Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

з 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)

страница 44
< 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]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(15.11.2019)