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: 2015-12-20; просмотров: 51; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!