Тема 3. «биосинтез жирных кислот, триацилглицеролов и фосфолипидов. Метаболизм и транспорт холестерола в организме».
Практическая значимость темы. Нормальное протекание процессов липидного обмена сопровождается одновременно протекающими процессами синтеза и распада липидов в организме. Эти процессы характеризуют биологическое динамически устойчивое состояние. В организме взрослого человека количество липидов остаётся практически неизменным в течение длительных промежутков времени. Нарушение соотношения между процессами образования и мобилизации липидов может приводить к развитию таких заболеваний, как ожирение, жировая дистрофия печени, атеросклероз, желчно-каменная болезнь.
Цель изучения темы: Сформировать представления о путях биосинтеза важнейших липидных компонентов тканей, о биологической роли синтезируемых липидов и взаимосвязи процессов липосинтеза с обменом углеводов и белков. Закрепить полученные знания в ходе выполнения упражнений и решения ситуационных задач.
Исходный уровень знаний.
Строение жирных кислот, фосфолипидов, стеридов, нуклеотидов.
Коферментные функции витаминов (фолиевая кислота, В12).
Гидрофильные и гидрофобные свойства биологических макромолекул.
Механизмы регуляции каталитической активности ферментов.
Механизмы транспорта веществ через мембраны.
Метаболизм: фазы и стадии.
Реакции окисления-восстановления, переноса функциональных групп и реакции с участием макроэргических соединений в биологических системах.
3.1. Синтез высших жирных кислот.
3.1.1. Высшие жирные кислоты могут быть синтезированы в организме из метаболитов углеводного обмена. Исходным соединением для этого биосинтеза является ацетил-КоА, образующийся в митохондриях из пирувата – продукта гликолитического распада глюкозы. Место синтеза жирных кислот – цитоплазма клеток, где имеется мультиферментный комплекс синтетаза высших жирных кислот. Этот комплекс состоит из шести ферментов, связанных с ацилпереносящим белком, который содержит две свободные SH-группы (АПБ-SH). Синтез происходит путём полимеризации двууглеродных фрагментов, конечным продуктом его является пальмитиновая кислота – насыщенная жирная кислота, содержащая 16 атомов углерода. Обязательными компонентами, участвующими в синтезе, являются НАДФН (кофермент, образующийся в реакциях пентозофосфатного пути окисления углеводов) и АТФ.
3.1.2. Ацетил-КоА поступает из митохондрий в цитоплазму при помощи цитратного механизма (рисунок 3.1). В митохондриях ацетил-КоА взаимодействует с оксалоацетатом (фермент – цитратсинтаза), образующийся цитрат переносится через митохондриальную мембрану при помощи специальной транспортной системы. В цитоплазме цитрат реагирует с HS-КоА и АТФ, вновь распадаясь на ацетил-КоА и оксалоацетат (фермент – цитратлиаза).
Рисунок 3.1. Перенос ацетильных групп из митохондрий в цитоплазму.
3.1.3. Начальной реакцией синтеза жирных кислот является карбоксилирование ацетил-КоА с образованием малонил-КоА (рисунок 3.2). Фермент ацетил-КоА-карбоксилаза активируется цитратом и ингибируется КоА-производными высших жирных кислот.
Рисунок 3.2. Реакция карбоксилирования ацетил-КоА.
Затем ацетил-КоА и малонил-КоА взаимодействуют с SH-группами ацилпереносящего белка (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3. Взаимодействие ацетил-КоА и малонил-КоА с ацилпереносящим белком.
Далее происходит их конденсация, декарбоксилирование и восстановление образовавшегося продукта (рисунок 3.4).
Рисунок 3.4. Реакции одного цикла биосинтеза жирных кислот.
Продукт реакции взаимодействует с новой молекулой малонил-КоА и цикл многократно повторяется вплоть до образования остатка пальмитиновой кислоты.
3.1.4. Запомните основные особенности биосинтеза жирных кислот по сравнению с β-окислением:
синтез жирных кислот в основном осуществляется в цитоплазме клетки, а окисление – в митохондриях;
участие в процессе связывания СО2 с ацетил-КоА;
в синтезе жирных кислот принимает участие ацилпереносящий белок, а в окислении – коэнзим А;
для биосинтеза жирных кислот необходимы окислительно-восстановительные коферменты НАДФН, а для β-окисления – НАД+ и ФАД.