التخليق الحيوي للأحماض الدهنية العالية. مسار تخليق الأحماض الدهنية أطول من تأكسدها
نقل بقايا الأسيتيل من الميتوكوندريا إلى العصارة الخلوية.الانزيمات النشطة: 1 - سينثاس السترات. 2 - ترجمة ؛ 3 - سترات لياز. 4 - نازعة هيدروجين مالات. 5- إنزيم مالك.
أرز. 8-36. دور البيوتين في تفاعل الكربوكسيل لأسيتيل CoA.
أرز. 8-37.هيكل المركب متعدد الإنزيمات - التوليفات أحماض دهنية. المركب عبارة عن ثنائى من سلسلتين متطابقتين من عديد الببتيد ، يحتوي كل منهما على 7 مواقع نشطة وبروتين يحمل الأسيل (ACP). تنتمي مجموعات SH الخاصة بالبروتومرات إلى متطرفين مختلفين. تنتمي مجموعة SH إلى السيستين ، والأخرى تنتمي إلى بقايا حمض الفوسفوبانتيثيك. تقع مجموعة السيستين SH لمونومر واحد بجوار مجموعة SH 4-phosphopantetheinate من بروتومر آخر. وهكذا ، يتم ترتيب بروتومرات الإنزيم وجهاً لوجه. على الرغم من أن كل مونومر يحتوي على جميع المواقع المحفزة ، إلا أن مركبًا مكونًا من بروتومرين نشط وظيفيًا. لذلك ، يتم تصنيع 2 من الأحماض الدهنية في وقت واحد. من أجل التبسيط ، تصور المخططات عادةً تسلسل التفاعلات في تخليق جزيء حمض واحد.
تخليق حمض البالمتيك.سينثيز الأحماض الدهنية: في أول بروتومر ، تنتمي مجموعة SH إلى السيستين ، في الثانية ، إلى الفوسفوبانثين. بعد نهاية الدورة الأولى ، يتم نقل جذر البوتريل إلى مجموعة SH من أول بروتومر. ثم يتكرر نفس تسلسل التفاعلات كما في الدورة الأولى. Palmitoyl-E عبارة عن بقايا حمض بالميتيك مرتبطة بتركيب الأحماض الدهنية. في الأحماض الدهنية المُصنَّعة ، فقط 2 ذرة كربون قاصية ، تحمل علامة * ، تأتي من أسيتيل CoA ، والباقي من malonyl-CoA.
أرز. 8-42.استطالة حمض البالمتيك في ER.يتم إطالة جذر حمض البالمتيك بواسطة ذرتين من الكربون ، والجهة المانحة لها هي malonyl-CoA.
2. تنظيم تخليق الأحماض الدهنية
الإنزيم التنظيمي لتخليق الأحماض الدهنية هو acetyl-CoA carboxylase. يتم تنظيم هذا الإنزيم بعدة طرق.
رابطة / تفكك مجمعات الوحدة الفرعية الإنزيمية.في شكله غير النشط ، يعتبر acetyl-CoA carboxylase مركبًا منفصلاً ، يتكون كل منها من 4 وحدات فرعية. منشط إنزيم - سترات. إنه يحفز ارتباط المجمعات ، مما يؤدي إلى زيادة نشاط الإنزيم. مثبط - palmitoyl-CoA ؛ يتسبب في تفكك المركب وانخفاض نشاط الإنزيم.
الفسفرة / نزع الفسفرة لأسيتيل CoA carboxylase.في حالة ما بعد الامتصاص أو عمل بدنيينشط الجلوكاجون أو الإبينفرين من خلال نظام إنزيم الأدينيلات بروتين كيناز أ ويحفز الفسفرة للوحدات الفرعية أسيتيل- CoA carboxylase. الإنزيم الفسفوري غير نشط ويتوقف تخليق الأحماض الدهنية. خلال فترة الامتصاص ، ينشط الأنسولين الفوسفاتيز ، ويصبح أسيتيل CoA carboxylase منزوع الفسفرة (الشكل 8-41). ثم ، تحت تأثير السترات ، تحدث بلمرة إنزيم بروتومرات ، وتصبح نشطة. بالإضافة إلى تنشيط الإنزيم ، فإن السترات لها وظيفة أخرى في تخليق الأحماض الدهنية. خلال فترة الامتصاص ، تتراكم السترات في الميتوكوندريا لخلايا الكبد ، حيث يتم نقل بقايا الأسيتيل إلى العصارة الخلوية.
تحريض تخليق الانزيم.يؤدي الاستهلاك طويل الأمد للأطعمة الغنية بالكربوهيدرات والفقيرة في الدهون إلى زيادة إفراز الأنسولين ، مما يحفز تحريض تخليق الإنزيمات: acetyl-CoA carboxylase ، سينثيز الأحماض الدهنية ، سترات لياز ، نازعة هيدروجين الأيزوسيترات. لذلك ، يؤدي الاستهلاك المفرط للكربوهيدرات إلى تسريع تحويل منتجات هدم الجلوكوز إلى دهون. يؤدي الجوع أو الطعام الغني بالدهون إلى انخفاض في تخليق الإنزيمات وبالتالي الدهون.
| " |
يحدث تخليق الدهون في الجسم بشكل رئيسي من الكربوهيدرات التي تأتي بكميات زائدة ولا تستخدم في تخليق الجليكوجين. بالإضافة إلى ذلك ، تشارك بعض الأحماض الأمينية أيضًا في تخليق الدهون. بالمقارنة مع الجليكوجين ، تمثل الدهون شكلاً أكثر إحكاما لتخزين الطاقة لأنها أقل أكسدة ورطوبة. في الوقت نفسه ، فإن كمية الطاقة المحفوظة في شكل دهون متعادلة في الخلايا الدهنية ليست محدودة بأي شكل من الأشكال ، على عكس الجليكوجين. العملية المركزية في تكوين الدهون هي تخليق الأحماض الدهنية ، لأنها جزء من جميع مجموعات الدهون تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن نتذكر أن المصدر الرئيسي للطاقة في الدهون التي يمكن تحويلها إلى طاقة كيميائية لجزيئات ATP هي عمليات التحولات المؤكسدة للأحماض الدهنية.
التخليق الحيوي للأحماض الدهنية
السليفة الهيكلية لتخليق الأحماض الدهنية هي الأسيتيل- CoA. يتكون هذا المركب في مصفوفة الميتوكوندريا بشكل رئيسي من البيروفات نتيجة تفاعله المؤكسد نزع الكربوكسيل ، وكذلك في عملية أكسدة p للأحماض الدهنية. وبالتالي ، يتم تجميع سلاسل الهيدروكربون في سياق الإضافة المتسلسلة لشظايا الكربون في شكل أسيتيل CoA ، أي يحدث التخليق الحيوي للأحماض الدهنية بنفس الطريقة ، ولكن في الاتجاه المعاكس مقارنة بالأكسدة p.
ومع ذلك ، هناك عدد من الميزات التي تميز هاتين العمليتين ، والتي أصبحت بسببها مواتية للديناميكا الحرارية ، ولا رجعة فيها وتنظم بشكل مختلف.
تجدر الإشارة إلى الرئيسي السمات المميزةابتناء الأحماض الدهنية.
- يتم توليف الأحماض المشبعة بطول سلسلة هيدروكربونية تصل إلى C 16 (حمض البالمتيك) في الخلايا حقيقية النواة في العصارة الخلوية للخلية. يحدث امتداد إضافي للسلسلة في الميتوكوندريا وجزئيًا في ER ، حيث يتم تحويل الأحماض المشبعة إلى أحماض غير مشبعة.
- الديناميكي الحراري مهم هو الكربوكسيل لأسيتيل CoA وتحويله إلى malonyl-CoA (COOH-CH 2-COOH) ، والذي يتطلب تكوينه رابطة واحدة كبيرة من جزيء ATP. من بين الجزيئات الثمانية من أسيتيل CoA المطلوبة لتخليق حمض البالمتيك ، يتم تضمين واحد فقط في التفاعل في شكل أسيتيل CoA ، والسبعة المتبقية في شكل malonyl-CoA.
- يعمل NADPH كمانح لتقليل المكافئات لتقليل مجموعة كيتو إلى مجموعة الهيدروكسي ، بينما في رد الفعل الخلفيفي عملية الأكسدة p ، يتم تقليل NADH أو FADH 2 في تفاعلات نزع الهيدروجين أسيل- CoA.
- يتم دمج الإنزيمات التي تحفز إنتاج الأحماض الدهنية في مركب واحد متعدد الإنزيمات ، يسمى "تركيب الأحماض الدهنية العالية".
- في جميع مراحل تخليق الأحماض الدهنية ، ترتبط بقايا الأسيل المنشطة ببروتين يحمل الأسيل ، وليس مع الإنزيم المساعد A ، كما هو الحال في عملية أكسدة p للأحماض الدهنية.
نقل الأسيتيل- CoA داخل الميتوكوندريا إلى السيتوبلازم. يتكون Acetyl-CoA في الخلية بشكل رئيسي في عملية تفاعلات الأكسدة داخل الميتوكوندريا. من المعروف أن غشاء الميتوكوندريا غير منفذ لأسيتيل CoA.
يُعرف نظامان للنقل يضمنان نقل أسيتيل CoA من الميتوكوندريا إلى السيتوبلازم: آلية أسيل كارنيتين الموصوفة سابقًا ، ونظام نقل السترات (الشكل 23.14).
أرز. 23.14.
في عملية النقل داخل أسيتيل CoA في الميتوكوندريا إلى السيتوبلازم بواسطة آلية النترات ، يتفاعل أولاً مع oxaloacetate ، والذي يتحول إلى سترات (أول رد فعل للدورة الثلاثية). الأحماض الكربوكسيلية، محفزًا بواسطة إنزيم سيترات سينثيز ؛ الفصل 19). يتم نقل السترات الناتجة إلى السيتوبلازم بواسطة ترانسلوكاز محدد ، حيث يتم شقها بواسطة إنزيم سيترات لياز بمشاركة أنزيم أ في أوكسالو أسيتات وأسيتيل- CoA. آلية هذا التفاعل ، إلى جانب التحلل المائي ATP ، موضحة أدناه:
نظرًا لحقيقة أن غشاء الميتوكوندريا غير منفذ للأكسالو أسيتات ، فإنه بالفعل في السيتوبلازم يتم تقليله بواسطة NADH إلى مالات ، والذي يمكن ، بمشاركة غلاف معين ، العودة إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، حيث يتأكسد إلى أكسالات الأسيتات. وهكذا ، اكتملت ما يسمى بآلية المكوك لنقل الأسيتيل عبر غشاء الميثوكوندريا. يخضع جزء من مالات السيتوبلازم لعملية dscarboxylation المؤكسدة ويتم تحويلها إلى بيروفات بمساعدة إنزيم "مالك" الخاص ، وهو أنزيم NADP +. يستخدم NADPH المخفض مع أسيتيل CoA و CO 2 في تخليق الأحماض الدهنية.
لاحظ أنه يتم نقل السترات إلى السيتوبلازم فقط عندما يكون تركيزه في مصفوفة الميتوكوندريا مرتفعًا بدرجة كافية ، على سبيل المثال ، في حالة وجود فائض من الكربوهيدرات ، عندما يتم توفير دورة حمض الكربوكسيل بواسطة acetyl-CoA.
وهكذا ، توفر آلية السترات كلاً من نقل أسيتيل CoA من الميتوكوندريا وحوالي 50 ٪ من الحاجة إلى NADPH ، والذي يستخدم في تفاعلات الاختزال لتخليق الأحماض الدهنية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تلبية الحاجة إلى NADPH أيضًا من خلال مسار فوسفات البنتوز لأكسدة الجلوكوز.
20.1.1. يمكن تصنيع الأحماض الدهنية الأعلى في الجسم من مستقلبات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات. مركب البداية لهذا التخليق الحيوي هو أسيتيل CoA، تتشكل في الميتوكوندريا من البيروفات - نتاج تحلل الجلوكوز الجلوكوز. موقع تصنيع الأحماض الدهنية هو سيتوبلازم الخلايا ، حيث يوجد مركب متعدد الإنزيمات تركيب الأحماض الدهنية العالية. يتكون هذا المركب من ستة إنزيمات مرتبطة بـ بروتين يحمل الأسيل، والتي تحتوي على مجموعتين SH مجانيتين (APB-SH). يحدث التوليف عن طريق بلمرة شظايا ثنائية الكربون ، ومنتجها النهائي هو حمض البالمتيك - وهو حمض دهني مشبع يحتوي على 16 ذرة كربون. المكونات الإلزامية المشاركة في التوليف هي NADPH (أنزيم مكون في تفاعلات مسار فوسفات البنتوز لأكسدة الكربوهيدرات) و ATP.
20.1.2. يدخل Acetyl-CoA السيتوبلازم من الميتوكوندريا عبر آلية السترات (الشكل 20.1). في الميتوكوندريا ، يتفاعل acetyl-CoA مع oxaloacetate (إنزيم - سينثاس السترات) ، يتم نقل السترات الناتجة عبر غشاء الميتوكوندريا باستخدام نظام نقل خاص. في السيتوبلازم ، تتفاعل السترات مع HS-CoA و ATP ، وتتحلل مرة أخرى إلى acetyl-CoA و oxaloacetate (إنزيم - سترات لياز).
الشكل 20.1.نقل مجموعات الأسيتيل من الميتوكوندريا إلى السيتوبلازم.
20.1.3. رد الفعل الأولي لتخليق الأحماض الدهنية هو الكربوكسيل لأسيتيل CoA مع تشكيل malonyl-CoA (الشكل 20.2). يتم تنشيط إنزيم acetyl-CoA carboxylase بواسطة السترات وتثبيطه بواسطة مشتقات CoA للأحماض الدهنية الأعلى.
الشكل 20.2.تفاعل الكربوكسيل Acetyl-CoA.
ثم يتفاعل Acetyl-CoA و malonyl-CoA مع مجموعات SH من البروتين الحامل للأسيل (الشكل 20.3).
الشكل 20.3.تفاعل أسيتيل CoA و malonyl-CoA مع بروتين يحمل الأسيل.
الشكل 20.4.تفاعلات دورة واحدة من التخليق الحيوي للأحماض الدهنية.
يتفاعل منتج التفاعل مع جزيء جديد من malonyl-CoA وتتكرر الدورة عدة مرات حتى يتم تكوين بقايا حمض البالمتيك.
20.1.4. تذكر السمات الرئيسية للتخليق الحيوي للأحماض الدهنية مقارنة بأكسدة بيتا:
- يتم تصنيع الأحماض الدهنية بشكل رئيسي في سيتوبلازم الخلية ، والأكسدة - في الميتوكوندريا ؛
- المشاركة في عملية ربط ثاني أكسيد الكربون بأسيتيل CoA ؛
- يشارك البروتين الحامل للأسيل في تخليق الأحماض الدهنية ، ويشارك الإنزيم المساعد أ في الأكسدة ؛
- من أجل التخليق الحيوي للأحماض الدهنية ، يلزم استخدام أنزيمات الأكسدة والاختزال NADPH ، والأكسدة β ، NAD + و FAD.
مع الطعام ، تدخل مجموعة متنوعة من الأحماض الدهنية إلى الجسم ، بما في ذلك الأساسية منها. يتم تصنيع جزء كبير من الأحماض الدهنية الأساسية في الكبد ، بدرجة أقل - في الأنسجة الدهنية والغدة الثديية المرضعة. مصدر الكربون لتخليق الأحماض الدهنية هو أسيتيل CoA ، والذي يتكون أثناء تكسير الجلوكوز في فترة الامتصاص. وهكذا ، فإن الكربوهيدرات الزائدة التي تدخل الجسم تتحول إلى أحماض دهنية ، ثم إلى دهون.
يعتبر التخليق الحيوي للأحماض الدهنية أكثر نشاطًا في العصارة الخلوية لخلايا الكبد والأمعاء والأنسجة الدهنية عند الراحة أو بعد الأكل.
تقليديا ، يمكن التمييز بين 4 مراحل من التخليق الحيوي:
1. تكوين الأسيتيل- SCoA من الجلوكوز أو السكريات الأحادية الأخرى أو الأحماض الأمينية الكيتونية.
2. نقل الأسيتيل- SCoA من الميتوكوندريا إلى العصارة الخلوية:
يستمر التخليق الحيوي للأحماض الدهنية بمشاركة NADPH و ATP و Mn2 + و HCO3- (كمصدر لثاني أكسيد الكربون) ؛ الركيزة هي acetyl-CoA
تشكيل malonyl-CoA. أول تفاعل للتخليق الحيوي للأحماض الدهنية هو الكربوكسيل لأسيتيل CoA ، والذي يتطلب أيونات البيكربونات ، ATP ، والمنغنيز. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم acetyl-CoA carboxylase.
يستمر التفاعل على مرحلتين:
أنا - كربوكسيل البيوتين بمشاركة ATP و
II - نقل مجموعة الكربوكسيل إلى acetyl-CoA ، مما يؤدي إلى تكوين malonyl-CoA
مركب متعدد الإنزيمات يسمى مركب الأحماض الدهنية (سينثيز) يتكون من 6 إنزيمات مرتبطة بما يسمى بالبروتين الحامل للأسيل (ACP).
يتم الانتهاء من تخليق الأحماض الدهنية عن طريق انقسام HS-ACP من acyl-ACP تحت تأثير إنزيم ديسيلاز.
1. فكرة مسار فوسفات البنتوز لتحولات الجلوكوز. تفاعلات مؤكسدة تصل إلى مرحلة ريبولوز-5-فوسفات. نتائج موجزة لمسار فوسفات البنتوز. تشكيل NADP * H والبنتوز. التوزيع و الأهمية الفسيولوجية.
مسار البنتوسوفوسفات لتحويل الجلوكوز
يعد مسار فوسفات البنتوز ، المعروف أيضًا باسم تحويلة سداسي الفوسفات ، مسارًا بديلًا لأكسدة الجلوكوز 6 فوسفات. يتكون مسار فوسفات البنتوز من مرحلتين (أجزاء) - مؤكسدة وغير مؤكسدة.
في المرحلة المؤكسدة ، يتأكسد الجلوكوز 6 فوسفات بشكل لا رجعة فيه إلى البنتوز - ريبولوز - 5 - فوسفات ، ويتشكل NADPH المختزل.
في المرحلة غير المؤكسدة ، يتم تحويل ريبولوز-5-فوسفات بشكل عكسي إلى مستقلبات ريبوز-5-فوسفات وتحلل السكر.
يوفر مسار فوسفات البنتوز الخلايا مع الريبوز لتخليق نيوكليوتيدات البيورين والبيريميدين وأنزيم NADPH المهدرج ، والذي يستخدم في عمليات الاختزال.
يتم التعبير عن المعادلة الإجمالية لمسار فوسفات البنتوز على النحو التالي:
3 جلوكوز 6 فوسفات + 6 NADP + -> 3 CO2 + 6 (NADPH + H +) + 2 فركتوز 6 فوسفات + جليسيرالديهيد -3 فوسفات.
يتم ترجمة إنزيمات مسار فوسفات البنتوز في العصارة الخلوية.
يحدث مسار فوسفات البنتوز الأكثر نشاطًا في الأنسجة الدهنية والكبد وقشرة الغدة الكظرية وخلايا الدم الحمراء والغدة الثديية أثناء الرضاعة والخصيتين.
يحدث تخليق الأحماض الدهنية في سيتوبلازم الخلية. في الميتوكوندريا ، يحدث استطالة سلاسل الأحماض الدهنية الموجودة بشكل أساسي. ثبت أن حمض البالمتيك (16 ذرة كربون) يتم تصنيعه في سيتوبلازم الخلايا الكبدية ، وفي الميتوكوندريا لهذه الخلايا من حمض البالمتيك الذي تم تصنيعه بالفعل في سيتوبلازم الخلية أو من الأحماض الدهنية ذات المنشأ الخارجي ، أي قادمة من الأمعاء ، تتكون الأحماض الدهنية التي تحتوي على 18 و 20 و 22 ذرة كربون.
أول تفاعل للتخليق الحيوي للأحماض الدهنية هو الكربوكسيل لأسيتيل CoA ، والذي يتطلب أيونات البيكربونات ، ATP ، والمنغنيز. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم acetyl-CoA carboxylase. يحتوي الإنزيم على البيوتين كمجموعة صناعية. يمنع Avidin ، وهو مثبط للبيوتين ، هذا التفاعل ، وكذلك تخليق الأحماض الدهنية بشكل عام.
لقد ثبت أن أسيتيل CoA carboxylase يتكون من عدد متغير من الوحدات الفرعية المتطابقة ، كل منها يحتوي على البيوتين ، البيوتين كربوكسيلاز ، بروتين نقل الكربوكسيبيوتين ، ترانسكاربوكسيلاز ، ومركز خيفي تنظيمي ، أي. هو مركب متعدد الأنزيمات.
يستمر التفاعل على مرحلتين: I - كربوكسيل البيوتين بمشاركة ATP و II - نقل مجموعة الكربوكسيل إلى acetyl-CoA ، مما يؤدي إلى تكوين malonyl-CoA:
يتكون المركب متعدد الإنزيمات ، المسمى مركب الأحماض الدهنية (سينثيز) ، من 6 إنزيمات مرتبطة بما يسمى بروتين نقل الأسيل (ACP). يلعب هذا البروتين في نظام synthetase دور CoA. وهنا سلسلة من التفاعلات التي تحدث أثناء تخليق الأحماض الدهنية:
يكمل تكوين butyryl-ACB أول دورة من 7 دورات فقط ، وفي كل منها تكون البداية إضافة جزيء malonyl-ACB إلى نهاية الكربوكسيل لسلسلة الأحماض الدهنية المتنامية. في هذه الحالة ، يتم قطع مجموعة الكربوكسيل البعيدة من malonyl-APB في شكل CO2. على سبيل المثال ، يتفاعل butyryl-APB الذي تم تكوينه في الدورة الأولى مع malonyl-APB:
يتم الانتهاء من تخليق الأحماض الدهنية عن طريق انقسام HS-ACP من acyl-ACP تحت تأثير إنزيم ديسيلاز. على سبيل المثال:
يمكن كتابة المعادلة الشاملة لتخليق حمض البالمتيك على النحو التالي:
تكوين الأحماض الدهنية غير المشبعة. استطالة الأحماض الدهنية.
بالميتوليك و الأوليك - مركب من أحماض البالمتيك و الأحماض الدهنية.
إلى جانب إزالة التشبع من الأحماض الدهنية (تكوين روابط مزدوجة) ، يحدث استطالة (استطالة) أيضًا في الميكروسومات ، ويمكن دمج هاتين العمليتين وتكرارهما. يحدث استطالة سلسلة الأحماض الدهنية عن طريق الإضافة المتسلسلة لشظايا الكربون إلى أسيل CoA المقابل بمشاركة malonyl-CoA و NADPH. يسمى النظام الأنزيمي الذي يحفز استطالة الأحماض الدهنية elongase. يوضح المخطط مسارات تحول حمض البالمتيك في تفاعلات إزالة التشبع والاستطالة.
تنظيم توليف FA:
ارتباط / تفكك مجمعات الوحدات الفرعية من إنزيم Ac-CoA carboxylase. المنشط - سترات. المانع هو palmitoyl-CoA.
الفسفرة / de = // =. فسفرة و. غير نشط (الجلوكاجون والأدرينالين). الأنسولين يسبب نزع الفسفرة - يصبح نشطًا.
تحريض تخليق الانزيم. الاستهلاك المفرط لـ u / v - تسريع تحويل منتجات الهدم إلى دهون ؛ الجوع أو اتباع نظام غذائي غني بالدهون يؤدي إلى انخفاض في تخليق الإنزيمات والدهون.