure 14 montre les voies de conversion de l'acide palmitique dans les réactions de désaturation et d'élongation.
Figure 14 - Schéma de conversion des acides gras saturés
en insaturé
La synthèse de tout acide gras est complétée par le clivage de l'HS-ACP à partir de l'acyl-ACP sous l'influence de l'enzyme désacylase. Par exemple:
L'acyl-CoA résultant est la forme active de l'acide gras.
La capacité des animaux et des humains à stocker les polysaccharides étant plutôt limitée, le glucose, obtenu en quantités dépassant les besoins énergétiques immédiats et la « capacité de stockage » de l'organisme, peut être un « matériau de construction » pour la synthèse d'acides gras et de glycérol. À leur tour, les acides gras, avec la participation du glycérol, sont convertis en triglycérides, qui se déposent dans les tissus adipeux.
La biosynthèse du cholestérol et d'autres stérols est également un processus important. Bien qu'en termes quantitatifs, la voie de synthèse du cholestérol ne soit pas si importante, elle est d'une grande importance en raison du fait que de nombreux stéroïdes biologiquement actifs sont formés à partir du cholestérol dans le corps.
Synthèse des acides gras supérieurs dans le corps
À l'heure actuelle, le mécanisme de la biosynthèse des acides gras dans le corps des animaux et des humains, ainsi que les systèmes enzymatiques qui catalysent ce processus, ont été suffisamment étudiés. La synthèse des acides gras dans les tissus a lieu dans le cytoplasme de la cellule. Dans les mitochondries, en revanche, l'allongement des chaînes existantes d'acides gras 1 se produit.
1 Des expériences in vitro ont montré que les mitochondries isolées ont une capacité négligeable à incorporer de l'acide acétique marqué dans des acides gras à longue chaîne. Par exemple, il a été constaté que l'acide palmitique est synthétisé dans le cytoplasme des cellules hépatiques, et dans les mitochondries des cellules hépatiques à partir de cellules d'acide palmitique déjà synthétisées dans le cytoplasme ou à partir d'acides gras d'origine exogène, c'est-à-dire ceux reçus de l'intestin, les acides gras contenant 18, 20 et 22 atomes de carbone. Dans ce cas, les réactions de synthèse d'acides gras dans les mitochondries sont essentiellement des réactions inverses d'oxydation des acides gras.
La synthèse extramitochondriale (basique, principale) des acides gras dans son mécanisme diffère fortement du processus de leur oxydation. L'élément constitutif de la synthèse des acides gras dans le cytoplasme de la cellule est l'acétyl-CoA, qui est principalement dérivé de l'acétyl-CoA mitochondrial. Il a également été établi que la présence de dioxyde de carbone ou d'ions bicarbonate dans le cytoplasme est importante pour la synthèse des acides gras. De plus, il a été découvert que le citrate stimule la synthèse d'acides gras dans le cytoplasme de la cellule. Il est connu que l'acétyl-CoA formé dans les mitochondries lors de la décarboxylation oxydative ne peut pas diffuser dans le cytoplasme de la cellule, car la membrane mitochondriale est imperméable à ce substrat. Il a été montré que l'acétyl-CoA mitochondrial interagit avec l'oxaloacétate, entraînant la formation de citrate, qui pénètre librement dans le cytoplasme de la cellule, où il est dégradé en acétyl-CoA et oxaloacétate :
Par conséquent, dans ce cas, le citrate agit comme porteur du radical acétyle.
Il existe un autre moyen de transfert de l'acétyl-CoA intramitochondrial dans le cytoplasme de la cellule. C'est la voie de la carnitine. Il a été mentionné ci-dessus que la carnitine joue le rôle de transporteur des groupes acyle du cytoplasme vers les mitochondries lors de l'oxydation des acides gras. Apparemment, il peut jouer ce rôle dans le processus inverse, c'est-à-dire dans le transfert des radicaux acyles, y compris le radical acétyle, des mitochondries dans le cytoplasme de la cellule. Cependant, lorsqu'il s'agit de la synthèse des acides gras, cette voie de transfert de l'acétyl-CoA n'est pas la principale.
L'étape la plus importante dans la compréhension du processus de synthèse des acides gras a été la découverte de l'enzyme acétyl-CoA carboxylase. Cette enzyme complexe contenant de la biotine catalyse la synthèse dépendante de l'ATP de malonyl-CoA (HOOC-CH 2 -CO-S-CoA) à partir d'acétyl-CoA et de CO 2.
Cette réaction se déroule en deux étapes :
Il a été constaté que le citrate agit comme un activateur de la réaction acétyl-CoA-carboxylase.
Le malonyl-CoA est le premier produit spécifique de la biosynthèse des acides gras. En présence d'un système enzymatique approprié, le malonyl-CoA (qui à son tour est formé à partir d'acétyl-CoA) est rapidement converti en acides gras.
Le système enzymatique qui synthétise les acides gras supérieurs se compose de plusieurs enzymes liées d'une certaine manière.
Actuellement, le processus de synthèse des acides gras a été étudié en détail chez E. coli et certains autres micro-organismes. Un complexe multi-enzymatique appelé acide gras synthétase, chez E. coli, se compose de sept enzymes associées à une protéine dite de transfert d'acyle (ACP). Cette protéine est relativement thermostable, possède du HS-rpynny libre et est impliquée dans la synthèse des acides gras supérieurs à presque toutes ses étapes. Le poids moléculaire relatif de l'APB est d'environ 10 000 daltons.
Voici la séquence des réactions qui se produisent lors de la synthèse des acides gras :
Ensuite, le cycle de réactions se répète. Supposons que l'acide palmitique (C 16) soit en cours de synthèse ; dans ce cas, la formation de butyryl-ACP ne se termine que dans le premier des sept cycles, dans chacun desquels le début est la fixation de la molécule de malonyl-ACP à l'extrémité carboxyle de la chaîne d'acides gras en croissance. Cela clive la molécule HS-ACP et le groupe carboxyle distal du malonyl-ACP sous forme de CO 2. Par exemple, le butyryl-APB formé au premier cycle interagit avec le malonyl-APB :
La synthèse des acides gras se termine par le clivage de l'HS-ACP à partir de l'acyl-ACP sous l'influence de l'enzyme désacylase, par exemple :
L'équation globale pour la synthèse de l'acide palmitique peut être écrite comme suit :
Ou, étant donné que la formation d'une molécule de malonyl-CoA à partir d'acétyl-CoA nécessite une molécule d'ATP et une molécule de CO 2 , l'équation totale peut être représentée comme suit :
Les principales étapes de la biosynthèse des acides gras peuvent être représentées sous forme de schéma.
Par rapport à la β-oxydation, la biosynthèse des acides gras présente un certain nombre de caractéristiques :
- la synthèse des acides gras s'effectue principalement dans le cytoplasme de la cellule, et l'oxydation s'effectue dans les mitochondries ;
- participation à la biosynthèse des acides gras malonyl-CoA, qui se forme en liant le CO 2 (en présence d'une enzyme biotine et d'ATP) avec l'acétyl-CoA ;
- à toutes les étapes de la synthèse des acides gras, une protéine de transfert d'acyle (HS-APB) est impliquée ;
- la nécessité de la synthèse des acides gras de la coenzyme NADPH 2. Ce dernier dans l'organisme se forme en partie (de 50 %) dans les réactions du cycle des pentoses (hexose-monophosphate "shunt"), en partie du fait de la réduction du NADP par le malate (acide malique + NADP-acide pyruvique + CO 2 + NADPH 2);
- la restauration de la double liaison dans la réaction énoyl-ACP-réductase se produit avec la participation de NADPH 2 et d'une enzyme dont le groupe prothétique est un mononucléotide flavine (FMN) ;
- dans le processus de synthèse des acides gras, des dérivés hydroxylés se forment, liés dans leur configuration à la série D des acides gras, et lors de l'oxydation des acides gras - des dérivés hydroxylés de la série L.
Formation d'acides gras insaturés
Dans les tissus des mammifères, des acides gras insaturés sont présents, qui peuvent être attribués à quatre familles, différant par la longueur de la chaîne aliphatique entre le groupe méthyle terminal et la double liaison la plus proche :
Il a été établi que les deux acides gras monoinsaturés les plus courants - palmitooléique et oléique - sont synthétisés à partir des acides palmitique et stéarique. La double liaison dans la molécule de ces acides est introduite dans les microsomes des cellules hépatiques et du tissu adipeux avec la participation d'oxygénases spécifiques et d'oxygène moléculaire. Dans cette réaction, une molécule d'oxygène est utilisée comme accepteur de deux paires d'électrons, dont une paire appartient au substrat (Acyl-CoA), et l'autre au NADPH 2 :
Dans le même temps, les tissus de l'homme et de certains animaux sont incapables de synthétiser les acides linoléique et linolénique, mais doivent les recevoir avec de la nourriture (la synthèse de ces acides est réalisée par les plantes). A cet égard, les acides linoléique et linolénique, contenant respectivement deux et trois doubles liaisons, sont appelés acides gras essentiels.
Tous les autres acides polyinsaturés trouvés chez les mammifères sont formés à partir de quatre précurseurs (palmitooléinoïde, oléique, linoléique et linolénique kyolot) par un allongement supplémentaire de la chaîne et/ou l'introduction de nouvelles doubles liaisons. Ce processus a lieu avec la participation d'enzymes mitochondriales et microsomales. Par exemple, la synthèse de l'acide arachidonique se déroule selon le schéma suivant :
Le rôle biologique des acides gras polyinsaturés a été largement clarifié en relation avec la découverte d'une nouvelle classe de composés physiologiquement actifs - les prostaglandines.
Biosynthèse des triglycérides
Il y a des raisons de croire que le taux de biosynthèse des acides gras est largement déterminé par le taux de formation de triglycérides et de phospholipides, car les acides gras libres sont présents dans les tissus et le plasma sanguin en petites quantités et ne s'accumulent normalement pas.
La synthèse des triglycérides se fait à partir du glycérol et des acides gras (principalement stéarique, palmitique et oléique). La voie de la biosynthèse des triglycérides dans les tissus passe par la formation de glycérol-3-phosphate en tant qu'intermédiaire. Dans les reins, ainsi que dans la paroi intestinale, où l'activité de l'enzyme glycérol kinase est élevée, le glycérol est phosphorylé par l'ATP pour former le glycérol-3-phosphate :
Dans le tissu adipeux et les muscles, en raison de la très faible activité de la glycérol kinase, la formation de glycérol-3-phosphate est principalement associée à la glycolyse ou à la glycogénolyse 1. 1 Dans les cas où la teneur en glucose dans le tissu adipeux est faible (par exemple à jeun), seule une faible quantité de glycérol-3-phosphate se forme et les acides gras libres libérés lors de la lipolyse ne peuvent pas être utilisés pour la resynthèse des triglycérides, donc les acides gras quittent le tissu adipeux... Au contraire, l'activation de la glycolyse dans le tissu adipeux favorise l'accumulation de triglycérides dans celui-ci, ainsi que des acides gras entrant dans leur composition. Il est connu que dans le processus de décomposition glycolytique du glucose, il se forme du phosphate de dioxyacétone. Ce dernier, en présence de glycérol phosphate déshydrogénase cytoplasmique dépendante du NAD, est capable de se transformer en glycérol-3-phosphate :
Dans le foie, les deux voies de formation du glycérol-3-phosphate sont observées.
Formé, d'une manière ou d'une autre, le glycérol-3-phosphate est acylé par deux molécules du dérivé CoA d'un acide gras (c'est-à-dire des formes "actives" d'un acide gras) 2. 2 Dans certains micro-organismes, par exemple dans E. coli, le donneur du groupe acyle n'est pas un proxy CoA, mais des dérivés ACP d'acides gras. En conséquence, l'acide phosphatidique est formé:
A noter que bien que l'acide phosphatidique soit présent dans les cellules en quantités extrêmement faibles, il s'agit d'un produit intermédiaire très important commun à la biosynthèse des triglycérides et des glycérophospholipides (voir schéma).
Si des triglycérides sont synthétisés, alors l'acide phosphatidique est déphosphorylé à l'aide d'une phosphatase spécifique (phosphatidate phosphatase) et le 1,2-diglycéride est formé :
La biosynthèse des triglycérides est complétée par l'estérification du 1,2-diglycéride obtenu avec une troisième molécule d'acyl-CoA :
Biosynthèse des glycérophospholipides
La synthèse des glycérophospholipides les plus importants est localisée principalement dans le réticulum endoplasmique de la cellule. Tout d'abord, l'acide phosphatidique, à la suite d'une réaction réversible avec le triphosphate de cytidine (CTP), est converti en diglycéride de diphosphate de cytidine (CDP-diglycéride):
Ensuite, dans des réactions ultérieures, dont chacune est catalysée par une enzyme correspondante, le monophosphate de cytidine est déplacé de la molécule de CDP-diglycéride par l'un des deux composés - la sérine ou l'inositol, formant la phosphatidylsérine ou le phosphatidylinositol, ou le 3-phosphatidyl-glycérol-1- phosphate. A titre d'exemple, nous donnons la formation de phosphatidylsérine :
À son tour, la phosphatidylsérine peut être décarboxylée pour former de la phosphatidyléthanolamine :
La phosphatidl éthanolamine est un précurseur de la phosphatidylcholine. À la suite du transfert séquentiel de trois groupes méthyle de trois molécules de S-adénosylméthionine (un donneur de groupes méthyle) au groupe amino du résidu éthanolamine, la phosphatidylcholine est formée :
Il existe une autre façon de synthétiser la phosphatidyléthanolamine et la phosphatidylcholine dans les cellules animales. Cette voie utilise également le CTP comme vecteur, mais pas l'acide phosphatidique, mais la phosphorylcholine ou la phosphoryléthanolamine (schéma).
Biosynthèse du cholestérol
Dans les années 60 de ce siècle, Bloch et al. dans des expériences utilisant de l'acétate marqué au 14 C sur les groupes méthyle et carboxyle, il a montré que les deux atomes de carbone de l'acide acétique sont inclus dans le cholestérol hépatique en quantités approximativement égales. De plus, il a été montré que tous les atomes de carbone du cholestérol sont dérivés de l'acétate.
Plus tard, grâce aux travaux de Linen, Redney, Polyak, Kornforth, A. N. Klimov et d'autres chercheurs, les principaux détails de la synthèse enzymatique du cholestérol, comptant plus de 35 réactions enzymatiques, ont été clarifiés. Dans la synthèse du cholestérol, on peut distinguer trois étapes principales : la première est la conversion de l'acétate actif en acide mévalonique, la seconde est la formation de squalène à partir d'acide mévalonique, et la troisième est la cyclisation du squalène en cholestérol.
Tout d'abord, considérons l'étape de conversion de l'acétate actif en acide mévalonique. L'étape initiale de la synthèse de l'acide mévalonique à partir d'acétyl-CoA est la formation d'acétoacétyl-CoA par une réaction de thiolase réversible :
Ensuite, la condensation subséquente de l'acétoacétyl-CoA avec la troisième molécule d'acétyl-CoA avec la participation de l'hydroxyméthylglutaryl-CoA synthase (HMG-CoA synthase) donne la formation de l'β-hydroxy-β-méthylglutaryl-CoA :
A noter que nous avons déjà évoqué ces premières étapes de la synthèse de l'acide mévalonique lorsque nous avons évoqué la formation des corps cétoniques. De plus, l'β-hydroxy-β-méthylglutaryl-CoA sous l'influence de l'hydroxyméthylglutaryl-CoA réductase NADP-dépendante (HMG-CoA réductase) à la suite de la réduction de l'un des groupes carboxyle et de l'élimination de HS-KoA est converti en acide mévalonique :
La réaction HMG-CoA réductase est la première réaction pratiquement irréversible dans la chaîne de biosynthèse du cholestérol et elle se déroule avec une perte importante d'énergie libre (environ 33,6 kJ). Il a été constaté que cette réaction limite le taux de biosynthèse du cholestérol.
Parallèlement à la voie de biosynthèse classique de l'acide mévalonique, il existe une deuxième voie, dans laquelle l'β-hydroxy-β-méthylglutaryl-CoA n'est pas formé comme substrat intermédiaire, mais l'β-hydroxy-β-méthylglutarnl-S-ACP. Les réactions de cette voie sont apparemment identiques aux étapes initiales de la biosynthèse des acides gras jusqu'à la formation de l'acétoacétyl-S-ACP. L'acétyl-CoA-carboxylase, une enzyme qui convertit l'acétyl-CoA en malonyl-CoA, participe par cette voie à la formation de l'acide mévalonique. Le rapport optimal de malonyl-CoA et d'acétyl-CoA pour la synthèse d'acide mévalonique : deux molécules d'acétyl-CoA pour une molécule de malonyl-CoA.
La participation du malonyl-CoA, principal substrat de la biosynthèse des acides gras, à la formation d'acide mévalonique et de divers polyisoprénoïdes a été démontrée pour de nombreux systèmes biologiques : foie de pigeon et de rat, glande mammaire de lapin et extraits de levure acellulaire. Cette voie de biosynthèse de l'acide mévalonique est observée principalement dans le cytoplasme des cellules hépatiques. Dans ce cas, l'hydroxyméthylglutaryl-CoA réductase, présente dans la fraction soluble du foie de rat et non identique à l'enzyme microsomale en termes de nombre de propriétés cinétiques et régulatrices, joue un rôle important dans la formation du mévalonate. Il est connu que l'hydroxyméthylglutaryl-CoA réductase microsomale est le lien principal dans la régulation de la voie de biosynthèse de l'acide mévalonique à partir de l'acétyl-CoA avec la participation de l'acétoacétyl-CoA-thiolase et de la HMG-CoA synthase. La régulation de la deuxième voie de la biosynthèse de l'acide mévalonique sous un certain nombre d'influences (jeûne, alimentation avec du cholestérol, administration d'un surfactant - triton WR-1339) diffère de la régulation de la première voie, dans laquelle la réductase microsomale est impliquée. Ces données indiquent l'existence de deux systèmes autonomes pour la biosynthèse de l'acide mévalonique. Le rôle physiologique de la deuxième voie n'a pas été complètement étudié. On pense qu'il est d'une certaine importance non seulement pour la synthèse de substances non stéroïdiennes, telles que la chaîne latérale de l'ubiquinone et la base unique N 6 (Δ 2 -isopentyl) -adénosine de certains ARNt, mais aussi pour la biosynthèse de stéroïdes (AN Klimov, E D. Polyakova).
Dans la deuxième étape des sites de cholestérol, l'acide mévalonique est converti en squalène. Les réactions de la deuxième étape commencent par la phosphorylation de l'acide mévalonique avec l'ATP. En conséquence, un ester 5" -pyrophosphorique est formé, puis un ester 5" -pyrophosphorique de l'acide mévalonique :
L'acide 5 "-pyrophosphomévalonique, à la suite de la phosphorylation ultérieure du groupe hydroxyle tertiaire, forme un produit intermédiaire instable - l'acide 3" -phospho-5 "-pyrophosphomévalonique, qui, décarboxylant et perdant l'acide phosphorique, est converti en isopentényl pyrophosphate. Ce dernier est isomérisé en diméthylallylpyrophosphate.
Ensuite, ces deux iso-pentényl pyrophosphates isomères (diméthylallyl pyrophosphate et isopentényl pyrophosphate) se condensent pour libérer le pyrophosphate et former le géranyl pyrophosphate. L'isopentényl pyrophosphate rejoint le géranyl pyrophosphate, ce qui donne le farnésyl pyrophosphate.
Synthèse d'acide palmitique (C16) à partir d'acétyl-CoA.
1) Il circule dans le cytoplasme des cellules hépatiques et du tissu adipeux.
2) Valeur : pour la synthèse des graisses et des phospholipides.
3) Il se déroule après avoir mangé (pendant la période d'absorption).
4) Formé à partir d'acétyl-CoA obtenu à partir de glucose (glycolyse → OPVA → Acétyl-CoA).
5) Au cours du processus, 4 réactions sont répétées séquentiellement :
condensation → récupération → déshydratation → récupération.
A la fin de chaque cycle LCD s'allonge de 2 atomes de carbone.
Donneur 2C - malonil-CoA.
6) NADPH + H + participe à deux réactions de réduction (50% provient du PPP, 50% de l'enzyme MALIK).
7) Seule la première réaction se déroule directement dans le cytoplasme (régulateur).
Les 4 autres sont cycliques - sur un complexe spécial de palmitate synthase (synthèse de l'acide palmitique uniquement)
8) Une enzyme régulatrice fonctionne dans le cytoplasme - l'acétyl-CoA-carboxylase (ATP, vit. H, biotine, classe IV).
La structure du complexe palmitate synthase
La palmitate synthase est une enzyme constituée de 2 sous-unités.
Chacun se compose d'un PPC avec 7 centres actifs.
Chaque centre actif catalyse sa propre réaction.
Chaque PPC contient une protéine de transfert d'acyle (ACP), sur laquelle s'effectue la synthèse (contient du phosphopantétonate).
Chaque sous-unité a un groupe HS. Dans l'un, le groupe HS appartient à la cystéine, dans l'autre à l'acide phosphopantothénique.
Mécanisme
1) L'acétyl-Coa obtenu à partir d'hydrates de carbone ne peut pas pénétrer dans le cytoplasme, où a lieu la synthèse des AG. Il sort par la première réaction du TCA - la formation de citrate.
2) Dans le cytoplasme, le citrate se décompose en acétyl-Coa et en oxaloacétate.
3) Oxaloacétate → malate (réaction CTA en sens inverse).
4) Malate → pyruvate, qui est utilisé dans ODPVK.
5) Synthèse d'acétyl-CoA → FA.
6) L'acétyl-CoA sous l'action de l'acétyl-CoA-carboxylase est converti en malonyl-CoA.
Activation de l'enzyme acétyl-CoA carboxylase:
a) en améliorant la synthèse de sous-unités sous l'action de l'insuline - trois tétramères sont synthétisés séparément
b) sous l'action du citrate, trois tétramères se combinent, et l'enzyme est activée
c) pendant le jeûne, le glucagon inhibe l'enzyme (par phosphorylation), la synthèse des graisses ne se produit pas
7) un acétyl CoA du cytoplasme est transféré au groupe HS (de la cystéine) de la palmitate synthase ; un malonyl-CoA par groupe HS de la deuxième sous-unité. Plus loin, la palmitate synthase se produit :
8) leur condensation (acétyl CoA et malonyl-CoA)
9) récupération (donneur - NADPH + H + de PPP)
10) déshydratation
11) récupération (donneur - NADPH + H + de MALIK-enzyme).
En conséquence, le radical acyle augmente de 2 atomes de carbone.
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Mobilisation des graisses
Lors d'un jeûne ou d'une activité physique prolongée, du glucagon ou de l'adrénaline sont libérés. Ils activent la TAG lipase dans le tissu adipeux, situé dans les adipocytes et appelé lipase tissulaire(sensible aux hormones). Il décompose les graisses du tissu adipeux en glycérol et en acides gras. Le glycérol va au foie pour la néoglucogenèse. Les AG pénètrent dans la circulation sanguine, se lient à l'albumine et pénètrent dans les organes et les tissus, sont utilisés comme source d'énergie (par tous les organes, en plus du cerveau qui utilise du glucose et des corps cétoniques pendant le jeûne ou un exercice prolongé).
Pour le muscle cardiaque, les acides gras sont la principale source d'énergie.
-oxydation
-oxydation- le processus de séparation des acides gras afin d'en extraire de l'énergie.
1) Voie spécifique du catabolisme de l'AF en acétyl-CoA.
2) Il coule dans les mitochondries.
3) Comprend 4 réactions répétitives (c'est-à-dire conditionnellement cycliques) :
oxydation → hydratation → oxydation → clivage.
4) A la fin de chaque cycle, le FA est raccourci de 2 atomes de carbone sous forme d'acétyl-CoA (entrant dans le CTC).
5) 1 et 3 réactions - réactions d'oxydation, associées au CPE.
6) Vit. B 2 - coenzyme FAD, vit. PP - NAD, acide pantothénique - HS-KoA.
Mécanisme de transfert d'AF du cytoplasme aux mitochondries.
1. Les FA doivent être activés avant d'entrer dans les mitochondries.
Seul FA activé = acyl-CoA peut être transporté à travers la double membrane lipidique.
Le transporteur est la L-carnitine.
L'enzyme régulatrice de la -oxydation est la carnitine acyltransférase-I (KAT-I).
2. CAT-I transfère les acides gras dans l'espace intermembranaire.
3. Sous l'action de CAT-I, l'acyl-CoA est transféré au transporteur de L-carnitine.
L'acylcarnitine est formée.
4. À l'aide d'une translocase intégrée à la membrane interne, l'acylcarnitine est transportée dans les mitochondries.
5. Dans la matrice, sous l'action de CAT-II, l'AF est clivé de la carnitine et entre en -oxydation.
La carnitine retourne dans l'espace intermembranaire.
réactions de -oxydation
1. Oxydation : l'AF est oxydé avec la participation de FAD (enzyme acyl-CoA-DH) → énoyle.
FAD entre dans le CPE (p/o = 2)
2. Hydratation : énoyl → β-hydroxyacyl-CoA (enzyme énoyl hydratase)
3. Oxydation : β-hydroxyacyl-CoA → β-cétoacyl-CoA (avec la participation du NAD, qui entre dans le CPE et a p/o = 3).
4. Clivage : β-cétoacyl-CoA → acétyl-CoA (enzyme thiolase, avec la participation de HS-KoA).
Acétyl-CoA → CTA → 12 ATP.
Acyl-CoA (C-2) → prochain cycle de β-oxydation.
Calcul de l'énergie en -oxydation
Par exemple, l'acide méristique (14C).
Nous calculons combien d'acétyl-CoA l'acide gras se décompose
½ n = 7 → TCA (12ATP) → 84 ATP.
On compte combien de cycles ils se décomposent
(1/2 n) -1 = 6,5 (2 ATP dans 1 réaction et 3 ATP dans 3 réactions) = 30 ATP
· Soustraire 1 ATP dépensé pour l'activation des acides gras dans le cytoplasme.
Total - 113 ATP.
Synthèse des corps cétoniques
La quasi-totalité de l'acétyl-CoA pénètre dans la CTK. Une petite partie est utilisée pour la synthèse des corps cétoniques = corps acétoniques.
Corps cétoniques- acétoacétate, β-hydroxybutyrate, acétone (pour la pathologie).
La concentration normale est de 0,03-0,05 mmol/l.
Sont synthétisés seulement dans le foieà partir d'acétyl-CoA obtenu par -oxydation.
Utilisé comme source d'énergie par tous les organes sauf le foie (pas d'enzyme).
En cas de jeûne prolongé ou de diabète sucré, la concentration de corps cétoniques peut décupler, car dans ces conditions, les cristaux liquides sont la principale source d'énergie. Dans ces conditions, une -oxydation intense se produit et tout l'acétyl-CoA n'a pas le temps d'être utilisé dans le CTC, car :
Manque d'oxaloacétate (il est utilisé dans la néoglucogenèse)
· À la suite de la -oxydation, il se forme beaucoup de NADH + H + (dans 3 réactions), ce qui inhibe l'isocitrate-DH.
Par conséquent, l'acétyl-CoA est utilisé pour la synthèse des corps cétoniques.
Parce que les corps cétoniques sont des acides, ils provoquent un changement dans l'équilibre acido-basique. L'acidose se produit (en raison de cétonémie).
Ils n'ont pas le temps d'être éliminés et apparaissent dans les urines comme un composant pathologique → céturie... De plus, il y a une odeur d'acétone de la bouche. Cet état est appelé cétose.
Métabolisme du cholestérol
Cholestérol(Xc) est un alcool monohydrique basé sur le cycle cyclopentane perhydrophénanthrène.
27 atomes de carbone.
La concentration normale de cholestérol est de 3,6 à 6,4 mmol / l, pas plus de 5 n'est autorisé.
Pour construire des membranes (phospholipides : Xc = 1 : 1)
Synthèse des calculs biliaires
Synthèse d'hormones stéroïdes (cortisol, progestérone, aldostérone, calcitriol, œstrogène)
· Dans la peau sous l'influence des UV, il est utilisé pour la synthèse de vitamine D3 - cholécalciférol.
Le corps contient environ 140 g de cholestérol (principalement dans le foie et le cerveau).
L'exigence quotidienne est de 0,5 à 1 g.
Contenu seul dans les produits d'origine animale (œufs, beurre, fromage, foie).
Xc n'est pas utilisé comme source d'énergie, car son cycle n'est pas clivé en CO 2 et H 2 O et l'ATP n'est pas libéré (pas d'enzyme).
L'excès de Chs n'est pas excrété, ni déposé, ni déposé dans la paroi des gros vaisseaux sanguins sous forme de plaques.
Le corps synthétise 0,5-1 g de Chs. Plus il est consommé avec de la nourriture, moins il est synthétisé dans l'organisme (normal).
Xc dans le corps est synthétisé dans le foie (80%), les intestins (10%), la peau (5%), les glandes surrénales, les gonades.
Même les végétariens peuvent avoir un taux de cholestérol élevé. seuls les glucides sont nécessaires à sa synthèse.
Biosynthèse du cholestérol
Il se déroule en 3 étapes :
1) dans le cytoplasme - avant la formation d'acide mévalonique (similaire à la synthèse des corps cétoniques)
2) en EPR - au squalène
3) en EPR - au cholestérol
Environ 100 réactions.
L'enzyme régulatrice est la β-hydroxyméthylglutaryl-CoA réductase (HMG réductase). Les statines hypocholestérolémiantes inhibent cette enzyme.)
Régulation de l'HMG réductase :
a) Inhibée par le principe de rétroaction négative par un excès de cholestérol alimentaire
b) La synthèse enzymatique (œstrogène) peut augmenter ou diminuer (cholestérol et calculs biliaires)
c) L'enzyme est activée par l'insuline par déphosphorylation
d) S'il y a beaucoup d'enzyme, alors l'excès peut être clivé par protéolyse
Le cholestérol est synthétisé à partir d'acétyl-CoA, dérivé de glucides(glycolyse → ODPVK).
Le cholestérol qui en résulte dans le foie est emballé avec des graisses dans les VLDL non résolues. Les VLDL contiennent une apoprotéine B100, pénètrent dans la circulation sanguine et, après la fixation des apoprotéines C-II et E, se transforment en VLDL matures, qui pénètrent dans la LP-lipase. La LDL lipase élimine les graisses des VLDL (50 %), laissant les LDL, qui se composent de 50 à 70 % d'esters de cholestérol.
Fournit du cholestérol à tous les organes et tissus
· Dans les cellules, il existe des récepteurs dans le B100, par lesquels ils reconnaissent le LDL et l'absorbent. Les cellules régulent l'apport de cholestérol en augmentant ou en diminuant le nombre de récepteurs B100.
Dans le diabète sucré, une glycosylation de la B100 (fixation du glucose) peut se produire. Par conséquent, les cellules ne reconnaissent pas le LDL et une hypercholestérolémie se produit.
Le LDL peut pénétrer dans les vaisseaux sanguins (particule athérogène).
Plus de 50 % des LDL sont renvoyés au foie, où le cholestérol est utilisé pour synthétiser les calculs biliaires et inhiber sa propre synthèse de cholestérol.
Il existe un mécanisme de défense contre l'hypercholestérolémie :
Régulation de la synthèse de son propre cholestérol selon le principe de la rétroaction négative
Les cellules régulent le flux de cholestérol en augmentant ou en diminuant le nombre de récepteurs B100
Fonctionnement du HDL
Le HDL est synthétisé dans le foie. Il est en forme de disque et contient peu de cholestérol.
Fonctions HDL:
Élimine l'excès de cholestérol des cellules et autres lipoprotéines
Fournit C-II et E à d'autres lipoprotéines
Mécanisme de fonctionnement des HDL:
HDL a l'apoprotéine A1 et LCAT (l'enzyme lécithine cholestérol acyltransférase).
Le HDL est libéré dans la circulation sanguine et le LDL s'en rapproche.
Selon A1 LDL, il est reconnu qu'elles contiennent beaucoup de cholestérol et activent la LHAT.
Le LCAT clive les AG des phospholipides HDL et les transfère au cholestérol. Des esters de cholestérol se forment.
Les esters de cholestérol sont hydrophobes, ils passent donc dans la lipoprotéine.
SUJET 8
MÉTHODE DE SUBSTANCES : ÉCHANGE DE PROTÉINES
Écureuils - Ce sont des composés de haut poids moléculaire, constitués de résidus d'acides -aminés, qui sont interconnectés par des liaisons peptidiques.
Les liaisons peptidiques sont situées entre le groupe -carboxyle d'un acide aminé et le groupe aminé d'un autre, à sa suite, l'acide -aminé.
Fonctions des protéines (acides aminés):
1) plastique (fonction principale) - les protéines des muscles, des tissus, des pierres précieuses, de la carnitine, de la créatine, certaines hormones et enzymes sont synthétisées à partir d'acides aminés;
2) énergie
a) en cas de consommation excessive avec de la nourriture (> 100 g)
b) avec un jeûne prolongé
Particularité:
Les acides aminés, contrairement aux graisses et aux glucides, non déposé .
La quantité d'acides aminés libres dans le corps est d'environ 35 g.
Sources de protéines pour le corps:
Protéines alimentaires (source principale)
Protéines des tissus
· Synthétisé à partir de glucides.
Bilan d'azote
Parce que 95% de tout l'azote dans le corps appartient aux acides aminés, alors leur échange peut être jugé par bilan azoté - le rapport de l'azote entrant et excrété dans l'urine.
ü Positif - il est moins libéré qu'il n'entre (chez les enfants, les femmes enceintes, pendant la période de récupération après une maladie);
ü Négatif - plus est libéré qu'il n'entre (vieillesse, période de maladie prolongée);
ü Bilan d'azote - chez les personnes en bonne santé.
Parce que protéines des aliments - la principale source d'acides aminés, alors ils disent à propos de " utilité de la nutrition protéinée ».
Tous les acides aminés sont divisés en :
Remplaçable (8) - Ala, Gli, Ser, Pro, Glu, Gln, Asp, Asn ;
· Partiellement remplaçable (2) - Arg, Gis (synthétisé lentement);
Remplaçable sous condition (2) - Cis, Tyr (peut être synthétisé à condition reçus irremplaçables - Met → Cis, Fen → Tyr);
Irremplaçable (8) - Val, Ile, Lei, Liz, Met, Tre, Sèche-cheveux, TPF.
À cet égard, les protéines sont attribuées :
ü Complet - contient tous les acides aminés essentiels
ü Défectueux - ne contient ni Met ni TPF.
Digestion des protéines
Particularités :
1) Les protéines sont digérées dans l'estomac, l'intestin grêle
2) Enzymes - peptidases (clivent les liaisons peptidiques) :
a) exopeptidase - le long des bords des extrémités C-N
b) endopeptidase - à l'intérieur de la protéine
3) Les enzymes de l'estomac et du pancréas sont produites sous une forme inactive - enzymes(comme ils digéreraient leurs propres tissus)
4) Les enzymes sont activées par protéolyse partielle (clivage d'une partie du PPC)
5) Certains acides aminés subissent une pourriture dans le gros intestin
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1. Ils ne sont pas digérés dans la cavité buccale.
2. Dans l'estomac, les protéines sont affectées par pepsine(endopeptidase). Il clive les liaisons formées par les groupements aminés des acides aminés aromatiques (Tyr, Phen, TPF).
La pepsine est produite par les cellules principales en tant que substance inactive pepsinogène.
Les cellules pariétales produisent de l'acide chlorhydrique.
Fonctions HCl:
ü Crée un pH optimal pour la pepsine (1,5 - 2,0)
ü Active le pepsinogène
ü Dénature les protéines (facilite l'action enzymatique)
ü Action bactéricide
Activation du pepsinogène
Le pepsinogène sous l'action de HCl est converti en pepsine active par clivage de 42 acides aminés lentement. Ensuite, la pepsine active active rapidement le pepsinogène ( autocatalytiquement).
Ainsi, dans l'estomac, les protéines sont décomposées en courts peptides qui pénètrent dans les intestins.
3. Dans l'intestin, les enzymes pancréatiques agissent sur les peptides.
Activation du trypsinogène, du chymotrypsinogène, de la proélastase, de la procarboxypeptidase
Dans l'intestin, sous l'action de l'entéropeptidase, il est activé trypsinogène... Puis activé à partir de celui-ci trypsine active toutes les autres enzymes par protéolyse partielle (chymotrypsinogène → chymotrypsine, proélastase → élastase, procarboxypeptidase → carboxypeptidase).
Trypsine clive les liaisons formées par les groupes carboxyle Lys ou Arg.
Chymotrypsine- entre les groupes carboxyles des acides aminés aromatiques.
Élastase- des liaisons formées par des groupes carboxyles Ala ou Gly.
Carboxypeptidase clive les liaisons carboxyle de l'extrémité C-terminale.
Ainsi, de courts di-tripeptides se forment dans l'intestin.
4. Sous l'action des enzymes intestinales, ils se décomposent en acides aminés libres.
Enzymes - di-, tri-, aminopeptidase... Ils ne sont pas spécifiques à une espèce.
Les acides aminés libres formés sont absorbés par le transport actif secondaire avec Na + (contre le gradient de concentration).
5. Certains acides aminés pourrissent.
Putréfaction - le processus enzymatique de dégradation des acides aminés en produits peu toxiques avec dégagement de gaz (NH 3 , CH 4 , CO 2 , mercaptan).
Signification : maintenir l'activité vitale de la microflore intestinale (lors du pourrissement, Tyr forme des produits toxiques phénol et crésol, TPF - indole et skatole). Les produits toxiques pénètrent dans le foie et sont rendus inoffensifs.
Catabolisme des acides aminés
Le chemin principal est désamination - processus enzymatique de clivage du groupe amino sous forme d'ammoniac et de formation d'acide céto sans azote.
Désamination oxydante
Non oxydant (Ser, Tre)
Intramoléculaire (Son)
Hydrolytique
Désamination oxydante (basique)
A) Direct - uniquement pour Glu, tk. pour tous les autres, les enzymes sont inactives.
Il se déroule en 2 étapes :
1) Enzymatique
2) Spontané
En conséquence, de l'ammoniac et du -cétoglutarate se forment.
Fonctions de transaction:
ü Parce que la réaction est réversible, sert à la synthèse d'acides aminés non essentiels ;
ü Le stade initial du catabolisme (la transamination n'est pas le catabolisme, puisque la quantité d'acides aminés ne change pas) ;
ü Pour la redistribution de l'azote dans l'organisme ;
ü Participe au mécanisme de navette malate-aspartate du transfert d'hydrogène dans la glycolyse (6 réaction).
Pour déterminer l'activité de l'ALT et de l'AST en clinique pour le diagnostic des maladies cardiaques et hépatiques, le coefficient de Ritis est mesuré :
À 0,6 - hépatite,
1 - cirrhose,
10 - infarctus du myocarde.
Décarboxylation acides aminés - un processus enzymatique de clivage du groupe carboxyle sous forme de CO 2 à partir d'acides aminés.
En conséquence, des substances biologiquement actives sont formées - amines biogènes.
Les enzymes sont des décarboxylases.
Coenzyme - phosphate de pyridoxal vit. À 6.
Après avoir exercé une action, les amines biogènes sont rendues inoffensives de 2 manières :
1) Méthylation (ajout de CH 3 ; donneur - SAM) ;
2) Oxydation avec clivage du groupement amino sous forme de NH 3 (enzyme MAO - monoamine oxydase).
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