Розділ 21

БІОСИНТЕЗ ЛІПІДІВ

21.1 Біосинтез жирних кислот та ейкозаноїдів

21.2 Біосинтез триацилгліцеролів

21.3 Біосинтез мембранних фосфоліпідів

21.4 Біосинтез холестеролу, стероїдів та ізопреноїдів

Як саме відбувався розподіл сфер наукових досліджень, я вже точно не памятаю - можливо, ми тягнули жереб. Як би там не було, Девіду Шеміну "дістався" метаболізм амінокислот, наслідком вивчення якого стала його класична робота з біосинтезу гему. Девід Ріттенберг мав продовжити свої дослідження синтезу та обміну протеїнів, мені ж дісталися ліпіди.

• Конрад Блох про те, як він почав займатися проблемами метаболізму ліпідів після смерті свого керівника Рудольфа Шонгаймера; зі статті в Annual Review of Biochemistry, 1987

Ліпіди виконують у клітині дуже різноманітні функції, окремі з них було з'ясовано лише нещодавно. Вони є головною формою запасання енергії у більшості організмів та головними складовими клітинних мембран. Спеціалізовані типи ліпідів слугують пігментами (ретиналь, каротин), кофакторами (вітамін К), детергентами (жовчні солі), транспортерами (доліхол), гормонами (похідні вітаміну D, статеві гормони), позаклітинними та внутрішньоклітинними месенджерами (ейкозаноїди та похідні фосфатидилінозитолу), а також якорями для мембранних протеїнів (ковалентно зв’язані жирні кислоти, фенільні групи і фосфатидилінозитол). Здатність синтезувати різноманітні ліпіди є життєво важливою для усіх живих організмів. У цьому розділі описано шляхи біосинтезу деяких найпоширеніших клітинних ліпідів та способи збирання цих водонерозчинних продуктів з таких водорозчинних попередників, як ацетат. Реакції синтезу ліпідів, так само, як і інших біосинтетичних шляхів, - це ендергонічні відновлювальні реакції. Як джерело метаболічної енергії у них використовується АТР, а як відновник - відновлений переносник електронів (зазвичай NADPН).

Спочатку ми опишемо біосинтез жирних кислот, які є основними структурними компонентами як триацилгліцеролів, так і фосфоліпідів. Потім охарактеризуємо способи збирання жирних кислот у молекули триацилгліцеролів та простих мембранних фосфоліпідів. Наприкінці розділу розглянемо синтез холестеролу, що є структурним компонентом деяких мембран та попередником у синтезі стероїдів, таких, як жовчні кислоти, статеві гормони та гормони кори надниркових залоз (адренокортикальні гормони).

21.1 Біосинтез жирних кислот та ейкозаноїдів

Після встановленння факту окиснення жирних кислот шляхом послідовного відщеплення двовуглецевих фрагментів (у вигляді ацетил-CoA, див. рис. 17-8), у біохіміків виникло припущення, що біосинтез жирних кислот відбувається внаслідок простого обернення ензиматичних реакцій їх окиснення. Виявилося, однак, що біосинтез жирних кислот та їх розщеплення здійснюються різними шляхами, у різних частинах клітини і каталізується різними групами ензимів. Окрім того, для біосинтезу жирних кислот необхідний тривуглецевий проміжний продукт малоніл-СоА, який не бере участі у розщепленні жирних кислот.

Тепер ми зосередимось на біосинтезі жирних кислот, потім розглянемо особливості регуляції цього процесу, а також біосинтез довголанцюгових жирних кислот, ненасичених жирних кислот та їх похідних – ейкозаноїдів.

Малоніл-CoA утворюється з ацетил-CoA та бікарбонату

Утворення малоніл-CoA з ацетил-CoA є необоротним процесом, який каталізує ацетил-CoA-карбоксилаза. До складу бактеріальної ацетил-CoA-карбоксилази входять три окремі поліпептидні субодиниці (Рис. 21-1); у тваринних клітинах цей ензим представлений єдиним мультифункціональним поліпептидом, який виявляє три каталітичні активності. У клітинах рослин наявні обидва ці типи ацетил-CoA-карбоксилази. В усіх випадках ензим містить простетичну групу у вигляді біотину, ковалентно зв’язаного амідним зв’язком з -аміногрупою залишку Lys у складі одного з трьох поліпептидів чи доменів молекули ензиму. Ацетил-CoA-карбоксилазна реакція протікає у два етапи і дуже подібна до інших біотин-залежних реакцій карбоксилювання, таких як піруваткарбоксилазна ( див. рис. 16-16) і пропіоніл-CoA-карбоксилазна ( див. рис. 17-11). Спочатку відбувається АТР-залежне перенесення на біотин карбоксильної групи, донором якої слугує бікарбонат ( НСО₃^-). Біотинілова група виконує роль тимчасового переносника СО₂, на другому етапі вона переносить СО₂ на ацетил-CoA з утворенням малоніл-CoA.