Методичка по биохимии. 1 курс - 3 модуль
.pdf
Суммарное уравнение синтеза пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА и малонил-
КоА имеет следующий вид:
Ацетил-КоА +7Малонил-КоА + 14(НАДФН+Н+) -> С15Н31СООН + 7СО2 + 8НS - КоА + 14НАДФ+ + 7Н2О
Процесс биосинтеза жирных кислот является энергозависимым, поскольку использует АТФ для процессов карбоксилирования ацетил-СоА (при синтезе малонил-
СоА) и транспорта ацетил-СоА из митохондрии (в цитратлиазной и пируваткарбоксилазной реакциях), и 2 НАДФН в восстановительных реакциях.
Представление о синтезе удлиненных и ненасыщенных ВЖК
Жирные кислоты, радикал которых содержит более 16 атомов углерода,
синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме аналогично тому, как это происходит на пальмитоилсинтазе: путем достраивания пальмитоила с помощью малонил-КоА, доноров -
НАДФН + H+. Но каждую стадию процесса катализируют отдельные ферменты, а не комплекс. Первоначальным продуктом элонгации пальмитиновой кислоты является стеариновая кислота (С18:0), радикал которой в дальнейшем может увеличиваться до 24-26
углеродных атомов, что наиболее активно протекает в клетках мозга.
Пальмитат и стеарат могут быть с предшественниками двух наиболее распространенных мононенасыщенных (моноеновых) жирных кислот: пальмитолеата, (16:
1, 9), и олеата (18: 1, 9), которые содержат одинарную цис-двойную связь между C-9 и
C-10. Двойная |
связь вводится в цепь кислоты реакцией окисления кислородом, |
|
катализируемой |
оксидазой со смешанной функцией, встроенной в мембрану ЭР. |
В ее |
состав входят: ацил-КоА-9-десатураза, цитохром b5 и NADH-цитохром b5 редуктаза. |
|
|
Образование полиеновых кислот в организме человека не происходит (арахидоновая кислота синтезируется незначительно микрофлорой кисшечника). Комплекс полиеновых высших жирных кислот, в состав которого входят линолевая и линоленовая кислоты,
называют «витамин F».
Регуляция биосинтеза ВЖК
Когда в клетке достаточно метаболического топлива для удовлетворения своих энергетических потребностей, то его избыток превращается в жирные кислоты и хранится
в виде триацилглицеролов.
Реакция, катализируемая ацетил-КоА-карбоксилазой, является стадией,
ограничивающей скорость биосинтеза жирных кислот.
Цитрат играет центральную роль в переключении клеточного метаболизма от потребления (окисления) метаболического топлива к хранению топлива в виде жирных кислот. Когда концентрации митохондриального ацетил-КоА и АТФ увеличиваются,
цитрат транспортируется из митохондрий; затем он становится и предшественником цитозольного ацетил-КоА и аллостерического сигнала для активации ацетил-КоА-
карбоксилазы. В то же время цитрат ингибирует активность фосфофруктокиназы-1, снижая
скорость гликолиза.
Накапливаемый пальмитоил-КоА, (продукт синтеза жирных кислот) ингибирует
ацетил-КоА-карбоксилазу по принципу отрицательной обратной связи.
Ацетил-КоА-карбоксилаза также регулируется ковалентной модификацией.
Фосфорилирование, запускаемое гормонами глюкагоном и адреналином, инактивирует фермент и снижает его чувствительность к активации цитратой, тем самым замедляя синтез жирных кислот. В своей активной (дефосфорилированной) форме ацетил-КоА-
карбоксилаза полимеризуется в длинные нити; фосфорилирование сопровождается диссоциацией на мономерные субъединицы и потерей активности ацетил-КоА-
карбоксилазы. |
|
При длительном потреблении пищи |
с высоким содержанием углеводов повышается |
уровень инсулина, который индуцирует |
синтез АсКоАкарбоксилазы, ВЖК-синтазы, что |
увеличивает и синтез жирных кислот. Низкокалорийная или низкоуглеводная диета с высоким содержанием жиров имеет противоположный эффект.
II -й ресинтез липидов: субстраты, ферменты, последовательность реакций.
Жирные кислоты, синтезированные или поступившие при гидролизе липидов в составе липопротеинов, могут включаться в состав ТАГ или фосфолипидов. Во время роста активируется синтез фосфолипидов, при обильном употреблении пищи – клетка большую часть ВЖК превращает в липиды для хранения. Запасание жиров в жировой ткани -
основная форма депонирования источников энергии в организме человека.
Триацилглицеролы и глицерофосфолипиды синтезируются из одних и тех же предшественников.
Характеристика синтеза ТАГ:
Период активации |
абсорбтивный, при при избыточном поступлении в |
|
организм углеводов |
|
|
Локализация: |
цитозоль клеток: печени, жировой ткани, лактирующей |
|
молочной железы |
|
|
Субстраты |
• глицерол в виде глицерол-3-фосфата и |
для синтеза ТАГ |
• активные формы жирных кислот - ацил-КоА |
|
|
|
|
Основными источниками ВЖК в жировой ткани являются:
• |
хиломикроны, |
доставляющие |
|
экзогенные жиры из кишечника |
|
• |
ЛОНП, |
транспортирующие |
|
эндогенные жиры, синтезированные |
|
|
в печени из глюкозы |
|
• |
Ацетил-КоА, образовавшийся при |
|
|
распаде глюкозы. |
|
Скорость освобождения ВЖК из состава липопротеинов зависит от количества и активности липопротеинлипазы (ЛПЛ), которая выходит из адипоцита и фиксируется на поверхности стенки капилляра с помощью гепарансульфата.
Глицерофосфат образуется:
•восстановлением дигидроксиацетонфосфата (метаболита гликолиза) – в печени и жировой ткани;
•из глицерола – только в печени, а в жировой ткани из-за отсутствия глицеролкиназы глицерин не используется.
Триацилглицеролы образуются путем замещения водорода в ОН-группах глицерол-
3-фосфата на ацильные остатки с участием фермента ацилтрансферазы. Насыщенный ацильный остаток занимает положение при первом углероде, ненасыщенные (реже -
насыщенный) -при втором. Образовавшаяся фосфатидная кислота далее дефосфорилируется до диацилглицерина, который затем вновь ацилируется уже третьей молекулой ацил-СоА с образованием триацилглицеринов (рис. 3-8).
Рис.3-8. Синтез фосфатидной кислоты и ТАГ
|
Синтез фосфолипидов |
|
Локализация |
эндоплазматическая сеть клеток |
многих тканей, особенно: |
|
печени, кишечника, семенников, |
молоч-ной железы |
Период |
быстрого роста, когда для производства новых мембран |
|
требуются фосфолипиды. |
|
|
Субстраты |
- глицеролфосфат, ацил-СоА, из которых синтезируется |
|
общий предшественник – диацилглицерол, |
|
- полярные соединения (полярная «головка»): этаноламин, |
|
фосфатидилхолин, серин, инозит |
|
- ЦТФ (цитидинтрифосфат) |
В зависимости от вида используемых ВЖК, образующаяся фосфатидная кислота
направляется на синтез: |
|
• ТАГ, если в ее состав сходят |
кислоты: пальмитиновая, стеариновая, |
пальмитоолеиновая, олеиновая кислоты,
• Фосфолипидов - при наличии в ее составе полиненасыщенных жирных кислот.
Первые стадии синтеза глицерофосфолипидов и ТАГ, до образования фосфатидной кислоты, протекают одинаково (3-8).
Возможны два пути синтеза глицерофосфолипидов – через активацию:
-полярного фосфорилированного соединения или
-фосфатидной кислоты.
Фосфолипиды синтезируются из фосфатидной кислоты или ДАГ двумя путями,
включающими стадию активации, на которой используется нуклеотид -
цитидинтрифосфат (ЦTФ). В одном пути активируется фосфорилированная полярная молекула (в синтезе фосфатидилэтаноламина, фосфатидилъолина), в другом - липидная часть молекулы фосфатидной кислоты (в синтезе фосфатидилинозитола, кардиолипина).
Путь через активацию полярного соединения
Фосфолипиды: фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин,
синтезируются из соответствующих полярных соединений (R-OH) в несколько этапов:
- первоначально протекает реакция фосфорилирования полярного соединения
(холина и этаноламина) при участии АТФ и соответствующей киназы:
ROH (холин, этаноламин) + АТФ -киназа-> Н3РО4 + ROФ
АТФ |
АДФ |
(СН ) N -CH -CH -OH |
|
(СН ) |
N -CH -CH -OРО |
|
|||||
3 3 |
+ |
2 |
2 |
|
|
+ |
|
|
2- |
|
киназа |
3 3 |
|
2 |
2 |
3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- на следующем этапе – этапе активации от цитидинтрифосфата (ЦТФ) переносится остаток ЦДФ на фосфорилированное полярное соединение ферментом цитидилитрансфераза (пирофосфорилаза):
ROФ + ЦТФ - цитидилТФ-> Н4Р2О7 + ЦДФ-R (цитидилдил-R),
|
|
|
|
|
|
|
цитидилилТФ |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
-CH |
-CH |
-OРО |
|
2- |
+ЦТФ |
|
|
+ |
-CH -CH |
-Ф-Ф-цитозин +ФФ |
|
(СН ) N |
3 |
|
(СН ) N |
||||||||||
3 |
3 |
2 |
2 |
|
|
|
3 |
3 |
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЦДФ-холин |
|
||
- далее вступает в реакцию ДАГ, |
на который |
переносится |
|
фосфорилированное |
|||||||||
полярное соединение (Ф-О-R) от |
ЦДФ-R |
с образованием соответствующего |
|||||||||||
фосфолипида :
ДАГ ЦМФ
(СН3)3N+-CH2-CH2-Ф-Ф-цитозин
Фосфатидилхолин
Общая схема синтеза:
Киназа
Цитидилилтрансфераза
Трансфераза
Взаимопревращения глицерофосфолипидов
Фосфатидилхолин может образовываться и другим путём: из фосфатидилэтаноламина,
получая последовательно 3 метильные группы от SAM. Этот путь может быть блокировании или ограничен при недостатке метионина. Преобладание того или иного пути образования фосфатидилхолина зависит от наличия в клетке холина. Если содержание его ограничено, то ведущее место занимает синтез ФХ из ФЭА через использование S-
аденозилметионина. Если холина в клетке достаточно много, то на первый план выступает образование ФХ из ЦДФ-холина из ДАГ. Фосфатидилсерин может превращаться в фосфатидилэтаноламин путём декарбоксилирования, а обратная реакция протекает путём обмена этаноламина на серин.
ЦДФ-этаноламин |
ДАГ |
ЦМФ |
|
|
3SАМ |
этаноламин |
|
Фосфатидилэтаноламин Серин Этаноламин
Серин
ЦДФ-холин ЦМФ
холин
Фосфатидилхолин
Рис.3-9. Взаимопревращения глицерофосфолипидов.
Путь через активацию фосфатидной кислоты, приводит к образованию
кардиолипина, фосфатидилинозитола:
Фосфатидная кислота |
||
ЦТФ |
|
ЦитидилилТФ |
|
|
|
ФФ |
|
|
ЦДФ-диацилглицерол |
||
Фосфатидилглицерол |
|
инозитол |
ЦМФ |
ТФ |
ЦМФ |
|
||
Кардиолипин |
|
Фосфатидилинозитол |
|
|
|
(дифосфатидилглицерол) |
|
|
Фосфатидилглицерол
Дифосфатидилглицерол (кардиолипин)
Инозитол
Киназа
Фосфатидилинозитол
дифосфат
Фосфатидилинозитол далее может фосфорилироваться с образованием фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата, располагающегося в наружной мембране клеток и участвующего в передаче гормональных сигналов внутрь клетки. Кардиолипин находится,
главным образом, во внутренней мембране митохондрий и в небольшом количестве в сурфактанте лёгких.
Фосфолипиды перемещаются к местам их назначения внутри клетки в виде транспортных везикул или с помощью специальных белков.
Регуляция биосинтеза фосфолипидов
Регуляция синтеза фосфолипидов осуществляется аллостерически – уровнем субстратов: при их накоплении ферменты синтеза (цитидилилТФ, фосфохолин- и
фосфоэтаноламинТФ) активируются, а при недостатке – активность ферментов снижается.
Все вещества, способствующие синтезу ФЛ и препятствующие синтезу ТАГ, называются липотропными факторами. К ним относятся:
•структурные компоненты фосфолипидов: инозитол, серин, холин, этаноламин,
полиненасыщенные жирные кислоты.
•метионин - донор метильных групп для синтеза холина и фосфатидилхолина;
•витамины: В6, В12 и фолиевая кислота, участвующие в образовании активной формы метионина.
Синтез сфингомиелина
Промежуточным срединением в биосинтезе сфингомиелина является церамид (N-
ацилсфингозин), который образуется при взаимодействии сфингозина с ацил-КоА. Далее церамид взаимодействует с ЦДФ-холином и синтезируется сфингомиелин:
Сурфактант
Сурфактант - внеклеточный липидный слой, выстилающий поверхность лёгочных альвеол, уменьшает поверхностное натяжение жидкости, выстилающей поверхность альвеол, и предотвращает слипание стенок альвеол во время выдоха.
В отсутствие сурфактанта или при его недостаточном образовании (у недоношенных детей) стенки альвеол во время выдоха спадают, поэтому требуется большее давление воздуха (примерно в 10 раз), чтобы вновь наполнить альвеолы воздухом.
Основной компонент сурфактанта -
дипальмитоилфосфатидилхолин,
составляющий до 80% от всех фосфолипидов,
входящих в состав сурфактата
Другими компонентами сурфактанта являются гидрофобные белки, общее
количество которых не превышает 10-20%.
Рис.3-10 Влияние сурфактанта на функцию альвеол.
Синтез дипальмитоилфосфатидилхолина (лецитина) в пневмоцитах II типа происходит в процессе эмбрионального развития и резко увеличивается в период от 32 до
36 нед беременности. Недостаточное формирование сурфактанта у недоношенных детей после рождения приводит к развитию респираторного дистресс-синдрома - основной причины смерти у этой группы новорождённых.
Транспорт эндогенных липидов и метаболизм ЛПОНП
Жиры, синтезированные в печени, в виде липопротеинов очень низкой плотности незрелых (ЛОНПнезр) секретируются в кровь, где получают от ЛПВП апобелки: белки АпоСII и АпоЕ и становятся зрелыми, т.е. способными взаимодействовать с ЛП-липазой,
которая гидролизует ТАГ в составе ЛПОНП до ВЖК и глицерола. Частицы, теряя жиры,
уменьшаются в размере, но возрастают по плотности и превращаются сначала в ЛППП, а
затем в ЛПНП (рис. 3-9).