§ Biosynteza lipidów przebiega innymi szlakami niż degradacja
§ Intermediaty biosyntezy są kowalencyjnie związane z grupami sulfhydrylowymi
białkowych
nośników
grup
acylowych
(ACP).
§ Synteza
kwasów
tłuszczowych
zachodzi
w
cytosolu,
§ U zwierząt enzymy zaangażowane w biosyntezę kwasów tłuszczowych są składnikiem
jednego
łańcucha
polipeptydowego,
§ U roślin i bakterii enzymy syntezy kwasów tłuszczowych występują oddzielnie
§ Koenzymem zaangażowanym w syntezę jest NADP/NADPH, w degradację
– NAD+/NADH
Strategia syntezy:
§ Łańcuchy kwasów tłuszczowych powstają przez łączenie dwuwęglowych jednostek pochodzących pośrednio z acetylo-CoA a bezpośrednio z malonylo-CoA
§ Jednostki octanowe aktywowane są przez tworzenie malonylo-CoA (z rozkładem
ATP)
§ Dodawanie dwuwęglowych fragmentów do rosnącego łańcucha napędzane jest
przez
dekarboksylację
malonylo-CoA
§ Wydłużanie łańcucha następuje aż do osiągnięcia 16 atomów C (kwas palmitynowy)
§ Inne enzymy dodają podwójne wiązanie i dodatkowe atomy węgla
§ Sumaryczna reakcja biosyntezy:
acetylo-CoA + 7 malonylo-CoA + 14NADPH + 14H+
palmitylo-CoA +7HCO -
3 +7CoASH +14NADP+
Podstawowym substratem biosyntezy lipidów jest acetylo-CoA pochodzący z: (1)
degradacji aminokwasów w cytosolu
(2)
utleniania kwasów tłuszczowych w mitochondriach
(3)
pirogronianu, który po transporcie do mitochondriów przekształcany jest przez
dehydrogenazę
pirogronianową
w
acetylo-CoA
§ Ilość cytosolowego acetylo-CoA (z degradacji aminokwasów) nie zaspokaja potrzeb biosyntezy, konieczny jest import z mitochondriów. Mitochondrialny acetylo-CoA nie może przejść przez błonę mitochondrialną. Łączy się ze szczawiooctanem,
tworząc
cytrynian
przechodzący
przez
błonę
mitochondrialną. W cytosolu cytrynian przekształcany jest przez liazę cytrynianową zależną od ATP w acetylo-CoA i szczawiooctan.
Szczawiooctan wraca do mitochondrium po przekształceniu w pirogronian
§ NADPH potrzebny do biosyntezy pochodzi ze szlaku pentozo-fosforanowego albo z reakcji dekarboksylującej dehydrogenazy jabłczanowej (tzw. enzymu jabłczanowego)
szczawiooctan + NADH+ + H+
jabłczan + NAD+
jabłczan + NADP
pirogronian + CO2 + NADPH + H+
§ Ilość produkowanego w ten sposób NADPH zależy od ilości dostępnego jabłczanu. Każdy cytrynian przechodzący do cytozolu daje 1 cząst. acetylo-CoA i 1 cząst. jabłczanu. Do powstania kwasu palmitynowego potrzeba 8
acetylo-CoA, 8 towarzyszących cząst. jabłczanu po przekształceniu w pirogronian da 8 cząst. NADPH. Pozostałe 6 cząst. NADPH potrzebnych do syntezy kwasu palmitynowego pochodzi ze szlaku pentozo-fosforanowego.
Jeśli jabłczan wraca do mitochondrium przed dekarboksylacją do pirogronianu, powstaje mniej NADPH, więcej NADPH musi być dostarczone przez szlak pentozofosforanowy
Synteza lipidów u prokariota ( E.coli)
Intermediaty syntezy kwasów tłuszczowych są kowalencyjnie dołączone (poprzez wiązanie tioestrowe z grupą fosfopantotenową) do ACP, małego (8.9
kDa) rozpuszczalnego białka. U E. Coli białko to stanowi ok. 0,25%
całkowitych białek rozpuszczalnych (ok. 60 000 kopii/komórkę). Prostetyczna grupa sulfhydrylowa jest przyłączona do Ser-36 w regionie łączącym pierwszy i trzeci odcinek α-helikalny ACP.
Bez reszty fosfopantotenowej ACP jest nieaktywne w biosyntezie kwasów tłuszczowych. Donorem tej grupy jest CoA a reakcja przeniesienia jest katalizowana przez syntazę ACP.
Pierwszym krokiem w biosyntezie kwasów tłuszczowych jest reakcja katalizowana przez karboksylazę acetylo-CoA.
Są to de facto dwie oddzielne reakcje
- ATP-zależna karboksylacja biotyny
- Przeniesienie grupy karboksylowej na acetylo-CoA
Sama karboksylacja biotyny katalizowana jest przez karboksylazę biotyny (homodimer, dwie podjednostki 55 kDa). Biotyna jest kowalencyjnie związana z 16,7 kDa białkiem zwanym biotynowym białkiem nośnikowym reszt karboksylowych (BCCP). Z tego białka reszta karboksylowa jest przekazywana na acetylo-CoA przez transkarboksylazę (heterotetramer).
Malonylo-CoA jest zużywany do syntezy kwasów tłuszczowych jedynie w postaci związanej z ACP. Przeniesienia CoA-ACP dokonuje transacylaza, produkt genu fabD.
Kolejnym etapem jest powstanie acetoacetylo-ACP poprzez kondensację reszty acetylowej z malonylo-ACP.
Może się to odbywać przy udziale dwóch syntaz:
- syntazy 3-ketoacylo-ACP III (1)
- syntazy 3-ketoacylo-ACP I lub II (2)
(1)
(2)
Reakcja ta jest pierwszą reakcją prowadzącą do powstania primera dla wydłużającego się łańcucha kwasu tłuszczowego
W kolejnych reakcjach zachodzą procesy:
- kondensacji
- redukcji I
- odwodnienia
- redukcji II
w wyniku czego powstaje wielowęglowy łańcuch kwasu tłuszczowego.
U E. coli powstają trzy główne kwasy tłuszczowe: v kwas palmitynowy (16:0)
v kwas palmitoolejowy (16:1 Δ9)
v kwas cis-wakcenowy (18:1 Δ11)
(1) – 3-hydroksydekanoilo-ACP-dehydraza
(2) – 3-ketoacylo-ACP syntaza I i II
(3) – 3-ketoacylo-ACP syntaza I
(4) – 3- ketoacylo-ACP syntaza II
Generalnie:
U eukariotów każda reakcja syntezy jest katalizowana przez odrębny enzym, z własnym genem, są to tzw. syntazy kwasów tłuszczowych typu II, wieloskładnikowe
Podobny układ spotyka się u roślin wyższych.