39 Биосинтез жирных кислот

Биосинтез жирных кислот катализируется синтазой жирных кислот. Эта ферментная система локализована в цитоплазме и нуждается в качестве затравки в ацетил-КоА. В циклической реакции одна молекула удлиняется семикратно на С2-звена. В качестве конечного продукта реакции образуется анион С16-кислоты, пальмитат. Фактический субстрат реакции удлинения цепи малонил-КоА на каждой стадии конденсации отщепляет карбоксильную группу в вида СО2. Восстановителем в синтезе жирных кислот является НАДФН + Н+. В результате на синтез одной молекулы пальмитата расходуется одна молекула ацетил-КоА, 7 молекул малонил-КоА и 14 молекул НАДФН + Н+; при этом образуются 7 молекул СО2, 6 молекул H2O, 8 молекул КоА и 14 молекул НАДФ+.

А. Синтаза жирных кислот

Синтаза жирных кислот позвоночных состоит из двух идентичных пептидных цепей, т. е представляет собой гомодимер. Каждая из двух пептидных цепей, представленных на рисунке в виде половинок шара, может катализировать семь различных реакций ([1]-[7]), из которых складывается синтез пальмитата. Пространственное объединение нескольких последовательных реакций в таком мультиферментном комплексе имеет ряд принципиальных преимуществ по сравнению с отдельными ферментами; предотвращаются конкурентные реакции, последовательные реакции согласованы как на конвейере, реакции протекают особенно эффективно благодаря высокой концентрации субстрата из-за незначительных потерь за счет диффузии.

Каждая половинка синтазы жирных кислот может связывать субстрат тиолсложноэфирной связью (ацильный или ацетильный остаток) по двум SH-группам: цистеинового остатка (Cys-SH) и 4'-фосфопантетеиновой группы (Pan-SH). Pan-SH, очень похожий на кофермент А (см. рис. 111), связан с доменом синтазы, который называют ацилпереносящим белком [АПБ (ACP). Эта часть фермента функционирует как "длинная рука", которая фиксирует субстрат и передает его от одного реакционного центра к другому. Интересно отметить, что реакция при этом зависит от согласованности действия обеих половинок синтазы. Поэтому фермент функционально активен только в виде димера.

Активность мультиферментного комплекса пространственно распределена по трем различным доменам. Домен 1 катализирует перенос субстратов ацетил-КоА и малонил-КоА [АПБ]-S-ацетилтрансферазой [1] и [АПБ]-S-малонилтрансферазой [2] и последующую конденсацию обоих партнеров 3-оксоацил-[АПБ]-синтазой [3], домен 2 восстанавливает растущую цепь жирной кислоты с помощью 3-оксоацил-[АПБ]-редуктазы [4], 3-гидроксиацил-[АПБ]-дегидратазы [5] и еноил-[АПБ]-редуктазы [6]. Наконец, домен 3 после семи циклов удлинения цепи катализирует высвобождение готового продукта с помощью ацил-[АПБ]-гидролазы [7].

Б. Реакции синтазы жирных кислот

Биосинтез пальмитата (на схеме внизу) начинается с переноса ацетильной группы на уже упомянутый остаток цистеина (Cys-SH) [1] и малонильной группы на 4-фосфопантетеин (Pan-SH) в АПБ [2]. Удлинение цепи происходит вследствие переноса ацетильной группы на углеродный атом С-2 малонильного остатка (голубая стрелка), причем свободная карбоксильная группа отщепляется в виде СО2 [3]. Следующие три стадии реакции, а именно восстановление 3-оксогруппы [4], отщепление воды [5] и вновь восстановление [6], приводят к жирной кислоте с четырьмя углеродными атомами. Ацилтрансфераза [1] переносит этот промежуточный продукт на цистеиновый остаток, освобождая Pan-SH для присоединения следующего малонильного остатка. После семи циклов ацил-[АПБ]-гидролаза [7] «опознает» и освобождает конечный продукт — молекулу пальмитиновой кислоты.