Синтез пальмитиновой кислоты

Синтез ВЖК идет путем последовательного присоединения к строящейся молекуле жирной кислоты двухуглеродных остатков, однако в самом процессе сборки используется лишь одна молекула ацетил-КоА.Источником остальных двухуглеродных фрагментов выступает малонил-Коа. Малонил-КоА, в свою очередь, синтезируется путем энергозависимого карбоксилирования ацетил-КоА:

СН3-СО~S-KoA + CO2+ АТФ ———————————————> СООН-СН2-СО~S-КоА +

Биотинзависимая

ацетил-КоА-карбоксилаза

Промежуточные продукты синтеза высщих жирных кислот в цитозоле в свободном виде не появляются, а конечным продуктом синтеза является пальмитиновая кислота, в связи с чем ферментная система, обеспечивающая этот синтез получила название пальмитоилсинтетазы.

В клетках микроорганизмов эта система состоит из 6 ферментов и одного дополнительного белка, не обладающего ферментативной активностью, но выполняющего роль акцептора (или переносчика) строящейся молекулы жирной кислоты. Таким образом, в клетках микроорганизмов пальмитоилсинтетаза представляет собой типичный метаболон.

Пальмитоилсинтетаза клеток животных представляет собой белок, состоящий из двух полипептидных цепей: субъединицы А и субъединицы В. Обе полипептидные цепи имеют полидоменную структуру, причем на каждом из доменов имеется свой функциональный центр, способный катализировать ту или иную промежуточную реакцию биосинтеза высших жирных кислот; кроме того, один из доменов имеет центр связывания синтезируемой жирной кислоты. Таким образом, в целом эта структура представляет собой типичный полифункциональный фермент.

Функциональная организация полипептидных цепей пальмитоилсинтетазы представлена на схеме:

Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї

і 1 і————і 2 і————і 3 і—————і 4 і————і 5 і————і 6 і————і 7 і

А———Щ А———Щ А———Щ А———Щ А———Щ А———Щ А———Щ

і і

Цис-SH Фосфо-

HS-фосфо- пантетеин-SH

пантетеин HS-Цис

і і

Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї Ъ———ї

і 7 і————і 6 і————і 5 і—————і 4 і—————і 3 і————і 2 і————і 1 і

А———Щ А———Щ А———Щ А———Щ А———Щ А———Щ А———Щ

Каждый из обозначенных цифрами доменов выполняет ту или иную функцию:

1 - катализ кетоацилсинтетазной реакции

2 - катализ трансацилазной реакции

3 - катализ еноилредуктазной реакции

4 - катализ дегидратазной реакции

5 - катализ кетоацилредуктазной реакции

6 - связывание синтезируемой жирной кислоты

7 - катализ отщепления пальмитиновой кислоты от пальмитоилсинтетазы

Каждая полипептидная цепь имеет два участка связывания ацильных остатков. В одном из них ( домен 6 ) имеется остаток фосфопантетеина, соединенный с радикалом серина полипептидной цепи:

і

СН3 і

і і

HS-СН2-СН2-NH-СО-СН2-СН2-NH-СО-СНОН-С-СН2-О-РО-О-СН2- Серин

і і і

СН3 ОН і

і

Функциональной группой фосфопантетеина, к которой присоединяется синтезируемая жирная кислота, является его SH-группа. В другом участке полипептидной цепи ( домен 1) также имеется SH-группа цистеина, принимающая непосредственное участие в процессе биосинтеза. Поскольку для проявления синтетазной активности необходимо участие обеих сульфгидририльных групп, сближенных между собой, пальмитоилсинтетазный комплекс активен только в виде димера.

На первом этапе этого процесса при участии домена 2, обладающего трансацилазной активностью , на пальмитоилсинтетазу последовательно переноросятся остатки ацетила и малонила, причем малонид переносится на SH-группу фосфопантетеина, а остаток ацетила на Sh-группу цистеинового остатка:

СН3-СО S-KoA —їЪ— HS —ї

іі Г—ПС

HS-KoA <——Щі HS —Щ

і

А—> CH3-CO-S—ї

ГПС

CООН-СН2-СО-S-КоА—їЪ—————— HS—Щ

іі

HS-KoA <——Щі

і CH3-CO-S—ї

і і—ПС

А>COOH-CH2-CO-S—Щ

На следующем этапе при участии домена, обладающего кетоацилсинтетазной активностью (домен 1), остаток ацетила переносится с сульфгидрильной группы цистеина на второй атом углерода малонильного остатка, связанного с сульфгидрильной группой фосфопантетеина, с образованием 3-кетоацила; одновременно идет отщепление карбоксильной группы малонильного остатка в виде СО2:

СН3-СО-S—ї

Г—ПС

СООН-СН2-СО-S—Щ

і

Г——> CO2

і

А—> НS—ї

Г—ПС

СН3-СО-СН2-СО-S—Щ

Затем в ходе трех последовательно идущих реакции происходит восстановление карбонильной группы у третьего атома углерода ацильного остатка до группировки "—СН2—" :

НS—ї

Г—ПС

СН3-СО-СН2-СО-S—Щ

НАДФН+Н+ ——ї і Домен 5, обладающий 3-кетоацилредуктазной активностью

і і

НАДФ+<—Щ і

А—> НS—ї

Г—ПС

СН3-СНОН-СН2-СО-S—Щ

і Домен 4, обладающий дегидратазной активностью

Н2О <——— і

і

А—> НS—ї

Г—ПС

СН3-СН=СН-СО-S—Щ

НАДФН+Н+ ——ї і Домен 3, обладающий еноилредуктазной активностью

і і

НАДФ+<—Щ і

А—> НS—ї

Г—ПС

СН3-СН2-СН2-СО-S—Щ

Итогом описанных превращений является образование бутирил-КоА, имеющего в своем составе 4 атома углерода и насыщенный углеводородный радикал. На этом заканчивается первый цикл синтеза высшей жирной кислоты.

Началом второго цикла служит присоединение следующего остатка малонила к HS-группе пальмитоилсинтетазы:

СН3-СН2-СН2-СОS—ї

Г—ПС

НS—Щ

CООН-СН2-СО-S-КоА—їі

іі Домен 2

HS-КоА <—Щі

А—> СН3-СН2-СН2-СО-S—ї

Г—ПС

СООН-СН2-СО-S—Щ

Затем идет реакция конденсации с переносом остатка синтезируемой жирной кислоты на второй атом углерода малонильного остатка с выделением СО2:

СН3-СН2-СН2-СО-S—ї

Г—ПС

СООН-СН2-СО-S—Щ

і

СО2<——— і Домен 1

і

А—> НS—ї

Г—ПС

СН3-СН2-СН2-СО-СН2-СО-S—Щ

Далее реакции цикла повторяются и образуется шестиуглеродный насыщенный ацильный остаток, связанный с пальмитоилсинтетазой.

Циклы синтеза продолжаются до тех пор, пока на пальмитоилсинтетазе не образуется остаток пальмитиновой кислоты. После этого при участии домена 7, обладающего тиоэстеразной активностью, идет гидролиз тиоэфирной связи и свободная пальмитиновая кислота покидает пальмитоилсинтетазу.

Суммарное уравнение реакции синтеза пальмитиновой кислоты:

Ъ———————————————————————————————————————————————————————————ї

і СН3-СО-S-КоА + 7 СООН-СН2-СО-S-КоА + 14 НАДФН+Н+ ————> і

і ———> СН3-(СН2)14-СООН + 14 НАДФ+ + 6Н2О + 8НS-КоА + 7СО2 і

А———————————————————————————————————————————————————————————Щ

Из приведенного суммарного уравнения следует, что в синтезе пальмитиновой кислоты используется только одна молекула ацетил-КоА и 7 молекул малонил-КоА. Интересно, что при декарбоксилировании малонил-КоА в 3-кетоацилсинтетазной реакции всегда выделяется в виде СО2 тот атом углерода малонила, который был включен в него из СО2 при карбоксилировании ацетил-КоА, что было однозначно доказано в экспериментах с использованием 14СО2.

Для синтеза пальмитиновой кислоты необходимы восстановительные эквиваленты в виде НАДФН+Н+. Половину необходимого количества НАДФН+Н+ клетка нарабатывает при транспорте ацетильных остатков из митохондрий в цитозоль, источником остальной части восстановительных эквивалентов является пентозный цикл окисления углеводов.

По-видимому, на димерной молекуле пальмитоилсинтетазы может синтезироваться сразу две молекулы пальмитиновой кислоты. Работа этого полифункционального фермента обеспечивает высокую эффективность процесса и устраняет конкуренцию с другими метаболическими процессами в клетке за промежуточные продукты синтеза. Активность пальмитоилсинтетазы угнета _ю .тся по аллостерическому механизму избыточными концентрациями свободной пальмитиновой кислоты в клетке.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 335; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!