СИНТЕЗА ЛИПИДА: ТИПОВИ И ЊИХОВИ ГЛАВНИ МЕХАНИЗМИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Синтеза липида састоји од низа ензимске реакције посредством којих кратког ланца угљоводоник кондензованих да формирају молекуле дужег ланца који накнадно може пролазе различите хемијске модификације.

Липиди су класа високо разноврсних биомолекула које синтетишу све живе ћелије и које су специјализоване за више функција неопходних за одржавање ћелијског живота.

Неки примери уобичајених липида: глицерофосфолипиди, стероли, глицеролипиди, масне киселине, сфинголипиди и преноли (Извор: Оригинални учитавач био је Лмапс на енглеској Википедији. / ГФДЛ 1.2 (хттп://ввв.гну.орг/лиценсес/олд-лиценсес/ фдл-1.2.хтмл) путем Цоммонса, адаптирао Ракуел Парада)

Липиди су главне компоненте биолошких мембрана, чињеница која их чини основним молекулама за постојање ћелија као ентитета изолованих из њихове околине.

Неки липиди такође имају специјализоване функције као што су пигменти, кофактори, транспортери, детерџенти, хормони, унутар- и ванћелијски гласници, ковалентна сидра за мембранске протеине итд. Стога је способност синтезе различитих врста липида пресудна за опстанак свих живих организама.

Ова велика група једињења традиционално је класификована у неколико категорија или подгрупа: масне киселине (засићене и незасићене), глицериди (фосфоглицериди и неутрални глицериди), неглицеридни липиди (сфинголипиди (сфингомијелини и гликолипиди), стероиди и воскови) и сложени липиди (липопротеини).

Врсте липида и њихови главни механизми синтезе

Сви низови реакција пута биосинтезе липида су ендергонски и редуктивни. Другим речима, сви они користе АТП као извор енергије и смањени носач електрона, као што је НАДПХ, као редуцирајућу снагу.

Затим ће бити описане главне реакције биосинтетских путева главних типова липида, односно масних киселина и еикосаноида, триацилглицерола и фосфолипида и стерола (холестерол).

- Синтеза масних киселина

Масне киселине су са становишта липида изузетно важне молекуле, јер су део најрелевантнијих липида у ћелијама. Његова синтеза, супротно ономе што су многи научници сматрали током првих студија у вези с тим, не састоји се од обрнутог пута његове β-оксидације.

У ствари, овај метаболички пут се јавља у различитим ћелијским одељењима и захтева учешће три угљеничног интермедијера познатог као малонил-ЦоА, који није потребан за оксидацију.

Малонил-ЦоА. НЕУРОтикер / Публиц домаин

Поред тога, уско је повезан са сулфхидрилним групама протеина познатих као Ацил Царриер Протеинс (АЦП).

Уопште речено, синтеза масних киселина, посебно дугих ланаца, је секвенцијални процес где се у сваком кораку понављају четири корака, а током сваког окретаја ствара се засићена ацил група која је супстрат за следећи , која укључује још једну кондензацију са новим молекулом малонил-ЦоА.

У сваком кораку или циклусу реакције, ланац масних киселина проширује два угљеника, све док не досегне дужину од 16 атома (палмитат), након чега напусти циклус.

Формација Малонил-ЦоА

Овај интермедијер од три атома угљеника неповратно се формира из ацетил-ЦоА захваљујући деловању ензима ацетил-ЦоА карбоксилазе, који има протетску групу биотина који је ковалентно везан за ензим и који учествује у овој катализи у Два корака.

У овој реакцији, карбоксилна група изведена из бикарбонатне молекуле (ХЦО3-) преноси се у биотин на АТП-зависан начин, где биотинил група делује као "привремени преносник" молекула, преносећи га у ацетил-Цоа. , производећи малонил-ЦоА.

У секвенци синтезе масних киселина, коришћено је редукционо средство НАДПХ, а активирајуће групе су две тиолне групе (-СХ) које су део мултиензимског комплекса званог синтаза масне киселине, који је најважнији у катализи синтетичка.

Код кичмењака, синтаза масних киселина је део једног великог полипептидног ланца у коме су представљене 7 карактеристичних ензимских активности пута синтезе, као и хидролизна активност неопходна за ослобађање интермедијара на крају синтеза

Структура ензима синтазе масне киселине (Извор: Боехрингер Ингелхеим / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/4.0) виа Викимедиа Цоммонс)

7 ензимских активности овог комплекса су: протеин транспортера ацилне групе (АЦП), ацетил-ЦоА-АЦП трансацетилаза (АТ), β-кетоацил-АЦП синтаза (КС), малонил-ЦоА-АЦП трансфераза (МТ), β- кетоацил-АЦП редуктаза (КР), β-хидроксиацил-АЦП дехидрататаза (ХД) и еноил-АЦП редуктаза (ЕР).

Пре него што се могу догодити реакције кондензације да сакупе ланац масних киселина, две тиолне групе у ензимском комплексу постају "набијене" ацилним групама: прво, ацетил-ЦоА се преноси у -СХ групу а цистеин у делу β-кетоацил-АЦП синтазе комплекса, реакција коју катализује ензим ацетил-ЦоА-АЦП трансацетилаза (АТ).

Након тога, малонил група се преноси из молекула малонил-ЦоА у -СХ групу дела транспортера ацилне групе (АЦП) ензимског комплекса, реакцију катализану ензимом малонил-ЦоА-АЦП трансферазе (МТ), који такође Део је комплекса синтазе масних киселина.

Слијед четири реакције за сваки "заокрет" реакцијског циклуса је сљедећи:

1. Кондензација: "Набијене" ацетилне и малонил групе на ензиму се кондензују да формирају ацетоацетил-АЦП молекул, који је везан за АЦП део преко -СХ групе. У овом кораку, молекул ЦО2 се производи и катализује β-кетоацил-АЦП синтазом (ацетил група заузима „крајњи метил“ положај ацетоацетил-АЦП комплекса).
2. Редукција карбонилне групе: карбонилна група у положају Ц3 ацетоацетил-АЦП је редукована да би се формирао Д-β-хидроксибутирил-АЦП, реакција катализована од β-кетоацил-АЦП редуктазе, која користи НАДПХ као донатор електрона.
3. Дехидратација: Ц2 и Ц3 угљеник Д-β-хидроксибутирил-АЦП су лишени молекула воде, формирајући двоструку везу која се завршава производњом новог једињења транс-∆2-бутеноил-АЦП. Овај процес је посредован ензим β-хидроксиацил-АЦП дехидрататаза (ХД).
4. Двострука редукција везе: двострука веза једињења формираног у кораку дехидрације је засићена (редукована) да би се добио бутирил-АЦП реакцијом катализованом ензимом еноил-АЦП редуктазом (ЕР), који такође користи НАДПХ као редукционо средство .

Реакције синтезе настају све док се не формира молекул палмитата (16 атома угљеника), који се хидролизује из ензимског комплекса и ослобађа као могући прекурсор за масне киселине са дужим ланцима, које стварају сустави издуживања. масних киселина смештених у глатком делу ендоплазматског ретикулума и у митохондријама.

Остале модификације које ови молекули могу да претрпе, као што су на пример десатурације, каталишу се различитим ензимима, који се обично јављају у глатком ендоплазматском ретикулуу.

- Синтеза еикосаноида

Еикосаноиди су ћелијски липиди који функционишу као "кратки досег" гласника молекула, које производе нека ткива како би комуницирала са ћелијама у својим суседним ткивима. Ови молекули су синтетизовани из полинезасићених масних киселина са 20 атома угљеника.

Простагландини

Као одговор на хормонску стимулацију, ензим фосфолипаза А напада мембранске фосфолипиде и ослобађа арахидонат из 2-угљеног глицерола. Ово једињење се претвара у простагландине захваљујући ензиму глатког ендоплазматског ретикулума са бифункционалном активношћу: циклооксигеназа (ЦОКС) или простагландин Х2 синтаза.

Тромбоксани

Простагландини се могу претворити у тромбоксане захваљујући тромбоксан синтази присутној у тромбоцитима у крви (тромбоцити). Ови молекули учествују у почетним корацима згрушавања крви.

- Синтеза триацилглицерола

Масне киселине су есенцијални молекули за синтезу осталих сложенијих једињења у ћелијама, као што су триацилглицероли или мембрански липидни глицерофосфолипиди (процеси који зависе од ћелијских метаболичких потреба).

Животиње производе триацилглицероле и глицерофосфолипиде из два уобичајена прекурсора: масног ацил-ЦоА и Л-глицерол 3-фосфата. Масни ацил-ЦоА се производи синтетазама ацил-ЦоА које учествују у β-оксидацији, док се Л-глицерол 3-фосфат добија гликолизом и дејством два алтернативна ензима: глицерол 3-фосфат дехидрогеназа и глицерол киназа.

Триацилглицероли настају реакцијом између два молекула масног ацил-ЦоА и једног молекула диацилглицерол 3-фосфата; Ове реакције преноса катализују се специфичним ацил трансферазама.

У овој реакцији прво се производи фосфатидна киселина која се дефосфорилира ензимом фосфатидном киселином фосфатазом, чиме се добија 1,2-диацилглицерол, који је опет способан да прихвати трећи молекул масног ацил-ЦоА, стварајући триацил-глицерол.

- Синтеза фосфолипида

Фосфолипиди су високо варијабилни молекули, јер се многи различити могу формирати комбинацијом масних киселина и различитих „глава“ група са скелетом глицерола (глицерофосфолипиди) или сфингозина (сфинголипида) који их карактеришу.

Општа скупштина ових молекула захтева синтезу глицерола или сфингосин-кичме, сједињење с одговарајућим масним киселинама, било естерификацијом или амидацијом, додавањем хидрофилне „главе“ групе кроз фосфодиестерску везу и ако је потребно, измена или замена последњих група.

Код еукариота овај процес се одвија у глатком ендоплазматском ретикулуу и у унутрашњој митохондријалној мембрани, где могу остати у недоглед или одакле се могу преместити на друга места.

Кораци реакције

Први кораци реакције синтезе глицерофосфолипида су еквивалентни онима у производњи триацилглицерола, пошто се молекул глицерол 3-фосфата естерификује до два молекула масне киселине у угљенику 1 и 2, формирајући фосфатидну киселину. Уобичајено је пронаћи фосфолипиде који имају масне киселине засићене у Ц1 и незасићене у Ц2 глицерола.

Фосфатидинска киселина се такође може произвести фосфорилацијом већ синтетизованог или „рециклираног“ молекула диацилглицерола.

Поларне групе "глава" ових молекула формирају се преко фосфодиестерских веза. Прво што се мора догодити да се овај процес правилно одвија је „активација“ једне од хидроксилних група која учествује у процесу везивањем за нуклеотид као што је цитидин дифосфат (ЦДП), који је нуклеофилно расељен од стране друге групе. хидроксил који учествује у реакцији.

Ако се овај молекул веже на диацилглицерол, тада се формира ЦДП-диацилглицерол („активирани“ облик фосфатидне киселине), али то се може догодити и на хидроксилној групи „главе“.

На пример, у случају фосфатидилсерина, диацилглицерол се активира кондензацијом молекула фосфатидне киселине са молекулом цитидин трифосфата (ЦТП), формирањем ЦДП-диацилглицерола и уклањањем пирофосфата.

Ако се молекул ЦМП (цитидин монофосфат) помера нуклеофилним нападом хидроксила серина или хидроксила на 1-угљеник глицерол 3-фосфата, фосфатидилсерин или фосфатидилглицерол 3-фосфат, из кога се може ослободити моноестер фосфата и производе фосфатидилглицерол.

Оба молекула произведена на овај начин служе као прекурсори за остале мембране липида, који често деле међусобно биосинтетски пут.

- Синтеза холестерола

Холестерол је основни молекул животиња који могу да синтетишу њихове ћелије, тако да није битан у свакодневној исхрани. Овај молекул од 27 атома угљеника производи се из прекурсора: ацетата.

Овај сложени молекул је формиран из ацетил-ЦоА у четири главне фазе:

1. Кондензација три ацетатне јединице да формира мевалонат, 6-угљенички интермедијарни молекул (прво се формира молекул ацетоацетил-ЦоА са два ацетил-ЦоА (тиолазни ензим), а затим са још једним од β-хидрокси-П-метилглутарил-ЦоА ( ХМГ-ЦоА) (ензим ХМГ-ЦоА синтетазе) Мевалонат је формиран из ХМГ-ЦоА захваљујући ензиму ХМГ-ЦоА редуктази.
2. Конверзија мевалоната у изопренске јединице. Прве 3 фосфатне групе се преносе из 3 АТП молекула у мевалонат. Један од фосфата се губи заједно са суседном карбонилном групом и формира се ∆3-изопентенил пирофосфат, који је изомеризован да производи диметилалил пирофосфат
3. Полимеризација или кондензација 6 Ц5 изопренских јединица да би се формирао Ц30 сквален (линеарни молекул).
4. Циклизација сквалена да би се формирала 4 прстена стероидног језгра холестерола и следеће хемијске промене: оксидације, миграција и елиминација метилних група итд., Што даје холестерол.

Референце

1. Гарретт, РХ и Грисхам, ЦМ (2001). Начела биохемије: са људским фокусом. Броокс / Цоле Публисхинг Цомпани.
2. Мурраи, РК, Граннер, ДК, Маиес, ПА и Родвелл, ВВ (2014). Харпер-ова илустрована биохемија. Мцграв-Хилл.
3. Нелсон, ДЛ, Лехнингер, АЛ и Цок, ММ (2008). Лехнингерови принципи биохемије. Мацмиллан.
4. Јацкуемин, Ј., Цасцалхо, А., & Гоодцхилд, РЕ (2017). Улази и излази ендоплазматског ретикулума под контролом биосинтезе липида. Извештаји ЕМБО, 18 (11), 1905-1921.
5. Охлрогге, Ј., & Бровсе, Ј. (1995). Биосинтеза липида. Биљна ћелија, 7 (7), 957.