Синтеза масних киселина је процес којим (масне киселине) су произведени фундаментални компоненте најважнијих липида у ћелијама, које учествују у многим веома важним ћелијских функција.
Масне киселине су алифатични молекули, то јест у основи су састављени од атома угљеника и водоника који су међусобно повезани на мање или више линеарни начин. Имају метилну групу на једном крају и киселу карбоксилну групу на другом, због чега се називају "масним киселинама".
Сажетак синтезе масних киселина (Извор: Мепхисто спа / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0) виа Викимедиа Цоммонс)
Липиди су молекули које различити ћелијски биосинтетски системи користе за стварање других сложенијих молекула као што су:
- мембрански фосфолипиди
- триглицериди за складиштење енергије и
- сидра неких посебних молекула које се налазе на површини многих врста ћелија (еукариотске и прокариотске)
Ова једињења могу постојати као линеарни молекули (са свим атомима угљеника засићених молекулима водоника), али могу се посматрати и они са правим ланцем и неким сатурацијама, то јест, двоструким везама између њихових атома угљеника.
Засићене масне киселине могу се наћи и са разгранатим ланцима чија је структура нешто сложенија.
Молекуларне карактеристике масних киселина су пресудне за њихову функцију, јер многа физичко-хемијска својства молекула које формирају од њих зависе, посебно њихова тачка топљења, степен паковања и способност стварања слојева.
Дакле, синтеза масних киселина је високо регулисана материја, јер је то низ узастопних догађаја критичних за ћелију са многих становишта.
Где долази до синтезе масних киселина?
Код већине живих организама синтеза масних киселина одвија се у цитосолном одељку, док се њихова разградња углавном одвија између цитосола и митохондрија.
Процес зависи од енергије садржане у АТП везама, од редуцирајуће снаге НАДПХ (обично се добија из пута пентоз фосфата), кофактора биотина, јона бикарбоната (ХЦО3-) и мангана.
Код сисара су главни органи за синтезу масних киселина јетра, бубрези, мозак, плућа, млечне жлезде и масно ткиво.
Непосредни супстрат за де ново синтезу масних киселина је ацетил-ЦоА, а крајњи продукт је молекул палметата.
Ацетил-ЦоА потиче директно из прераде гликолитичких интермедијара, због чега исхрана са високим удјелом угљених хидрата подстиче синтезу липида (липогенеза) ерго, такође масних киселина.
Ензими су укључени
Ацетил-ЦоА је блок синтезе са два угљеника који се користи за стварање масних киселина, пошто је неколико ових молекула узастопно повезано са малонил-ЦоА молекулом, формираним карбоксилацијом ацетил-ЦоА.
Први ензим у путу и један од најважнијих са становишта његове регулације је онај који је задужен за карбоксилацију ацетил-ЦоА, познат као ацетил-ЦоА карбоксилаза (АЦЦ), што је комплекс Ензимско једињење сачињено од 4 протеина и користи биотин као кофактор.
Међутим, и поред структурних разлика између различитих врста, ензим синтаза масне киселине је одговоран за главне биосинтетске реакције.
Овај ензим је, у ствари, ензимски комплекс састављен од мономера који имају 7 различитих ензимских активности, неопходних за издуживање масне киселине при „рођењу“.
7 активности овог ензима могу се навести на следећи начин:
- АЦП : протеин носача ацилне групе
- Ацетил-ЦоА-АЦП трансацетилаза (АТ)
- β-кетоацил-АЦП синтаза (КС)
- Малонил-ЦоА-АЦП трансфераза (МТ)
- β-кетоацил-АЦП редуктаза (КР)
- β-хидроксиацил-АЦП дехидратаза (ХД)
- Еноил-АЦП редуктаза (ЕР)
На пример, у неким организмима као што су бактерије, комплекс синтазе масних киселина састоји се од независних протеина који се међусобно повезују, али су кодирани различитим генима (систем синтазе масних киселина типа ИИ).
Ензим синтезе масне киселине квасца (Извор: Ксионг, И., Ломакин, ИБ, Стеитз, ТА / Публиц домаин, виа Викимедиа Цоммонс)
Међутим, код многих еукариота и неких бактерија мултиензим садржи неколико каталитичких активности које су раздвојене у различите функционалне домене, у једном или више полипептида, али које могу бити кодиране истим геном (систем синтазе масних киселина типа И).
Фазе и реакције
Већина студија спроведених у вези са синтезом масних киселина укључује налазе добијене на бактеријском моделу, међутим, механизми синтезе еукариотских организама су такође проучавани у дубини.
Важно је напоменути да је систем синтазе масних киселина типа ИИ окарактерисан по томе што су сви масни ацил интермедијари ковалентно везани за мали кисели протеин познат као протеин транспортера ацила (АЦП), који их преноси из једног ензима у други.
Супротно томе, код еукариота је активност АКП део исте молекуле, под тим што се подразумева да исти ензим има посебно место за везивање интермедијара и њихов транспорт кроз различите каталитичке домене.
Уједињење протеина или АЦП дела и масних ацил група настаје кроз тиоестерске везе између ових молекула и протетске групе 4'-фосфопантетеина (пантотенске киселине) АЦП, који су спојени са карбоксилном групом масног ацила.
- У почетку је ензим ацетил-ЦоА карбоксилаза (АЦЦ) одговоран за катализирање првог корака "посвећености" у синтези масних киселина које, као што је поменуто, укључују карбоксилацију ацетил-ЦоА молекуле, чиме се ствара интермедијер 3 атоми угљеника познати као малонил-ЦоА.
Комплекс синтазе масних киселина добија ацетилне и малонил групе које морају тачно да „попуне“ места „тиола“ у њему.
То се у почетку догађа преношењем ацетил-ЦоА у СХ групу цистеина у ензиму β-кетоацил-АЦП синтазе, реакцији коју катализује ацетил-ЦоА-АЦП трансацетилаза.
Малоноил група се преноси из малонил-ЦоА у СХ групу АЦП протеина, догађај посредован ензимом малонил-ЦоА-АЦП трансферазе, формирајући малонил-АЦП.
- Корак иницирања продужења масне киселине при рођењу састоји се од кондензације малонил-АЦП са ацетил-ЦоА молекулом, реакције усмерене ензимом са активношћу β-кетоацил-АЦП синтазе. У овој реакцији се затим формира ацетоацетил-АЦП и ослобађа се молекул ЦО2.
- Реакције издуживања се дешавају у циклусима у којима се додају по 2 атома угљеника, при чему се сваки циклус састоји од кондензације, редукције, дехидрације и другог догађаја редукције:
- Кондензација: ацетилне и малонил групе се кондензују да формирају ацетоацетил-АЦП
- Редукција карбонилне групе: карбонилна група угљеника 3 ацетоацетил-АЦП се смањује, формирајући Д-β-хидроксибутирил-АЦП, реакцију катализану од β-кетоацил-АЦП-редуктазе, која користи НАДПХ као донатор електрона.
- Дехидратација: водони између угљеника 2 и 3 претходног молекула се уклањају, формирајући двоструку везу која се завршава производњом транс-2-бутеноил-АЦП. Реакција је катализована од β-хидроксиацил-АЦП дехидрататазе.
- Двоструко смањивање везе: транс-дел2-бутеноил-АЦП двострука веза редукује се да формира бутирил-АЦП дејством еноил-АЦП редуктазе, која такође користи НАДПХ као редукционо средство.
Да би се наставило продужење, нови моногулински молекул мора поново да се веже за део АЦП комплекса синтазе масних киселина и започне својом кондензацијом са бутирилом групом формираном у првом циклусу синтезе.
Структура палмитита (Извор: Едгар181 / Јавно власништво, путем Викимедиа Цоммонса)
На сваком кораку издуживања користи се нови молекули малонил-ЦоА за раст ланца на 2 атома угљеника и ове реакције се понављају све док се не постигне одговарајућа дужина (16 атома угљеника), након чега се ензим тиоестераза ослобађа комплетна масна киселина хидратацијом.
Палмитате могу даље обрађивати различите врсте ензима који модификују његове хемијске карактеристике, односно могу уносити незасићења, продужавати његову дужину итд.
Регулација
Као и многи путеви биосинтетике или разградње, синтеза масних киселина је регулисана различитим факторима:
- Зависи од присуства бикарбонатних јона (ХЦО3-), витамина Б (биотин) и ацетил-ЦоА (током почетног корака пута, који укључује карбоксилацију ацетил-ЦоА молекула помоћу карбоксилираног интермедијара биотина да би формирао малонил-ЦоА).
- То је пут који настаје као одговор на ћелијске енергетске карактеристике, јер када постоји довољна количина „метаболичког горива“, вишак се претвара у масне киселине које се складиште за накнадну оксидацију у време енергетског дефицита.
У смислу регулације ензима ацетил-ЦоА карбоксилаза, који представља ограничавајући корак читавог пута, инхибира га палмитоил-ЦоА, главни производ синтезе.
С друге стране, његов алостерни активатор је цитрат, који метаболизам усмерава од оксидације до синтезе за складиштење.
Када се концентрације митохондријалног ацетил-ЦоА и АТП повећавају, цитрат се транспортује у цитосол, где је и прекурсор за синтезу цитосолне ацетил-ЦоА и алостерни сигнал за активирање ацетил-ЦоА карбоксилазе.
Овај ензим се такође може регулисати фосфорилацијом, догађајем који је покренут хормонским деловањем глукагона и епинефрина.
Референце
- МцГенити, Т., Ван Дер Меер, ЈР, и де Лорензо, В. (2010). Приручник за микробиологију угљоводоника и липида (стр. 4716). КН Тиммис (ур.). Берлин: Спрингер.
- Мурраи, РК, Граннер, ДК, Маиес, ПА и Родвелл, ВВ (2014). Харпер-ова илустрована биохемија. Мцграв-Хилл.
- Нелсон, ДЛ и Цок, ММ (2009). Лехнингерови принципи биохемије (стр. 71-85). Нев Иорк: ВХ Фрееман.
- Нума, С. (1984). Метаболизам масне киселине и њена регулација. Елсевиер.
- Равн, ЈД (1989). Биоцхемистри-Интернатионал едитион Северна Каролина: Неил Паттерсон Публисхерс, 5.