Sinteza acizilor grași este procesul prin care (acizi grași) sunt produși componentele fundamentale ale celor mai importante lipidelor din celule, care participă la multe funcții celulare importante.
Acizii grași sunt molecule alifatice, adică sunt compuși în esență de atomi de carbon și hidrogen legați între ei într-o manieră mai mult sau mai puțin liniară. Au o grupare metil la un capăt și o grupă carboxilică acidă la celălalt, pentru care sunt numiți „acizi grași”.
Rezumatul sintezei acizilor grași (Sursa: Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prin Wikimedia Commons)
Lipidele sunt molecule utilizate de diferite sisteme biosintetice celulare pentru formarea altor molecule mai complexe precum:
- fosfolipide ale membranei
- trigliceride pentru stocarea energiei și
- ancorele unor molecule speciale găsite la suprafața multor tipuri de celule (eucariote și procariote)
Acești compuși pot exista sub formă de molecule liniare (cu toți atomii de carbon saturați cu molecule de hidrogen), dar cei cu un lanț drept și unele saturații pot fi de asemenea observate, adică cu duble legături între atomii lor de carbon.
Acizii grași saturați pot fi, de asemenea, găsiți cu lanțuri ramificate, a căror structură este puțin mai complexă.
Caracteristicile moleculare ale acizilor grași sunt cruciale pentru funcția lor, deoarece multe dintre proprietățile fizico-chimice ale moleculelor care sunt formate de aceștia depind de ei, în special punctul de topire, gradul lor de ambalare și capacitatea lor de a forma straturi.
Astfel, sinteza acizilor grași este o materie extrem de reglementată, deoarece este o serie de evenimente secvențiale critice pentru celulă din mai multe puncte de vedere.
Unde are loc sinteza acizilor grași?
În majoritatea organismelor vii, sinteza acizilor grași are loc în compartimentul citosolic, în timp ce degradarea lor are loc mai ales între citosol și mitocondrie.
Procesul depinde de energia conținută de legăturile ATP, de puterea de reducere a NADPH (de obicei derivată din calea fosfatului pentoză), cofactorul de biotină, ionii bicarbonat (HCO3-) și ionii de mangan.
La animalele de mamifere principalele organe pentru sinteza acizilor grași sunt ficatul, rinichii, creierul, plămânii, glandele mamare și țesutul adipos.
Substratul imediat pentru sinteza de novo a acizilor grași este acetil-CoA, iar produsul final este o moleculă de palmitat.
Acetil-CoA derivă direct din procesarea intermediarilor glicolitici, motiv pentru care o dietă bogată în carbohidrați promovează sinteza lipidelor (lipogeneză) ergo, de asemenea acizi grași.
Enzimele implicate
Acetil-CoA este blocul de sinteză cu două carbon care este utilizat pentru formarea acizilor grași, deoarece multe dintre aceste molecule sunt unite consecutiv la o moleculă de malonil-CoA, formată prin carboxilarea unei acetil-CoA.
Prima enzimă din traseu și una dintre cele mai importante din punctul de vedere al reglării sale, este cea responsabilă de carboxilarea acetil-CoA, cunoscută sub numele de acetil-CoA carboxilază (ACC), care este un complex Un compus enzimatic format din 4 proteine și care utilizează biotina ca cofactor.
Cu toate acestea, și în ciuda diferențelor structurale dintre diferitele specii, enzima sintetică a acidului gras este responsabilă pentru principalele reacții biosintetice.
Această enzimă este, în realitate, un complex enzimatic compus din monomeri care au cele 7 activități enzimatice diferite, care sunt necesare pentru alungirea acidului gras la „naștere”.
Cele 7 activități ale acestei enzime pot fi enumerate după cum urmează:
- ACP : proteină purtătoare de grupă acil
- Acetil-CoA-ACP transacetilază (AT)
- β-cetoacil-ACP sintaza (KS)
- Malonil-CoA-ACP transferază (MT)
- β-cetoacil-ACP reductază (KR)
- β-hidroxiacil-ACP dehidratază (HD)
- Enoyl-ACP reductază (ER)
În unele organisme, cum ar fi bacteriile, de exemplu, complexul de sintază a acidului gras este format din proteine independente care se asociază între ele, dar sunt codificate de diferite gene (sistemul de sintază a acidului gras tip II).
Enzima sintază a acidului gras drojdie (Sursa: Xiong, Y., Lomakin, IB, Steitz, TA / Domeniu public, prin Wikimedia Commons)
Cu toate acestea, în multe eucariote și unele bacterii multienzima conține mai multe activități catalitice care sunt separate în domenii funcționale diferite, într-una sau mai multe polipeptide, dar care pot fi codificate de aceeași genă (sistemul de sintază a acidului gras tip I).
Etapele și reacțiile
Majoritatea studiilor efectuate cu privire la sinteza acizilor grași implică descoperirile realizate în modelul bacterian, cu toate acestea, mecanismele de sinteză ale organismelor eucariote au fost, de asemenea, studiate într-o anumită adâncime.
Este important de menționat că sistemul de sintază a acidului gras de tip II este caracterizat prin aceea că toți intermediații de acil grași sunt legați covalent la o proteină acidă mică, cunoscută sub numele de proteina transportoare acil (ACP), care le transportă de la o enzimă la alta.
În eucariote, dimpotrivă, activitatea ACP face parte din aceeași moleculă, fiind înțeles că aceeași enzimă are un sit special pentru legarea intermediarilor și transportul acestora prin diferite domenii catalitice.
Unirea dintre proteină sau porțiunea ACP și grupările acil grase are loc prin legături de tiaester între aceste molecule și grupul protetic 4'-fosfopantetină (acid pantotenic) al ACP, care este fuzionat cu gruparea carboxilică a acilului gras.
- Inițial, enzima acetil-CoA carboxilază (ACC) este responsabilă de catalizarea primului pas al „angajamentului” în sinteza acizilor grași care, așa cum s-a menționat, implică carboxilarea unei molecule acetil-CoA pentru a forma intermediarul 3 atomi de carbon cunoscuti sub numele de malonil-CoA.
Complexul de sintaza acizilor grași primește grupările acetil și malonil, care trebuie să „completeze” în mod corect siturile „tiol” ale acestuia.
Acest lucru apare inițial prin transferul de acetil-CoA la grupa SH de cisteină în enzima β-cetoacil-ACP sintaza, o reacție catalizată de acetil-CoA-ACP transacetilază.
Grupul malonil este transferat de la malonil-CoA la grupa SH a proteinei ACP, un eveniment mediat de enzima malonil-CoA-ACP transferază, formând malonil-ACP.
- Etapa de inițiere a alungirii acidului gras la naștere constă în condensarea malonil-ACP cu o moleculă acetil-CoA, o reacție condusă de o enzimă cu activitate de sintază β-cetoacil-ACP. În această reacție, se formează acetoacetil-ACP și se eliberează o moleculă de CO2.
- Reacțiile de alungire apar în cicluri în care se adaugă 2 atomi de carbon simultan, în care fiecare ciclu constă dintr-o condensare, o reducere, o deshidratare și un al doilea eveniment de reducere:
- Condensare: grupele acetil și malonil se condensează formând acetoacetil-ACP
- Reducerea grupei carbonil: grupul carbonil din carbonul 3 al acetoacetil-ACP este redus, formând D-β-hidroxibutiiril-ACP, o reacție catalizată de β-cetoacil-ACP-reductază, care folosește NADPH ca donator de electroni.
- Deshidratare: hidrogenii între carbonii 2 și 3 ai moleculei anterioare sunt îndepărtați, formând o dublă legătură care se încheie cu producerea de trans-2-butenoil-ACP. Reacția este catalizată de β-hidroxiacil-ACP dehidratază.
- Reducerea dublei legături: legătura dublă trans-del2-butenoil-ACP este redusă la forma butiril-ACP prin acțiunea enoyl-ACP reductazei, care utilizează, de asemenea, NADPH ca agent reducător.
Pentru a continua alungirea, o nouă moleculă de malonil trebuie să se lege din nou de porțiunea ACP a complexului de sintază a acidului gras și să înceapă cu condensarea acesteia cu grupul butiril format în primul ciclu de sinteză.
Structura palmitate (Sursa: Edgar181 / Domeniu public, prin Wikimedia Commons)
La fiecare etapă de alungire se folosește o nouă moleculă de malonil-CoA pentru a crește lanțul pe 2 atomi de carbon și aceste reacții se repetă până când se atinge lungimea corespunzătoare (16 atomi de carbon), după care se eliberează o enzimă tioesterază acidul gras complet prin hidratare.
Palmitatul poate fi prelucrat în continuare de diferite tipuri de enzime care își modifică caracteristicile chimice, adică pot introduce nesaturații, pot prelungi lungimea acestuia etc.
Regulament
La fel ca multe căi biosintetice sau de degradare, sinteza acizilor grași este reglementată de diferiți factori:
- Depinde de prezența ionilor de bicarbonat (HCO3-), vitamina B (biotină) și acetil-CoA (în timpul etapei inițiale a căii, care implică carboxilarea unei molecule acetil-CoA cu ajutorul unui intermediar carboxilat de biotină pentru a forma malonil-CoA).
- Este o cale care apare ca răspuns la caracteristicile energetice celulare, deoarece atunci când există o cantitate suficientă de "combustibil metabolic", excesul este transformat în acizi grași care sunt depozitați pentru oxidarea ulterioară în timp de deficit energetic.
În ceea ce privește reglarea enzimei acetil-CoA carboxilază, care reprezintă etapa de limitare a întregii căi, aceasta este inhibată de palmitoi-CoA, produsul principal de sinteză.
Pe de altă parte, activatorul alosteric este citratul, care direcționează metabolismul de la oxidare la sinteză pentru păstrare.
Când concentrațiile de acetil-CoA și ATP mitocondriale cresc, citratul este transportat în citosol, unde este atât un precursor pentru sinteza citosolică de acetil-CoA, cât și un semnal de activare alosteric pentru acetil-CoA carboxilază.
Această enzimă poate fi reglată și prin fosforilare, eveniment declanșat de acțiunea hormonală a glucagonului și a epinefrinei.
Referințe
- McGenity, T., Van Der Meer, JR, & de Lorenzo, V. (2010). Manual de microbiologie cu hidrocarburi și lipide (p. 4716). KN Timmis (Ed.). Berlin: Springer.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, și Rodwell, VW (2014). Biochimia ilustrată a lui Harper. McGraw-Hill.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Principiile biochimiei Lehninger (pp. 71-85). New York: WH Freeman.
- Numa, S. (1984). Metabolismul acizilor grași și reglarea acestuia. Elsevier.
- Rawn, JD (1989). Ediție internațională de biochimie. Carolina de Nord: Neil Patterson Publishers, 5.