|
|
Основы биохимии. Том 2з ацетил-СоА. Таким образом, любое вещество, способное давать ацетил-СоА, является потенциальным источником углеродных атомов в реакциях синтеза жирных кислот, основном процессе липогенеза. Источником ацетил-СоА может служить избыточная глюкоза пищи, принимаемая сверх непосредственных энергетических потребностей, а также сохраняемые в резерве полисахариды и аминокислоты, не требующиеся для других функций. Организм 17. МЕТАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ. I 753 животного может накапливать жир при содержании на безжировом рационе, богатом углеводами. Биосинтез насыщенных жирных кислот происходит во всех живых организмах, в том числе у млекопитающих, главным образом в жировой ткани, молочной железе и печени. В противоположность окислению жирных кислот, которое является исключительно митохондриальным, основным местом липогенеза является цитозоль. Далее, синтез жирных кислот требует присутствия NADPH, бикарбоната и Мп2~ — веществ, не требующихся при окислении жирных кислот. Ниже будет рассмотрен в первую очередь синтез в цитоплазме посредством главного метаболитического пути липогенеза, а затем два других типа синтеза — один, связанный с удлинением жирных кислот со средней длиной цепи в митохондриях, и другой — с удлинением СоА-производных полиненасыщенных жирных кислот с участием ферментов, локализованных в мембранах эндоплазматической сети. 17.6.1. Цитоплазматический механизм синтеза пальмитиновой кислоты Пальмитат-синтетаза катализирует общий процесс ацетил-СоА 4-7 малонил-СсЛ + 14NADPH + 14№ -- -*¦ пальмитиновая кислота -f- 7С02 -f 8Со\ -+- I4NADP+ -f 6Н20 Для инциирования процесса требуется одна молекула ацетил-СоА; его углеродные атомы превращаются в конце концов в терминальную СН3СН2-группу (15-й и 16-й атомы углерода) пальмитиновой кислоты. Ацетильная группа переносится к сульфгидрильной группе 4-фосфопантетеина, который соединен сложноэфирной связью с гидроксидной группой серина на белке, называемом ацил-переносящим белком (АПБ). Все последующие стадии происходят с ацильными группами, связанными с фосфопангетеином. Другие семь ацетильных единиц доставляются в форме малонил-СоА, образуемого из бикарбоната и ацетил-СоА с помощью ацетил-СоА— —карбоксилазы. Когда каждая единица из двух углеродных атомов добавляется из малонил-СоА, третий углеродный атом мало-ловой кислоты — неэтерпфицированиая карбоксильная группа — высвобождается в виде С02. Окончательным продуктом является лальмитиновая кислота — источник всех других насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот млекопитающих и всех жирных кислот микроорганизмов. Большая часть информации, касающейся процесса синтеза пальмитиновой кислоты, была получена первоначально при изучении ферментов Е. coli, где каждый фермент существует в виде отдельного белка и мог быть изолирован в высокоочищенном состо- 754 [II. МЕТАБОЛИЗМ янин. В противоположность этому отдельные каталитические единицы пальмитат—синтетазы дрожжей и печени птиц или млекопитающих, по-видимому, локализованы в одной полипептидной цепи. Синтетазы млекопитающих и птиц (??~500 000) состоят из двух отдельных, по-видимому, идентичных субъединиц (Мо^ ^250 000), каждая из которых содержит 4'-фосфопантетеиновую простетическую группу, как в АПБ. Полный синтез пальмитата из ацетил-СоА, малонил-СоА и NADPH включает в принципе одни и те же наборы реакций как в случае Е. coli, так и в случае ферментов печени, но в синтезах млекопитающих и птиц каждая реакция катализируется на двух субъединицах этого одного многофункционального фермента. 17.6.1.1. Ацилпереносящий белок (АПБ) Белок Е. coli (? 8847) содержит 4'-фосфопантетеин, присоединенный к сериновому остатку 36 фосфоднэфирной связью. Все ацильные промежуточные продукты связываются в форме тиоло-вых эфиров таким же образом, как с СоА, который также содержит 4'-фосфопантетеин в качестве ацилсвязывающего участка, (разд. 12.2.1). полипептид—??—СН—СО—полипептид I сн2 0=Р—о сн, он о О I I I I II I "О СН2—С —СН—С—NHCH2CH2—С—NHCH2CH2SH СНз 4'-фо:фопантетеин Образование АПБ происходит путем переноса 4'-фосфопантетеинаг от СоА к апо-АПБ, катализируемого холо[ацилперенося1ций белок] -синтазой. Ацилпереносящая активность АПБ млекопитающих, по-видимому, присуща определенным участкам отдельных полипептидных цепей, которые обладают также и другими активностями, требуемыми для процесса превращения ацетил-СоА, малонил-СоА и NADPH в пальмитат. 17.6.1.2. Образование малонил-СоА 1Чалонил-СоА является первым продуктом, синтезируемым а последовательности реакций, приводящих к образованию длинно- 17. МЕТАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ. I 755 цепочечных жирных кислот. Следующая реакция катализируется ацетил-СоА—карбоксилазой: Мп2+ CH3CO-SC0A + НСОз" + АТР ADP + Рг + HOOCCH2CO-SCoA ацетил-СоА малонил-СоА Очищенный фермент содержит ковалентно связанный биотин, необходимый для реакции, и является специфичным к Мп2+. С помощью этого фермента пропионил-СоА может быть карбоксилиро-ван до метилмалонил-СоА (разд. 17.5.7), однако скорость процесса составляет лишь четверть скорости карбоксилирования аце-тил-СоА. У некоторых микроорганизмов малонил-СоА может образовываться по реакциям, не включающим карбоксилирование ацетил-СоА, а именно 1) путем активации малоната специфической мало-нил-СоА—синтетазой в присутствии АТР и СоА, 2) СоА-трансфе-разными реакциями между сукцинил-СоА или ацетоацетил-СоА и малонатом и 3) окислением малонилполуальдегида-СоА до мало-нил-СоА. В животных организмах и дрожжах субъединицы ацетил-СоА — карбоксилаз объединяются в одну многофункциональную полипептидную цепь, в то время как карбоксилаза из Е. coli и растений легко разделяется на активные субъединицы. Компоненты комплекса Е. coli состоят из трех белков: первый из них биотинкарбо-ксилаза (М 98000) содержит две идентичные субъединицы, второй— биотинкарбоксилпереносяший белок (БПБ, ? 44 000) построен из двух идентичных субъединиц, причем каждая содержит •биотин, ковалентно связанный с ?-аминогруппой остатка лизина, и третий — транскарбоксилаза (ТК) (М 130 000) состоит из двух пар субъединиц с ? 35000 и 30000 соответственно. Фиксация С02 происходит в две стадии: НСОз + АТР + БПБ 7—у "OOC—БПБ + ADP 4- Рг (1) OOC—БПБ + ацетил-СоА <—fe БПБ + малонил-СоА (2) Структура промежуточного комплекса карбоксибиотин — фермент дана в разд. 14.5.1. Карбоксилаза катализирует реакцию (1), карбоксилирование биотинпереносящего белка; транскарбоксилаза катализирует реакцию (2), перенос карбоксильной группы от кар-«боксилбиотинпереносящего белка к ацетил-СоА с образованием :малонил-СоА. Свободная энергия расщепления комплекса карбоксибиотин— ¦белок, AG° = —4700 кал/моль при рН 7,0, достаточна для того, чтобы в реакции (2) соединение реагировало как карбоксилируюший .агент, так же как и в других реакциях с подходящими акцептора- 756 III. МЕТАБОЛИЗМ ми (ср. разд. 14.5 и 17.5.7). Экзергоническая природа расщепления комплекса также объясняет потребность в АТР для его образования из бикарбоната и биотин-фермента. 17.6.1.3. Регулирование активности ацетил-СоА—карбоксилазы Активность ацетил-СоА—карбоксилазы печени н жировой ткани млекопитающих зависит от присутствия цитрата и изоцитрата. В неактивной форме фермент состоит из протомеров (М от 400 000-до 500 000), причем каждый протомер состоит из четырех субъединиц. Активация цитратом или изоцитратом сопровождается полимеризацией фермента в нитчатую форму (? 5-М0-106). Образование карбоксибиотина индуцирует конформационное изменение и при отсутствии цитрата или изоцитрата приводит к деполимеризации до протомеров. Поскольку малонил-СоА, очевидно, не имеет другого пути метаболизма помимо его роли в образовании пальмитата, регуляция активности карбоксилазы является эффективным путем контролирования синтеза жирных кислот без влияния на другие метаболические пути. Следовательно, продукты метаболизма углеводов — цитрат и изоцитрат, которые принимают участие в цикле трикарбоновых. кислот, являются факторами регуляции синтеза жирных кислот у млекопитающих; указанные факторы активируют ацетил-СоА— —карбоксилазу, которая катализирует лимитирующую стадию процесса. Следует отметить, что эти эффекторы влияют скорее на величину Умакс чем на Кт- Существенно, что избыток цитрата в митохондриях свободно проходит в цитоплазму. Другие регулятор-ные факторы метаболизма липидов рассматриваются далее (разд. 17.10). Роль цитрата как необходимого положительного аллостерического эффектора ацетил-СоА—карбоксилазы проявляется в случае действия гормона глюкагона (гл. 46) на синтез жирных кислот. Этот гормон — путем повышения [сАМР]—стимулирует выход свободных жирных кислот из печени (гл. 46), снижая таким образом потенциальное количество ацетил-СоА, которое могло бы принять участие в синтезе цитрата в этом органе. В результате концентрация цитрата в цитоплазме клеток печени может снижаться на 90%, что приводит к прекращению синтеза жирных кислот. Активность ацетил-СоА—карбоксилазы повышена в печени,, слизистой оболочке кишечника и в жировой ткани животных, получавших богатую углеводами безжировую диету, т. е. в условиях, как известно, способствующих липогенезу; напротив, активность этого фермента подавляется у голодающих животных или у животных, получающих диету с высоким содержанием жира. 17. МЕТАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ. I 75Т 17.6.1.4. Превращение малонил-СоА в пальмитиновую кислоту Как было уже сказано в этом разделе, в полном синтезе пальмитиновой кислоты используются семь молекул малонил-СоА и одна молекула ацетил-СоА, и в каждой из стадий процесса синтеза участвует АПБ. В приведенной ниже суммарной последовательности реакций АПБ обозначается как HS-АПБ, чтобы указать его активные центры ацилирования. Процесс представлен на рис. 17.2. ацетил-SCoA -f HS-АПБ ацетил-S-AnB -f HS-CoA (1) малонил-5Со\ +HS-АПБ -<—>- малонил-Б-АПБ + HS-CoA (2) мрлонм-Б-АПБ -f- ацетил-S-AnB < > ацеточцстил-Б-АПБ -f СО, (3}· ацетоэцетил-Б-АПБ + NADPH + Н+ :s=t <—» п(—)-Р-оксибутирил-8-АПБ -f NADP+ (4) D(—)-р-оксибутирил-5-АПБ ?—>- кротоннл-Б-АПБ + Н20 (5) |
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 |
Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb) |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |