U grzybów i zwierząt synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w multienzymatycznym kompleksie syntazy kwasów tłuszczowych (FAS)

Transkrypt

1 U grzybów i zwierząt synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w multienzymatycznym kompleksie syntazy kwasów tłuszczowych (FAS) U drożdży FAS (2.4x10 6 D) składa się z dwóch typów podjednostek (α kd, β kd) w konfiguracji dodekameru α 6 β 6. W podjednostce α znajduje się aktywność enzymu kondensującego, reduktazy β-ketoacylowej i białkowy nośnik acylowy. W podjednostce β zlokalizowane są aktywności transferazy acetylowej, transferazy malonylowej, dehydratazy β-hydroksyacylowej i reduktazy enoilowej U zwierząt FAS jest homodimerem (2x250 kd). W każdym polipeptydzie są trzy domeny. Pierwsza domena zawiera transacylazy acetylową i malonylową oraz syntazę β-ketoacylową. Domena ta odpowiedzialna jest za wiązanie i kondensację reszt acetylowych i malonylowych. Druga domena, odpo-wiedzialna za redukcję intermediatów syntetyzowanych przez pierwszą domenę, zawiera białkowy nośnik grup acylowych, reduktazę β-ketoacylową, dehydratazę i reduktazę enoilo-acp. Trzecia domena zawiera tioesterazę uwalniajacą palmitynian Pierwsza domena jednej z podjednostek FAS reaguje z drugą i trzecią domena drugiej podjednostki (konfiguracja głowa-ogon)

2 Reakcja elongacji na retikulum polega na dodawaniu dwuwęglowych jednostek w procesie utleniajacej dekarboksylacji z udziałem malonylo-coa Reakcja elongacji w mitochondriach polega na dodawaniu i następnej redukcji dwuwęglowych fragmentów. W procesie będącym odwróceniem β-oksydacji (z wyjątkiem tego, że do nasycenia podwójnego wiazania używany jest NADPH a nie FADH 2 ). Redukcja β-ketoacylu do β-hydroksyacylu zachodzi przy udziale NADH, wysycanie podwójnego wiązania przy udziale NADPH

3 Podwójne wiązania Prokariota wprowadzają podwójne wiązania w procesie niezależnym od tlenu. Po standardowej syntezie do 10-węglowego fragmentu - β-hydroksydekanoilo-acp dehydrogenaza tioestru β-hydroksydekanoilowego tworzy wiązanie podwójne cis βγ. Następują trzy cykle elongacji do palmitoilo-acp (16:1 9 -ACP). Na tym etapie synteza może ulec zakończeniu, lub być kontynuowana u E.coli do cis-waksenianu (18:1 11 ) U eukariota synteza podwójnego wiązania zachodzi w procesie zależnym od tlenu po osiągnięciu długości C przez syntetyzowany łańcuch kwasu tłuszczowego. Dehydrogenacja stearoilo-coa zachodzi w środku łańcucha Prokariota (E.coli) nie są zdolne do syntezy wielonienasyconych kwasów Eukariota prowadzą taką syntezę, rośliny bez ograniczeń, zwierzęta tylko przy węglach bliższych niż C9. Inne kwasy wielonienasycone muszą być dostar-czane w diecie (egzogenne kwasy tłuszczowe)

4 Ssaki mogą wprowadzać dodatkowe wiązanie podwójne (między grupą karboksylową a wiązaniem podwójnym w pozycji C9) w nienasyconych kwasach tłuszczowych pochodzących z diety. Przykładem jest synteza arachidonianu (prekursora prostaglandyn i leuko-trienów) z egzogennego kwasu linolowego. Synteza zachodzi przez desaturację z wytworzeniem wiązania w pozycji C6 (powstaje kwas linolenowy 18:3 6,9,12 ). Dochodzi następnie do elongacji poprzez kondensację z malonylo-coa. Przyłączenie dwóch atomów węgla przesuwa wiązanie podwójne na pozycje 8,11,14. Kolejna desaturacja przy C5 prowadzi do powstania kwasu arachidonowego (20:4 5,8,11,14 ) Desaturacje realizowane przez różne organizmy

5 Regulacja biosyntezy kwasów tłuszczowych Związana z β-oksydacją kwasu tłuszczowego, glikolizą i cyklem TCA Zasadniczym metabolitem we wszystkich powyższych szlakach jest acetylo-coa Malonylo-CoA powstający podczas syntezy kwasów tłuszczowych blokuje acylotransferazę karnitynową, zatrzymu-jąc wnikanie do mitochondriów pochodnych acylo-coa i w konsekwencji hamuje β-oksydację Cytrynian jest aktywatorem karboksylazy acetylo-coa Acylo-CoA są inhibitorami karboksylazy acetylo-coa. Stopień inhibicji jest proporcjonalny do długości łańcucha kwasu tłuszczowego. Palmitoilo-, stearylo- i arachidynylo-coa są najmocniejszymi inhibitorami karboksylazy

6 Regulacja odbywa się również na poziomie hormonalnym. Glukagon aktywuje cyklazę adenylową, camp aktywuje kinazy białkowe, które fosforylując karboksylazę acetylo-coa zmieniają jej powinowactwo do cytrynianu. Kinaza fosforyluje również lipazę triacylogliceroli (aktywacja). Odwrotnie wpływa na przemianę kwasów tłuszczowych insulina, jej receptory stymulują fosfodiesterazę rozkładającą camp

7 Synteza fosfolipidów u eukariota

8 Synteza PI, PG i DPG (CL)

9 Konwersja PS-PE u ssaków

10 Synteza plazmalogenów Syntetyzowane są z fosfodihydroksyacetonu Synteza rozpoczyna się od acylacji fosfodihydroksyacetonu W następnym etapie grupa acylowa na C1 wymieniona jest na długołańcuchowy alkohol powstający z redukcji dwoma cząsteczkami NADH odpowiedniego acylo-coa Kolejne etapy to redukcja do alkoholu i acylacja 2-keto grupy z rdzenia fosfodihydroksyacetonu Powstały 1-alkilo-2-acyloglicero-3-P reaguje podobnie jak kwas fosfatydowy, dając analogi fosfatydylocholiny czy fosfatydyloetanoloaminy Działanie związanej z ER desaturazy powoduje powstanie plazmalogenu z α-β nienasyconym eterowo związanym łańcuchem w pozycji C1

11 Synteza PAF (czynnika agregującego płytki krwi) Rozszerza naczynia krwionosne, obniża ciśnienie krwi, agreguje płytki krwi

12 Synteza ceramidów

13 Biosynteza cholesterolu Cholesterol (obecny tylko u zwierząt) jest zasadniczym składnikiem błon komórkowych, prekursorem kwasów żółciowych i hormonów sterydowych. Witamina D 3 pochodzi z 7-dehy-drosterolu, prekursora cholesterolu Biosynteza cholesterolu zachodzi w wątrobie Rozpoczyna się syntezą mewalonianu z acetylo-coa. β-ketotiolaza kondensuje 2 cząst. acetylo-coa do acetoacetylo-coa. W następnej reakcji prowadzonej przez syntetazę HMG-CoA po kondensacji z trzecią cząsteczką acetylo-coa powstaje 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-CoA (HMG-CoA). Trzecia reakcja, w której z HMG- CoA powstaje przez redukcję 3-R-mewalonian reguluje biosyntezę cholesterolu. Reakcja ta katalizowana jest przez reduktazę HMG-CoA, 97 kd glikoproteinę zlokalizowaną w błonie ER z centrum aktywnym wystającym do cytosolu Regulacja odbywa się przez: (1) fosforylację camp zależną kinazą białkową powodującą inaktywację reduktazy. Inaktywacja odwracana jest przez 2 specyficzne fosfatazy (2) degradację reduktazy HMG-CoA. Wysoki poziom cholesterolu przyspiesza degradację enzymu (3) ekspresję genu - wysoki poziom cholesterolu obniża poziom reduktazowego mrna

14 Następnymi etapami biosyntezy cholesterolu są: fosforylacja mewalonianu do 5-pirofosfomewalonianu, dekarboksylacja przekształcająca go w pirofosforan izopentenylu (zużywane są na powyższych 3 etapach 3 cząst. ATP), izomeryzacja prowadząca do powstania dimetyloallilopirofosforanu Kondensacja dwóch cząsteczek dimetyloallilopirofosforanu daje pirofosforan geranylu (C10) i 2 cząst. ATP Dołączenie jeszcze jednej cząst. dimetyloallilopirofosforanu powoduje powstanie pirofosforanu farnezylu (C15) Hydroliza wydzielonego PP i napędza reakcje Kondensacje przebiegają w systemie głowa-ogon, jest to reguła w reakcjach polimeryzacji jednostek izoprenowych Wyjątkiem jest polimeryzacja dwóch cząsteczek pirofosforanu farnezylu, która zachodzi w systemie ogon-ogon (ze zużyciem NADPH) i prowadzi do powstania skwalenu (C30)

15 Następnym etapem biosyntezy jest cyklizacja. Rozpoczyna się ona od przekształcenia skwalenu w epoksyd 2,3-skwalenu przez monooksygenazę skwalenową z ER (z użyciem FAD, NADPH, O 2 i nośnika białkowego). Inny enzym związany z błonami ER - cyklaza oksydoskwalen-lanosterol katalizuje cyklizację lanosterolu Po dalszych przekształceniach (20 etapów) poprzez desmosterol lub 7-dehydrosterol powstaje cholesterol Przyłączenie acetylo-coa przez acylotransferazę acetylo-coa-chole-sterol powoduje powstanie estrów cholesterolu formy umożliwiającej transport w płynach ustrojowych

16 Biosynteza kwasów żółciowych Karboksylowe pochodne cholesterolu ułatwiające rozkład spożywanych w diecie tłuszczów Pierwszy etap biosyntezy to powstanie 7α-hydroksycholesterolu, który po szeregu przekształceń daje kwas cholowy. Reakcja katalizowana jest przez oksydazę używającą O 2 jako substratu. Jeden atom tlenu zużyty jest do hydroksylacji cholesterolu, drugi redukowany jest do H 2 O. Cytochrom P450 aktywuje O 2 do reakcji hydroksylacji zachodzącej przy syntezie kwasów tłuszczowych, hormonów sterydowych i szlakach detoksyfikacji związków aromatycznych Synteza hormonów sterydowych Synteza rozpoczyna się od przekształcenia cholesterolu przez desmolazę (dwie hydroksylazy, cyto-chrom P450) mitochondrialną w pregnenolon Pregnenolon transportowany jest z mitochondriów do ER, gdzie ulega przekształceniu w progesteron Progesteron jest prekursorem hormonów płciowych (androgenów i estrogenów) oraz kortykosterydów Hormony sterydowe nie mają błonowych receptorów, przenikają przez błonę i wiążą się z receptorem w jądrze lub cytoplazmie. Kompleksy receptor hormon wiążą się z odpowiednimi sekwencjami DNA regulując transkrypcję

17 Transport lipidów w organizmie zachodzi w formie kompleksów lipoproteinowych. Klasyfikuje się je na podstawie ich gęstości właściwej. Im większy udział białka, tym cięższe kompleksy. Im więcej lipidu, tym wieksza ich średnica Wyróżniamy lipoproteiny o dużej gęstości (HDL), małej gęstości (LDL), pośredniej gęstości (IDL), bardzo małej gęstości (VLDL) i chylomikrony HDL i VLDL powstają głównie w ER hepatocytów (w niewielkim stopniu także w jelitach), chylomikrony powstają w jelitach, LDL główny kompleks transportujący cholesterol i jego estry powstaje z VLDL VLDL transportuje lipidy z wątroby Chylomikrony transportują z jelit głownie triacyloglicerole, również estry cholesterolu

18 W miejscach docelowych kapilarach mięśni i komórkach tłuszczowych lipaza lipoproteinowa hydrolizuje triacyloglicerole, powodując przekształcenie VLDL w IDL. Te przekształcają się w LDL i wracają do wątroby albo kierowane są do tkanki tłuszczowej i gruczołow nadnerczy

19 Budowa receptora LDL Stosunek HDL do LDL decyduje o rozkładzie cholesterolu w organizmie i zmianach miażdżycowych Czas półtrwania LDL wynosi 24 godziny HDL mają dłuższy okres półtrwania (5-6 dni) Świeżo powstały HDL nie ma estrów cholesterolu, z czasem dochodzi do akumulacji tych estrów w wyniku działania acylotransferazy lecytyna:cholesterol (LCAT) Białko przenoszące estry cholesterolowe powoduje przeniesienie części tych estrów z HDL do VLDL i LDL HDL transportuje nabyty cholesterol do wątroby, usuwając go tym samym z cyrkulacji. Tłumaczy to pozytywny związek między poziomem HDL a ryzykiem choroby wieńcowej (odwrotnie z LDL) Zaburzenia w metabolizmie LDL prowadzą do wysokiego poziomu cholesterolu w surowicy (Brown i Goldstein Nobel 1985). Przyczyną jest brak receptora (albo jego inaktywacja) dla LDL Zbyt wysoki poziom cholesterolu obniżyć można lowastatyną (mewinolyną) kompetycyjnym inhibitorem reduktazy HMG-Co-A, hamując biosyntezę mewalonianu

20 Porównanie systemów metabolizmu lipidów