Biosintesis asam lemak melibatkan serangkaian reaksi yang tidak sesuai dengan proses degradasinya.
Secara khusus, mediator dalam sintesis asam lemak adalah protein khusus - APB (protein pembawa asil). Sebaliknya, HS-KoA digunakan dalam pemecahan asam lemak.
Sintesis asam lemak terjadi di sitosol, dan pemecahan asam lemak terjadi di mitokondria.
Untuk sintesis asam lemak, digunakan koenzim NADP^/NADPH, sedangkan pemecahan asam lemak melibatkan koenzim NAD+/NADH.
Asam lemak yang membentuk lipid jaringan dapat dibagi menjadi pendek (2-6 atom karbon), menengah (8-12 atom karbon) dan rantai panjang (14-20 atau lebih atom karbon dalam molekul). Sebagian besar asam lemak dalam jaringan hewan adalah rantai panjang. Sebagian besar asam lemak dalam tubuh mengandung jumlah atom karbon genap per molekul (C: 16,18, 20), meskipun ada molekul asam lemak yang lebih panjang dalam lemak saraf, termasuk 22 atom karbon dengan enam ikatan rangkap.
Asam dengan satu ikatan rangkap adalah asam lemak tak jenuh tunggal, sedangkan asam dengan dua atau lebih ikatan rangkap terisolasi adalah tak jenuh ganda.
Meja 2
Asam lemak esensial pada mamalia
|
Nama asam |
Struktur asam |
Jumlah dan posisi ikatan rangkap |
|
berminyak |
SzNTCOOH |
|
|
kapron |
||
|
kaprilat |
StNuUN |
|
|
caprik |
||
|
Laura |
11Н21СООН |
|
|
Miristis |
SpNzsUN |
|
|
palmitat |
15Н31СООН |
|
|
stearat |
17Н35СООН |
|
|
Oleic |
spNzzzUN |
|
|
Linoleat |
17Н31СООН |
|
|
Linolenat |
spNzzzUN |
|
|
arakidonik |
19Н31СООН |
4 (5, 8. 11, 14) |
Asam lemak tak jenuh biasanya dalam bentuk cis. Lemak nabati dan ikan mengandung lebih banyak asam lemak tak jenuh ganda dalam komposisinya, sedangkan asam lemak jenuh mendominasi dalam komposisi lemak mamalia dan burung.
Asam lemak makanan dan biosintesis endogennya diperlukan tubuh untuk mendapatkan energi dan membentuk komponen hidrofobik biomolekul. Kelebihan protein dan karbohidrat dalam makanan secara aktif diubah menjadi asam lemak dan disimpan dalam bentuk trigliserida.
Sebagian besar jaringan mampu mensintesis asam lemak jenuh. Penting dalam istilah kuantitatif adalah sintesis asam lemak terutama di hati, usus, jaringan adiposa, kelenjar susu, sumsum tulang, dan paru-paru. Jika oksidasi asam lemak terjadi di mitokondria sel, maka sintesisnya terjadi di sitoplasma.
Cara utama untuk menyediakan tubuh dengan asam lemak adalah biosintesis mereka dari molekul perantara kecil, turunan dari katabolisme karbohidrat, asam amino individu dan asam lemak lainnya. Biasanya asam 16-karboksilat jenuh - palmitat - disintesis terlebih dahulu, dan semua asam lemak lainnya adalah modifikasi dari asam palmitat.
Semua reaksi sintesis asam lemak dikatalisis oleh kompleks multienzim - sintase asam lemak, yang terletak di sitosol. Asetil-KoA adalah sumber langsung atom karbon untuk sintesis ini. Pemasok utama molekul asetil-KoA adalah: pemecahan asam amino, oksidasi asam lemak, glikolisis piruvat.
Malonil-KoA yang diperlukan untuk sintesis asam lemak datang sebagai hasil dari karboksilasi asetil-KoA, dan NADPH yang diperlukan juga dapat diperoleh dalam jalur pentosa fosfat.
Molekul asetil-KoA terutama ditemukan di mitokondria. Namun, membran mitokondria bagian dalam tidak dapat ditembus oleh molekul yang relatif besar seperti asetil-KoA. Oleh karena itu, untuk transisi dari mitokondria ke sitoplasma, asetil-KoA, dengan partisipasi sitrat sintase, berinteraksi dengan asam oksaloasetat, membentuk asam sitrat:
Di sitoplasma, asam sitrat dibelah di bawah pengaruh sitrat liase:
Dengan demikian, asam sitrat bertindak sebagai transporter asetil-KoA. Pada ruminansia, alih-alih asam sitrat dalam sitoplasma sel, asetat digunakan, yang dibentuk dalam rumen dari polisakarida, yang diubah menjadi asetil-KoA dalam sel hati dan jaringan adiposa.
1. Pada tahap pertama biosintesis asam lemak, asetil-KoA berinteraksi dengan protein pembawa asil khusus (HS-ACP) yang mengandung vitamin B3 dan gugus sulfhidril (HS), menyerupai struktur koenzim A:
2. Zat antara wajib dalam sintesis adalah malonil-KoA, yang terbentuk dalam reaksi karboksilasi asetil-KoA dengan partisipasi ATP dan enzim yang mengandung biotin - asetil-KoA karboksilase:
Biotin (vitamin H), sebagai koenzim karboksilase, secara kovalen terkait dengan apoenzim untuk mentransfer bagian satu karbon. Asetil-KoA karboksilase adalah enzim multifungsi yang mengatur laju sintesis asam lemak. Insulin merangsang sintesis asam lemak dengan mengaktifkan karboksilase, sedangkan epinefrin dan glukagon memiliki efek sebaliknya.
3. Malonil-S-KoA yang dihasilkan berinteraksi dengan HS-ACP dengan partisipasi enzim malonil transasilase:
4. Dalam reaksi kondensasi berikut, di bawah pengaruh enzim asil-malonil-B-APB sintase, malonil-B-APB dan asetil-B-APB berinteraksi untuk membentuk aseto-asetil-B-APB:
5. Acetoacetyl-B-APB dengan partisipasi NADP + -dependent reduktase direduksi menjadi p-hydroxylbutyryl-B-APB:
7. Dalam reaksi berikut, krotonil-B-APB direduksi oleh NADP +-dependent reduktase untuk membentuk butiril-B-APB:
Dalam kasus sintesis asam palmitat (C:16), perlu untuk mengulang enam siklus reaksi lagi, masing-masing dimulai dengan penambahan molekul malonil-B-APB ke ujung karboksil dari rantai asam lemak yang disintesis. Jadi, dengan menambahkan satu molekul malonil-B-APB, rantai karbon dari asam palmitat yang disintesis meningkat dua atom karbon.
8. Sintesis asam palmitat diselesaikan dengan pemecahan hidrolitik HS-ACP dari palmitil-B-APB dengan partisipasi enzim deasilase:
Sintesis asam palmitat adalah dasar untuk sintesis asam lemak lainnya, termasuk asam tak jenuh tunggal (oleat, misalnya). Asam palmitat bebas diubah oleh tiokinase menjadi palmitil-S-KoA. Palmityl-S-KoA dalam sitoplasma dapat digunakan dalam sintesis lipid sederhana dan kompleks, atau dapat memasuki mitokondria dengan partisipasi karnitin untuk sintesis asam lemak dengan rantai karbon yang lebih panjang.
Di mitokondria dan retikulum endoplasma halus, terdapat sistem enzim pemanjangan asam lemak untuk sintesis asam dengan 18 atau lebih atom karbon dengan memperpanjang rantai karbon asam lemak dari 12 menjadi 6 atom karbon. Jika propionil-S-KoA digunakan sebagai pengganti asetil-S-KoA, maka sintesis menghasilkan asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil.
Secara total, sintesis asam palmitat dapat diwakili oleh persamaan berikut:
Asetil-S-KoA dalam sitoplasma dalam sintesis ini berfungsi sebagai sumber atom karbon dari molekul asam palmitat. ATP diperlukan untuk aktivasi asetil-S-KoA, sedangkan NADPH+H+ adalah zat pereduksi yang dibutuhkan. NADPH + + H + di hati terbentuk dalam reaksi jalur pentosa fosfat. Hanya dengan adanya komponen dasar ini di dalam sel, sintesis asam lemak terjadi. Akibatnya, biosintesis asam lemak membutuhkan glukosa, yang memasok proses dengan radikal asetil, CO 2 dan H 2 dalam bentuk NADPH 2 .
Semua enzim biosintesis asam lemak, termasuk HS-APB, terletak di sitoplasma sel dalam bentuk kompleks multienzim yang disebut sintetase asam lemak.
Sintesis asam oleat (tak jenuh) dengan satu ikatan rangkap terjadi karena reaksi asam stearat jenuh dengan NADPH + H + dengan adanya oksigen:
Dalam hepatosit dan di kelenjar susu hewan menyusui, NADPH 2, yang diperlukan untuk sintesis asam lemak, disediakan oleh jalur pentosa fosfat. Jika pada kebanyakan eukariota sintesis asam lemak terjadi secara eksklusif di sitoplasma, maka sintesis asam lemak dalam sel tumbuhan fotosintesis terjadi di stroma kloroplas.
Asam lemak tak jenuh ganda - linoleat (C 17 H 31 COOH), linolenat (C 17 H 29 COOH), memiliki ikatan rangkap di dekat ujung metil rantai karbon, tidak disintesis dalam tubuh mamalia karena kurangnya enzim yang diperlukan ( desaturases) yang memastikan pembentukan ikatan tak jenuh dalam molekul. Namun, asam arakidonat (C 19 H 31 COOH) dapat disintesis dari asam linoleat. Pada gilirannya, asam arakidonat adalah prekursor dalam sintesis prostaglandin. Perhatikan bahwa tanaman dapat mensintesis ikatan rangkap pada posisi 12 dan 15 dari rantai karbon dengan partisipasi enzim yang diperlukan dalam sintesis asam linoleat dan linolenat.
Peran utama dari semua asam lemak tak jenuh ganda mungkin untuk memberikan sifat cairan dalam membran biologis. Ini dikonfirmasi oleh fakta bahwa organisme yang lebih rendah memiliki kemampuan untuk mengubah komposisi asam lemak fosfolipid karena fluiditasnya, misalnya, pada suhu sekitar yang berbeda. Hal ini dicapai dengan meningkatkan proporsi asam lemak dengan ikatan rangkap atau dengan meningkatkan derajat ketidakjenuhan asam lemak.
Karbon metilen dari setiap ikatan rangkap dalam struktur asam lemak tak jenuh ganda sangat sensitif terhadap penghilangan hidrogen dan fiksasi oksigen untuk membentuk radikal bebas. Molekul hidroperoksida yang terbentuk membentuk dialdehida terutama dalam bentuk malondialdehid. Yang terakhir ini mampu menginduksi ikatan silang yang mengarah ke sitotoksisitas, mutagenisitas, gangguan membran, dan modifikasi enzim. Polimerisasi malonaldehida membentuk pigmen lipofuscin yang tidak larut, yang terakumulasi seiring bertambahnya usia di beberapa jaringan.
Minat asam lemak tak jenuh ganda pada tingkat biokimia berasal dari penelitian yang menunjukkan bahwa diet tinggi asam lemak tak jenuh ganda relatif terhadap asam lemak jenuh membantu menurunkan kadar kolesterol dalam tubuh.
Dalam tubuh hewan yang kelaparan, dengan adanya diet tingkat tinggi karbohidrat dan rendah lemak, aktivitas asetil-KoA karboksilase meningkat secara signifikan karena modifikasi kovalen dan sintesis asam lemak di dalam tubuh. beberapa hari. Ini adalah kontrol adaptif dari regulasi metabolisme lemak. Sintesis dan oksidasi asam lemak dalam tubuh adalah proses yang saling bergantung. Ketika hewan kelaparan, kadar asam lemak bebas dalam darah meningkat karena peningkatan aktivitas lipase sel lemak di bawah pengaruh hormon seperti adrenalin dan glukagon. Biosintesis asam lemak, dengan mengubah molekul NADPH + H + menjadi NADP~, menyebabkan pemecahan glukosa di sepanjang jalur pentosa fosfat. Dengan demikian, glukosa sangat diperlukan dalam biosintesis asam lemak, tidak hanya memasok radikal asetil, tetapi juga koenzim dalam bentuk NADPH + H + .
Asam lemak bebas mengikat albumin serum, yang merupakan pengangkut utama asam lemak non-esterifikasi. Dalam kombinasi dengan albumin, asam lemak merupakan sumber energi transpor aktif untuk berbagai jaringan dalam jangka waktu tertentu. Namun, jaringan saraf, yang memperoleh hampir semua energinya dari glukosa, tidak dapat menggunakan asam lemak yang terikat albumin untuk energi.
Konsentrasi asam lemak bebas dalam darah relatif konstan (0,6 mm). Waktu paruh mereka hanya dua menit. Hati secara intensif melibatkan asam lemak dalam sintesis trigliserida, mengikatnya menjadi lipoprotein densitas rendah (LDL), yang memasuki sirkulasi darah. LDL membawa kolesterol plasma darah ke berbagai jaringan, dinding pembuluh darah.
Sebelumnya, diasumsikan bahwa proses pembelahan adalah kebalikan dari proses sintesis, termasuk sintesis asam lemak dianggap sebagai proses kebalikan dari oksidasi mereka.
Sekarang telah ditetapkan bahwa sistem biosintesis asam lemak mitokondria, yang mencakup sedikit modifikasi urutan reaksi -oksidasi, hanya memanjangkan asam lemak rantai menengah yang sudah ada di dalam tubuh, sedangkan biosintesis lengkap asam palmitat dari asetil-KoA aktif berlangsung. di luar mitokondria dengan cara yang sama sekali berbeda.
Mari kita pertimbangkan beberapa fitur penting dari jalur biosintesis asam lemak.
1. Sintesis terjadi di sitosol, berbeda dengan pembusukan yang terjadi di matriks mitokondria.
2. Zat antara sintesis asam lemak secara kovalen terkait dengan gugus sulfhidril dari protein transfer asil (ACP), sedangkan zat antara pembelahan asam lemak terkait dengan koenzim A.
3. Banyak enzim sintesis asam lemak pada organisme tingkat tinggi diorganisasikan ke dalam kompleks multi-enzim yang disebut sintetase asam lemak. Sebaliknya, enzim yang mengkatalisis pemecahan asam lemak tampaknya tidak berasosiasi.
4. Rantai asam lemak yang tumbuh diperpanjang dengan penambahan berturut-turut komponen dua karbon yang berasal dari asetil-KoA. Malonil-APB berfungsi sebagai donor aktif dari komponen dua karbon pada tahap elongasi. Reaksi pemanjangan dipicu oleh pelepasan CO2.
5. Peran reduktor dalam sintesis asam lemak dilakukan oleh NADPH.
6. Mn 2+ juga berpartisipasi dalam reaksi.
7. Perpanjangan di bawah aksi kompleks sintetase asam lemak berhenti pada tahap pembentukan palmitat (C 16). Pemanjangan lebih lanjut dan pengenalan ikatan rangkap dilakukan oleh sistem enzim lain.
Pembentukan malonil koenzim A
Sintesis asam lemak dimulai dengan karboksilasi asetil-KoA menjadi malonil-KoA. Reaksi ireversibel ini merupakan langkah penting dalam sintesis asam lemak.
Sintesis malonil-KoA dikatalisis oleh asetil-KoA karboksilase dan dilakukan dengan mengorbankan energi ATR. Sumber CO2 untuk karboksilasi asetil-KoA adalah bikarbonat.
Beras. Sintesis malonil-KoA
Asetil-KoA karboksilase mengandung gugus prostetik biotin.
Beras. Biotin
Enzim terdiri dari sejumlah variabel subunit identik, masing-masing mengandung biotin, biotin karboksilase, protein transfer karboksibiotin, transkarboksilase, serta pusat alosterik pengatur, yaitu mewakili kompleks polienzim. Gugus karboksil biotin terikat secara kovalen dengan gugus -amino residu lisin dari protein pembawa karboksibiotin. Karboksilasi komponen biotin dalam kompleks yang terbentuk dikatalisis oleh subunit kedua, biotin karboksilase. Komponen ketiga dari sistem, transkarboksilase, mengkatalisis transfer CO2 teraktivasi dari karboksibiotin ke asetil-KoA.
Enzim biotin + ATP + HCO 3 - CO 2 ~ Enzim biotin + ADP + P i,
CO 2 ~ Biotin-enzim + Asetil-KoA Molonil-KoA + Biotin-enzim.
Panjang dan fleksibilitas ikatan antara biotin dan protein pembawanya memungkinkan untuk memindahkan gugus karboksil teraktivasi dari satu tempat aktif kompleks enzim ke tempat lain.
Pada eukariota, asetil-KoA karboksilase ada sebagai protomer yang tidak aktif secara enzimatik (450 kDa) atau sebagai polimer berfilamen aktif. Interkonversi mereka diatur secara alosterik. Penggerak alosterik utama adalah garam sitrat, yang menggeser kesetimbangan ke arah bentuk fibrosa aktif dari enzim. Orientasi optimal biotin sehubungan dengan substrat dicapai dalam bentuk berserat. Berbeda dengan sitrat, palmitoil-KoA menggeser kesetimbangan ke arah bentuk protomer yang tidak aktif. Jadi, palmitoil-KoA, produk akhir, menghambat langkah penting pertama dalam biosintesis asam lemak. Regulasi asetil-KoA karboksilase pada bakteri sangat berbeda dari pada eukariota, karena di dalamnya asam lemak terutama merupakan prekursor fosfolipid, dan bukan bahan bakar cadangan. Di sini, sitrat tidak berpengaruh pada asetil-KoA karboksilase bakteri. Aktivitas komponen transkarboksilase sistem diatur oleh nukleotida guanin, yang mengkoordinasikan sintesis asam lemak dengan pertumbuhan dan pembelahan bakteri.
Bahan penyusun untuk sintesis asam lemak dalam sitosol sel adalah asetil-KoA, yang terbentuk melalui dua cara: baik sebagai hasil dekarboksilasi oksidatif piruvat. (lihat Gambar 11, Tahap III), atau sebagai akibat dari oksidasi-b asam lemak (lihat Gambar 8).
Gambar 11 - Skema konversi karbohidrat menjadi lipid
Ingatlah bahwa transformasi piruvat yang terbentuk selama glikolisis menjadi asetil-KoA dan pembentukannya selama b-oksidasi asam lemak terjadi di mitokondria. Sintesis asam lemak terjadi di sitoplasma. Membran dalam mitokondria tidak permeabel terhadap asetil-KoA. Masuknya ke dalam sitoplasma dilakukan oleh jenis difusi terfasilitasi berupa sitrat atau asetilkarnitin, yang di dalam sitoplasma diubah menjadi asetil-KoA, oksaloasetat atau karnitin. Namun, jalur utama untuk transfer asetil-KoA dari mitokondria ke sitosol adalah sitrat (lihat Gambar 12).
Awalnya, asetil-KoA intramitokondria berinteraksi dengan oksaloasetat, menghasilkan pembentukan sitrat. Reaksi dikatalisis oleh enzim sitrat sintase. Sitrat yang dihasilkan diangkut melintasi membran mitokondria ke dalam sitosol menggunakan sistem transportasi trikarboksilat khusus.
Di sitosol, sitrat bereaksi dengan HS-CoA dan ATP, kembali terurai menjadi asetil-KoA dan oksaloasetat. Reaksi ini dikatalisis oleh ATP-sitrat liase. Sudah di sitosol, oksaloasetat, dengan partisipasi sistem pengangkutan dikarboksilat sitosol, kembali ke matriks mitokondria, di mana ia dioksidasi menjadi oksaloasetat, sehingga menyelesaikan apa yang disebut siklus antar-jemput:
Gambar 12 - Skema transfer asetil-KoA dari mitokondria ke sitosol
Biosintesis asam lemak jenuh terjadi dalam arah yang berlawanan dengan b-oksidasinya, pertumbuhan rantai hidrokarbon asam lemak dilakukan karena penambahan berurutan fragmen dua karbon (C 2) - asetil-KoA ke ujungnya (lihat Gambar 11, tahap IV.).
Reaksi pertama biosintesis asam lemak adalah karboksilasi asetil-KoA, yang membutuhkan ion CO2 , ATP, Mn. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim asetil-KoA-karboksilase. Enzim tersebut mengandung biotin (vitamin H) sebagai gugus prostetik. Reaksi berlangsung dalam dua tahap: 1 - karboksilasi biotin dengan partisipasi ATP dan II - transfer gugus karboksil ke asetil-KoA, menghasilkan pembentukan malonil-KoA:
Malonil-KoA adalah produk spesifik pertama dari biosintesis asam lemak. Dengan adanya sistem enzim yang sesuai, malonil-KoA dengan cepat diubah menjadi asam lemak.
Perlu dicatat bahwa laju biosintesis asam lemak ditentukan oleh kandungan gula dalam sel. Peningkatan konsentrasi glukosa dalam jaringan adiposa manusia, hewan dan peningkatan laju glikolisis merangsang sintesis asam lemak. Hal ini menunjukkan bahwa metabolisme lemak dan karbohidrat saling berhubungan erat satu sama lain. Peran penting di sini dimainkan oleh reaksi karboksilasi asetil-KoA dengan transformasinya menjadi malonil-KoA, yang dikatalisis oleh asetil-KoA karboksilase. Aktivitas yang terakhir tergantung pada dua faktor: adanya asam lemak dengan berat molekul tinggi dan sitrat dalam sitoplasma.
Akumulasi asam lemak memiliki efek penghambatan pada biosintesisnya; menghambat aktivitas karboksilase.
Peran khusus diberikan pada sitrat, yang merupakan aktivator asetil-KoA karboksilase. Sitrat sekaligus berperan sebagai penghubung antara metabolisme karbohidrat dan lemak. Dalam sitoplasma, sitrat memiliki efek ganda dalam merangsang sintesis asam lemak: pertama, sebagai aktivator asetil-KoA karboksilase dan, kedua, sebagai sumber gugus asetil.
Sebuah fitur yang sangat penting dari sintesis asam lemak adalah bahwa semua intermediet sintesis secara kovalen terkait dengan protein pembawa asil (HS-ACP).
HS-ACP adalah protein dengan berat molekul rendah yang termostabil, mengandung gugus HS aktif dan memiliki asam pantotenat (vitamin B3) dalam gugus prostetiknya. Fungsi HS-ACP mirip dengan fungsi enzim A (HS-CoA) dalam oksidasi-b asam lemak.
Selama konstruksi rantai asam lemak, zat antara membentuk ikatan ester dengan ABP (lihat Gambar 14):
Siklus pemanjangan rantai asam lemak meliputi empat reaksi: 1) kondensasi asetil-APB (C 2) dengan malonil-APB (C 3); 2) pemulihan; 3) dehidrasi, dan 4) pemulihan kedua asam lemak. pada gambar. 13 menunjukkan skema untuk sintesis asam lemak. Satu siklus perpanjangan rantai asam lemak melibatkan empat reaksi berurutan.
Gambar 13 - Skema sintesis asam lemak
Pada reaksi pertama (1) - reaksi kondensasi - gugus asetil dan malonil berinteraksi satu sama lain untuk membentuk asetoasetil-ABP dengan pelepasan CO 2 (C 1) secara simultan. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim kondensasi b-ketoasil-ABP sintetase. CO2 yang dipecah dari malonil-APB adalah CO2 yang sama yang mengambil bagian dalam reaksi karboksilasi asetil-APB. Jadi, sebagai hasil dari reaksi kondensasi, terjadi pembentukan senyawa empat karbon (C 4) dari komponen dua-(C 2) dan tiga karbon (C 3).
Pada reaksi kedua (2), reaksi reduksi yang dikatalisis oleh b-ketoasil-ACP reduktase, asetoasetil-ACP diubah menjadi b-hidroksibutiril-ACB. Agen pereduksi adalah NADPH + H + .
Dalam reaksi ketiga (3) dari siklus dehidrasi, sebuah molekul air dipisahkan dari b-hidroksibutiril-ACB untuk membentuk krotonil-ACB. Reaksi dikatalisis oleh b-hidroksiasil-ACP dehidratase.
Reaksi (akhir) keempat (4) dari siklus adalah reduksi krotonil-APB menjadi butiril-APB. Reaksi berlangsung di bawah aksi enoyl-ACP reduktase. Peran agen pereduksi di sini dilakukan oleh molekul kedua NADPH + H + .
Kemudian siklus reaksi diulang. Katakanlah asam palmitat (C 16) sedang disintesis. Dalam hal ini, pembentukan butiril-ACB diselesaikan hanya pada siklus pertama dari 7 siklus, yang masing-masing awalnya adalah penambahan molekul molonil-ACB (C 3) - reaksi (5) ke ujung karboksil dari rantai asam lemak yang berkembang. Dalam hal ini, gugus karboksil dipecah dalam bentuk CO 2 (C 1). Proses ini dapat direpresentasikan sebagai berikut:
C 3 + C 2 ® C 4 + C 1 - 1 siklus
C 4 + C 3 ® C 6 + C 1 - 2 siklus
C 6 + C 3 ® C 8 + C 1 -3 siklus
C 8 + C 3 ® C 10 + C 1 - 4 siklus
C 10 + C 3 ® C 12 + C 1 - 5 siklus
C 12 + C 3 ® C 14 + C 1 - 6 siklus
C 14 + C 3 ® C 16 + C 1 - 7 siklus
Tidak hanya asam lemak jenuh yang lebih tinggi yang dapat disintesis, tetapi juga asam lemak tak jenuh. Asam lemak tak jenuh tunggal terbentuk dari asam lemak jenuh sebagai hasil oksidasi (desaturasi) yang dikatalisis oleh asil-KoA oksigenase. Tidak seperti jaringan tumbuhan, jaringan hewan memiliki kemampuan yang sangat terbatas untuk mengubah asam lemak jenuh menjadi asam tidak jenuh. Telah ditetapkan bahwa dua asam lemak tak jenuh tunggal yang paling umum, palmitooleat dan oleat, disintesis dari asam palmitat dan stearat. Dalam tubuh mamalia, termasuk manusia, asam linoleat (C 18:2) dan linolenat (C 18:3), misalnya, tidak dapat dibentuk dari asam stearat (C 18:0). Asam ini diklasifikasikan sebagai asam lemak esensial. Asam lemak esensial juga termasuk asam arakidik (C 20:4).
Seiring dengan desaturasi asam lemak (pembentukan ikatan rangkap), pemanjangannya (pemanjangan) juga terjadi. Selain itu, kedua proses ini dapat digabungkan dan diulang. Pemanjangan rantai asam lemak terjadi dengan penambahan berurutan fragmen dua karbon ke asil-KoA yang sesuai dengan partisipasi malonil-KoA dan NADPH+H + .
Gambar 14 menunjukkan jalur transformasi asam palmitat dalam reaksi desaturasi dan elongasi.
Gambar 14 - Skema transformasi asam lemak jenuh
menjadi tak jenuh
Sintesis asam lemak apa pun diselesaikan oleh pembelahan HS-ACP dari asil-ACB di bawah pengaruh enzim deasilase. Sebagai contoh:
Asil-KoA yang dihasilkan adalah bentuk aktif dari asam lemak.
Karena kemampuan hewan dan manusia untuk menyimpan polisakarida agak terbatas, glukosa, yang diperoleh dalam jumlah yang melebihi kebutuhan energi langsung dan "kapasitas penyimpanan" tubuh, dapat menjadi "bahan bangunan" untuk sintesis asam lemak dan gliserol. . Pada gilirannya, asam lemak dengan partisipasi gliserol diubah menjadi trigliserida, yang disimpan dalam jaringan adiposa.
Proses penting juga adalah biosintesis kolesterol dan sterol lainnya. Meskipun secara kuantitatif, jalur sintesis kolesterol tidak begitu penting, tetapi sangat penting karena fakta bahwa banyak steroid biologis aktif terbentuk dari kolesterol dalam tubuh.
Sintesis asam lemak yang lebih tinggi dalam tubuh
Saat ini, mekanisme biosintesis asam lemak pada hewan dan manusia, serta sistem enzim yang mengkatalisasi proses ini, telah cukup dipelajari. Sintesis asam lemak dalam jaringan terjadi di sitoplasma sel. Di mitokondria, ini terutama merupakan pemanjangan rantai asam lemak yang ada 1 .
1 Eksperimen in vitro telah menunjukkan bahwa mitokondria yang diisolasi memiliki kemampuan yang dapat diabaikan untuk memasukkan asam asetat berlabel ke dalam asam lemak rantai panjang. Misalnya, telah ditetapkan bahwa asam palmitat terutama disintesis di sitoplasma sel hati, dan di mitokondria sel hati, berdasarkan asam palmitat yang sudah disintesis di sitoplasma sel atau berdasarkan asam lemak dari asal eksogen, yaitu, diterima dari usus, asam lemak terbentuk yang mengandung 18, 20 dan 22 atom karbon. Pada saat yang sama, reaksi sintesis asam lemak di mitokondria pada dasarnya adalah reaksi kebalikan dari oksidasi asam lemak.
Sintesis ekstramitokondria (dasar, utama) asam lemak berbeda tajam dalam mekanismenya dari proses oksidasinya. Bahan penyusun untuk sintesis asam lemak dalam sitoplasma sel adalah asetil-KoA, yang terutama berasal dari asetil-KoA mitokondria. Juga telah ditetapkan bahwa keberadaan karbon dioksida atau ion bikarbonat dalam sitoplasma penting untuk sintesis asam lemak. Selain itu, ditemukan bahwa sitrat merangsang sintesis asam lemak di sitoplasma sel. Diketahui bahwa asetil-KoA yang terbentuk di mitokondria selama dekarboksilasi oksidatif tidak dapat berdifusi ke dalam sitoplasma sel, karena membran mitokondria bersifat impermeabel terhadap substrat ini. Telah ditunjukkan bahwa mitokondria asetil-KoA berinteraksi dengan oksaloasetat, menghasilkan pembentukan sitrat, yang secara bebas menembus ke dalam sitoplasma sel, di mana ia dipecah menjadi asetil-KoA dan oksaloasetat:
Oleh karena itu, dalam hal ini sitrat bertindak sebagai pembawa radikal asetil.
Ada cara lain untuk mentransfer asetil-KoA intramitokondria ke dalam sitoplasma sel. Ini adalah jalur yang melibatkan karnitin. Disebutkan di atas bahwa karnitin berperan sebagai pembawa gugus asil dari sitoplasma ke mitokondria selama oksidasi asam lemak. Rupanya, ia juga dapat memainkan peran ini dalam proses sebaliknya, yaitu, dalam transfer radikal asil, termasuk radikal asetil, dari mitokondria ke sitoplasma sel. Namun, dalam hal sintesis asam lemak, jalur asetil-KoA ini bukanlah yang utama.
Langkah terpenting dalam memahami proses sintesis asam lemak adalah penemuan enzim asetil-KoA karboksilase. Enzim kompleks yang mengandung biotin ini mengkatalisis sintesis yang bergantung pada ATP dari malonil-KoA (HOOC-CH2-CO-S-CoA) dari asetil-KoA dan CO2 .
Reaksi ini berlangsung dalam dua langkah:
Telah ditetapkan bahwa sitrat bertindak sebagai aktivator reaksi asetil-KoA-karboksilase.
Malonil-KoA adalah produk spesifik pertama dari biosintesis asam lemak. Dengan adanya sistem enzim yang sesuai, malonil-KoA (yang pada gilirannya terbentuk dari asetil-KoA) dengan cepat diubah menjadi asam lemak.
Sistem enzim yang mensintesis asam lemak yang lebih tinggi terdiri dari beberapa enzim yang saling berhubungan dengan cara tertentu.
Saat ini, proses sintesis asam lemak telah dipelajari secara rinci pada E. coli dan beberapa mikroorganisme lainnya. Kompleks multienzim, yang disebut sintetase asam lemak, dalam E. coli terdiri dari tujuh enzim yang terkait dengan apa yang disebut protein transfer asil (ACP). Protein ini relatif termostabil, memiliki HS-rpynny bebas, dan terlibat dalam sintesis asam lemak yang lebih tinggi di hampir semua tahapannya. Berat molekul relatif APB adalah sekitar 10.000 dalton.
Berikut ini adalah urutan reaksi yang terjadi selama sintesis asam lemak:
Kemudian siklus reaksi diulang. Katakanlah asam palmitat (C 16) sedang disintesis; dalam hal ini, pembentukan butiril-ACB hanya menyelesaikan yang pertama dari tujuh siklus, di mana masing-masing awalnya adalah penambahan molekul malonil-ACB ke ujung karboksil dari rantai asam lemak yang sedang tumbuh. Dalam hal ini, molekul HS-APB dan gugus karboksil distal dari malonil-APB dipecah dalam bentuk CO2. Misalnya, butiril-APB yang terbentuk pada siklus pertama berinteraksi dengan malonil-APB:
Sintesis asam lemak diselesaikan dengan pemecahan HS-ACP dari asil-ACB di bawah pengaruh enzim deasilase, misalnya:
Persamaan keseluruhan untuk sintesis asam palmitat dapat ditulis sebagai berikut:
Atau, mengingat bahwa pembentukan satu molekul malonil-KoA dari asetil-KoA mengkonsumsi satu molekul ATP dan satu molekul CO2, persamaan keseluruhan dapat direpresentasikan sebagai berikut:
Langkah-langkah utama dalam biosintesis asam lemak dapat direpresentasikan sebagai diagram.
Dibandingkan dengan -oksidasi, biosintesis asam lemak memiliki sejumlah fitur karakteristik:
- sintesis asam lemak terutama dilakukan di sitoplasma sel, dan oksidasi - di mitokondria;
- partisipasi dalam proses biosintesis asam lemak malonil-KoA, yang dibentuk dengan mengikat CO 2 (dengan adanya biotin-enzim dan ATP) dengan asetil-KoA;
- pada semua tahap sintesis asam lemak, protein pembawa asil (HS-ACP) mengambil bagian;
- kebutuhan untuk sintesis asam lemak koenzim NADPH 2. Yang terakhir dalam tubuh terbentuk sebagian (sebesar 50%) dalam reaksi siklus pentosa (heksosa monofosfat "shunt"), sebagian - sebagai akibat dari reduksi NADP dengan malat (asam malat + NADP-asam piruvat + CO 2 + NADPH 2);
- pemulihan ikatan rangkap dalam reaksi reduktase enoil-ACP terjadi dengan partisipasi NADPH 2 dan enzim, kelompok prostetiknya adalah flavin mononukleotida (FMN);
- selama sintesis asam lemak, turunan hidroksi terbentuk, yang dalam konfigurasinya termasuk dalam seri-D asam lemak, dan selama oksidasi asam lemak, turunan hidroksi dari seri-L terbentuk.
Pembentukan asam lemak tak jenuh
Jaringan mamalia mengandung asam lemak tak jenuh yang dapat digolongkan ke dalam empat famili, berbeda dalam panjang rantai alifatik antara gugus metil terminal dan ikatan rangkap terdekat:
Telah ditetapkan bahwa dua asam lemak tak jenuh tunggal yang paling umum - palmitooleat dan oleat - disintesis dari asam palmitat dan stearat. Ikatan rangkap dimasukkan ke dalam molekul asam ini dalam mikrosom hati dan sel jaringan adiposa dengan partisipasi oksigenase spesifik dan oksigen molekuler. Dalam reaksi ini, satu molekul oksigen digunakan sebagai akseptor dua pasang elektron, satu pasang milik substrat (Asil-KoA), dan yang lainnya untuk NADPH 2:
Pada saat yang sama, jaringan manusia dan sejumlah hewan tidak dapat mensintesis asam linoleat dan linolenat, tetapi harus menerimanya dengan makanan (sintesis asam ini dilakukan oleh tanaman). Dalam hal ini, asam linoleat dan linolenat, yang masing-masing mengandung dua dan tiga ikatan rangkap, disebut asam lemak esensial.
Semua asam tak jenuh ganda lainnya yang ditemukan pada mamalia dibentuk dari empat prekursor (asam palmitoleat, asam oleat, asam linoleat, dan asam linolenat) dengan perpanjangan rantai lebih lanjut dan/atau pengenalan ikatan rangkap baru. Proses ini terjadi dengan partisipasi enzim mitokondria dan mikrosomal. Misalnya, sintesis asam arakidonat terjadi sesuai dengan skema berikut:
Peran biologis asam lemak tak jenuh ganda sebagian besar telah diklarifikasi sehubungan dengan penemuan kelas baru senyawa aktif fisiologis - prostaglandin.
Biosintesis trigliserida
Ada alasan untuk percaya bahwa laju biosintesis asam lemak sangat ditentukan oleh laju pembentukan trigliserida dan fosfolipid, karena asam lemak bebas terdapat dalam jaringan dan plasma darah dalam jumlah kecil dan biasanya tidak terakumulasi.
Sintesis trigliserida berasal dari gliserol dan asam lemak (terutama stearat, palmitat dan oleat). Jalur biosintesis trigliserida dalam jaringan berlangsung melalui pembentukan gliserol-3-fosfat sebagai perantara. Di ginjal, serta di dinding usus, di mana aktivitas enzim gliserol kinase tinggi, gliserol difosforilasi oleh ATP untuk membentuk gliserol-3-fosfat:
Dalam jaringan adiposa dan otot, karena aktivitas gliserol kinase yang sangat rendah, pembentukan gliserol-3-fosfat terutama terkait dengan glikolisis atau glikogenolisis 1 . 1 Dalam kasus di mana kandungan glukosa dalam jaringan adiposa rendah (misalnya, selama kelaparan), hanya sejumlah kecil gliserol-3-fosfat yang terbentuk dan asam lemak bebas yang dilepaskan selama lipolisis tidak dapat digunakan untuk resintesis trigliserida, sehingga asam lemak keluar jaringan adiposa. Sebaliknya, aktivasi glikolisis di jaringan adiposa berkontribusi pada akumulasi trigliserida di dalamnya, serta asam lemak penyusunnya. Diketahui bahwa dalam proses pemecahan glikolitik glukosa, dihidroksiaseton fosfat terbentuk. Yang terakhir, dengan adanya gliserol fosfat dehidrogenase yang bergantung pada NAD sitoplasma, dapat berubah menjadi gliserol-3-fosfat:
Di hati, kedua jalur untuk pembentukan gliserol-3-fosfat diamati.
Gliserol-3-fosfat yang terbentuk dengan satu atau lain cara diasilasi oleh dua molekul turunan CoA dari asam lemak (yaitu, bentuk "aktif" dari asam lemak) 2 . 2 Pada beberapa mikroorganisme, seperti E. coli, donor gugus asil bukanlah turunan CoA, tetapi turunan ACP dari asam lemak. Akibatnya, asam fosfatidat terbentuk:
Perhatikan bahwa meskipun asam fosfatidat hadir dalam sel dalam jumlah yang sangat kecil, itu adalah produk antara yang sangat penting yang umum untuk biosintesis trigliserida dan gliserofosfolipid (lihat skema).
Jika trigliserida disintesis, maka asam fosfatidat didefosforilasi dengan bantuan fosfatase spesifik (fosfatase fosfatase) dan terbentuk 1,2-digliserida:
Biosintesis trigliserida diselesaikan dengan esterifikasi 1,2-digliserida yang dihasilkan dengan molekul asil-KoA ketiga:
Biosintesis gliserofosfolipid
Sintesis gliserofosfolipid yang paling penting dilokalisasi terutama di retikulum endoplasma sel. Pertama, asam fosfatidat, sebagai hasil dari reaksi reversibel dengan sitidin trifosfat (CTP), diubah menjadi sitidin difosfat digliserida (CDP-digliserida):
Kemudian, dalam reaksi berikutnya, yang masing-masing dikatalisis oleh enzim yang sesuai, sitidin monofosfat dipindahkan dari molekul CDP-digliserida oleh salah satu dari dua senyawa - serin atau inositol, membentuk fosfatidilserin atau fosfatidilinositol, atau 3-fosfatidil-gliserol-1- fosfat. Sebagai contoh, kami memberikan pembentukan fosfatidilserin:
Pada gilirannya, phosphatidylserine dapat didekarboksilasi untuk membentuk phosphatidylethanolamine:
Phosphatidylethanolamine adalah prekursor phosphatidylcholine. Sebagai hasil dari transfer berturut-turut tiga gugus metil dari tiga molekul S-adenosilmetionin (donor gugus metil) ke gugus amino residu etanolamina, fosfatidilkolin terbentuk:
Ada jalur lain untuk sintesis fosfatidiletanolamin dan fosfatidilkolin dalam sel hewan. Jalur ini juga menggunakan CTP sebagai pembawa, tetapi bukan asam fosfatidat, tetapi fosforilkolin atau fosforiletanolamin (skema).
biosintesis kolesterol
Kembali di tahun 1960-an, Bloch et al. dalam percobaan menggunakan asetat berlabel 14 C pada gugus metil dan karboksil, menunjukkan bahwa kedua atom karbon asam asetat termasuk dalam kolesterol hati dalam jumlah yang kurang lebih sama. Selain itu, telah terbukti bahwa semua atom karbon kolesterol berasal dari asetat.
Kemudian, berkat karya Linen, Redney, Polyak, Cornforth, A. N. Klimov dan peneliti lain, rincian utama sintesis enzimatik kolesterol, yang mencakup lebih dari 35 reaksi enzimatik, dijelaskan. Dalam sintesis kolesterol, tiga tahap utama dapat dibedakan: yang pertama adalah konversi asetat aktif menjadi asam mevalonat, yang kedua adalah pembentukan skualen dari asam mevalonat, dan yang ketiga adalah siklisasi skualen menjadi kolesterol.
Mari kita perhatikan tahap konversi asetat aktif menjadi asam mevalonat. Langkah awal dalam sintesis asam mevalonat dari asetil-KoA adalah pembentukan asetoasetil-KoA melalui reaksi tiolase reversibel:
Kemudian kondensasi selanjutnya dari asetoasetil-KoA dengan molekul asetil-KoA ketiga dengan partisipasi hidroksimetilglutaril-KoA sintase (HMG-CoA sintase) memberikan pembentukan -hidroksi-β-metilglutaril-KoA:
Perhatikan bahwa kita telah mempertimbangkan langkah-langkah pertama dalam sintesis asam mevalonat ini ketika kita berurusan dengan pembentukan badan keton. Selanjutnya, -hydroxy-β-methylglutaryl-CoA, di bawah pengaruh NADP-dependent hydroxymethylglutaryl-CoA reduktase (HMG-CoA reduktase), sebagai akibat dari reduksi salah satu gugus karboksil dan pembelahan HS-KoA, diubah menjadi asam mevalonat:
Reaksi HMG-CoA reduktase adalah reaksi pertama yang praktis ireversibel dalam rantai biosintesis kolesterol dan berlangsung dengan kehilangan energi bebas yang signifikan (sekitar 33,6 kJ). Telah ditetapkan bahwa reaksi ini membatasi laju biosintesis kolesterol.
Seiring dengan jalur klasik untuk biosintesis asam mevalonat, ada jalur kedua di mana bukan -hidroksi-β-metilglutaril-KoA, tetapi -hidroksi-β-metilglutarnl-S-APB dibentuk sebagai substrat perantara. Reaksi jalur ini tampaknya identik dengan tahap awal biosintesis asam lemak hingga pembentukan asetoasetil-S-APB. Asetil-KoA karboksilase, suatu enzim yang mengubah asetil-KoA menjadi malonil-KoA, mengambil bagian dalam pembentukan asam mevalonat di sepanjang jalur ini. Rasio optimal malonil-KoA dan asetil-KoA untuk sintesis asam mevalonat adalah dua molekul asetil-KoA per molekul malonil-KoA.
Partisipasi malonil-KoA, substrat utama biosintesis asam lemak, dalam pembentukan asam mevalonat dan berbagai poliisoprenoid telah ditunjukkan untuk sejumlah sistem biologis: hati merpati dan tikus, kelenjar susu kelinci, ekstrak ragi bebas sel. Jalur biosintesis asam mevalonat ini dicatat terutama di sitoplasma sel hati. Peran penting dalam pembentukan mevalonat dalam hal ini dimainkan oleh hidroksimetilglutaril-KoA reduktase, yang ditemukan dalam fraksi larut hati tikus dan tidak identik dengan enzim mikrosomal dalam hal sejumlah sifat kinetik dan pengaturan. Diketahui bahwa mikrosomal hidroksimetilglutaril-KoA reduktase merupakan mata rantai utama dalam regulasi jalur biosintesis asam mevalonat dari asetil-KoA dengan partisipasi asetoasetil-KoA tiolase dan HMG-CoA sintase. Regulasi jalur kedua biosintesis asam mevalonat di bawah sejumlah pengaruh (kelaparan, makan dengan kolesterol, pengenalan surfaktan - triton WR-1339) berbeda dari regulasi jalur pertama, di mana reduktase mikrosomal mengambil bagian. Data ini menunjukkan adanya dua sistem otonom untuk biosintesis asam mevalonat. Peran fisiologis jalur kedua belum sepenuhnya dipelajari. Diyakini bahwa itu sangat penting tidak hanya untuk sintesis zat yang bersifat nonsteroid, seperti rantai samping ubiquinone dan basa unik N 6 (Δ 2 -isopentyl) -adenosine dari beberapa tRNA, tetapi juga untuk biosintesis steroid (A. N. Klimov, E D. Polyakova).
Pada langkah kedua sintesis kolesterol, asam mevalonat diubah menjadi skualen. Reaksi tahap kedua dimulai dengan fosforilasi asam mevalonat dengan bantuan ATP. Akibatnya, ester 5 "-pirofosforat terbentuk, dan kemudian ester 5"-pirofosforat dari asam mevalonat:
5 "-asam pirofosfomevalonat, sebagai hasil dari fosforilasi berikutnya dari gugus hidroksil tersier, membentuk produk antara yang tidak stabil - asam 3"-fosfo-5"-pirofosfomevalonat, yang, didekarboksilasi dan kehilangan asam fosfat, berubah menjadi isopentenil pirofosfat. Yang terakhir isomerisasi menjadi dimethylallyl pyrophosphate:
Kedua isomer isopentenil pirofosfat (dimetilalil pirofosfat dan isopentenil pirofosfat) kemudian berkondensasi untuk melepaskan pirofosfat dan membentuk geranil pirofosfat. Isopentenil pirofosfat ditambahkan lagi ke geranil pirofosfat, menghasilkan farnesil pirofosfat sebagai hasil dari reaksi ini.
Sintesis asam palmitat (C16) dari Asetil-KoA.
1) Terjadi di sitoplasma sel hati dan jaringan adiposa.
2) Signifikansi: untuk sintesis lemak dan fosfolipid.
3) Kebocoran setelah makan (selama masa penyerapan).
4) Terbentuk dari asetil-KoA yang diperoleh dari glukosa (glikolisis → ODPVP → Asetil-KoA).
5) Dalam prosesnya, 4 reaksi diulang secara berurutan:
kondensasi → reduksi → dehidrasi → reduksi.
Di akhir setiap siklus LCD memanjang dengan 2 atom karbon.
Donor 2C adalah malonil-KoA.
6) NADPH + H + mengambil bagian dalam dua reaksi reduksi (50% berasal dari PFP, 50% dari enzim MALIK).
7) Hanya reaksi pertama yang berlangsung langsung di sitoplasma (pengatur).
4 siklik yang tersisa - pada kompleks sintase palmitat khusus (sintesis hanya asam palmitat)
8) Fungsi enzim pengatur dalam sitoplasma - Asetil-KoA-karboksilase (ATP, vitamin H, biotin, kelas IV).
Struktur kompleks palmitat sintase
Palmitate synthase adalah enzim yang terdiri dari 2 subunit.
Masing-masing terdiri dari satu PPC, yang memiliki 7 pusat aktif.
Setiap situs aktif mengkatalisis reaksinya sendiri.
Setiap PPC mengandung protein transfer asil (ACP) tempat sintesis berlangsung (mengandung fosfopantetonat).
Setiap subunit memiliki grup HS. Dalam satu, kelompok HS milik sistein, yang lain, asam fosfopantotenat.
Mekanisme
1) Asetil-Koa, yang berasal dari karbohidrat, tidak dapat masuk ke sitoplasma, tempat asam lemak disintesis. Itu keluar melalui reaksi pertama CTC - pembentukan sitrat.
2) Dalam sitoplasma, sitrat terurai menjadi Asetil-Koa dan oksaloasetat.
3) Oksaloasetat → malat (reaksi CTC berlawanan arah).
4) Malat → piruvat, yang digunakan dalam OHDP.
5) Asetil-KoA → Sintesis FA.
6) Asetil-KoA diubah menjadi malonil-KoA oleh asetil-KoA karboksilase.
Aktivasi enzim asetil-KoA karboksilase:
a) dengan meningkatkan sintesis subunit di bawah aksi insulin - tiga tetramer disintesis secara terpisah
b) di bawah aksi sitrat, tiga tetramer digabungkan, dan enzim diaktifkan
c) selama puasa, glukagon menghambat enzim (dengan fosforilasi), sintesis lemak tidak terjadi
7) satu asetil KoA dari sitoplasma berpindah ke gugus HS (dari sistein) dari palmitat sintase; satu malonil-KoA per kelompok HS dari subunit kedua. Selanjutnya pada palmitat sintase terjadi:
8) kondensasinya (asetil KoA dan malonil-KoA)
9) pemulihan (donor - NADPH + H + dari PFP)
10) dehidrasi
11) pemulihan (donor - NADPH + H + dari MALIK-enzim).
Akibatnya, radikal asil bertambah sebanyak 2 atom karbon.
 |
Mobilisasi lemak
Selama puasa atau aktivitas fisik yang berkepanjangan, glukagon atau adrenalin dilepaskan. Mereka mengaktifkan TAG lipase di jaringan adiposa, yang terletak di adiposit dan disebut lipase jaringan(sensitif terhadap hormon). Ini memecah lemak dalam jaringan adiposa menjadi gliserol dan asam lemak. Gliserol masuk ke hati untuk glukoneogenesis. FA memasuki aliran darah, mengikat albumin dan memasuki organ dan jaringan, digunakan sebagai sumber energi (oleh semua organ, selain otak, yang menggunakan tubuh glukosa dan keton selama puasa atau olahraga berkepanjangan).
Untuk otot jantung, asam lemak merupakan sumber energi utama.
-oksidasi
-oksidasi- proses pemisahan LC untuk mengekstrak energi.
1) Jalur spesifik katabolisme FA menjadi asetil-KoA.
2) Terjadi di mitokondria.
3) Termasuk 4 reaksi berulang (yaitu siklik bersyarat):
oksidasi → hidrasi → oksidasi → pemisahan.
4) Pada akhir setiap siklus, FA dipersingkat oleh 2 atom karbon dalam bentuk asetil-KoA (memasuki siklus TCA).
5) 1 dan 3 reaksi - reaksi oksidasi yang terkait dengan CPE.
6) Ambil bagian vit. B 2 - koenzim FAD, vit. PP, NAD; asam pantotenat, HS-KoA.
Mekanisme transfer FA dari sitoplasma ke mitokondria.
1. FA harus diaktifkan sebelum memasuki mitokondria.
Hanya FA yang diaktifkan = asil-KoA yang dapat diangkut melintasi membran ganda lipid.
Pembawanya adalah L-karnitin.
Enzim pengatur -oksidasi adalah karnitin asiltransferase-I (KAT-I).
2. CAT-I mengangkut asam lemak ke dalam ruang antarmembran.
3. Di bawah aksi CAT-I, asil-CoA ditransfer ke pembawa L-karnitin.
Asilkarnitin terbentuk.
4. Dengan bantuan translocase yang dibangun ke dalam membran bagian dalam, asilkarnitin bergerak ke dalam mitokondria.
5. Dalam matriks, di bawah aksi CAT-II, FA dipecah dari karnitin dan masuk ke dalam -oksidasi.
Karnitin kembali ke ruang antar membran.
reaksi -oksidasi
1. Oksidasi: FA dioksidasi dengan partisipasi FAD (enzim asil-KoA-DG) → enoil.
FAD masuk ke CPE (p/o=2)
2. Hidrasi: enoil → -hidroksiasil-CoA (enzim enoil hidratase)
3. Oksidasi: -hydroxyacyl-CoA → -ketoacyl-CoA (dengan partisipasi NAD, yang memasuki CPE dan memiliki p/o=3).
4. Pembelahan: -ketoasil-KoA → asetil-KoA (enzim tiolase, dengan partisipasi HS-KoA).
Asetil-KoA → TCA → 12 ATP.
Asil-CoA (C-2) → siklus -oksidasi berikutnya.
Perhitungan energi selama -oksidasi
Pada contoh asam meristat (14С).
Kami menghitung berapa banyak asetil-KoA yang menguraikan asam lemak
n \u003d 7 → TCA (12ATP) → 84 ATP.
Hitung berapa banyak siklus yang mereka ambil untuk meluruh
(1/2 n)-1=6 5(2 ATP untuk 1 reaksi dan 3 ATP untuk 3 reaksi) = 30 ATP
Kurangi 1 ATP yang dihabiskan untuk aktivasi asam lemak di sitoplasma.
Jumlah - 113 ATP.
Sintesis badan keton
Hampir semua asetil-KoA memasuki TCA. Sebagian kecil digunakan untuk sintesis badan keton = badan aseton.
Badan keton- asetoasetat, -hidroksibutirat, aseton (dalam patologi).
Konsentrasi normal adalah 0,03-0,05 mmol / l.
Disintesis hanya di hati dari asetil-KoA yang diperoleh dengan -oksidasi.
Digunakan sebagai sumber energi oleh semua organ kecuali hati (tidak ada enzim).
Dengan puasa berkepanjangan atau diabetes mellitus, konsentrasi badan keton dapat meningkat sepuluh kali lipat, karena. dalam kondisi ini, LC adalah sumber energi utama. Dalam kondisi ini, -oksidasi yang intens terjadi, dan semua asetil-KoA tidak memiliki waktu untuk digunakan dalam TCA, karena:
kekurangan oksaloasetat (digunakan dalam glukoneogenesis)
· Sebagai hasil dari -oksidasi, banyak NADH + H + terbentuk (dalam 3 reaksi), yang menghambat isositrat-DH.
Oleh karena itu, asetil-KoA pergi ke sintesis badan keton.
Karena benda keton adalah asam, mereka menyebabkan pergeseran keseimbangan asam-basa. Terjadi asidosis (karena ketonemia).
Mereka tidak punya waktu untuk digunakan dan muncul dalam urin sebagai komponen patologis → ketouria. Ada juga bau aseton dari mulut. Keadaan ini disebut ketosis.
Pertukaran kolesterol
kolesterol(Xc) adalah alkohol monohidrat berdasarkan cincin siklopentanaperhidrofenantrena.
27 atom karbon.
Konsentrasi normal kolesterol adalah 3,6-6,4 mmol / l, tidak lebih tinggi dari 5 yang diperbolehkan.
pada konstruksi membran (fosfolipid: Xc = 1: 1)
sintesis asam lemak
sintesis hormon steroid (kortisol, progesteron, aldosteron, kalsitriol, estrogen)
di kulit di bawah aksi UV digunakan untuk sintesis vitamin D3 - cholecalciferol.
Tubuh mengandung sekitar 140 g kolesterol (terutama di hati dan otak).
Kebutuhan harian - 0,5-1 g.
berisi hanya dalam produk hewani (telur, mentega, keju, hati).
Xc tidak digunakan sebagai sumber energi, karena. cincinnya tidak dibelah menjadi CO2 dan H2O dan tidak ada ATP yang dilepaskan (tidak ada enzim).
Kelebihan Xc tidak dikeluarkan, tidak diendapkan, diendapkan di dinding pembuluh darah besar dalam bentuk plak.
Tubuh mensintesis 0,5-1 g Xc. Semakin banyak dikonsumsi dengan makanan, semakin sedikit disintesis dalam tubuh (biasanya).
Xc di dalam tubuh disintesis di hati (80%), usus (10%), kulit (5%), kelenjar adrenal, kelenjar seks.
Bahkan vegetarian dapat mengalami peningkatan kadar kolesterol. hanya karbohidrat yang dibutuhkan untuk sintesisnya.
Biosintesis kolesterol
Ini berlangsung dalam 3 tahap:
1) di sitoplasma - sebelum pembentukan asam mevalonat (mirip dengan sintesis badan keton)
2) dalam EPR - hingga squalene
3) dalam EPR - menjadi kolesterol
Sekitar 100 reaksi.
Enzim pengaturnya adalah -hidroksimetilglutaril-CoA reduktase (HMG reduktase). Statin penurun kolesterol menghambat enzim ini.)
Regulasi HMG reduktase:
a) Dihambat oleh prinsip umpan balik negatif oleh kelebihan kolesterol makanan
b) Dapat meningkatkan sintesis enzim (estrogen) atau menurunkan (kolesterol dan batu empedu)
c) Enzim diaktifkan oleh insulin dengan defosforilasi
d) Jika ada banyak enzim, maka kelebihannya dapat dipecah dengan proteolisis
Kolesterol disintesis dari asetil-KoA berasal dari karbohidrat(glikolisis → ODPVK).
Kolesterol yang dihasilkan di hati dikemas bersama dengan lemak menjadi VLDL non-sp. VLDL memiliki apoprotein B100, memasuki darah, dan setelah penambahan apoprotein C-II dan E, berubah menjadi VLDL matang, yang memasuki LP-lipase. LP-lipase menghilangkan lemak (50%) dari VLDL, meninggalkan LDL, yang terdiri dari 50-70% ester kolesterol.
Mensuplai kolesterol ke seluruh organ dan jaringan
· sel memiliki reseptor di B100, dimana mereka mengenali LDL dan menyerapnya. Sel mengatur asupan kolesterol dengan meningkatkan atau menurunkan jumlah reseptor B100.
Pada diabetes mellitus, glikosilasi B100 (penambahan glukosa) dapat terjadi. Akibatnya, sel tidak mengenali LDL dan terjadi hiperkolesterolemia.
LDL dapat menembus ke dalam pembuluh darah (partikel aterogenik).
Lebih dari 50% LDL dikembalikan ke hati, di mana kolesterol digunakan untuk sintesis batu empedu dan menghambat sintesis kolesterolnya sendiri.
Ada mekanisme perlindungan terhadap hiperkolesterolemia:
regulasi sintesis kolesterol sendiri sesuai dengan prinsip umpan balik negatif
sel mengatur asupan kolesterol dengan meningkatkan atau menurunkan jumlah reseptor B100
fungsi HDL
HDL disintesis di hati. Ini memiliki bentuk berbentuk cakram, mengandung sedikit kolesterol.
Fungsi HDL:
Mengambil kelebihan kolesterol dari sel dan lipoprotein lainnya
mensuplai C-II dan E ke lipoprotein lain
Mekanisme fungsi HDL:
HDL memiliki apoprotein A1 dan LCAT (enzim lecithincholesterol acyltransferase).
HDL masuk ke dalam darah, dan LDL datang ke sana.
LDL A1 mengakui bahwa mereka memiliki banyak kolesterol, dan mengaktifkan LCAT.
LCAT memotong asam lemak dari fosfolipid HDL dan memindahkannya ke kolesterol. Ester kolesterol terbentuk.
Ester kolesterol bersifat hidrofobik, sehingga masuk ke dalam lipoprotein.
TEMA 8
METABOLISME: METABOLISME PROTEIN
tupai - Ini adalah senyawa molekul tinggi yang terdiri dari residu asam -amino, yang saling berhubungan oleh ikatan peptida.
Ikatan peptida terletak di antara gugus -karboksil dari satu asam amino dan gugus amino dari asam -amino lain yang mengikutinya.
Fungsi protein (asam amino):
1) plastik (fungsi utama) - protein otot, jaringan, permata, karnitin, kreatin, beberapa hormon dan enzim disintesis dari asam amino;
2) energi
a) dalam kasus asupan berlebihan dengan makanan (> 100 g)
b) dengan puasa berkepanjangan
Keanehan:
Asam amino, tidak seperti lemak dan karbohidrat, tidak disimpan .
Jumlah asam amino bebas dalam tubuh adalah sekitar 35 g.
Sumber protein bagi tubuh:
protein makanan (sumber utama)
protein jaringan
disintesis dari karbohidrat.
keseimbangan nitrogen
Karena 95% dari semua nitrogen dalam tubuh adalah milik asam amino, maka pertukarannya dapat dinilai dengan: keseimbangan nitrogen - rasio nitrogen masuk ke diekskresikan dalam urin.
ü Positif - lebih sedikit yang dikeluarkan daripada yang masuk (pada anak-anak, wanita hamil, selama masa pemulihan setelah sakit);
ü Negatif - lebih banyak yang dikeluarkan daripada yang masuk (usia tua, periode penyakit yang berkepanjangan);
ü Keseimbangan nitrogen - pada orang sehat.
Karena protein makanan adalah sumber utama asam amino, maka mereka berbicara tentang " kelengkapan nutrisi protein ».
Semua asam amino dibagi menjadi:
dapat dipertukarkan (8) - Ala, Gli, Ser, Pro, Glu, Gln, Asp, Asn;
dapat diganti sebagian (2) - Arg, Gis (disintesis perlahan);
dapat diganti secara kondisional (2) - Cys, Tyr (dapat disintesis dengan persyaratan penghasilan yang sangat diperlukan - Bertemu → Cys, Fen → Tyr);
· tak tergantikan (8) - Val, Ile, Lei, Liz, Bertemu, Tre, Fen, Tpf.
Dalam hal ini, protein dilepaskan:
Lengkap - mengandung semua asam amino esensial
ü Cacat - tidak mengandung Met dan Tpf.
Pencernaan protein
Keunikan:
1) Protein dicerna di perut, usus kecil
2) Enzim - peptidase (membelah ikatan peptida):
a) exopeptidases - di sepanjang tepi dari terminal C-N
b) endopeptidase - di dalam protein
3) Enzim lambung dan pankreas diproduksi dalam bentuk tidak aktif - proenzim(karena mereka akan mencerna jaringan mereka sendiri)
4) Enzim diaktifkan oleh proteolisis parsial (pembelahan sebagian PPC)
5) Beberapa asam amino membusuk di usus besar
 |
1. Mereka tidak dicerna di rongga mulut.
2. Di perut, protein bertindak pepsin(endopeptidase). Ini memotong ikatan yang dibentuk oleh gugus amino asam amino aromatik (Tyr, Phen, Tpf).
Pepsin diproduksi oleh sel utama sebagai sel tidak aktif pepsinogen.
Sel parietal menghasilkan asam klorida.
Fungsi HCl:
ü Menciptakan pH optimum untuk pepsin (1,5 - 2,0)
ü Mengaktifkan pepsinogen
ü Denaturasi protein (memfasilitasi kerja enzim)
ü Tindakan bakterisida
Aktivasi pepsinogen
Pepsinogen di bawah aksi HCl diubah menjadi pepsin aktif dengan pembelahan 42 asam amino secara perlahan. Pepsin aktif kemudian dengan cepat mengaktifkan pepsinogen ( secara otomatis).
Jadi, di perut, protein dipecah menjadi peptida pendek, yang masuk ke usus.
3. Di usus, enzim pankreas bekerja pada peptida.
Aktivasi tripsinogen, kimotripsinogen, proelastase, prokarboksipeptidase
Di usus di bawah aksi enteropeptidase diaktifkan tripsinogen. Kemudian diaktifkan dari itu tripsin mengaktifkan semua enzim lain dengan proteolisis parsial (chymotrypsinogen → kimotripsin, proelastase → elastase, prokarboksipeptidase → karboksipeptidase).
tripsin memutuskan ikatan yang dibentuk oleh gugus karboksil Lys atau Arg.
kemotripsin antara gugus karboksil asam amino aromatik.
Elastase- ikatan yang dibentuk oleh gugus karboksil Ala atau Gly.
Karboksipeptidase memutuskan ikatan karboksil dari terminal-C.
Dengan demikian, di-, tripeptida pendek terbentuk di usus.
4. Di bawah aksi enzim usus, mereka dipecah menjadi asam amino bebas.
Enzim - di-, tri-, aminopeptidase. Mereka tidak spesifik spesies.
Asam amino bebas yang dihasilkan diserap oleh transpor aktif sekunder dengan Na + (melawan gradien konsentrasi).
5. Beberapa asam amino dibusukkan.
membusuk - proses enzimatik pemecahan asam amino menjadi produk beracun rendah dengan pelepasan gas (NH 3, CH 4, CO 2, merkaptan).
Signifikansi: untuk mempertahankan aktivitas vital mikroflora usus (selama pembusukan, Tyr membentuk produk beracun fenol dan kresol, Tpf - indole dan skatole). Produk beracun masuk ke hati dan dinetralkan.
Katabolisme asam amino
Jalur utama- deaminasi - proses enzimatik pembelahan gugus amino dalam bentuk amonia dan pembentukan asam keto bebas nitrogen.
Deaminasi oksidatif
Non-pengoksidasi (Ser, Tre)
Intramolekul (GIS)
Hidrolitik
Deaminasi oksidatif (dasar)
A) Langsung - hanya untuk Glu, karena karena semua enzim lain tidak aktif.
Ini berlangsung dalam 2 tahap:
1) Enzimatik
2) Spontan
Akibatnya, amonia dan -ketoglutarat terbentuk.
Fungsi transaminasi:
ü Karena reaksinya reversibel, berfungsi untuk sintesis asam amino non-esensial;
ü Tahap awal katabolisme (transaminasi bukan katabolisme, karena jumlah asam amino tidak berubah);
ü Untuk redistribusi nitrogen dalam tubuh;
ü Berpartisipasi dalam mekanisme antar-jemput malat-aspartat transfer hidrogen dalam glikolisis (6 reaksi).
Untuk mengetahui aktivitas ALT dan AST di klinik untuk diagnosis penyakit jantung dan hati, koefisien de Ritis diukur:
Pada 0,6 - hepatitis,
1 - sirosis,
10 - infark miokard.
Dekarboksilasi asam amino - proses enzimatik pembelahan gugus karboksil dalam bentuk CO 2 dari asam amino.
Akibatnya, zat aktif biologis terbentuk - amina biogenik.
Enzim adalah dekarboksilase.
Koenzim - piridoksal fosfat vit. PADA 6.
Setelah aksi, amina biogenik dinetralkan dengan 2 cara:
1) Metilasi (penambahan CH 3 ; donor - SAM);
2) Oksidasi dengan eliminasi gugus amino dalam bentuk NH 3 (enzim MAO - monoamine oksidase).
Memuat...