загрузка...
 
БИОГЕНЕЗ НАСЫЩЕННОЙ ЖИРНОКИСЛОТНОЙ ЦЕПИ
Повернутись до змісту

БИОГЕНЕЗ НАСЫЩЕННОЙ ЖИРНОКИСЛОТНОЙ ЦЕПИ

Создание молекулы жирной кислоты происходит путем удлинения ацильной цепи, предварительно «посаженной» на специальный белок-носитель. В клетках прокариот и растений он образует комплекс с 7 ферментами (по числу катализируемых стадий). У высших животных все эти компоненты являются фрагментами единой полипептидной цепи («2500 АО), обозначаемой как ацшсиитетаза (синтетаза жирных кислот). И хотя функцию носителя в ней выполняет лишь небольшой домен (=60 АО), за ним сохранили прежнее название

ацшпереяосящий белок (АПБ). Активный центр представлен здесь фосфопантотеином, который присоединен своей фосфатной группой к серину-2151 в АПБ-домене. Эта просте- тическая группа сродни коферменту А (см. рис.

5), отличаясь лишь отсутствием нуклеотидного звена (З’-фосфо-АМФ). Отсюда и функциональная близость: способность принимать ацильный фрагмент на пантотеиновую Ш-группу, а затем передавать его подходящему акцептору.

Остальные функционально значимые домены синтетазы жирных кислот гораздо крупнее (от более чем 200 до 400 с небольшим АО), и каждый из них катализирует «свою» стадию удлинения ацильной цепи. Существует эта синтетаза в виде гомодимера, а потому формирует параллельно сразу две молекулы жирной кислоты, — обычно пальмитиновой.

Решающую роль в наращивании жирнокислотной цепи играет самый крупный домен ацилсинтетазы (И-концевой), ибо именно его ферментативная активность обеспечивает единственную необратимую стадию всего процесса. По характеру катализируемой реакции этот домен назван (]-кетоацш1-{АПБ)-синте- тазой. В активном центре здесь наиболее важен радикал цистеина-161, на Н8-группу которого передаются ацильные остатки. Такие перемещения осуществляет соседний домен, именуемый (АПБ)-ацштрансферазой.

Синтез жирной кислоты всегда начинается с того, что эта трансфераза переносит кислотный остаток с ацетил-КоА на Н8-группу пан- тотеиновой части АПБ-домена, как это показано на рис. 7-14, А.

Вслед за этим ацетильный фрагмент перемещается с АПБ на активный центр Р-кето- ацил-(АИБ)-сш1тетазы, а точнее — на Н8-груп- пу ее цистеина-161 (см. рис. 7-14, Б).

Теперь (АПБ)-ацилтрансфераза получает возможность перенести на освободившуюся тиоловую группу АПБ-домена новый ацильный фрагмент, но уже не ацетильный, а непременно малонильный, который изымается у ма- лонил-КоА (см. рис. 7-14, В).

Рис. 7-14. Механизм двухуглеродного наращивании ацильного фрагмента на АПБ-домене ацилсинтетазы.

В результате ацилсинтетаза оказывается загруженной ацетильным звеном (на цисш) и ма- лонильным (на АПБ-домене), благодаря чему переходит в состояние готовности к реализации акта наращивания ацильной цепи. Его проводит Р-кетоацил-(АПБ)-синтетаза (И-концевой домен ацилсинтетазы), осуществляя реакцию конденсации ацетильного остатка (отнимаемого от цисш) с малонильным фрагментом, фиксированным на АПБ. Эта реакция (рис. 7-14, Г) сопровождается декарбоксилированием мало- нильного фрагмента, что делает ее необратимой. Причем, отщепляются именно те атомы СО2 (они выделены жирным), которые были внедрены в ацетил-КоА при превращении его в малонил-КоА (см. рис. 7-13). Значит, и синтез малонил-КоА «придуман» природой не в последнюю очередь ради гарантии однонаправленности процесса удлинения жирных кислот.

Ацетильное звено (выделено курсивом), переносимое с цисс, передается (взамен бывшей группы -СООН) на метиленовую группу малонила, присоединяясь к ней своим карбонильным углеродом и превращая малонильный фрагмент в ацетоацетильный (т.е. в р-кето- ацильное производное, отчего и фермент назван Р-кетоацил-(АПБ)-синтетазой).

Рис. 7-15. Восстановление р-кетоацильного фрагмента, фиксированного на АПБ-домене.

Ферменты: А - $-Кетоацил-(АГБ)-редуктазат, Б - р-Гидроксиацил-[АПБ)-дегидратаза; В - Еноил-(АПБ)-ре<Эук/77аза.

Вслед за созданием Р-кетоацильного производного, фиксированного на АПБ-домене, наступает черед двух редуктазных реакций, разделенных стадией дегидратации (рис. 7-15). Каждый из ферментов этой серии (они поименованы в подписи к рисунку) является особым доменом ацилсинтетазы. Катализируемые ими превращения аналогичны первым реакциям р-окисления жирных кислот (представленным на рис. 7-6), но имеют противоположную направленность.

Это объясняется необратимостью р-кето- ацил-(АПБ)-синтетазной реакции (и ацетил- КоА-карбоксилазной тоже!), а также десятикратным преобладанием НАДФ-#2 в цитоплазме над его окисленным аналогом. Здесь уместно напомнить, что главными поставщиками молекул НАДФ-#2, необходимых для синтеза жирных кислот, являются дегидрогеназы ГМФ-пути (см. раздел 6.6.1), а также яблочный фермент (см. рис. 7-12).

Восстановительные реакции (см. рис. 7-15) затрагивают лишь р-кетоацильный фрагмент, фиксированный на АПБ-домене, тогда как НБ-группа цистеина-161 продолжает оставаться свободной. Следовательно, возникший продукт (ацилсннтетаза с бутирильным остатком на АПБ-домене) аналогичен результату реакции А (см. рис. 7-14), когда именно на АПБ был перенесен ацетильный остаток. Поэтому нетрудно допустить, что и синтезированный бутирильный фрагмент (подобно ацетильному в уравнении А на рис. 7-14) может быть перемещен с АПБ на пока еше свободную НБ- группу цистеина-161 (как на рис. 7-14, Б).

Установлено, что так оно и происходит. Более того, повторяются и все последующие реакции. С той лишь разницей, что вместо двухуглеродного ацетильного фрагмента в новом раунде участвует четырехуглеродный бу- тирильный. Теперь именно он конденсируется с малоновой кислотой, предварительно перенесенной на освобожденный им АПБ-домен (как в уравнении на рис. 7-14, В). Конденсация эта аналогична уравнению Г на рис. 7-14, но завершается формированием на АПБ-домене не четырехуглеродного, а теперь уже шестиуглеродного р-кетоацильного фрагмента. Восстанавливают его те же ферментные домены ацилсинтетазы и точно так же, как это показано на рнс. 7-15. В итоге бутаноильная структура, возникая в первом раунде биогенеза ациль- ной цепи, превращается в гексаноильную.

Аналогичным образом ацилсинтетаза удлиняет возникшую гексаноильную цепь до октаноильной, потом деканоильной, додекано- ильной и т.д., для чего каждый раз привлекает малонил-КоА как источник двух атомов углерода, которыми наращивает карбоксильный конец синтезируемой жирной кислоты, а также две молекулы НАДф-#2-

Конечным продуктом становится, как правило, пальмитиновая кислота. Для синтеза ее 16-углеродной цепи ацилсннтетаза 7 раз повторяет комплекс реакций двухуглеродного удлинения ацильных радикалов, используя для этого сначала молекулу ацетил-КоА, а затем 7 молекул малонил-КоА и 7 пар молекул НАДФ Яг. В заключение тиоэстеразный домен фермента гидролитически отделяет готовую пальмитиновую кислоту от пальмитоил-АПЕ. Легко подсчитать, что, наряду с нею, в конечном итоге образуются 7 молекул СОг и 6 НгО, а также освобождаются все участвовавшие кофермен- ты (8 Ш-КоА и 14 НАДФ).

Важным исключением являются клетки лактирующей молочной железы. Здесь процесс удлинения углеродной цепочки не всегда доходит до образования пальмитиновой кислоты. Нередко тиоэстеразному отщеплению подвергаются ацильные фрагменты, состоящие всего лишь из 8, 10 или 12 углеродных атомов. Поэтому триглицериды молока содержат значительную долю жирных кислот со сравнительно короткой цепью.

Ацилсинтетаза неспособна продолжать наращивание пальмитиновой кислоты. Это осуществляют другие ферменты. Они локализованы на внешней (цитоплазматической) стороне мембраны ЭР и в качестве субстрата используют ацил-КоА (а не ацил-АПБ!). На его карбонильную группу такая ацил-КоА-элонгаза переносит двухуглеродный фрагмент с мало- нил-КоА подобно тому, как это делает ацилсинтетаза (рис. 7-14, Г). Восстановление возникшего р-кетоацил-КоА с последующей дегидратацией и повторным восстановлением (снова за счет НАДФ-#2) приводит к увеличению длины жнрнокислотной цепи (в составе ацил-КоА) на 2 углеродных атома. Таким способом пальмитоил-КоА [С( 16)] превращается в стеароил-КоА [С(18)], который, в свою очередь, удлиняется до эйкозаноил-КоА [С(20)]. В нервных клетках интенсивно синтезируются жирные кислоты с еще более длинной цепью [С(22) н С(24)], необхродимые для синтеза сфннголнпидов.

Ненасыщенные жирные кислоты образуются путем внедрения двойной связи в уже синтезированные молекулы длинноцепочечных ацил- КоА. Этот окислительный процесс осуществляют ферменты из группы десатураз. Катализируемые ими реакции представлены в разделе

У животных продуктами таких реакций становятся мононенасыщенные олеиновая и пальмитолеиновая кислоты, включаемые в состав как депонируемых ТГ. так и липидов мембран. Полиеновые кислоты образуются только из линолевой и а-линоленовой кислот пищевого происхождения. Как показано на рис.5-39, именно они реакциями десатурацин (и элонгации) могут превращаться в столь необходимые организму эйкозаполиеновые кислоты. Ведущую роль среди этих метаболитов играет арахидоно- вая кислота [С(20):4]. Она абсолютно необходима н как непременный компонент мембранных липидов, и в качестве предшественника таких сигнальных молекул, как эйкозаноиды.



загрузка...