Биохимия и молекулярная биология. Биосинтез липидов. Лекция 8

Содержание

Слайд 2

План лекции Биосинтез пальмитиновой кислоты Синтез других предельных и непредельных жирных кислот Биосинтез триацилглицеринов Биосинтез липидов

План лекции

Биосинтез пальмитиновой кислоты
Синтез других предельных и непредельных жирных кислот
Биосинтез триацилглицеринов


Биосинтез липидов

Слайд 3

Биосинтез жирных кислот – общие представления Биосинтез липидов Синтез жирных кислот

Биосинтез жирных кислот – общие представления

Биосинтез липидов

Синтез жирных кислот de

novo (из простых предшественников) осуществляется в цитозоле клетки.
ЖК синтезируются во многих тканях, включая печень, почки, мозг, легкие, молочные железы, жировая ткань.
Ацетил-СоА – исходный субстрат, пальмитиновая кислота – конечный продукт.
Для синтеза ЖК необходимы: NADPН, ATP, Mg2+, biotin, HCO3- (как источник СО2).
5. В синтезе ЖК участвуют два полифункциональных фермента – ацетил-СоА-карбоксилаза (биотин) и
синтаза высших жирных кислот.
Слайд 4

Биосинтез жирных кислот – общие представления Биосинтез липидов Отличия биосинтеза жирных

Биосинтез жирных кислот – общие представления

Биосинтез липидов

Отличия биосинтеза

жирных кислот от ß-окисления:
биосинтез ЖК в эукариотических клетках осуществляется в цитозоле; дальнейшее наращивание цепи происходит в митохондриях и частично в ЭПР, где идет превращение насыщенных жирных кислот в ненасыщенные;
источником двухуглеродных фрагментов при наращивании цепи ЖК служит малонил-СоА, образующийся в результате присоединения СО2 к ацетил-СоА;
на всех стадиях синтеза ЖК принимает участие ацилпереносщий белок – АПБ (АСР), а не HS-CoA;
для синтеза ЖК необходим NADPH, а в β-окислении в качестве кофермента используются FAD и NAD+;
интермедиатами в ходе синтеза ЖК являются гидроксипроизводные, относящиеся к D-ряду, тогда как при окислении ЖК - гидроксипроизводные L-ряда.
Слайд 5

Биосинтез жирных кислот – общие представления Биосинтез липидов Условно можно выделить

Биосинтез жирных кислот – общие представления

Биосинтез липидов

Условно можно

выделить 4 этапа биосинтеза жирных кислот:
Образование ацетил-СоА;
2) Перенос ацетил-СоА из митохондрий в цитозоль;
3) Образование малонил-СоА из ацетил-СоА;
4) Синтез пальмитиновой кислоты.
Слайд 6

Биосинтез жирных кислот – общие представления Биосинтез липидов Это соединение образуется

Биосинтез жирных кислот – общие представления

Биосинтез липидов

Это соединение образуется в

матриксе митохондрий преимущественно из пирувата, в результате реакции его окислительного декарбоксилирования, а также в процессе β-окисления жирных кислот и окисления углеродных скелетов кетогенных аминокислот.

Ацетил-СоА

Слайд 7

Биосинтез жирных кислот – общие представления Биосинтез липидов Источниками NADPH cлужит

Биосинтез жирных кислот – общие представления

Биосинтез липидов

Источниками NADPH cлужит пентозофосфатный

путь окисления глюкозы, реакция, катализируемая малик-ферментом, реакция, катализируемая NADP+-зависимой цитозольной изоцитратдегидрогеназой.
Слайд 8

Транспорт ацетил-СоА из митохондрий в цитоплазму клетки Биосинтез липидов

Транспорт ацетил-СоА из митохондрий в цитоплазму клетки

Биосинтез липидов

Слайд 9

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Челночный механизм транспорта ацетил-СоА из митохондрий

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Челночный механизм транспорта ацетил-СоА из митохондрий в

цитоплазму клетки

Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетил-СоА, образующегося в митохондриальном матриксе. Перенос ацетил-СоА из митохондрий в цитоплазму осуществляет цитрат-малат-пируватная транспортная система. Сначала происходит взаимодействие ацетил-СоА с оксалоацетатом, реакция катализируется цитратсинтазой (1-я реакция ЦТК). Специфической транслоказой образовавшийся цитрат переносится в цитоплазму, где расщепляется ферментом цитратлиазой при участии HS-СоА и АТР на оксалоацетат и ацетил-СоА.

Слайд 10

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, поэтому

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, поэтому в

цитоплазме он восстанавливается NADH-зависимой малатдегидрогеназой в малат, который при участии специфической транслоказы возвращается в матрикс митохондрий, где окисляется до оксалоацетата. Часть цитоплазматического малата подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в пируват с помощью особого «малик»-фермента, коферментом которого служит NADP+. Пируват далее транспортируется в митохондрии.
Таким образом, цитрат-малат-пируватный механизм обеспечивает как транспорт ацетил-СоА из митохондрий, так и примерно 50% потребности в NADPH, который используется в восстановительных реакциях синтеза жирных кислот.
Слайд 11

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Синтез малонил-СоА Малонил-СоА образуется в реакции,

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Синтез малонил-СоА

Малонил-СоА образуется в реакции, катализируемой

ацетил-СоА-карбоксилазой (АСК). АСК бактерий состоит из 3-х субъединиц, в животных клетках ферментативную активность обеспечивает один полифункциональный полипептид.
Клетки растений содержат оба типа АСК.
Биотин является простетической группой, он связан амидной связью с ε-NH2 лизина одной из 3-х субъединиц или одного из доменов полифункционального фермента.
Слайд 12

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Ацетил-СоА-карбоксилаза Состоит из 3- доменов: Биотинкарбоксилаза,

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Ацетил-СоА-карбоксилаза

Состоит из 3- доменов:
Биотинкарбоксилаза,
Биотинкарбоксил-
проводящий домен,
Карбоксилтрансфераза
Активная молекула

фермента – нитевидный полимер с М.м. несколько миллионов и длиной около 500 нм.
Слайд 13

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Механизм синтеза малонил-СоА СН3-СО~SCoA + АТР

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Механизм синтеза малонил-СоА

СН3-СО~SCoA + АТР

+ НСО3- →
-OOC-CН2-СО~SCoA + ADP + Н3РО4
Слайд 14

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Синтез малонил-СоА Первая стадия Вторая стадия

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Синтез малонил-СоА

Первая стадия

Вторая
стадия

Слайд 15

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Синтаза ЖК (СЖК) - полифункциональный фермент,

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Синтаза ЖК (СЖК) - полифункциональный фермент,

обеспечивающий многостадийный циклический процесс синтеза высших жирных кислот.
СЖК позвоночных состоит из двух идентичных протомеров (гомодимер), каждый из которых содержит 7 субдоменов с энзиматической активностью и ацилпереносящий белок (АПБ). SН-группы СЖК принадлежат различным субдоменам – одна остатку цистеина 3-кетоацил-АПБ-синтазы (конденсирующий фермент), другая – остатку 4-фосфопантетеина АПБ.
SН-группа конденсирующего фермента одного протомера расположена рядом с SН-группой АПБ другого протомера. Таким образом, протомеры в СЖК расположены «голова к хвосту». Функционально активен димер. Одновременно комплекс синтазы высших жирных кислот синтезируется две молекулы жирной кислоты.
Слайд 16

Синтаза жирных кислот млекопитающих Биосинтез жирных кислот и триацилглицеролов ДОМЕН I

Синтаза жирных кислот млекопитающих

Биосинтез жирных кислот и триацилглицеролов
ДОМЕН I

(голубой)
AT - ацетилтрансфераза
MT -малонилтрансферааза
CE - β-кетоацил синтаза
ДОМЕН II (желтый)
KR – β-кетоацил-АПБ(АСР) редуктаза
DH – дегидратаза
ER – еноил-АПБ(АСР) редуктаза
АПБ(ACP) – ацилпереносящий белок
ДОМЕН III (розовый)
ТE – тиоэстераза

Ферменты, катализирующие синтез жирных кислот, объединены в единый мультиферментный комплекс, получивший название «синтаза жирных кислот»

Слайд 17

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов АПБ – ацилпереносящий белок Ацилпереносящий белок

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

АПБ – ацилпереносящий белок

Ацилпереносящий белок -

челнок, связывающий между собой отдельные домены комплекса синтазы жирных кислот, участвующий в передаче ацильных радикалов от одного домена к другому.
Слайд 18

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Фосфопантетеиновая группа СоА и ацилпереносящего белка

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Фосфопантетеиновая группа СоА и ацилпереносящего белка


Слайд 19

Синтаза жирных кислот млекопитающих Биосинтез липидов

Синтаза жирных кислот млекопитающих

Биосинтез липидов

Слайд 20

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Элонгация углеродной цепи жирной кислоты Эти

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Элонгация углеродной цепи жирной кислоты

Эти реакции

повторяются 7 раз, используется 1 молекула ацетил-СоА (затравка, праймер) и 7 молекул малонил-СоА, чтобы образовать пальмитиновую кислоту (С16:0)

Один цикл элонгации включает четыре последовательных реакций:
конденсация,
восстановление,
дегидратация,
восстановление.

Слайд 21

Биосинтез пальмитиновой кислоты Биосинтез липидов Шаг 1 - Конденсация

Биосинтез пальмитиновой кислоты

Биосинтез липидов

Шаг 1 - Конденсация

Слайд 22

Биосинтез пальмитиновой кислоты Биосинтез липидов Шаг 2 - Восстановление

Биосинтез пальмитиновой кислоты

Биосинтез липидов

Шаг 2 - Восстановление

Слайд 23

Биосинтез пальмитиновой кислоты Биосинтез липидов Шаг 3 - Дегидратация

Биосинтез пальмитиновой кислоты

Биосинтез липидов

Шаг 3 - Дегидратация

Слайд 24

Биосинтез пальмитиновой кислоты Биосинтез жирных кислот и триацилглицеролов Шаг 4 - Восстановление

Биосинтез пальмитиновой кислоты

Биосинтез жирных кислот и триацилглицеролов

Шаг 4 -

Восстановление
Слайд 25

Биосинтез пальмитиновой кислоты Биосинтез липидов

Биосинтез пальмитиновой кислоты

Биосинтез липидов

Слайд 26

Биосинтез пальмитиновой кислоты Биосинтез липидов 1,2 – ацетилтрансфераза 3 – малонилтрансфераза

Биосинтез пальмитиновой кислоты

Биосинтез липидов

1,2 – ацетилтрансфераза
3 – малонилтрансфераза
4 –

β-кетоацил синтаза
(конденсирующий фермент)
5 - β-кетоацил-АПБ редуктаза
6 – дегидратаза
7 – еноил-АПБ-редуктаза
8 – перенос 4-х углеродного фрагмента на SH-группу
конденсирующего фермента
3b – присоединение малонил-СоА к SH-группе АПБ.
Цикл (раунд) повторяется
несколько раз.
Слайд 27

Биосинтез пальмитиновой кислоты Биосинтез липидов 1 – ацетилтрансфераза 2 – малонилтрансфераза

Биосинтез пальмитиновой кислоты

Биосинтез липидов

1 – ацетилтрансфераза
2 – малонилтрансфераза
3 –

β-кетоацил-АПБ-синтаза
(конденсирующий фермент)
4 - β-кетоацил-АПБ редуктаза
5 – еноил-АПБ-дегидратаза
6 – еноил-АПБ-редуктаза
7 - тиоэстераза (отщепление конечного продукта – пальмитиновой кислоты от комплекса синтазы жирных кислот)
Слайд 28

Биосинтез пальмитиновой кислоты Биосинтез липидов Суммарное уравнение синтеза пальмитиновой кислоты Ацетил-СоА

Биосинтез пальмитиновой кислоты

Биосинтез липидов

Суммарное уравнение синтеза
пальмитиновой кислоты
Ацетил-СоА + 7

малонил-СоА + 14 NADPH + 14 H+ → CН3(СН2)14СООН + 7СО2 + 6Н2О + 14 NADP+ + 8 HSСоА

СН3-СН2-(СН2)13-СООН
16 15 1
Ацетил-СоА 7 малонил-СоА

Слайд 29

Синтез других насыщенных ЖК Биосинтез липидов В животных клетках пальмитат, главный

Синтез других насыщенных ЖК

Биосинтез липидов

В животных клетках пальмитат,
главный

продукт синтазы жирных кислот, является предшественником других длинноцепочечных жирных кислот. Из пальмитата может образоваться стеариновая кислота (С18:0) и более длинные насыщенные жирные кислоты путем последовательного добавления ацетильных групп . Это происходит с помощью работы системы элонгации ЖК, которая находится в гладком ЭПР и митохондриях. Вероятным переносчиком ацильных групп в этом процессе является СоА, а не АПБ.
Слайд 30

Синтез других насыщенных ЖК Биосинтез липидов

Синтез других насыщенных ЖК

Биосинтез липидов

Слайд 31

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Синтез ненасыщенных жирных кислот Пальмитат и

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Синтез ненасыщенных жирных кислот

Пальмитат и стеарат

служат предшественниками двух наиболее распространенных в животных тканях моноеновых ЖК: пальмитоолеиновой (С16:1, Δ9) и олеиновой (С18:1, Δ9). Двойная связь между С-9 и С-10 вводится в цепь ЖК в окислительной реакции, катализируемой ацил-СоА-десатуразой. Ацил-СоА-десатураза и цитохром-b5–редуктаза, необходимые для окисления ацил-СоА, находятся в ЭПР.
Слайд 32

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Регуляция активности ацетил-СоА-карбоксилазы

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Регуляция активности
ацетил-СоА-карбоксилазы

Слайд 33

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Регуляция активности ацетил-СоА-карбоксилазы Ацетил-СоА-карбоксилаза является важнейшим

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Регуляция активности
ацетил-СоА-карбоксилазы

Ацетил-СоА-карбоксилаза является важнейшим регуляторным ферментом,

лимитирующим скорость всего процесса синтеза жирных кислот. Регуляция активности фермента осуществляется с помощью аллостерического механизма и ковалентной модификации по типу фосфорилирование- дефосфорилирование.
Ацетил-СоА-карбоксилаза существует в виде неактивных димеров (тетрамеров). Цитрат является положительным аллостерическим эффектором, способствующим образованию активной полимерной формы ацетил-СоА-карбоксилазы. Ацил-СоА–тиоэфиры длинноцепочечных жирных кислот, в первую очередь пальмитоил-СоА – конечный продукт действия синтазы жирных кислот, напротив, являются ингибиторами процесса полимеризации фермента.
Слайд 34

Биосинтез жирных кислот Биосинтез липидов Регуляция активности ацетил-СоА-карбоксилазы Ковалентная модификация фермента

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез липидов

Регуляция активности
ацетил-СоА-карбоксилазы

Ковалентная модификация фермента осуществляется под

воздействием гормонов: глюкагона, адреналина и инсулина.
Фосфорилирование, приводимое в действие гормонами глюкагоном и адреналином, инактивирует фермент и уменьшает его чувствительность к активации цитратом, тем самым замедляя синтез жирных кислот.
Инсулин, активируя протеинфосфатазу, способствует отщеплению фосфатной группы от ацетил-СоА-карбоксилазы, переводя ее в активную форму, то есть ускоряет синтез жирных кислот.
Слайд 35

Биосинтез жиров Биосинтез липидов Два пути биосинтеза триацилглицеринов

Биосинтез жиров

Биосинтез липидов

Два пути биосинтеза триацилглицеринов

Слайд 36

Биосинтез жиров Биосинтез липидов Два пути биосинтеза триацилглицеринов

Биосинтез жиров

Биосинтез липидов

Два пути биосинтеза триацилглицеринов

Слайд 37

Биосинтез жиров Биосинтез липидов Биосинтез фосфатидной кислоты

Биосинтез жиров

Биосинтез липидов

Биосинтез фосфатидной кислоты

Слайд 38

Внутриклеточная локализация обмена липидов Биосинтез липидов

Внутриклеточная локализация обмена липидов

Биосинтез липидов