LIPIDIEN SYNTEESI: TYYPIT JA NIIDEN PÄÄMEKANISMIT - BIOLOGIA - 2025

Synteesi lipidien koostuu sarjasta entsymaattisia reaktioita, jonka avulla lyhyen ketjun hiilivedyt kondensoituvat muodostamaan pitkän ketjun molekyylejä, jotka voidaan sen jälkeen käsitellä useilla kemiallisia modifikaatioita.

Lipidit ovat luokka erittäin monimuotoisia biomolekyylejä, joita kaikki elävät solut syntetisoivat ja jotka ovat erikoistuneet useisiin toimintoihin, jotka ovat välttämättömiä solujen elämän ylläpitämiseksi.

Joitakin esimerkkejä yleisistä lipideistä: glyserofosfolipidit, sterolit, glyserolipidit, rasvahapot, sfingolipidit ja prenolit (Lähde: Alkuperäinen lähettäjä oli Lmaps englanniksi Wikipediassa. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/ fdl-1.2.html) Commonsista, mukautettu Raquel Parada)

Lipidit ovat biologisten kalvojen pääkomponentit, mikä tekee niistä perustavanlaatuisia molekyylejä solujen olemassaololle ympäristöstä eristetyinä kokonaisuuksina.

Joillakin lipideillä on myös erikoistuneita toimintoja, kuten pigmentit, kofaktorit, kuljettajat, pesuaineet, hormonit, solun sisäiset ja solunulkoiset lähettiläät, kovalenttiset ankkurit membraaniproteiineille jne. Siksi kyky syntetisoida erityyppisiä lipidejä on kriittinen kaikkien elävien organismien selviytymiselle.

Tämä suuri yhdisteiden ryhmä luokitellaan perinteisesti useisiin luokkiin tai alaryhmiin: rasvahapot (tyydyttyneet ja tyydyttymättömät), glyseridit (fosfoglyseridit ja neutraalit glyseridit), glyseridilipidit (sfingolipidit (sfingomyeliinit ja glykolipidit), steroidit ja vahat) ja kompleksiset lipidit (lipoproteiinit).

Lipidityypit ja niiden tärkeimmät synteesimekanismit

Kaikki lipidien biosynteesireittien reaktiosekvenssit ovat endergonisia ja pelkistäviä. Toisin sanoen he kaikki käyttävät ATP: tä energianlähteenä ja pelkistettyä elektronikantoainetta, kuten NADPH, vähentävänä voimana.

Seuraavaksi kuvataan lipidien päätyyppien, ts. Rasvahappojen ja eikosanoidien, triasyyliglyserolien ja fosfolipidien sekä sterolien (kolesteroli), biosynteettisten reittien pääreaktiot.

- Rasvahappojen synteesi

Rasvahapot ovat lipidien kannalta erittäin tärkeitä molekyylejä, koska ne ovat osa solujen tärkeimpiä lipidejä. Sen synteesi, toisin kuin monet tutkijat ajattelivat ensimmäisissä tutkimuksissa tässä suhteessa, ei koostu sen β-hapettumisen käänteisestä suunnasta.

Itse asiassa tämä metabolinen reitti tapahtuu eri soluosastoissa ja vaatii kolmen hiilen välituotteen, nimeltään malonyyli-CoA, osallistumisen, joka ei ole välttämätöntä hapettumiselle.

Malonyyli-CoA. NEUROtiker / julkinen verkkotunnus

Lisäksi se liittyy läheisesti proteiinien sulfhydryyliryhmiin, jotka tunnetaan nimellä asyylikantoproteiineja (ACP).

Yleisesti ottaen rasvahappojen, etenkin pitkäketjuisten, synteesi on peräkkäinen prosessi, jossa neljä vaihetta toistetaan jokaisessa "käänteessä" ja jokaisen käännöksen aikana muodostuu tyydyttynyt asyyliryhmä, joka on substraatti seuraavalle, johon liittyy uusi kondensaatio uuden malonyl-CoA-molekyylin kanssa.

Jokaisessa reaktiovaiheessa tai syklissä rasvahappoketju pidentää kahta hiiltä, ​​kunnes se saavuttaa 16 atomin pituuden (palmitaatti), minkä jälkeen se poistuu jaksosta.

Malonyl-CoA: n muodostuminen

Tämä kolmen hiiliatomin välituote muodostuu peruuttamattomasti asetyyli-CoA: sta asetyyli-CoA-karboksylaasi-entsyymin vaikutuksen ansiosta. Siinä on proteesiryhmä biotiinia, joka on kovalenttisesti sitoutunut entsyymiin ja joka osallistuu tähän katalyysiin Kaksi vaihetta.

Tässä reaktiossa bikarbonaattimolekyylistä (HCO3-) johdettu karboksyyliryhmä siirretään biotiiniin ATP-riippuvaisella tavalla, missä biotinyyliryhmä toimii molekyylin "väliaikaisena kuljettajana" siirtäen sitä asetyyli-Coaan., tuottaen malonyyli-CoA: ta.

Rasvahappojen synteesisekvenssissä käytetty pelkistin on NADPH ja aktivoivat ryhmät ovat kaksi tioliryhmää (-SH), jotka ovat osa monentsyymikompleksista, jota kutsutaan rasvahapposyntaasiksi, joka on tärkein katalyysi synteettinen.

Selkärankaisilla rasvahapposyntaasikompleksi on osa yhtä suurta polypeptidiketjua, jossa esitetään synteesireitin 7 ominaista entsymaattista aktiivisuutta, samoin kuin hydrolyyttinen aktiivisuus, joka tarvitaan välituotteiden vapauttamiseen proteiinin lopussa. synteesi.

Rasvahapposyntaasientsyymin rakenne (Lähde: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) Wikimedia Commonsin kautta)

Tämän kompleksin 7 entsymaattista aktiivisuutta ovat: asyyliryhmän kuljettajaproteiini (ACP), asetyyli-CoA-ACP-transasetylaasi (AT), β-ketoasyyli-ACP-syntaasi (KS), malonyyli-CoA-ACP-transferaasi (MT), β- ketoasyyli-ACP-reduktaasi (KR), p-hydroksiasyyli-ACP-dehydrataasi (HD) ja enoyyli-ACP-reduktaasi (ER).

Ennen kuin kondensaatioreaktiot voivat tapahtua rasvahappoketjun kokoamiseksi, entsyymikompleksissa olevat kaksi tioliryhmää "varautuvat" asyyliryhmillä: ensin asetyyli-CoA siirretään ryhmän -SH-ryhmään. kysteiini kompleksin beeta-ketoasyyli-ACP-syntaasi-osassa, reaktio, jota katalysoi entsyymi asetyyli-CoA-ACP-transaasetylaasi (AT).

Seuraavaksi malonyyliryhmä siirretään malonyyli-CoA-molekyylistä entsyymikompleksin asyyliryhmän kuljettajaosan (ACP) -SH-ryhmään, reaktion, jota katalysoi malonyyli-CoA-ACP-transferaasi (MT) entsyymi, joka myös Se on osa rasvahappojen syntaasikompleksia.

Neljän reaktion sekvenssi reaktiosyklin jokaiselle "kierrokselle" on seuraava:

1. Kondensaatio: Entsyymin "varautuneet" asetyyli- ja malonyyyliryhmät tiivistyvät asetyyliasetyyli-ACP-molekyylin muodostamiseksi, joka kiinnittyy ACP-ryhmään -SH-ryhmän kautta. Tässä vaiheessa P-ketoasyyli-ACP-syntaasi tuottaa ja katalysoi CO2-molekyylin (asetyyliryhmä on asetoasetyyli-ACP-kompleksin "terminaalisen metyylin" asemassa).
2. Karbonyyliryhmän pelkistys: asetoasetyyli-ACP: n C3-aseman karbonyyliryhmä pelkistetään D-β-hydroksibutyryyli-ACP: ksi, reaktio, jota katalysoi β-ketoasyyli-ACP-reduktaasi, joka käyttää NADPH: ta elektronidonorina.
3. Dehydratointi: D-β-hydroksibutyryyli-ACP: n C2- ja C3-hiileistä puuttuu vesimolekyylejä, jotka muodostavat kaksoissidoksen, joka päättyy uuden yhdisteen, trans-2-butenoyyli-ACP, tuottamiseen. Tätä prosessia välittää P-hydroksiasyyli-ACP-dehydrataasi (HD) -entsyymi.
4. Tuplaissidoksen pelkistys: dehydrausvaiheessa muodostuneen yhdisteen kaksoissidos kyllästetään (pelkistetään) butyryyli-ACP: n tuottamiseksi reaktion kautta, jota katalysoi enoyyli-ACP-reduktaasi-entsyymi (ER), joka käyttää myös NADPH: ta pelkistysaineena.

Synteesireaktioita tapahtuu, kunnes muodostuu palmitaatin molekyyli (16 hiiliatomia), joka hydrolysoituu entsyymikompleksista ja vapautuu mahdollisena edeltäjänä rasvahapoille, joilla on pidemmät ketjut ja joita pidennysjärjestelmät tuottavat. rasvahappojen osuus endoplasmisen retikulumin sileässä osassa ja mitokondrioissa.

Muita modifikaatioita, jotka nämä molekyylit voivat suorittaa, kuten esimerkiksi tyydyttymättömyyttä, katalysoivat eri entsyymit, joita esiintyy yleensä sileässä endoplasmisessa retikulumissa.

- Eikosanoidien synteesi

Eikosanoidit ovat solulipidejä, jotka toimivat "lyhyen kantaman" lähettimolekyyleinä, joita jotkut kudokset tuottavat kommunikoidakseen naapurikudostensa solujen kanssa. Nämä molekyylit syntetisoidaan 20 hiiliatomin monityydyttymättömistä rasvahapoista.

prostaglandiinit

Vastauksena hormonaaliseen stimulaatioon, entsyymi fosfolipaasi A hyökkää membraanin fosfolipideihin ja vapauttaa arakidonaatin 2-hiiliglyserolista. Tämä yhdiste muunnetaan prostaglandiineiksi sileän endoplasmisen retikulumin entsyymin ansiosta, jolla on bifunktionaalinen aktiivisuus: syklo-oksigenaasi (COX) tai prostaglandiini H2 -syntaasi.

tromboksaaneiksi

Prostaglandiinit voidaan muuttaa tromboksaaneiksi verihiutaleissa (trombosyyteissä) olevan tromboksaanisyntaasin ansiosta. Nämä molekyylit osallistuvat veren hyytymisen alkuvaiheisiin.

- Triasyyliglyserolien synteesi

Rasvahapot ovat perustavanlaatuisia molekyylejä muiden monimutkaisempien yhdisteiden synteesille soluissa, kuten triasyyliglyserolit tai membraanilipidit, glyserofosfolipidit (prosessit, jotka riippuvat solujen metabolisista tarpeista).

Eläimet tuottavat triasyyliglyseroleja ja glyserofosfolipidejä kahdesta yleisestä esiasteesta: rasva-asyyli-CoA ja L-glyseroli-3-fosfaatti. Rasvaista asyyli-CoA: ta tuottavat asyyli-CoA-syntetaasit, jotka osallistuvat β-hapetukseen, kun taas L-glyseroli-3-fosfaatti saadaan glykolyysiä ja kahden vaihtoehtoisen entsyymin vaikutuksesta: glyseroli-3-fosfaatti dehydrogenaasi ja glyserolikinaasi.

Triasyyliglyserolit muodostuvat reaktiolla kahden rasva-asyyli-CoA-molekyylin ja diasyyliglyseroli-3-fosfaatin molekyylin välillä; Näitä siirtoreaktioita katalysoivat spesifiset asyylitransferaasit.

Tässä reaktiossa syntyy aluksi fosfatidihappoa, joka fosforyloidaan fosfatidihappofosfataasi-entsyymillä, jolloin saadaan 1,2-diasyyliglyseroli, joka taas kykenee hyväksymään rasva-asyyli-CoA: n kolmannen molekyylin, joka tuottaa triasyyliglyserolia.

- Fosfolipidisynteesi

Fosfolipidit ovat erittäin muuttuvia molekyylejä, koska monia erilaisia ​​voidaan muodostaa yhdistämällä rasvahapot ja erilaiset "pää" -ryhmät niitä kuvaavan glyseroli- (glyserofosfolipidit) tai sfingosiini (sfingolipidit) -rungon kanssa.

Näiden molekyylien yleinen kokoonpano vaatii glyseroli- tai sfingosiinirungon synteesin, liitoksen vastaavien rasvahappojen kanssa joko esteröimällä tai amidoimalla, lisäämällä hydrofiilinen "pääryhmä" fosfodiesterisidoksen kautta ja tarvittaessa jälkimmäisten ryhmien muuttaminen tai vaihtaminen.

Eukaryooteissa tämä prosessi tapahtuu sileässä endoplasmisessa retikulumissa ja myös sisäisessä mitokondriaalisessa membraanissa, missä ne voivat pysyä määräämättömän ajan tai mistä ne voidaan siirtää muihin paikkoihin.

Reaktiovaiheet

Glyserofosfolipidisynteesireaktion ensimmäiset vaiheet vastaavat triasyyliglyserolien tuotannon vaiheita, koska glyseroli-3-fosfaatin molekyyli esteröidään kahdeksi rasvahappomolekyyliksi hiiltä 1 ja 2 muodostaen fosfatidihappoa. On yleistä löytää fosfolipidejä, joissa on rasvahappoja tyydyttyneitä C1: ssä ja tyydyttymättömiä glyserolin C2: ssa.

Fosfatidihappoa voidaan tuottaa myös fosforyloimalla jo syntetisoitu tai "kierrätetty" diasyyliglyserolimolekyyli.

Näiden molekyylien polaariset "pää" -ryhmät muodostetaan fosfodiesterisidosten kautta. Ensimmäinen asia, jonka on tapahduttava, jotta tämä prosessi voi tapahtua oikein, on prosessissa mukana olevan yhden hydroksyyliryhmän "aktivoituminen" sitoutumalla nukleotidiin, kuten sytidiinidifosfaattiin (CDP), joka toinen ryhmä syrjäyttää nukleofiilisesti. hydroksyyli, joka osallistuu reaktioon.

Jos tämä molekyyli sitoutuu diasyyliglyseroliin, muodostuu CDP-diasyyliglyseroli (fosfatidihapon "aktivoitu" muoto), mutta tämä voi tapahtua myös "pää" -ryhmän hydroksyyliryhmässä.

Esimerkiksi fosfatidyyliseriinin tapauksessa diasyyliglyseroli aktivoidaan kondensoimalla fosfatidihappomolekyyli sytidiinitrifosfaatti (CTP) -molekyylin kanssa, muodostaen CDP-diasyyliglyseroli ja eliminoimalla pyrofosfaatti.

Jos CMP: n (sytidiinimonofosfaatti) molekyyli syrjäytetään seriinin tai hydroksyylin nukleofiilisellä hyökkäyksellä glyseroli-3-fosfaatin 1-hiilessä, fosfatidyyliseriini tai fosfatidyyliglyseroli-3-fosfaatti voi vapautua, josta fosfaattimonoesteri voi vapautua ja tuottavat fosfatidyyliglyserolia.

Molemmat tällä tavalla tuotetut molekyylit toimivat esiasteina muille membraanilipideille, joilla on usein biosynteesireitit toistensa kanssa.

- Kolesterolin synteesi

Kolesteroli on eläimille välttämätön molekyyli, jonka solut voivat syntetisoida, joten se ei ole välttämätöntä päivittäisessä ruokavaliossa. Tämä 27 hiiliatomin molekyyli tuotetaan esiasteesta: asetaatista.

Tämä monimutkainen molekyyli muodostetaan asetyyli-CoA: sta neljässä päävaiheessa:

1. Kolmen asetaattiyksikön kondensaatio mevalonaatin muodostamiseksi, 6-hiilinen välimolekyyli (ensin muodostetaan asetoasetyyli-CoA-molekyyli kahden asetyyli-CoA: n (tiolaasientsyymi) kanssa ja sitten toisen β-hydroksi-β-metyyliglutaryyli-CoA: n kanssa (HMG-CoA) (HMG-CoA-syntetaasientsyymi) Mevalonaatti muodostuu HMG-CoA: sta ja HMG-CoA-reduktaasi-entsyymin ansiosta.
2. Mevalonaatin muuntaminen isopreeniyksiköiksi. Ensimmäiset 3 fosfaattiryhmää siirretään 3 ATP-molekyylistä mevalonaattiin. Yksi fosfaateista häviää vierekkäisen karbonyyliryhmän kanssa ja muodostuu -3-isopentenyylipyrofosfaatti, joka isomeroidaan tuottamaan dimetyylialyylipyrofosfaattia
3. 6 C5-isopreeniyksiköiden polymerointi tai kondensaatio C30-skvaleeniksi (lineaarinen molekyyli).
4. Skvaleenisyklisointi kolesterolin steroidiytimen 4 renkaan muodostamiseksi ja sitä seuraavat kemialliset muutokset: oksidaatiot, siirtyminen ja metyyliryhmien eliminointi jne., Mikä tuottaa kolesterolia.

Viitteet

1. Garrett, RH, & Grisham, CM (2001). Biokemian periaatteet: keskittyen ihmisiin. Brooks / Cole kustantaja.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, ja Rodwell, VW (2014). Harperin havainnollistettu biokemia. McGraw-Hill.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.
4. Jacquemyn, J., Cascalho, A., ja Goodchild, RE (2017). Endoplasmisen retikulumin ohjaaman lipidien biosynteesin täydellisyydet. EMBO-raportit, 18 (11), 1905 - 1921.
5. Ohlrogge, J., & Browse, J. (1995). Lipidien biosynteesi. The Plant Cell, 7 (7), 957.