LIPITLERIN SENTEZI: TÜRLERI VE ANA MEKANIZMALARI - BIYOLOJI - 2025

Lipidlerin sentezi kısa zincirli hidrokarbonlar, daha sonra, farklı kimyasal değişikliğine maruz kalabileceği uzun zincirli moleküller oluşturmak üzere yoğunlaşan bunlar aracılığıyla enzimatik bir dizi reaksiyon oluşur.

Lipidler, tüm canlı hücreler tarafından sentezlenen ve hücresel yaşamın sürdürülmesi için gerekli olan çok sayıda işlevde uzmanlaşmış, oldukça çeşitli biyomoleküllerin bir sınıfıdır.

Bazı yaygın lipit örnekleri: gliserofosfolipidler, steroller, gliserolipidler, yağ asitleri, sfingolipidler ve prenoller (Kaynak: Orijinal yükleyici Lmaps at English Wikipedia. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/) fdl-1.2.html) Commons aracılığıyla, Raquel Parada tarafından uyarlanmıştır)

Lipitler, biyolojik zarların ana bileşenleridir ve bu, onları çevrelerinden izole edilmiş varlıklar olarak hücrelerin varoluşu için temel moleküller haline getiren bir gerçektir.

Bazı lipitlerin ayrıca pigmentler, kofaktörler, taşıyıcılar, deterjanlar, hormonlar, hücre içi ve hücre dışı haberciler, zar proteinleri için kovalent ankrajlar gibi özel işlevleri vardır. Bu nedenle, farklı lipid türlerini sentezleme yeteneği, tüm canlı organizmaların hayatta kalması için kritik öneme sahiptir.

Bu büyük bileşik grubu geleneksel olarak birkaç kategori veya alt grupta sınıflandırılır: yağ asitleri (doymuş ve doymamış), gliseritler (fosfogliseritler ve nötr gliseritler), gliserit olmayan lipidler (sfingolipidler (sfingomiyelinler ve glikolipitler), steroidler ve mumlar) ve karmaşık lipitler (lipoproteinler).

Lipit türleri ve ana sentez mekanizmaları

Lipid biyosentez yollarının tüm reaksiyon dizileri endergonik ve indirgeyicidir. Başka bir deyişle, hepsi enerji kaynağı olarak ATP'yi ve indirgeme gücü olarak NADPH gibi indirgenmiş bir elektron taşıyıcısı kullanır.

Daha sonra, başlıca lipit tiplerinin, yani yağ asitlerinin ve eikosanoidlerin, triasilgliserollerin ve fosfolipitlerin ve sterollerin (kolesterol) biyosentetik yollarının ana reaksiyonları tarif edilecektir.

- Yağ asitlerinin sentezi

Yağ asitleri, hücrelerdeki en ilgili lipitlerin bir parçası oldukları için, lipid açısından son derece önemli moleküllerdir. Sentezi, bu konudaki ilk çalışmalarda birçok bilim insanının düşündüğünün aksine, β-oksidasyonunun tersine gitmekten ibaret değildir.

Aslında bu metabolik yol, farklı hücre bölmelerinde meydana gelir ve oksidasyon için gerekli olmayan, malonil-CoA olarak bilinen üç karbonlu bir ara ürünün katılımını gerektirir.

Malonyl-CoA. NEUROtiker / Kamu malı

Ek olarak, asil taşıyıcı proteinler (ACP, English Acyl Carrier Proteins'den) olarak bilinen sülfhidril protein grupları ile yakından ilgilidir.

Genel olarak, yağ asitlerinin sentezi, özellikle uzun zincirli olanlar, her bir "dönüşte" dört adımın tekrarlandığı ve her dönüşte bir sonraki için substrat olan doymuş bir asil grubunun üretildiği ardışık bir işlemdir. , yeni bir malonil-CoA molekülü ile başka bir yoğunlaşma içerir.

Her dönüşte veya reaksiyon döngüsünde, yağ asidi zinciri, 16 atom uzunluğuna (palmitat) ulaşıncaya kadar iki karbonu uzatır ve ardından döngüden ayrılır.

Malonyl-CoA oluşumu

Üç karbon atomlu bu ara madde, enzime kovalent olarak bağlanan ve bu katalize katılan prostetik bir biyotin grubuna sahip bir enzim asetil-CoA karboksilazın etkisi sayesinde geri dönüşümsüz olarak asetil-CoA'dan oluşur. İki adım.

Bu reaksiyonda, bir bikarbonat molekülünden (HCO3-) türetilen bir karboksil grubu, biyotin'e ATP'ye bağlı bir şekilde aktarılır, burada biyotinil grubu, molekülün asetil-Coa'ya aktarılırken "geçici bir taşıyıcısı" olarak hareket eder. malonil-CoA üretir.

Yağ asidi sentez dizisinde, kullanılan indirgeyici ajan NADPH'dir ve aktive edici gruplar, katalizde en önemli olan yağ asidi sentazı adı verilen çok enzimli bir kompleksin parçası olan iki tiol grubudur (-SH). sentetik.

Omurgalılarda, yağ asidi sentaz kompleksi, sentez yolunun 7 karakteristik enzimatik aktivitesinin yanı sıra ara maddeleri serbest bırakmak için gerekli hidrolitik aktivitenin temsil edildiği tek bir büyük polipeptit zincirinin bir parçasıdır. sentez.

Yağ asidi sentaz enziminin yapısı (Kaynak: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), Wikimedia Commons aracılığıyla)

Bu kompleksin 7 enzimatik aktivitesi şunlardır: asil grubu taşıyıcı protein (ACP), asetil-CoA-ACP transasetilaz (AT), β-ketoasil-ACP sentaz (KS), malonil-CoA-ACP transferaz (MT), β- ketoasil-ACP redüktaz (KR), β-hidroksiasil-ACP dehidrataz (HD) ve enoil-ACP redüktaz (ER).

Yağ asidi zincirini oluşturmak için yoğunlaşma reaksiyonları meydana gelmeden önce, enzim kompleksindeki iki tiyol grubu asil grupları ile "yüklü" hale gelir: ilk olarak, bir asetil-CoA, a'nın -SH grubuna aktarılır. Kompleksin β-ketoasil-ACP sentaz kısmındaki sistein, asetil-CoA-ACP transasetilaz (AT) enzimi tarafından katalize edilen bir reaksiyon.

Daha sonra, bir malonil grubu, bir malonil-CoA molekülünden enzim kompleksinin açil grubu taşıyıcı kısmının (ACP) -SH grubuna aktarılır, bu da bir malonil-CoA-ACP transferaz (MT) enzimi tarafından katalize edilen bir reaksiyondur. Yağ asidi sentaz kompleksinin bir parçasıdır.

Reaksiyon döngüsünün her "dönüşü" için dört reaksiyon dizisi aşağıdaki gibidir:

1. Yoğunlaşma: Enzim üzerindeki "yüklü" asetil ve malonil grupları, bir -SH grubu aracılığıyla ACP kısmına bağlanan bir asetoasetil-ACP molekülü oluşturmak üzere yoğunlaşır. Bu aşamada, bir CO2 molekülü üretilir ve p-ketoasil-ACP sentaz tarafından katalize edilir (asetil grubu, asetoasetil-ACP kompleksinin "terminal metil" pozisyonunu işgal eder).
2. Karbonil grubunun indirgenmesi: asetoasetil-ACP'nin C3 pozisyonundaki karbonil grubu, bir elektron donörü olarak NADPH kullanan β-ketoasil-ACP redüktaz tarafından katalize edilen bir reaksiyon olan D-β-hidroksibütiril-ACP'yi oluşturmak için indirgenir.
3. Dehidrasyon: D-β-hidroksibütiril-ACP'nin C2 ve C3 karbonları su moleküllerinden yoksundur ve yeni bileşik trans -∆2-butenoil-ACP'nin üretimi ile sona eren bir çift bağ oluşturur. Bu sürece bir β-hidroksiasil-ACP dehidrataz (HD) enzimi aracılık eder.
4. Çift bağ indirgeme: Dehidrasyon aşamasında oluşan bileşiğin çift bağı doyurulur (indirgenir), enzim enoyl-ACP redüktaz (ER) tarafından katalize edilen reaksiyon yoluyla butiril-ACP verir ve bu da indirgeyici ajan olarak NADPH kullanır. .

Sentez reaksiyonları, enzim kompleksinden hidrolize edilen ve uzatma sistemleri tarafından üretilen daha uzun zincirli yağ asitleri için olası bir öncü olarak salınan bir palmitat molekülü (16 karbon atomu) oluşana kadar gerçekleşir. endoplazmik retikulumun düz kısmında ve mitokondride yer alan yağ asitleri.

Bu moleküllerin maruz kalabileceği diğer modifikasyonlar, örneğin desatürasyonlar, genellikle düz endoplazmik retikulumda meydana gelen farklı enzimler tarafından katalize edilir.

- Eikosanoidlerin sentezi

Eikosanoidler, bazı dokular tarafından komşu dokulardaki hücrelerle iletişim kurmak için üretilen "kısa menzilli" haberci moleküller olarak işlev gören hücresel lipidlerdir. Bu moleküller, 20 karbon atomlu çoklu doymamış yağ asitlerinden sentezlenir.

Prostaglandinler

Hormonal bir uyarana yanıt olarak, fosfolipaz A enzimi membran fosfolipidlerine saldırır ve araşidonatı 2 karbonlu gliserolden serbest bırakır. Bu bileşik, bifonksiyonel aktiviteye sahip pürüzsüz endoplazmik retikulum enzimi sayesinde prostaglandinlere dönüştürülür: siklooksijenaz (COX) veya prostaglandin H2 sentaz.

tromboksan

Prostaglandinler, kan trombositlerinde (trombositler) bulunan tromboksan sentaz sayesinde tromboksanlara dönüştürülebilir. Bu moleküller, kanın pıhtılaşmasının ilk aşamalarında yer alır.

- Triaçilgliserollerin sentezi

Yağ asitleri, triasilgliseroller veya membran lipidleri gliserofosfolipitler (hücresel metabolik ihtiyaçlara bağlı işlemler) gibi hücrelerdeki diğer daha karmaşık bileşiklerin sentezi için temel moleküllerdir.

Hayvanlar, iki yaygın öncüden triasilgliseroller ve gliserofosfolipidler üretir: yağlı açil-CoA ve L-gliserol 3-fosfat. Yağlı açil-CoA, β-oksidasyona katılan asil-CoA sentetazlar tarafından üretilirken, L-gliserol 3-fosfat glikolizden ve iki alternatif enzimin etkisiyle elde edilir: gliserol 3-fosfat dehidrojenaz ve gliserol kinaz.

Triasilgliseroller, iki yağlı açil-CoA molekülü ile bir diaçilgliserol 3-fosfat molekülü arasındaki reaksiyonla oluşur; Bu transfer reaksiyonları, spesifik asil transferazlar tarafından katalize edilir.

Bu reaksiyonda, fosfatidik asit ilk olarak üretilir, bu da bir enzim fosfatidik asit fosfataz tarafından defosforile edilerek 1,2-diasilgliserol üretilir, bu da üçüncü bir yağlı açil-CoA molekülünü kabul ederek triasilgliserol üretebilir.

- Fosfolipid sentezi

Fosfolipidler oldukça değişken moleküllerdir, çünkü birçok farklı molekül, yağ asitleri ve onları karakterize eden gliserol (gliserofosfolipidler) veya sfingolipidler (sfingolipidler) iskeleti ile farklı "baş" gruplarının kombinasyonu ile oluşturulabilir.

Bu moleküllerin genel montajı, gliserol veya sfingozin omurgasının sentezini, karşılık gelen yağ asitleri ile esterifikasyon veya amidasyon yoluyla birleşmeyi, bir fosfodiester bağı yoluyla bir hidrofilik "baş" grubunun eklenmesini ve gerekirse, ikinci grupların değiştirilmesi veya değiş tokuşu.

Ökaryotlarda bu süreç, düz endoplazmik retikulumda ve ayrıca süresiz olarak kalabilecekleri veya başka yerlere nakledilebilecekleri iç mitokondriyal membranda meydana gelir.

Tepki adımları

Gliserofosfolipid sentez reaksiyonunun ilk aşamaları, triasilgliserollerin üretimine eşdeğerdir, çünkü bir gliserol 3-fosfat molekülü, karbon 1 ve 2'deki iki yağ asidi molekülüne esterleştirilerek fosfatidik asit oluşturur. C1'de doymuş ve C2'de gliserolde doymamış yağ asitlerine sahip fosfolipidlerin bulunması yaygındır.

Fosfatidik asit ayrıca önceden sentezlenmiş veya "geri dönüştürülmüş" bir diaçilgliserol molekülünün fosforilasyonuyla da üretilebilir.

Bu moleküllerin polar "baş" grupları, fosfodiester bağları aracılığıyla oluşturulur. Bu işlemin doğru bir şekilde gerçekleşmesi için yapılması gereken ilk şey, sürece katılan hidroksil gruplarından birinin, diğer grup tarafından nükleofilik olarak yer değiştiren sitidin difosfat (CDP) gibi bir nükleotide bağlanarak "aktivasyonu" dur. reaksiyona katılan hidroksil.

Bu molekül diaçilgliserole bağlanırsa, CDP-diaçilgliserol (fosfatidik asidin "aktive edilmiş" formu) oluşur, ancak bu aynı zamanda "baş" grubunun hidroksil grubunda da meydana gelebilir.

Örneğin fosfatidilserin durumunda, diaçilgliserol, fosfatidik asit molekülünün bir sitidin trifosfat (CTP) molekülü ile yoğunlaştırılması, CDP-diasilgliserol oluşturması ve bir pirofosfatın ortadan kaldırılmasıyla aktive edilir.

Bir CMP (sitidin monofosfat) molekülü, 1-karbon gliserol 3-fosfat, fosfatidilserin veya fosfatidilgliserol 3-fosfat, serin hidroksilinin veya hidroksilinin nükleofilik saldırısıyla yer değiştirirse, fosfat monoesterin buradan salınabilir ve fosfatidilgliserol üretir.

Bu şekilde üretilen her iki molekül de, genellikle birbirleriyle biyosentetik yolları paylaşan diğer membran lipidleri için öncü görevi görür.

- Kolesterol sentezi

Kolesterol, hücreleri tarafından sentezlenebilen hayvanlar için gerekli bir moleküldür, bu nedenle günlük beslenmede gerekli değildir. 27 karbon atomlu bu molekül bir öncüden üretilir: asetat.

Bu karmaşık molekül, asetil-CoA'dan dört ana aşamada oluşur:

1. Mevalonat oluşturmak için üç asetat biriminin yoğunlaştırılması, 6 karbonlu bir ara molekül (önce bir asetoasetil-CoA molekülü, iki asetil-CoA (tiyolaz enzimi) ve daha sonra bir başka β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA ( HMG-CoA) (HMG-CoA sentetaz enzimi) Mevalonat, HMG-CoA'dan ve HMG-CoA redüktaz enzimi sayesinde oluşur.
2. Mevalonatın izopren birimlere dönüştürülmesi. İlk 3 fosfat grubu 3 ATP molekülünden mevalonata aktarılır. Komşu karbonil grubu ile birlikte fosfatlardan biri kaybolur ve dimetilalil pirofosfat üretmek için izomerize edilen ∆3-izopentenil pirofosfat oluşur.
3. C30 skualen (doğrusal bir molekül) oluşturmak için 6 C5 izopren biriminin polimerizasyonu veya yoğunlaştırılması.
4. Kolesterolün steroid çekirdeğinin 4 halkasını oluşturmak için skualenin siklizasyonu ve müteakip kimyasal değişiklikler: kolesterol veren metil gruplarının oksidasyonları, göçü ve eliminasyonu, vb.

Referanslar

1. Garrett, RH ve Grisham, CM (2001). Biyokimyanın ilkeleri: insan odaklı. Brooks / Cole Yayıncılık Şirketi.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA ve Rodwell, VW (2014). Harper'ın resimli biyokimyası. Mcgraw-Hill.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL ve Cox, MM (2008). Lehninger biyokimyanın ilkeleri. Macmillan.
4. Jacquemyn, J., Cascalho, A. ve Goodchild, RE (2017). Endoplazmik retikulum kontrollü lipid biyosentezinin giriş ve çıkışları. EMBO raporları, 18 (11), 1905-1921.
5. Ohlrogge, J. ve Browse, J. (1995). Lipid biyosentezi. Bitki Hücresi, 7 (7), 957.