Параграф 46 синтез жирных кислот
Автор текстов Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.
Замечания присылать по электронной почте exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
ПАРАГРАФ 46:
«СИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ».
См. формулы в файле «46 формулы».
46.1. ЗНАЧЕНИЕ синтеза жирных кислот для организма –
этот процесс является источником жирных кислот для нужд клеток.
Основной путь использования жирных кислот в организме –
использование жирных кислот для синтеза жира (в основном в качестве «резерва энергии» на случай голода),
а также для синтеза липоидов, в том числе для синтеза МЕМБРАННЫХ липидов,
что нужно для образования новых клеток (для деления) и для «ремонта» мембран – то есть для замены молекул мембран новыми неповреждёнными молекулами (иначе мембраны быстрее разрушались бы, что приводило бы к гибели клеток).
Подробнее о том, зачем нужны жир и липоиды – см. п.47 и …
Снижение синтеза жирных кислот может привести к дефициту в организме липоидов, что в свою очередь может привести к дерматитам и другим проявлениям снижения пролиферативных процессов (деления клеток).
При снижении синтеза жирных кислот остаётся такой источник жирных кислот, как поступление жирных кислот с пищей в составе жира (точнее, в виде ацилов в составе пищевых липидов).
ГДЕ синтезируется пальмитиновая кислота.
Основное место синтеза пальмитиновой кислоты – печень. Не жировая ткань, не адипоциты, а печень.
После синтеза в печени пальмитиновая кислота используется для синтеза молекул жира (см. …) и липоидов, которые включаются в состав липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП), которые поступают в кровь для доставки липидов в ткани. Подробности обмена ЛПОНП смотрите в п. … В итоге синтезированные в печени жирные кислоты оказываются в жировой ткани в составе жира – в качестве резерва энергии на случай голода.
46.2. Какие жирные кислоты синтезируются в организме человека.
В основном в организме синтезируется пальмитиновая кислота (её соли и анионы называются пальмитатами) с 16-тью атомами углерода и формулой С16Н31СООН (обозначение – С16:0).
Из неё может синтезироваться стеариновая кислота (С18:0), а из стеариновой – олеиновая (С18:1) и эйкозановая (С20:0).
Из линолевой кислоты может синтезироваться арахидоновая кислота (АрК).
Из линоленовой кислоты может синтезироваться эйкозапентаеновая (ЭПЕ) а из неё – докозагексаеновая (ДГЕ).
При этих реакциях происходит удлинение углеродной цепочки жирных кислот, которое называется элонгацией.
При образовании олеиновой кислоты из стеариновой, а также АрК из линолевой и ЭПЕ из линоленовой, ДГЕ из ЭПЕ происходит образование новых двойных связей, которое называется десатурацией и катализируется ферментами десатуразами.
Линолевая и линоленовая кислоты не могут синтезироваться в организме, должны поступать с пищей и поэтому называются незаменимыми жирными кислотами – аналогично тому как есть незаменимые аминокислоты.
Незаменимые жирные кислоты поступают в организм благодаря присутствию в пище растительных масел.
АрК, ЭПЕ и ДГЕ кислоты не считаются незаменимыми жирными кислотами, но лучше, если они поступают в организм с пищей (морепродукты).
При отсутствии в пище растительных масел и морепродуктов организм не получает незаменимы жирных кислот, что приводит к снижению синтеза мембранных липидов и деления клеток.
46.3. Регуляция синтеза жирных кислот.
Регуляция гормонами. Синтез жирных кислот происходит в состоянии сытости и покоя под влиянием инсулина (количество которого в крови увеличивается в этом состоянии).
В состоянии голода синтез жирных кислот снижается (по поговорке «не до жиру – быть бы живу») под влиянием гормона голода глюкагона.
В состоянии стресса и при работе синтез жирных кислот также снижается – под влиянием гормонов стресса катехоламинов (адреналина и норадреналина).
Дополнительно. – Синтез жирных кислот усиливается женскими половыми гормонами эстрогенами.
Регуляция метаболитами. Как обычно, продукты процесса и их метаболиты замедляют процесс, а субстраты усиливают (ацетилКоА).
46.4. Реакции синтеза пальмитиновой кислоты.
Синтез пальмитиновой кислоты осуществляется комплексом ферментов, который называется синтазой жирных кислот.
Из чего синтезируется молекула пальмитиновой кислоты – из молекул ацетилКоА. Источник ацетилКоА для синтеза жирных кислот – образование ацетилКоА из глюкозы (в ходе гликолиза и ПДГ – см. …). Именно поэтому сладости, мучное и картофель способствуют набору веса.
Для синтеза одной молекулы пальмитиновой кислоты (16 атомов углерода) нужно 8 молекул ацетилКоА (одна молекула ацетилКоА – это 2 атома углерода), атомы углерода которых нужно соединить в «цепочку».
Присоединение атома углерода каждого очередного ацетила происходит по очереди. К первому ацетилу присоединяется второй ацетил и т.д., пока не соединятся все 8 молекул, образовав молекулы пальмитиновой кислоты.
Далее идёт описание реакций. Формулы веществ и реакции смотрите в таблице к 46-му параграфу. Здесь только словесное описание формул и реакций таблицы. Без иллюстрации в таблице не поймёте.
1. «МалонилКоА». Семь молекул ацетилКоА из восьми превращаются в малонилКоА за счёт реакции с СО2 (точнее, с бикарбонатом – НСО3 – , который образуется из СО2), при которой образуется карбоксильная группа (из-за чего реакция называется карбоксилированием ацетилаКоА, а фермент, катализирующий эту реакцию, называется карбоксилазой ацетила КоА или ацетилКоА/карбоксилазой).
Для этой реакции необходим витамин Н (БИОТИН), поэтому при отсутствии биотина синтез жирных кислот не происходит, а дефицит биотина проявляется дерматитами (причиной дефицита биотина может быть дисбактериоз).
СО2 присоединяется ко второму атому углерода ацетилКоА.
Реакция происходит с затратой АТФ – АТФ расщепляется на АДФ и фосфат для выделения энергии.
По одной АТФ на синтез каждой молекулы малонилКоА, то есть всего тратится 7 молекул АТФ.
Сравните реакцию с карбоксилированием пирувата – много похожего.
Синтез жирных кислот – пример анаболического процесса, требующего затрат энергии.
2. «Замена КоА на АПБ, перенос с КоА на АПБ».
Первая молекула ацетилКоА и 7 молекул малонилКоА вступают в реакцию с АПБ (ацилпереносящим белком) для того, чтобы отсоединиться от КоА и присоединиться к АПБ. В результате образуются: 1 молекула ацетилАПБ и 7 молекул малонилАПБ.
3. Первая молекула ацетилАПБ вступает в реакцию с первой (с одной из семи) молекул малонилАПБ.
При этом соединяются первый атом углерода ацетилАПБ и ВТОРОЙ атом углерода малонил АПБ,
образуя молекулу из 4 атомов углерода с кетогруппой в третьем (;) положении, которая называется ;-кето/бутирилАПБ.
В реакции первый атом углерода ацетилАПБ отсоединяется от АПБ, а –СООН (карбоксильная группа) отсоединяется от второго атома углерода малонилаКоА и выделяется в реакции в виде СО2. (Таким образом, СО2 на синтез не тратится).
Бутирил – это остаток (ацил) 4-хуглеродной жирной кислоты (бутановой).
Далее все остатки любой длины называются просто ацилами.
У ;-кетобутирилАПБ есть кетогруппа. Нужно сделать так, чтобы на её месте в ;-положении была –СН2– группа (метиленовая), то есть нужно восстановить кетогруппу по метиленовой. Это происходит благодаря трём реакциям, «противоположным» реакциям ;-окисления.
4.1. Кетогруппа ;-кетобутирилаАПБ превращается в гидроксильную, в результате чего ;-КЕТОбутирилАПБ превращается в ;-ГИДРОКСИбутирилАПБ.
При этом происходит присоединение двух атомов водорода, источником которых является, как обычно, НАДФН, Н+, для образования которого клеткам нужен витамин РР. Катализируют реакции такого типа (перенос водорода от НАДФН на субстрат) РЕДУКТАЗЫ. Редуктаза данной реакции называется редуктазой ;-кетобутирилаАПБ или ;-кетобутирилАПБ/редуктазой.
Источником НАДФН, Н+ являются реакции ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО пути (ПФП; вариант «пентозный цикл» в данном случае) – см. … , для протекания которого нужны ГЛЮКОЗА в качестве субстрата и ИНСУЛИН в качестве гормона, стимулирующего ПФП, а также витамины РР и В1.
4.2. ;-ГИДРОКСИбутирилАПБ теряет молекулу воды (НОН), при этом ОН отщепляется от 3-го атома углерода, а атом водорода (Н) – от второго. В итоге образуется вещество с двойной связью между 2-м и 3-и атомами углерода (; и ;), которое называется ЕНоилАПБ. (ЕН означает двойную связь).
Процесс отщепления Н и ОН и виде воды называется дегидратаций (не путать с дегидрированием), а фермент, который катализирует дегидратацию, называется дегидратазой, дегидратаза гидрокси/бутирилаАПБ называется гидрокси/бутирилАПБ/дегидратазой.
4.3. К еноилуАПБ по двойной связи присоединяются 2 атома водорода, в результате чего образуется бутирилАПБ.
Источником 2 атомов водорода является, как обычно, НАДФН, Н+. Катализируют реакции такого типа (перенос водорода от НАДФН на субстрат) РЕДУКТАЗЫ. Редуктаза данной реакции называется редуктазой еноилаАПБ или еноилАПБ/редуктазой.
БутирилАПБ является ацилом с 4 атомами углерода. Далее он вступает в реакцию с очередной (второй из семи исходных и из шести оставшихся) молекулой малонилАПБ так же, как вступал ацетилАПБ. – То есть первый атом углерода бутирилАПБ соединяется со вторым атомом углерода малонилаАПБ, АПБ и СО2 «уходят», образуется соединение с 6 атомами углерода и кетогруппой в ;-положении. Далее происходят реакции, аналогичные реакциям 4.1-4.3, в результате которых образуется ацилАПБ с шестью атомами углерода. То есть углеродная цепочка бутирила удлиняется ещё на 2 атома углерода.
АцилАПБ с шестью атомами углерода вступает в реакцию с очередной (то есть третьей из исходных семи) молекул малонилАПБ и т.д.
И так до тех пор, пока не будут использованы все 7 молекул малонилАПБ.
В результате образуется ацил из 16 атомов углерода – пальмитоилАПБ.
После этого остаётся отщепить пальмитоил от АПБ и превратить его в пальмитиновую кислоту.
5. ПальмитоилАПБ превращается в пальмитиновую кислоту за счёт расщепления связи между пальмитоилом и АПБ путём гидролиза (то есть с присоединением воды «по местам расщепления связи»).
46.4
Синтез жирных кислот – пример типичного анаболического процесса. (То есть процесса синтеза).
При этих процессах из простых веществ образуются более сложные – в данном случае 16-тиуглеродная цепочка из двухуглеродных молекул ацетилКоА.
Анаболические процессы протекают с затратой АТФ (7 молекул на одну молекулу пальмитиновой кислоты) и НАДФН (7*2= 14 молекул на одну молекулу пальмитиновой), поставляемого пентозофосфатным путём.
46.5
Сравнение синтеза жирных кислот и ;-окисления –
1. Синтез – процесс анаболический, а ;-окисление – катаболический.
2. АТФ: при синтезе АТФ тратится (7), а при ;-окислении образуется (108 АТФ за счёт одного пальмитата).
3. Коферменты: при синтезе НАДФН (образующийся в ПФП) превращается в НАДФ+ (который снова превращается в НАДФН в ПФП),
а при ;-окислении – НАД+ и ФАД и превращаются в НАДН и ФАДН2, поступающие в дыхательную цепь для выработки энергии.
4. Витамины: для синтеза нужны биотин и РР, а для ;-окисления – РР и В2. В составе коферментов.
5. Переносчики ацилов: при синтезе кофермент А (КоА) и АПБ (ацилпереносящий белок), а при ;-окислении – только кофермент А.
6. Локализация – синтез в печени, а ;-окисление – во всех клетках, кроме эритроцитов и нейронов.
7. В каких условиях протекают: синтез при сытости и покое под влиянием инсулина,
а ;-окисление – при стрессе под влиянием катехоламинов адреналина и норадреналина и при голоде под влиянием гормона голода глюкагона.
8. Какими гормонами стимулируются: синтез – инсулином и эстрогенами, а ;-окисление – катехоламинами и глюкагоном.
9. Какими гормонами тормозятся: синтез – катехоламинами при стрессе и глюкагоном при голоде, а ;-окисление – глюкагоном при голоде.
Источник
Путь синтеза жирных кислот длиннее, чем их окисление
Биосинтез жирных кислот наиболее активно происходит в цитозоле клеток печени, кишечника, жировой ткани в состоянии покоя или после еды.
Условно можно выделить 4 этапа биосинтеза:
1. Образование ацетил-SКоА из глюкозы, других моносахаров или кетогенных аминокислот.
2. Перенос ацетил-SКоА из митохондрий в цитозоль :
- может быть в комплексе с карнитином, подобно тому как переносятся внутрь митохондрии высшие жирные кислоты, но здесь транспорт идет в другом направлении,
- обычно в составе лимонной кислоты , образующейся в первой реакции ЦТК.
Поступающий из митохондрий цитрат в цитозоле расщепляется АТФ-цитрат-лиазой до оксалоацетата и ацетил-SКоА.
Образование ацетил-SКоА из лимонной кислоты
Оксалоацетат в дальнейшем восстанавливается до малата, и последний либо переходит в митохондрии (малат-аспартатный челнок), либо декарбоксилируется в пируват малик-ферментом («яблочный» фермент).
3. Образование малонил-SКоА из ацетил-SКоА.
Карбоксилирование ацетил-SКоА катализируется ацетил-SКоА-карбоксилазой , мульферментным комплексом из трех ферментов.
Образование малонил-SКоА из ацетил-SКоА
4. Синтез пальмитиновой кислоты.
Осуществляется мультиферментным комплексом » синтаза жирных кислот » (синоним пальмитатсинтаза ) в состав которого входит 6 ферментов и ацил-переносящий белок (АПБ).
Ацил-переносящий белок включает производное пантотеновой кислоты – 6-фосфопантетеин (ФП), имеющий HS-группу, подобно HS-КоА. Один их ферментов комплекса, 3-кетоацил-синтаза, также имеет HS-группу в составе цистеина. Взаимодействие этих групп обусловливает начало и продолжение биосинтеза жирной кислоты, а именно пальмитиновой кислоты. Для реакций синтеза необходим НАДФН.
Активные группы синтазы жирных кислот
В первых двух трансферазных реакциях последовательно присоединяются малонил-SКоА к фосфопантетеину ацил-переносящего белка и ацетил-SКоА к цистеину 3-кетоацилсинтазы.
3-Кетоацилсинтаза катализирует третью реакцию – перенос ацетильной группы на С 2 малонила с отщеплением карбоксильной группы в виде CO2.
Далее 3-кетогруппа в реакциях восстановления ( 3-кетоацил-редуктаза ), дегидратации ( дегидратаза ) и опять восстановления (еноил-редуктаза ) превращается в метиленовую с образованием насыщенного ацила, связанного с фосфопантетеином.
Ацилтрансфераза переносит полученный ацил на цистеин 3-кетоацил-синтазы, к фосфопантетеину АПБ присоединяется малонил-SКоА и цикл повторяется 7 раз. В первом цикле синтеза получается 4-углеродная (масляная) кислота, во втором — 6-углеродная (капроновая), и так далее до образования остатка пальмитиновой кислоты C16. После этого пальмитиновая кислота отщепляется шестым ферментом комплекса тиоэстеразой .
Реакции синтеза жирных кислот
Удлинение цепи жирных кислот
Синтезированная пальмитиновая кислота при необходимости поступает в эндоплазматический ретикулум. Здесь с участием малонил-S-КоА и НАДФН цепь удлиняется до С18 или С20. Присоединение углеродов идет по карбоксильной группе (С 1 ).
Удлиняться могут и ненасыщенные жирные кислоты (олеиновая, линолевая, линоленовая) с образованием производных эйкозановой кислоты (С20). Но двойная связь животными клетками вводится не далее 9 атома углерода, поэтому ω3- и ω6-полиненасыщенные жирные кислоты синтезируются только из соответствующих предшественников. Например, арахидоновая кислота может образоваться в клетке только при наличии γ-линоленовой или линолевой кислот. При этом линолевая кислота (18:2, Δ9,12) дегидрируется до γ-линоленовой (18:3, Δ6,9,12) и удлиняется до эйкозотриеновой кислоты (20:3, Δ8,11,14), последняя далее вновь дегидрируется до арахидоновой кислоты (20:4, Δ5,8,11,14). Так формируются жирные кислоты ω6-ряда.
Для образования жирных кислот ω3-ряда, например, тимнодоновой, необходимо наличие α-линоленовой кислоты (18:3, Δ9,12,15), которая дегидрируется (18:4, Δ6,9,12,15), удлиняется (20:4, Δ8,11,14,17) и опять дегидрируется с получением тимнодоновой кислоты (20:5, Δ5,8,11,14,17).
Источник