Биосинтез жирных кислот, мультиферментные комплексы синтеза.

Глюкоза может являться строительным материалом для синтеза жирных кислот и глицерина. В свою очередь жирные кислоты при участии глицерина превращаются в триглицериды, которые откладываются в жировых тканях. Синтез жирных кислот в тканях протекает в цитоплазме клетки. В митохондриях же в основном происходит удлинение существующих цепей жирных кислот.

Синтез жирных кислот по своему механизму резко отличается от процесса их окисления (реакции не обратные).Условно можно выделить 4 этапа биосинтеза:

1. Образование ацетил-SКоА из глюкозы, других моносахаров или кетогенных аминокислот.

2. Перенос ацетил-SКоА из митохондрий в цитозоль:

· обычно в составе лимонной кислоты, образующейся в первой реакции ЦТК;

· путь с участием карнитина, подобно тому как высшие жирные кислоты переносятся внутрь митохондрии при их окислении, но здесь транспорт идет в обратном направлении (этот путь не является главным)

Строительным блоком для ЖК в цитоплазме клетки служит ацетил-КоА, который в основном происходит от митохондрий. Известно, что образующийся в митохондриях в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-КоА не может диффундировать в цитоплазму клетки, т.к.митохондриальная мембрана непроницаема для данного субстрата.Митохондриальный ацетил-КоА взаимодействует с оксалоацетатом, в результате образуется цитрат, который свободно проникает в цитоплазму клетки, где расщепляется АТФ-цитрат-лиазойдо ацетил-SКоА и оксалоацетата (т.е. цитрат - переносчик ацетильного радикала):

Оксалоацетат в дальнейшем восстанавливается до малата, кот.либо переходит в митохондрии (малат-аспартатный челнок), либо декарбоксилируется в пируват малик-ферментом ("яблочный" фермент).

3. Образование малонил-SКоА из ацетил-SКоА.

Карбоксилирование ацетил-SКоА катализируется ацетил-SКоА-карбоксилазой, мульферментным комплексом из трех ферментов.

4. Синтез пальмитиновой кислоты.

Осуществляется мультиферментнымкомплексом " синтаза жирных кислот " (синоним - пальмитатсинтаза) в состав которого входит 6 ферментов и ацил-переносящий белок (АПБ).

АПБ включает производное пантотеновой кислоты – 6-фосфопантетеин (ФП), имеющий HS-группу, подобно HS-КоА. Один из ферментов комплекса, 3-кетоацил-синтаза, также имеет HS-группу в составе цистеина. Взаимодействие этих групп обусловливает начало и продолжение биосинтеза пальмитиновой кислоты. Для реакций синтеза необходим НАДФН.

5. Удлинение цепи жирных кислот.

Синтезированная пальмитиновая кислота при необходимости поступает в эндоплазматическийретикулум или в митохондрии. Здесь с участием малонил-S-КоА и НАДФН цепь удлиняется до С₁₈ или С₂₀.

Удлиняться могут и ненасыщенные жирные кислоты (олеиновая, линолевая, линоленовая) с образованием производных эйкозановой кислоты (С₂₀). Но двойная связь животными клетками вводится не далее 9 атома углерода, поэтому ω3- и ω6-полиненасыщенные жирные кислоты синтезируются только из соответствующих предшественников.

* Т.о.:Биосинтез жирных кислот катализируется синтазой жирных кислот, эта ферментная система локализована в цитоплазме и нуждается в качестве затравки в ацетил-КоА. В циклической реакции одна молекула удлиняется семикратно на С₂-звена. В качестве конечного продукта реакции образуется анион С₁₆-кислоты, пальмитат. Фактический субстрат реакции удлинения цепи малонил-КоА на каждой стадии конденсации отщепляет карбоксильную группу в вида СО₂. Восстановителем в синтезе жирных кислот является НАДФН + Н⁺. В результате на синтез одной молекулы пальмитата расходуется одна молекула ацетил-КоА, 7 молекул малонил-КоА и 14 молекул НАДФН + Н⁺; при этом образуются 7 молекул СО₂, 6 молекул H₂O, 8 молекул КоА и 14 молекул НАДФ⁺.

Окисление жирных кислот (β-окисление).

Для преобразования энергии, заключенной в жирных кислотах, в энергию связей АТФ существует метаболический путь окисления жирных кислот до СО₂ и воды, тесно связанный с циклом трикарбоновых кислот и дыхательной цепью. Этот путь называется β-окисление, т.к. происходит окисление 3-го углеродного атома жирной кислоты (β-положение) в карбоксильную группу, одновременно от кислоты отщепляется ацетильная группа, включающая С¹ и С² исходной жирной кислоты.

(Элементарная схема β-окисления)

Реакции β-окисления происходят в митохондриях большинства клеток организма (кроме нервных клеток). Для окисления используются жирные кислоты, поступающие в цитозоль из крови или появляющиеся при липолизе собственных внутриклеточных ТАГ. Суммарное уравнение окисления пальмитиновой кислоты выглядит следующим образом:

Пальмитоил-SКоА + 7ФАД + 7НАД⁺ + 7Н₂O + 7HS-KoA → 8Ацетил-SКоА + 7ФАДН₂ + 7НАДН

Этапы окисления жирных кислот:

1. Прежде, чем проникнуть вматрикс митохондрий и окислиться, жирная кислота должна активироваться в цитозоле. Это осуществляется присоединением к ней коэнзима А с образованием ацил-S-КоА. Ацил-S-КоА является высокоэнергетическим соединением. Необратимость реакции достигается гидролизом дифосфата на две молекулы фосфорной кислоты.

(Реакция активации жирной кислоты)

2. Ацил-S-КоА не способен проходить через митохондриальную мембрану, поэтому существует способ его переноса в комплексе с витаминоподобным веществом карнитином. На наружной мембране митохондрий имеется фермент карнитин-ацилтрансфераза I.

(Карнитин-зависимый транспорт жирных кислот в митохондрию)

3. После связывания с карнитином жирная кислота переносится через мембрану транслоказой. Здесь на внутренней стороне мембраны фермент карнитин-ацилтрансфераза II вновь образует ацил-S-КоА который вступает на путь β-окисления.

4. Процесс собственно β-окисления состоит из 4-х реакций, повторяющихся циклически. В них последовательно происходит окисление (ацил-SКоА-дегидрогеназа), гидратирование (еноил-SКоА-гидратаза) и вновь окисление 3-го атома углерода (гидроксиацил-SКоА-дегидрогеназа). В последней, трансферазной, реакции от жирной кислоты отщепляется ацетил-SКоА. К оставшейся (укороченной на два углерода) жирной кислоте присоединяется HS-КоА, и она возвращается к первой реакции. Все повторяется до тех пор, пока в последнем цикле не образуются два ацетил-SКоА.

(Последовательность реакций β-окисления жирных кислот)

*Расчет энергетического баланса β-окисления:

При расчете количества АТФ, образуемого при β-окислении жирных кислот необходимо учитывать:

· количество образуемого ацетил-SКоА – определяется обычным делением числа атомов углерода в жирной кислоте на 2.

· число циклов β-окисления. Число циклов β-окисления легко определить исходя из представления о жирной кислоте как о цепочке двухуглеродных звеньев. Число разрывов между звеньями соответствует числу циклов β-окисления. Эту же величину можно подсчитать по формуле (n/2 -1), где n – число атомов углерода в кислоте.

· число двойных связей в жирной кислоте. В первой реакции β-окисления происходит образование двойной связи при участии ФАД. Если двойная связь в жирной кислоте уже имеется, то необходимость в этой реакции отпадает и ФАДН₂ не образуется. Количество необразованных ФАДН₂ соответствует числу двойных связей. Остальные реакции цикла идут без изменений.

· количество энергии АТФ, потраченной на активацию (всегда соответствует двум макроэргическим связям).