Yağlı asitlerin sentezi birçok önemli hücresel fonksiyonlara katılmak hücrelerindeki en önemli lipidlerin temel bileşenleri (yağ asitleri) üretilen hangi bir süreçtir.
Yağ asitleri alifatik moleküllerdir, yani esasen birbirine az çok doğrusal bir şekilde bağlanmış karbon ve hidrojen atomlarından oluşurlar. Bir ucunda bir metil grubu, diğer ucunda ise "yağ asitleri" olarak adlandırılan asidik bir karboksilik grubu vardır.
Yağ asidi sentezinin özeti (Kaynak: Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0), Wikimedia Commons aracılığıyla)
Lipitler, farklı hücresel biyosentetik sistemler tarafından aşağıdakiler gibi diğer daha karmaşık moleküllerin oluşumu için kullanılan moleküllerdir:
- zar fosfolipidleri
- enerji depolaması için trigliseritler ve
- birçok hücre türünün (ökaryotik ve prokaryotik) yüzeyinde bulunan bazı özel moleküllerin çapaları
Bu bileşikler doğrusal moleküller olarak var olabilir (tüm karbon atomları hidrojen molekülleri ile doyurulmuş), ancak düz zincirli ve bazı doygunluklara sahip olanlar, yani karbon atomları arasındaki çift bağlarla da gözlemlenebilir.
Doymuş yağ asitleri, yapısı biraz daha karmaşık olan dallı zincirlerde de bulunabilir.
Yağ asitlerinin moleküler özellikleri, onların oluşturduğu moleküllerin fizikokimyasal özelliklerinin çoğu, özellikle erime noktalarına, paketleme derecelerine ve çift katman oluşturma kapasitelerine bağlı olduğundan, işlevleri için çok önemlidir.
Bu nedenle, yağ asitlerinin sentezi, hücre için birçok açıdan kritik olan bir dizi ardışık olay olduğundan, oldukça düzenlenmiş bir konudur.
Yağ asidi sentezi nerede gerçekleşir?
Çoğu canlı organizmada, yağ asitlerinin sentezi sitozolik bölmede meydana gelirken, bozunmaları esas olarak sitozol ve mitokondri arasında meydana gelir.
Süreç, ATP bağlarında bulunan enerjiye, NADPH'nin indirgeme gücüne (genellikle pentoz fosfat yolundan türetilir), biyotin kofaktörüne, bikarbonat iyonlarına (HCO3-) ve manganez iyonlarına bağlıdır.
Memeli hayvanlarda, yağ asitlerinin sentezi için ana organlar karaciğer, böbrekler, beyin, akciğerler, meme bezleri ve yağ dokusudur.
Yağ asitlerinin de novo sentezi için doğrudan substrat asetil-CoA'dır ve son ürün bir palmitat molekülüdür.
Asetil-CoA, doğrudan glikolitik ara ürünlerin işlenmesinden elde edilir, bu nedenle yüksek karbonhidrat içeren bir diyet, lipidlerin (lipogenez) ergo ve ayrıca yağ asitlerinin sentezini destekler.
İlgili enzimler
Asetil-CoA, yağ asitlerinin oluşumu için kullanılan iki karbonlu sentez bloğudur, çünkü bu moleküllerden birkaçı, bir asetil-CoA'nın karboksilasyonu ile oluşturulan bir malonil-CoA molekülüne art arda bağlanmıştır.
Rotadaki ilk enzim ve regülasyonu açısından en önemlilerinden biri, kompleks olan asetil-CoA karboksilaz (ACC) olarak bilinen asetil-CoA'nın karboksilasyonundan sorumlu olandır. 4 proteinden oluşan ve kofaktör olarak biotin kullanan enzimatik bir bileşik.
Bununla birlikte, farklı türler arasındaki yapısal farklılıklara rağmen, yağ asidi sentaz enzimi, ana biyosentetik reaksiyonlardan sorumludur.
Bu enzim, gerçekte, "doğumda" yağ asidinin uzaması için gerekli olan 7 farklı enzimatik aktiviteye sahip monomerlerden oluşan bir enzim kompleksidir.
Bu enzimin 7 aktivitesi şu şekilde sıralanabilir:
- ACP : asil grubu taşıyıcı protein
- Asetil-CoA-ACP transasetilaz (AT)
- β-ketoasil-ACP sentaz (KS)
- Malonyl-CoA-ACP transferaz (MT)
- β-ketoasil-ACP redüktaz (KR)
- β-hidroksiasil-ACP dehidrataz (HD)
- Enoyl-ACP redüktaz (ER)
Bakteriler gibi bazı organizmalarda, örneğin, yağ asidi sentaz kompleksi, birbiriyle birleşen, ancak farklı genler (tip II yağ asidi sentaz sistemi) tarafından kodlanan bağımsız proteinlerden oluşur.
Maya yağ asidi sentaz enzimi (Kaynak: Xiong, Y., Lomakin, IB, Steitz, TA / Public domain, Wikimedia Commons aracılığıyla)
Bununla birlikte, birçok ökaryotta ve bazı bakterilerde, çoklu enzim, bir veya daha fazla polipeptidde farklı fonksiyonel alanlara ayrılan, ancak aynı gen tarafından kodlanabilen (tip I yağlı asit sentaz sistemi) birkaç katalitik aktivite içerir.
Aşamalar ve reaksiyonlar
Yağ asitlerinin sentezi ile ilgili yapılan çalışmaların çoğu bakteri modelinde yapılan bulguları içerir, ancak ökaryotik organizmaların sentez mekanizmaları da derinlemesine incelenmiştir.
Tip II yağ asidi sentaz sisteminin, tüm yağlı açil ara maddelerinin, onları bir enzimden diğerine taşıyan, asil taşıyıcı protein (ACP) olarak bilinen küçük bir asidik proteine kovalent olarak bağlanmasıyla karakterize edildiğini belirtmek önemlidir.
Ökaryotlarda, tersine, ACP aktivitesi aynı molekülün bir parçasıdır, aynı enzimin, ara maddelerin bağlanması ve farklı katalitik alanlar boyunca taşınması için özel bir yere sahip olduğu anlaşılmaktadır.
Protein veya ACP kısmı ile yağlı asil grupları arasındaki birleşme, bu moleküller arasındaki tioester bağları ve yağlı asilin karboksil grubu ile kaynaşmış ACP'nin 4'-fosfopantetheine (pantotenik asit) protez grubu aracılığıyla gerçekleşir.
- Başlangıçta, enzim asetil-CoA karboksilaz (ACC), belirtildiği gibi, 3'ün ara maddesini oluşturmak için bir asetil-CoA molekülünün karboksilasyonunu içeren yağ asitlerinin sentezinde "taahhüt" ün ilk aşamasını katalize etmekten sorumludur. malonil-CoA olarak bilinen karbon atomları.
Yağ asidi sentaz kompleksi, "tiol" bölgelerini doğru bir şekilde "doldurması" gereken asetil ve malonil gruplarını alır.
Bu, başlangıçta asetil-CoA-ACP transasetilaz tarafından katalize edilen bir reaksiyon olan β-ketoasil-ACP sentaz enzimindeki sisteinin SH grubuna asetil-CoA transferiyle gerçekleşir.
Malonil grubu, malonil-CoA'dan, malonil-CoA-ACP transferaz enziminin aracılık ettiği ve malonil-ACP'yi oluşturan bir olay olan ACP proteininin SH grubuna aktarılır.
- Doğumda yağ asidinin uzamasının başlama adımı, malonil-ACP'nin bir asetil-CoA molekülü ile yoğunlaştırılmasından oluşur, bu reaksiyon, p-ketoasil-ACP sentaz aktivitesine sahip bir enzim tarafından yönlendirilir. Bu reaksiyonda asetoasetil-ACP oluşur ve bir CO2 molekülü salınır.
- Uzama reaksiyonları, bir seferde 2 karbon atomunun eklendiği, her döngünün bir yoğunlaşma, bir indirgeme, bir dehidrasyon ve ikinci bir indirgeme olayından oluştuğu döngülerde meydana gelir:
- Yoğunlaşma: asetil ve malonil grupları asetoasetil-ACP oluşturmak için yoğunlaşır
- Karbonil grubunun indirgenmesi: asetoasetil-ACP'nin karbon 3 karbonil grubu indirgenir, D-β-hidroksibütiril-ACP'yi oluşturur, bu reaksiyon β-ketoasil-ACP-redüktaz tarafından katalize edilir ve NADPH'yi elektron vericisi olarak kullanır.
- Dehidrasyon: Önceki molekülün 2 ve 3 numaralı karbonları arasındaki hidrojenler uzaklaştırılır ve trans -∆2-butenoil-ACP üretimi ile sona eren bir çift bağ oluşturur. Reaksiyon, β-hidroksiasil-ACP dehidrataz tarafından katalize edilir.
- Çift bağ indirgeme: trans-del2-butenoil-ACP çift bağı, indirgeyici ajan olarak NADPH kullanan enoil-ACP redüktazın etkisiyle butiril-ACP oluşturmak üzere indirgenir.
Uzamaya devam etmek için, yeni bir malonil molekülünün yağlı asit sentaz kompleksinin ACP kısmına tekrar bağlanması ve ilk sentez döngüsünde oluşan butiril grubu ile yoğunlaşması ile başlaması gerekir.
Palmitatın yapısı (Kaynak: Edgar181 / Public domain, Wikimedia Commons aracılığıyla)
Her uzatma adımında, zinciri 2 karbon atomu üzerinde büyütmek için yeni bir malonil-CoA molekülü kullanılır ve bu reaksiyonlar, uygun uzunluğa (16 karbon atomu) ulaşılana kadar tekrarlanır, ardından bir tioesteraz enzimi salınır. hidrasyon yoluyla tam yağlı asit.
Palmitat, kimyasal özelliklerini değiştiren farklı enzim türleri tarafından daha fazla işlenebilir, yani doymamışlık verebilir, uzunluğunu uzatabilir, vb.
düzenleme
Birçok biyosentetik veya bozunma yolu gibi, yağ asidi sentezi de farklı faktörlerle düzenlenir:
- Bikarbonat iyonlarının (HCO3-), vitamin B'nin (biyotin) ve asetil-CoA'nın (yolun ilk adımı sırasında, bir asetil-CoA molekülünün karboksilatlı bir ara madde vasıtasıyla karboksilasyonunu içeren varlığına bağlıdır. malonil-CoA oluşturmak için biyotin).
- Hücresel enerji özelliklerine yanıt olarak oluşan bir yoldur, çünkü yeterli miktarda "metabolik yakıt" olduğunda, fazlalık, enerji açığı zamanlarında müteakip oksidasyon için depolanan yağ asitlerine dönüştürülür.
Tüm yolun sınırlayıcı aşamasını temsil eden enzim asetil-CoA karboksilaz regülasyonu açısından, sentezin ana ürünü olan palmitoyl-CoA tarafından inhibe edilir.
Allosterik aktivatörü ise, metabolizmayı oksidasyondan senteze kadar depolamaya yönlendiren sitrattır.
Mitokondriyal asetil-CoA ve ATP konsantrasyonları arttığında, sitrat, hem asetil-CoA'nın sitozolik sentezi için bir öncü hem de asetil-CoA karboksilaz için bir allosterik aktivasyon sinyali olduğu sitozole taşınır.
Bu enzim, glukagon ve epinefrinin hormonal etkisiyle tetiklenen bir olay olan fosforilasyonla da düzenlenebilir.
Referanslar
- McGenity, T., Van Der Meer, JR ve de Lorenzo, V. (2010). Hidrokarbon ve lipit mikrobiyolojisi El Kitabı (s. 4716). KN Timmis (Ed.). Berlin: Springer.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA ve Rodwell, VW (2014). Harper'ın resimli biyokimyası. McGraw-Hill.
- Nelson, DL ve Cox, MM (2009). Lehninger biyokimya prensipleri (s. 71-85). New York: WH Freeman.
- Numa, S. (1984). Yağ asidi metabolizması ve düzenlenmesi. Elsevier.
- Rawn, JD (1989). Biyokimya-Uluslararası baskı. Kuzey Carolina: Neil Patterson Publishers, 5.