В. Реакции, катализируемые синтетазой вжк

Биосинтез жирных кислот – циклическое повторение отдельных ферментативных реакций на мультиферментном комплексе, образованном шестью ферментами и ацилпереносящим белком (АПБ), который тоже является ферментом, находящимся в центре. Поэтому часто принимают мультиферментный комплекс (синтетазу высших жирных кислот), состоящий из семи ферментов.

Синтетаза высших жирных кислот (синтаза высших жирных кислот) - полифункциональный комплекс у высокоорганизо­ванных форм имеет молекулярную массу 400 000-560 000 Да. Син­таза высших жирных кислот позвоночных состоит из двух иден­тичных полипептидных цепей, то есть представляет собой димер. Каж­дая из цепей (мономеров) длиной около 2300 аминокислотных остатков образует в третичной структуре три домена и в их соста­ве 7 субдоменов, одним из которых является ацилпереносящий белок (АПБ), а шести остальным присуща определенная фермен­тативная функция (рис.13).

В каждый из двух мономеров в составе соответствующих доменов входят следующие ферменты (субдомены):

1) β-кетоацилсинтаза (конденсирующий фермент);

2) трансацилаза (сочетает две активности: ацилтрансферазы и малонил- трансферазы);

3) β-кетоацилредуктаза;

4) β-оксиацилдегидратаза;

5) еноилредуктаза;

6) тиоэстераза (принимает участие только на заключительной стадии синтеза пальмитиновой кислоты).

Ацилпереносящий белок (АПБ) служит «якорем», к SH-группе кото­рого в ходе удлинения цепи жирной кислоты прикрепляются ацильные промежуточные продукты.

Рис.13. Синтетаза ВЖК

Примечание: Комплекс — димер из двух идентичных полипептидных цепей, каждый из которых имеет 7 активных центров и ацилпереносящий белок (АПБ). SH-группы протомеров принадлежат различным радикалам. Одна SH-группа принадлежит цистеину, другая — остатку фосфопантетеиновой кислоты. SH-группа цистеина одного мономера расположена рядом с SH-группой 4-фосфопантетеината другого протомера. Таким обра­зом, протомеры фермента расположены «голова к хвосту». Хотя каждый мономер содержит все каталитические центры, функ­ционально активен комплекс из 2 протомеров. Поэтому реально синтезируются одновременно 2 жирных кислоты. Для упроще­ния в схемах обычно изображают последовательность реакций при синтезе одной молекулы кислоты.

Специфи­ческая SH-группа тиоламина АПБ входит в состав 4^/-фосфопантотеновой простетической группы, включающей витамин В₃, то есть АПБ снабжен своеобразной вращающей «ручкой», торчащей наружу из центральной части комплекса. Она перемещает промежуточные соединения от одного фермента к другому (рис.14).

4^/-Фосфопантотеин

Пантотеновая кислота

Рис.14. Строение «ручки» (простетической группы) АПБ

Каждый из двух мономеров синтетазы хотя и включает все семь субдоменов, участвующих в биосинтезе жирных кислот, однако не является функциональной единицей синтазы. В состав функци­ональной единицы синтазы входят субдомены обоих мономеров: два одного и пять другого, что показано пунктиром на рис.13.

Синтез на мультиферментном комплексе начинается с переноса ацетильной группы CH₃CO~SKoA и малонильной группы HOOC-CH₂CO ~ SKoA на сульфгидрильную группу АПБ:

1. Перенос ацильного остатка из CH₃CO ~ SKoA на HS-группу β-кетоацил-синтазы (Е_конд) на первом (одном из двух) мономере катализируется ферментом ацетил-КоА-трансферазой (трансацилазы):

CH₃CO ~ SKoA + HSАПБ → CH₃CO ~ SАПБ + HS~KoA

2. На следующей стадии «ручка» АПБ второго мономера при­нимает на себя малонил из малонил-КоА под действием фермента малонил-КоА-трансферазы (трансацилазы):

HOOC-CH₂CO ~ SKoA + HS~АПБ → HOOC-CН₂-CO ~ SАПБ + HS~KoA

3. Третья стадия является стадией конденсации. Ацетильный и малонильный остатки, связанные каждый с АПБ, взаимодействуют между собой (конденсируются) с выделением углекислого газа и образованием ацетоацетил-SАПБ (β-кетобутирил-SАПБ). Реакция катализируется

β-кетоацил-АПБ-синтетазой. Реакция конденсации является высоко экзергоничной реакцией:

CH₃CO~SAПБ + HOOC-CH₂CO~SAПБ → CO₂ + CH₃COCH₂CO~SAПБ + HS~AПБ β-кетобутирил-SАПБ

Ацетил-Е_конд и малонил-АПБ на первом мономере реагируют друг с другом таким образом, что ацетильная группа ацетил-Е_конд доставляет 3-й и 4-й атомы углерода для ацетоацетильной группы β-кетобутирил-АПБ. В результате этой реакции из свободной кар­боксильной группы малонил-АПБ высвобождается СО₂.

Образу­ющаяся молекула СО₂ содержит тот же атом углерода, который включился в малонил-АПБ в процессе ацетил-КоА-карбоксилазной реакции. Оксид углерода (IV) в синтезе высших жирных кислот играет роль катализатора, поскольку он удаляется сразу же после того, как встраивается каждая следующая двууглеродная единица. Декарбоксилирование малонила позволяет реакции пройти до кон­ца и является движущей силой биосинтеза жирных кислот.

4. На четвертой стадии β-кетобутирил-АПБ восстанавливается. Фермент β-кетоацил-АПБ-редуктаза, коферментом которого является восстановленный НАДФН+Н⁺, превращает β-кетобутирил-АПБ в β-гидроксибутирил-АПБ (β-оксибутирил-АПБ):

β-кетобутирил-АПБ β-гидроксибутирил-АПБ

5. На пятой стадии образующийся β-оксибутирил-АПБ дегид­ратируется на втором мономере. Дегидратация приводит к образованию ненасыщенного кротонил-АПБ (еноил-АПБ) при участии фермента β-гидроксиацил-АПБ-дегидратаза:

C H₃CH-CH₂-CO~S-АПБ → СH₃CH=CHCO~S-АПБ + H₂O.

OH

β-гидроксибутирил-АПБ кротонил-АПБ

6. На шестой стадии происходит восстановление ненасыщенного кротонил-АПБ до бутирил-АПБ, которое катализируется ферментом еноил-АПБ-редуктазой, коферментом которого является НАДФН+Н⁺:

CH₃CH=CH-CO~S-АПБ + НАДФН+Н^{+ →} НАДФ⁺ + CH₃CH₂CH₂CO ~S-АПБ.