IIэтап. Глицерол-3-фосфат образуется в результате восстановления фосфодиоксиацетона – промежуточного продукта гликолиза:

Кроме того, глицеро-3-фосфат может образоваться в ходе темновой фазы фотосинтеза.

2.4Взаимосвязь липидов и углеводов

2.4.1Синтез жиров из углеводов

ПВК

Синтез высших

жирных Ацетил-КоА кислот

IV этап

Рисунок 12 – Схема превращения углеводов в липиды

2.4.1.1 Синтез жирных кислот

Строительным блоком для синтеза жирных кислот в цитозоле клетки служит ацетил-КоА, который образуется двумя путями: либо в результате окислительного декарбоксилирования пирувата. (см. рис. 12, Этап III), либо в результате β-окисления жирных кислот (см. рис. 5). Напомним, что превращения образовав-

шегося при гликолизе пирувата в ацетил-КоА и его образование при β-окислении жирных кислот происходит в митохондриях. Синтез жирных кислот протекает в цитоплазме. Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетил-КоА. Его поступление в цитоплазму осуществляется по типу облегченной диффузии в виде цитрата или ацетилкарнитина, которые в цитоплазме превращаются в аце- тил-КоА, оксалоацетат или карнитин. Однако главный путь переноса ацетил-коА из митохондрии в цитозоль является цитратный (см. рис. 13).

33

Вначале внутримитохондриальный ацетил-КоА взаимодействует с оксалоацетатом, в результате чего образуется цитрат. Реакция катализируется ферментом цитрат-синтазой. Образовавшийся цитрат переносится через мембрану митохондрий в цитозоль при помощи специальной трикарбоксилаттранспортирующей системы.

В цитозоле цитрат реагирует с HS-КоА и АТФ, вновь распадается на аце- тил-КоА и оксалоацетат. Эта реакция катализируется АТФ-цитратлиазой. Уже в цитозоле оксалоацетат при участии цитозольной дикарбоксилаттранспортирующей системы возвращается в митохондриальный матрикс, где окисляется до оксалоацетата, завершая тем самым так называемый челночный цикл:

мембрана

Рисунок 13 – Схема переноса ацетил-КоА из митохондрий в цитозоль

Биосинтез насыщенных жирных кислот происходит в направлении, противоположном их β-окислению, наращивание углеводородных цепей жирных кислот осуществляется за счет последовательного присоединения к их концам двухуглеродного фрагмента (С2) – ацетил-КоА (см. рис. 12, этап IV.).

Первой реакцией биосинтеза жирных кислот является карбоксилирование ацетил-КоА, для чего требуется СО2, АТФ, ионы Mn. Катализирует эту реакцию фермент ацетил-КоА – карбоксилаза. Фермент содержит в качестве простетической группы биотин (витамин Н). Реакция протекает в два этапа: 1 – карбоксилирование биотина с участием АТФ и II – перенос карбоксильной группы на ацетилКоА, в результате чего образуется малонил-КоА:

34

СООН

малонил-КоА

Малонил-КоА представляет собой первый специфический продукт биосинтеза жирных кислот. В присутствии соответствующей ферментной системы мало- нил-КоА быстро превращается в жирные кислоты.

Нужно отметить, что скорость биосинтеза жирных кислот определяется содержанием сахаров в клетке. Увеличение концентрации глюкозы в жировой ткани человека, животных и повышение скорости гликолиза стимулирует процесс синтеза жирных кислот. Это свидетельствует о том, что жировой и углеводный обмен тесно взаимосвязаны друг с другом. Важную роль здесь играет именно реакция карбоксилирования ацетил-КоА с его превращением в малонил-КоА, катализируемая ацетил-КоА-карбоксилазой. Активность последней зависит от двух факторов: наличия в цитоплазме высокомолекулярных жирных кислот и цитрата.

Накопление жирных кислот оказывает тормозящее влияние на их биосинтез, т.е. подавляют активность карбоксилазы.

Особая роль отводится цитрату, который является активатором ацетил-КоА- карбоксилазы. Цитрат в то же время играет роль связующего звена углеводного и жирового обменов. В цитоплазме цитрат вызывает двойной эффект в стимулировании синтеза жирных кислот: во-первых, как активатор ацетил-КоА-карбоксила- зы и, во-вторых, как источник ацетильных групп.

Очень важной особенностью синтеза жирных кислот является то, что все промежуточные продукты синтеза ковалентно связаны с ацилпереносящим белком (HS-АПБ).

HS-АПБ – низкомолекулярный белок, который термостабилен, содержит активную HS-группу и в простетической группе которого содержится пантотеновая кислота (витамин В3). Функция HS-АПБ аналогична функции фермента А (HSКоА) при β-окислении жирных кислот.

В процессе построения цепи жирных кислот промежуточные продукты образуют эфирные связи с АБП (см. рис. 14):

35

Цикл удлинения цепи жирных кислот включает четыре реакции: 1) конденсации ацетил-АПБ (С2) с малонил-АПБ (С3); 2) восстановления; 3) дегидротации и 4) второго восстановления жирных кислот. На рис. 14 представлена схема синтеза жирных кислот. Один цикл удлинения цепи жирной кислоты включает четыре последовательных реакции.

Рисунок 14 – Схема синтеза жирных кислот

В первой реакции (1) – реакции конденсации – ацетильная и малонильные группы взаимодействуют между собой с образованием ацетоацетил-АБП с одновременным выделением СО2 (С1). Эту реакцию катализирует конденсирующий фермент β-кетоацил-АБП-синтетаза. Отщепленный от малонил-АПБ СО2 – это тот же самый СО2, который принимал участие в реакции карбоксилирования аце- тил-АПБ. Таким образом, в результате реакции конденсации происходит образование из двух-(С2) и трехуглеродных (С3) компонентов четырехуглеродного соединения (С4).

Во второй реакции (2) – реакции восстановления, катализируемой β-кето-

ацил-АПБ-редуктазой, ацетоацетил-АПБ превращается в β-гидроксибутирил-А- ПБ. Восстанавливающим агентом служит НАДФН + Н+.

36

В третьей реакции (3) цикла-дегидратации – от β-гидроксибутирил-АПБ отщепляется молекула воды с образованием кротонил-АПБ. Реакция катлизируется β-гидроксиацил-АПБ-дегидратазой.

Четвертой (конечный) реакцией (4) цикла является восстановление крото- нила-АПБ в бутирил-АПБ. Реакция идет под действием еноил-АПБ-редуктазы. Роль восстановителя здесь выполняет вторая молекула НАДФН + Н+.

Далее цикл реакций повторяется. Допустим, что идет синтез пальмитиновой кислоты (С16). В этом случае образование бутирил-АПБ завершается лишь первый из 7 циклов, в каждом из которых началом является присоединение молекулы мо- лонил-АПБ (3) – реакция (5) к карбоксильному концу растущей цепи жирной кислоты. При этом отщепляется карбоксильная группа в виде СО2 (С1). Этот процесс можно представить в следующем виде:

С3 + С2 → С4 + С1 – 1цикл С4 + С3 → С6 + С1 – 2 цикл С6 + С3 → С8 + С1 –3 цикл С8 + С3 → С10 + С1 – 4 цикл С10+ С3 → С12 + С1 – 5 цикл С12 + С3 → С14 + С1 – 6 цикл С14 + С3 → С16 + С1 – 7 цикл

Могут синтезироваться не только высшие насыщенные жирные кислоты, но и ненасыщенные. Мононенасыщенные жирные кислоты образуются из насыщенных в результате окисления (десатурации), катализуруемой ацил-КоА-оксигена- зой. В отличие от растительных тканей ткани животных обладают весьма ограниченной способностью превращать насыщенные жирные кислоты в ненасыщенные. Установлено, что две наиболее распространенные мононенасыщенные жирные кислоты – пальмитоолеиновая и олеиновая – синтезируются из пальмитиновой и стеариновой кислот. В организме млекопитающих, в том числе и человека, не могут образовываться, например, из стеариновой кислоты (С18:0) линолевая (С18:2) и линоленовая (С18:3) кислоты. Эти кислоты относятся к категории незаменимых жирных кислот. К незаменимым жирным кислотам относят также арахино-

вую кислоту (С20:4).

Наряду с десатурацией жирных кислот (образование двойных связей) происходит и их удлинение (элонгации). Причем, оба эти процесса могут сочетаться и повторяться. Удлинение цепи жирной кислоты происходит путем последовательного присоединения к соответствующему ацил-КоА двууглеродных фрагментов при участии малонил-КоА и НАДФН+Н+.

На рисунке 15 представлены пути превращения пальмитиновой кислоты в реакциях десатурации и элонгации.

37

SКоА

пальмитоолеил-КоА

Рисунок 15 – Схема превращения насыщенных жирных кислот в ненасыщенные

Завершается синтез любой жирной кислоты отщеплением HS-АПБ от ацилАПБ под влиянием фермента деацилазы. Например:

OH

пальмитиновая

кислота

Далее жирная кислота подвергается активации.

38