Den syntesen av fettsyror är den process genom vilken de grundläggande komponenterna i de flesta viktiga lipider i celler (fettsyror) produceras, som deltar i många mycket viktiga cellulära funktioner.
Fettsyror är alifatiska molekyler, det vill säga de består väsentligen av kol- och väteatomer bundna till varandra på ett mer eller mindre linjärt sätt. De har en metylgrupp i ena änden och en sur karboxylgrupp i den andra, för vilken de kallas "fettsyror."
Sammanfattning av fettsyrasyntes (Källa: Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
Lipider är molekyler som används av olika cellulära biosyntetiska system för bildning av andra mer komplexa molekyler såsom:
- membranfosfolipider
- triglycerider för energilagring och
- förankringarna av några speciella molekyler som finns på ytan på många typer av celler (eukaryota och prokaryota)
Dessa föreningar kan existera som linjära molekyler (med alla kolatomer mättade med vätemolekyler), men de med en rak kedja och vissa mättningar kan också observeras, det vill säga med dubbelbindningar mellan deras kolatomer.
Mättade fettsyror kan också hittas med grenade kedjor, vars struktur är något mer komplex.
De molekylära egenskaperna hos fettsyror är avgörande för deras funktion, eftersom många av de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos molekylerna som bildas av dem beror på dem, särskilt deras smältpunkt, deras packningsgrad och deras förmåga att bilda tvåskikt.
Således är syntesen av fettsyror ett mycket reglerat ämne, eftersom det är en serie sekventiella händelser som är kritiska för cellen ur många synvinklar.
Var inträffar fettsyrasyntes?
I de flesta levande organismer sker syntesen av fettsyror i det cytosoliska facket, medan deras nedbrytning huvudsakligen sker mellan cytosolen och mitokondrierna.
Processen beror på energin i ATP-bindningarna, på den reducerande kraften hos NADPH (vanligtvis härledd från pentosfosfatvägen), på biotin-kofaktorn, på bikarbonatjoner (HCO3-) och på manganjoner.
Hos däggdjursdjur är huvudorganen för syntesen av fettsyror levern, njurarna, hjärnan, lungorna, bröstkörtlarna och fettvävnaden.
Det omedelbara substratet för de novosyntes av fettsyror är acetyl-CoA och slutprodukten är en molekyl av palmitate.
Acetyl-CoA härrör direkt från bearbetningen av glykolytiska mellanprodukter, varför en diet med mycket kolhydrater främjar syntesen av lipider (lipogenes) ergo, också av fettsyror.
Enzymer inblandade
Acetyl-CoA är två-kol-syntes-blocket som används för bildning av fettsyror, eftersom flera av dessa molekyler är kopplade i följd till en malonyl-CoA-molekyl, bildad genom karboxylering av en acetyl-CoA.
Det första enzymet på vägen, och ett av de viktigaste med tanke på dess reglering, är det som ansvarar för karboxyleringen av acetyl-CoA, känd som acetyl-CoA-karboxylas (ACC), som är ett komplex En enzymatisk förening som består av fyra proteiner och använder biotin som en kofaktor.
Trots de strukturella skillnaderna mellan de olika arterna är fettsyrasyntasenzym ansvarigt för de viktigaste biosyntetiska reaktionerna.
Detta enzym är i verkligheten ett enzymkomplex bestående av monomerer som har de 7 olika enzymatiska aktiviteterna, som är nödvändiga för förlängning av fettsyran vid "födelse".
De 7 aktiviteterna för detta enzym kan listas enligt följande:
- ACP : bärarprotein av acylgrupp
- Acetyl-CoA-ACP-transacetylas (AT)
- p-ketoacyl-ACP-syntas (KS)
- Malonyl-CoA-ACP-transferas (MT)
- p-ketoacyl-ACP-reduktas (KR)
- p-hydroxiacyl-ACP-dehydratas (HD)
- Enoyl-ACP-reduktas (ER)
I vissa organismer, till exempel bakterier, består fettsyrasyntaskomplexet av oberoende proteiner som associerar med varandra, men som kodas av olika gener (typ II-fettsyrasyntas-system).
Jästfettsyrasyntasenzym (Källa: Xiong, Y., Lomakin, IB, Steitz, TA / Public domain, via Wikimedia Commons)
I många eukaryoter och vissa bakterier innehåller emellertid multienzymet flera katalytiska aktiviteter som är separerade i olika funktionella domäner, i en eller flera polypeptider, men som kan kodas av samma gen (typ I-fettsyrasyntas-system).
Steg och reaktioner
De flesta av de studier som gjorts beträffande syntesen av fettsyror involverar de fynd som gjorts i bakteriemodellen, men syntesmekanismerna för eukaryota organismer har också studerats på ett djup.
Det är viktigt att nämna att typ II-fettsyrasyntas-systemet kännetecknas av att alla fettiga acyl-mellanprodukter är kovalent bundna till ett litet surt protein, känt som acyl-transporterproteinet (ACP), som transporterar dem från ett enzym till det nästa.
I eukaryoter är tvärtom ACP-aktivitet en del av samma molekyl, under förståelse att samma enzym har ett speciellt ställe för bindning av mellanprodukter och deras transport genom de olika katalytiska domänerna.
Sambandet mellan proteinet eller ACP-delen och de feta acylgrupperna sker genom tioesterbindningar mellan dessa molekyler och den protetiska gruppen 4'-fosfopantetin (pantotensyra) i ACP, som är smält med karboxylgruppen i fettacylen.
- Ursprungligen är enzymet acetyl-CoA-karboxylas (ACC) ansvarigt för att katalysera det första steget av "engagemang" i syntesen av fettsyror som, såsom nämnts, involverar karboxylering av en acetyl-CoA-molekyl för att bilda mellanprodukten av 3 kolatomer kända som malonyl-CoA.
Fettsyrasyntaskomplexet tar emot acetyl- och malonylgrupperna, som korrekt måste "fylla" i "tiol" -platserna för det.
Detta sker initialt genom överföringen av acetyl-CoA till SH-gruppen av cystein i enzymet ß-ketoacyl-ACP-syntas, en reaktion katalyserad av acetyl-CoA-ACP-transacetylas.
Malonylgruppen överförs från malonyl-CoA till SH-gruppen i ACP-proteinet, en händelse medierad av malonyl-CoA-ACP-transferasenzym, som bildar malonyl-ACP.
- Steget att initiera förlängningen av fettsyran vid födseln består av kondensation av malonyl-ACP med en acetyl-CoA-molekyl, en reaktion riktad av ett enzym med p-ketoacyl-ACP-syntasaktivitet. I denna reaktion bildas sedan acetoacetyl-ACP och en CO2-molekyl frisätts.
- Förlängningsreaktioner inträffar i cykler där 2 kolatomer tillsättes åt gången, där varje cykel består av en kondensation, en reduktion, en dehydrering och en andra reduktionshändelse:
- Kondensation: acetyl- och malonylgrupper kondenseras till bildning av acetoacetyl-ACP
- Reduktion av karbonylgruppen: karbonylgruppen av kol 3 i acetoacetyl-ACP reduceras och bildar D-p-hydroxibutyryl-ACP, en reaktion katalyserad av ß-ketoacyl-ACP-reduktas, som använder NADPH som en elektrondonator.
- Dehydrering: vätgaserna mellan kol 2 och 3 i den tidigare molekylen avlägsnas och bildar en dubbelbindning som slutar med produktionen av trans-2-butenoyl-ACP. Reaktionen katalyseras av p-hydroxyacyl-ACP-dehydratas.
- Dubbelbindningsreduktion: trans-del2-butenoyl-ACP-dubbelbindningen reduceras för att bilda butyryl-ACP genom verkan av enoyl-ACP-reduktas, som också använder NADPH som reduktionsmedel.
För att fortsätta töjningen måste en ny malonylmolekyl binda igen till AVS-delen av fettsyrasyntaskomplexet och börjar med dess kondensation med butyrylgruppen bildad i den första syntescykeln.
Palmitats struktur (Källa: Edgar181 / Public domain, via Wikimedia Commons)
Vid varje förlängningssteg används en ny malonyl-CoA-molekyl för att odla kedjan på 2 kolatomer och dessa reaktioner upprepas tills rätt längd (16 kolatomer) har uppnåtts, varefter ett tioesterasenzym frisätter den kompletta fettsyran genom hydrering.
Palmitate kan bearbetas ytterligare av olika typer av enzymer som modifierar dess kemiska egenskaper, det vill säga de kan införa omättnader, förlänga dess längd etc.
förordning
Liksom många biosyntetiska vägar eller nedbrytningsvägar regleras fettsyrasyntes av olika faktorer:
- Beror på närvaron av bikarbonatjoner (HCO3-), vitamin B (biotin) och acetyl-CoA (under det första steget i vägen, som involverar karboxylering av en acetyl-CoA-molekyl med hjälp av en karboxylerad mellanprodukt av biotin för att bilda malonyl-CoA).
- Det är en väg som inträffar som svar på cellulära energiegenskaper, eftersom när det finns en tillräcklig mängd "metaboliskt bränsle" omvandlas överskottet till fettsyror som lagras för efterföljande oxidation i tider med energiförbrukning.
När det gäller regleringen av enzymet acetyl-CoA-karboxylas, som representerar det begränsande steget för hela vägen, hämmas det av palmitoyl-CoA, den huvudsakliga syntesprodukten.
Dess allosteriska aktivator är å andra sidan citrat, som leder metabolismen från oxidation till syntes för lagring.
När mitokondriell acetyl-CoA- och ATP-koncentration ökar, transporteras citrat in i cytosolen, där det både är en föregångare för cytosolisk acetyl-CoA-syntes och en allosterisk aktiveringssignal för acetyl-CoA-karboxylas.
Detta enzym kan också regleras av fosforylering, en händelse som utlöses av den hormonella effekten av glukagon och epinefrin.
referenser
- McGenity, T., Van Der Meer, JR, & de Lorenzo, V. (2010). Handbok för kolväte och lipidmikrobiologi (s. 4716). KN Timmis (red.). Berlin: Springer.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Harpers illustrerade biokemi. McGraw-Hill.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principerna för biokemi (s. 71-85). New York: WH Freeman.
- Numa, S. (1984). Fettsyrametabolism och dess reglering. Elsevier.
- Rawn, JD (1989). Biochemistry-International edition. North Carolina: Neil Patterson förlag, 5.