Жирные кислоты насыщенные: биосинтез: синтаза ЖК (комплекс)
( Рис.23.6(БХ) Синтаза жирных кислот )
Комплекс представляет собой димер, состоящий из двух идентичных полипептидных мономеров 1 и 2. Каждый мономер включает 6 индивидуальных ферментов и ацилпереносящий белок (АПБ) , Cys-SH-тиоловая группа цистеина. Сульфгидрильная группа 4'- фосфо-пантетеина одного мономера расположена в непосредственной близости от такой же группы остатка цистеина кетоацилсинтетазы , входящей в состав другого мономера; это указывает на расположение мономеров по типу "голова к хвосту". Последовательность расположения ферментов в мономерах окончательно не уточнена и здесь приводится по данным Цукамото (Tsukamoto). Каждый из мономеров включает все ферменты, катализирующие биосинтез жирных кислот; он не является, однако, функциональной единицей (в состав последней входят фрагменты обоих мономеров, при этом половина одного мономера взаимодействует с "комплементарной" половиной другого). Синтазный комплекс одновременно синтезирует две молекулы жирных кислот .
Имеются два типа синтазных комплексов, катализирующих биосинтез жирных кислот ; оба находятся в растворимой части клетки. У бактерий, растений и низших форм животных, таких, как эвглена, все индивидуальные ферменты синтазной системы находятся в виде автономных полипептидов; ацильные радикалы связаны с одним из них, получившим название ацилпереносящий белок ( АПБ ).
У дрожжей, млекопитающих и птиц синтазная система представляет собой полиферментный комплекс, который нельзя разделить на компоненты, не нарушив его активности, а АПБ является частью этого комплекса. Как АПБ бактерий, так и АПБ полиферментного комплекса содержат витамин пантотеновую кислоту в виде 4'- фосфопантетеина ( Синтез CoA: метаболическая карта ). В синтазной системе АПБ выполняет роль CoA . Синтазный комплекс, катализирующий образование жирных кислот, является димером. У животных мономеры идентичны и образованы одной полипептидной цепью, включающей 6 ферментов, катализирующих биосинтез жирных кислот, и АПБ с реакционноспособной SH-группой, принадлежащей 4'-фосфопантетеину. В непосредственной близости от этой группы расположена другая сульфгидрильная группа, принадлежащая остатку цистеина, входящего в состав 3- кетоацилсинтазы (конденсирующего фермента) , которая входит в состав другого мономера ( Рис.23.6(БХ) Синтаза жирных кислот ). Поскольку для проявления синтазной активности необходимо участие обеих сульфгидрильных групп, синтазный комплекс активен только в виде димера.
На первом этапе процесса инициирующая молекула ацетил-CoA при участии трансацилазы взаимодействует с -SH-группой цистеина. Малонил-CoA под действием того же фермента (трансацилазы) взаимодействует с соседней -SH-группой, принадлежащей 4'-фосфопантетеину, локализованному в АПБ другого мономера. В результате этой реакции образуется ацетил ( ацил ) малонил-фермент. 3- Кетоацилсинтаза (3-кетоацилсинтаза) катализирует взаимодействие ацетильной группы фермента с метиленовой группой малонила и высвобождение CO2 в результате образуется 3- кетоацил-фермент ( ацетоацетил-фермент ); при этом освобождается сульфгидрильная группа цистеина, ранее занятая ацетильной группой. Декарбоксилирование позволяет реакции пройти до конца и является движущей силой биосинтеза. 3-Кетоацильная группа восстанавливается, затем дегидратируется и вновь восстанавливается, в результате образуется соответствующий насыщенный ацил-S-фермент . Эти реакции сходны с соответствующими реакциями бета-окисления ; отличие заключается, в частности, в том, что при биосинтезе образуется D(-)-изомер 3-гидроксикислоты, а не L(+)-изомер, кроме того, NADPH , а не NADH является донором водорода в реакциях восстановления. Далее новая молекула малонил-CoA взаимодействует с -SH-группой фосфопантетеина, при этом насыщенный ацильный остаток перемещается на свободную -SH-группу цистеина. Цикл реакций повторяется еще 6 раз, и каждый новый остаток малоната встраивается в углеродную цепь, до тех пор пока не образуется насыщенный 16-углеродный ацилрадикал ( пальмитоил ). Последний высвобождается из полиферментного комплекса под действием шестого фермента, входящего в состав комплекса, - тиоэстеразы (деацилазы) . Свободная пальмитиновая кислота, прежде чем вступить в другой метаболический путь, должна перейти в активную форму ацил-CoA-производного. Затем активированный пальмитат обычно подвергается эстерификации с образованием ацилглицеролов ( Биосинтез сфингозина: метаболическая карта ).
В молочной железе имеется особая тиоэстераза , специфичная к ацильным остаткам C8-, C10- или C12-жирных кислот, входящих в состав липидов молока. В молочной железе жвачных животных этот фермент входит в состав синтазного комплекса, катализирующего образование жирных кислот.
По-видимому, в одном димерном синтазном комплексе имеются 2 активных центра, функционирующие независимо друг от друга, в результате одновременно образуются 2 молекулы пальмитиновой кислоты.
Объединение всех ферментов рассматриваемого метаболического пути в единый полиферментный комплекс обеспечивает его высокую эффективность и устраняет конкуренцию других процессов, в результате достигается эффект компартментации данного пути в клетке без участия дополнительных барьеров проницаемости.
Ниже приводится суммарная реакция биосинтеза пальмитиновой кислоты из ацетил-CoA и малонил-CoA:
CH2CO*S*CoA + 7HOOC*CH2CO*S*CoA + 14NADPH + 14H+ ->
CH3(CH2)14COOH + 7CO2 + 6H20 + 8CoA*SH + 14NADP+
Из молекулы ацетил-CoA, выступающей в качестве затравки, образуются 15-й и 16-й углеродные атомы пальмитиновой кислоты. Присоединение всех последующих двухуглеродных фрагментов происходит за счет малонил-CoA- производного. В печени и молочной железе млекопитающих в качестве затравки может служить бутирил-CoA. Если в качестве затравки выступает пропионил-CoA , то синтезируются длинноцепочечные жирные кислоты с нечетным числом атомов углерода. Такие жирные кислоты характерны в первую очередь для жвачных животных, у которых пропионовая кислота образуется в рубце под действием микроорганизмов.
Смотрите также:
