SINTEZA LIPIDELOR: TIPURILE ȘI MECANISMELE LOR PRINCIPALE - BIOLOGIE - 2025

Sinteza lipidelor constă dintr - o serie de reacții enzimatice prin care hidrocarburile cu catenă scurtă sunt condensate pentru a forma molecule mai cu lanț , care pot suferi ulterior diferite modificări chimice.

Lipidele sunt o clasă de biomolecule extrem de variate sintetizate de toate celulele vii și care sunt specializate în funcții multiple esențiale pentru menținerea vieții celulare.

Câteva exemple de lipide obișnuite: glicerofosfolipide, steroli, glicerolipide, acizi grași, sfingolipide și prenoli (Sursa: Încărcătorul original a fost Lmaps la Wikipedia Wikipedia. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/ fdl-1.2.html) via Commons, adaptat de Raquel Parada)

Lipidele sunt principalele componente ale membranelor biologice, fapt care le face molecule fundamentale pentru existența celulelor ca entități izolate de mediul lor.

Unele lipide au, de asemenea, funcții specializate, precum pigmenți, cofactori, transportori, detergenți, hormoni, mesageri intra- și extracelulari, ancore covalente pentru proteine ​​cu membrană etc. Prin urmare, capacitatea de a sintetiza diferite tipuri de lipide este esențială pentru supraviețuirea tuturor organismelor vii.

Acest grup mare de compuși este clasificat în mod tradițional în mai multe categorii sau subgrupuri: acizi grași (saturați și nesaturați), gliceride (fosfogliceride și gliceride neutre), lipide non-gliceride (sfingolipide (sfingomieline și glicolipide), steroizi și ceară) și lipide complexe (lipoproteine).

Tipuri de lipide și principalele lor mecanisme de sinteză

Toate secvențele de reacție ale căilor de biosinteză lipidică sunt endergonice și reductive. Cu alte cuvinte, toți folosesc ATP ca sursă de energie și un purtător de electroni redus, precum NADPH, ca putere reducătoare.

În continuare, vor fi descrise principalele reacții ale căilor biosintetice ale principalelor tipuri de lipide, adică a acizilor grași și a eicosanoidelor, a triacilglicerolilor și a fosfolipidelor și a sterolilor (colesterolul).

- Sinteza acizilor grași

Acizii grași sunt molecule extrem de importante din punct de vedere lipidic, deoarece fac parte din cele mai relevante lipide din celule. Sinteza sa, contrar a ceea ce au considerat mulți oameni de știință în primele studii în această privință, nu constă în calea inversă a β-oxidării sale.

De fapt, această cale metabolică apare în diferite compartimente celulare și necesită participarea unui intermediar cu trei carbon cunoscut sub numele de malonil-CoA, care nu este necesar pentru oxidare.

Malonil-CoA. NEUROtiker / Domeniu public

În plus, este strâns legată de grupele sulfhidrilice ale proteinelor cunoscute sub numele de proteine ​​purtătoare de acil (ACP, din engleză Acyl Carrier Proteins).

În linii generale, sinteza acizilor grași, în special a celor cu lanț lung, este un proces secvențial în care se repetă patru etape în fiecare „viraj”, iar în fiecare rotație se produce o grupare acil saturată care este substratul pentru următoarea. , care implică o altă condensare cu o nouă moleculă malonil-CoA.

În fiecare rotație sau ciclu de reacție, lanțul de acizi grași se extinde cu doi atomi de carbon, până când atinge o lungime de 16 atomi (palmitate), după care iese din ciclu.

Formarea Malonil-CoA

Acest intermediar format din trei atomi de carbon este format ireversibil din acetil-CoA datorită acțiunii unei enzime acetil-CoA carboxilază, care are un grup protetic de biotină care este legat covalent de enzimă și care participă la această cataliză în La doi pași.

În această reacție, o grupare carboxil derivată dintr-o moleculă de bicarbonat (HCO3-) este transferată la biotină într-un mod dependent de ATP, unde grupa biotinil acționează ca un "transportor temporar" al moleculei în timp ce o transferă în acetil-Coa. , producând malonil-CoA.

În secvența de sinteză a acizilor grași, agentul reducător utilizat este NADPH, iar grupele de activare sunt două grupări tiol (-SH) care fac parte dintr-un complex multi-enzimatic numit acid gras sintaza, care este cel mai important în cataliză sintetic.

La vertebrate, complexul de sintază a acidului gras face parte dintr-un singur lanț polipeptidic mare, în care sunt reprezentate cele 7 activități enzimatice caracteristice ale căii de sinteză, precum și activitatea hidrolitică necesară pentru eliberarea intermediarilor la sfârșitul sinteză.

Structura enzimei sintazei acizilor grași (Sursa: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prin Wikimedia Commons)

Cele 7 activități enzimatice ale acestui complex sunt: ​​proteina transportoare a grupului acil (ACP), transacetilaza acetil-CoA-ACP (AT), β-cetoacil-ACP sintaza (KS), malonil-CoA-ACP transferaza (MT), β- ketoacil-ACP reductază (KR), β-hidroxiacil-ACP dehidratază (HD) și enoil-ACP reductază (ER).

Înainte ca reacțiile de condensare să poată avea loc asamblarea lanțului de acizi grași, cele două grupări tiol din complexul enzimatic devin „încărcate” cu grupările acil: în primul rând, un acetil-CoA este transferat în grupa -SH a cisteină în partea β-cetoacil-ACP sintaza a complexului, o reacție catalizată de enzima acetil-CoA-ACP transacetilază (AT).

Ulterior, o grupare malonil este transferată dintr-o moleculă malonil-CoA în grupa -SH a părții transportoare a grupului acil (ACP) din complexul enzimatic, o reacție catalizată de o enzimă malonil-CoA-ACP transferază (MT), care de asemenea Face parte din complexul sintazei de acizi grași.

Secvența a patru reacții pentru fiecare „viraj” a ciclului de reacție este următoarea:

1. Condensare: grupările "încărcate" acetil și malonil de pe enzimă se condensează pentru a forma o moleculă acetoacetil-ACP, care este atașată la partea ACP printr-o grupare -SH. În această etapă, o moleculă de CO2 este produsă și catalizată de β-cetoacil-ACP sintaza (grupa acetil ocupă poziția „metil terminal” a complexului acetoacetil-ACP).
2. Reducerea grupei carbonil: grupa carbonil în poziția C3 a acetoacetil-ACP este redusă pentru a forma D-β-hidroxibutiril-ACP, o reacție catalizată de β-cetoacil-ACP reductază, care folosește NADPH ca donator de electroni.
3. Deshidratare: carbonii C2 și C3 din D-β-hidroxibutiril-ACP sunt lipsiți de molecule de apă, formând o dublă legătură care se termină cu producerea noului compus trans-∆2-butenoil-ACP. Acest proces este mediat de o enzimă β-hidroxiacil-ACP dehidratază (HD).
4. Reducere dublă legătură: legătura dublă a compusului format în etapa de deshidratare este saturată (redusă) pentru a da butiril-ACP prin reacția catalizată de enzima enoyl-ACP reductază (ER), care utilizează, de asemenea, NADPH ca agent reducător .

Reacțiile de sinteză apar până la formarea unei molecule de palmitate (16 atomi de carbon), care este hidrolizată din complexul enzimatic și eliberată ca un posibil precursor pentru acizii grași cu lanțuri mai lungi, care sunt produse de sistemele de alungire. acizilor grași localizați în porțiunea netedă a reticulului endoplasmic și în mitocondrii.

Celelalte modificări prin care pot suferi aceste molecule, cum ar fi desaturarea, de exemplu, sunt catalizate de diferite enzime, care apar în general în reticulul endoplasmic neted.

- Sinteza eicosanoidelor

Eicosanoizii sunt lipide celulare care funcționează ca molecule de mesagerie „cu rază scurtă de acțiune”, produse de unele țesuturi pentru a comunica cu celulele din țesuturile vecine. Aceste molecule sunt sintetizate din acizi grași polinesaturați din 20 de atomi de carbon.

prostaglandinele

Ca răspuns la stimularea hormonală, enzima fosfolipază A atacă fosfolipidele membranei și eliberează arachidonatul din glicerolul 2-carbon. Acest compus este transformat în prostaglandine datorită unei enzime a reticulului endoplasmatic neted cu activitate bifuncțională: ciclooxigenază (COX) sau prostaglandină H2 sintază.

tromboxani

Prostaglandinele pot fi transformate în tromboxani datorită tromboxanului sintază prezent în trombocitele din sânge (trombocite). Aceste molecule participă la etapele inițiale ale coagulării sângelui.

- Sinteza triacilglicerolilor

Acizii grași sunt molecule esențiale pentru sinteza altor compuși mai complexi din celule, cum ar fi triacilglicerolii sau glicerofosfolipidele lipidelor de membrană (procese care depind de nevoile metabolice celulare).

Animalele produc triacilgliceroli și glicerofosfolipide din doi precursori comuni: acil-CoA gras și L-glicerol 3-fosfat. Acil-CoA gras este produs de sintaza acil-CoA care participă la oxidarea β, în timp ce L-glicerolul 3-fosfat este obținut din glicoliză și prin acțiunea a două enzime alternative: glicerolul 3-fosfat dehidrogenază și glicerol kinază.

Triacilglicerolii sunt formați prin reacția dintre două molecule de acil-CoA grasă și o moleculă de 3-fosfat de diacilglicerol; Aceste reacții de transfer sunt catalizate de acil transferaze specifice.

În această reacție, acidul fosfatidic este inițial produs, care este defosforilat de o enzimă fosfatază a acidului fosfatazic pentru a produce 1,2-diacilglicerol, care este din nou capabil să accepte o a treia moleculă de acil-CoA grasă, producând triacilglicerol.

- sinteza fosfolipidelor

Fosfolipidele sunt molecule extrem de variabile, deoarece multe altele diferite pot fi formate prin combinarea acizilor grași și a diferitelor grupuri "cap" cu scheletul glicerol (glicerofosfolipide) sau sfinosină (sfingolipide) care le caracterizează.

Adunarea generală a acestor molecule necesită sinteza coloanei vertebrale glicerol sau sfinozină, unirea cu acizii grași corespunzători, fie prin esterificare, fie prin amidare, adăugarea unei grupe "cap" hidrofile printr-o legătură fosfodiester și, dacă este necesar, modificarea sau schimbul ultimelor grupuri.

În eucariote acest proces are loc în reticulul endoplasmatic neted și, de asemenea, în membrana mitocondrială internă, unde pot rămâne la nesfârșit sau de unde pot fi transferați în alte locuri.

Pași de reacție

Primele etape ale reacției de sinteză a glicerofosfolipidelor sunt echivalente cu cele ale producției de triacilgliceroli, întrucât o moleculă de glicerol 3-fosfat este esterificată la două molecule de acid gras la carbonii 1 și 2, formând acid fosfatidic. Este comună găsirea fosfolipidelor care au acizi grași saturați în C1 și nesaturați în C2 a glicerolului.

Acidul fosfatidic poate fi produs și prin fosforilarea unei molecule de diacilglicerol deja sintetizate sau „reciclate”.

Grupurile polare ale „capului” acestor molecule sunt formate prin legături fosfodiester. Primul lucru care trebuie să se întâmple corect pentru ca acest proces să fie „activarea” uneia dintre grupările hidroxil care participă la proces prin legarea la un nucleotid, cum ar fi citidina difosfat (CDP), care este deplasată nucleofil de către cealaltă grupă. hidroxil care participă la reacție.

Dacă această moleculă se leagă de diacilglicerol, atunci se formează CDP-diacilglicerol (forma „activată” a acidului fosfatidic), dar acest lucru poate apărea și pe grupa hidroxil a grupului „cap”.

În cazul fosfatidilserinei, de exemplu, diacilglicerolul este activat prin condensarea moleculei de acid fosfatidic cu o moleculă de citidină trifosfat (CTP), formând CDP-diacilglicerol și îndepărtând un pirofosfat.

Dacă o moleculă de CMP (citofină monofosfat) este deplasată printr-un atac nucleofil al hidroxilului de serină sau al hidroxilului la 1-carbon de glicerol 3-fosfat, fosfatidilserină sau fosfatidilglicerol 3-fosfat poate fi eliberat, din care poate fi eliberat fosfat monoesterul produc fosfatidilglicerol.

Ambele molecule produse în acest fel servesc ca precursori pentru alte lipide de membrană, care adesea împărtășesc căi biosintetice între ele.

- Sinteza colesterolului

Colesterolul este o moleculă esențială pentru animale care poate fi sintetizată de celulele lor, deci nu este esențială în dieta zilnică. Această moleculă de 27 de atomi de carbon este produsă de la un precursor: acetatul.

Această moleculă complexă este formată din acetil-CoA în patru etape principale:

1. Condensarea a trei unități de acetat pentru a forma mevalonat, o moleculă intermediară 6-carbon (mai întâi o moleculă de acetoacetil-CoA este formată cu două acetil-CoA (enzimă tiolază) și apoi o altă dintre β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA ( HMG-CoA) (enzima HMG-CoA sintaza) Mevalonatul este format din HMG-CoA și datorită enzimei HMG-CoA reductază.
2. Conversia mevalonatului în unități de izopren. Primele 3 grupe fosfat sunt transferate de la 3 molecule de ATP la mevalonat. Unul dintre fosfați se pierde împreună cu gruparea carbonilă adiacentă și se formează pirofosfat ∆3-izopentenil, care este izomerizat pentru a produce pirofosfat dimetilalil
3. Polimerizarea sau condensarea unităților de izopren 6C5 pentru a forma squalenul C30 (o moleculă liniară).
4. Ciclizarea squalenului pentru a forma cele 4 inele ale nucleului steroidic al colesterolului și modificările chimice ulterioare: oxidări, migrare și eliminarea grupărilor metilice, etc., care produce colesterol.

Referințe

1. Garrett, RH și Grisham, CM (2001). Principiile biochimiei: cu accent uman. Brooks / Cole Publishing Company.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, și Rodwell, VW (2014). Biochimia ilustrată a lui Harper. McGraw-Hill.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Principiile biochimiei Lehninger. Macmillan.
4. Jacquemyn, J., Cascalho, A., & Goodchild, RE (2017). Biserica lipidică controlată a reticulului endoplasmatic controlat. Rapoarte EMBO, 18 (11), 1905-1921.
5. Ohlrogge, J., & Browse, J. (1995). Biosinteza lipidelor. The Cell Cell, 7 (7), 957.