Βιοσύνθεση λιπιδίων Βιοχημεία. Λιπίδια βιοχημείας

Τα ενδιάμεσα προϊόντα των διαδικασιών της αναπνοής χρησιμεύουν ως πηγή σκελετών άνθρακα για τη σύνθεση λιπιδίων - ουσιών που μοιάζουν με λίπος που αποτελούν μέρος όλων των ζωντανών κυττάρων και παίζουν σημαντικό ρόλο στις διαδικασίες της ζωής. Τα λιπίδια δρουν τόσο ως ουσίες αποθήκευσης όσο και ως συστατικά των μεμβρανών που περιβάλλουν το κυτταρόπλασμα και όλα τα κυτταρικά οργανίδια.

Τα λιπίδια της μεμβράνης διαφέρουν από τα συνηθισμένα λίπη στο ότι ένα από τα τρία λιπαρά οξέα στο μόριό τους αντικαθίσταται από φωσφορυλιωμένη σερίνη ή χολίνη.

Τα λίπη υπάρχουν σε όλα τα φυτικά κύτταρα και επειδή τα λίπη είναι αδιάλυτα στο νερό, δεν μπορούν να μετακινηθούν στα φυτά. Επομένως, η βιοσύνθεση των λιπών πρέπει να συμβαίνει σε όλα τα όργανα και τους ιστούς των φυτών από διαλυμένες ουσίες που εισέρχονται σε αυτά τα όργανα. Τέτοιες διαλυτές ουσίες είναι οι υδατάνθρακες που εισέρχονται στους σπόρους από την αφομοίωση *. Το καλύτερο αντικείμενο για τη μελέτη της βιοσύνθεσης των λιπών είναι οι καρποί των ελαιούχων σπόρων στην αρχή της ανάπτυξης των ελαιούχων σπόρων, τα κύρια συστατικά των σπόρων είναι το νερό, οι πρωτεΐνες, οι μη πρωτεϊνικές αζωτούχες ενώσεις και τα αδιάλυτα σάκχαρα. Κατά την ωρίμανση γίνεται αφενός η σύνθεση πρωτεϊνών από μη πρωτεϊνικές αζωτούχες ενώσεις και αφετέρου η μετατροπή των υδατανθράκων σε λίπη.

Θα επικεντρωθούμε στη μετατροπή των υδατανθράκων σε λίπη. Ας ξεκινήσουμε με κάτι απλό. Από τη σύνθεση των λιπών. Τα λίπη αποτελούνται από γλυκερίνη και λιπαρά οξέα. Προφανώς, κατά τη βιοσύνθεση των λιπών, πρέπει να σχηματιστούν αυτά τα συστατικά - η γλυκερίνη και τα λιπαρά οξέα, τα οποία αποτελούν μέρος του λίπους. Κατά τη βιοσύνθεση του λίπους, ανακαλύφθηκε ότι τα λιπαρά οξέα δεν συνδυάζονται με δεσμευμένη γλυκερόλη, αλλά με τη φωσφορυλιωμένη *-γλυκερόλη-3φωσφορική της. Η πρώτη ύλη για τον σχηματισμό της 3-φωσφορικής γλυκερόλης είναι η 3-φωσφογλυκεραλδεΰδη και η φωσφοδιοξυακετόνη, τα οποία είναι ενδιάμεσα προϊόντα της φωτοσύνθεσης και της αναερόβιας διάσπασης των υδατανθράκων.

Η αναγωγή της φωσφοδιοξυακετόνης σε 3 φωσφορική γλυκερόλη καταλύεται από το ένζυμο αφυδρογονάση της φωσφορικής γλυκερίνης, η δραστική ομάδα του οποίου είναι το δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης. Η σύνθεση των λιπαρών οξέων γίνεται με πιο σύνθετους τρόπους. Έχουμε δει ότι τα περισσότερα φυτικά λιπαρά οξέα έχουν ζυγός αριθμόςάτομα άνθρακα C 16 ή C 18. Αυτό το γεγονός έχει προσελκύσει από καιρό την προσοχή πολλών ερευνητών. Έχει επανειλημμένα προταθεί ότι τα λιπαρά οξέα μπορούν να σχηματιστούν ως αποτέλεσμα της ελεύθερης συμπύκνωσης οξικού οξέος ή ακεταλδεΰδης, δηλ. από ενώσεις με δύο άτομα άνθρακα C 2. Έργα της εποχής μας έχουν αποδείξει ότι δεν είναι το ελεύθερο οξικό οξύ που συμμετέχει στη βιοσύνθεση των λιπαρών οξέων, αλλά το συνένζυμο ακετυλίου Α που συνδέεται με το συνένζυμο Α. Επί του παρόντος, είναι της μόδας να απεικονίζεται το σχήμα της σύνθεσης λιπαρών οξέων ως εξής. Η αρχική ένωση για τη σύνθεση λιπαρών οξέων είναι το ακετυλοσυνένζυμο Α, το οποίο είναι το κύριο προϊόν της αναερόβιας διάσπασης των υδατανθράκων. Το συνένζυμο Α μπορεί να συμμετάσχει στη σύνθεση μιας μεγάλης ποικιλίας λιπαρών οξέων. Η πρώτη * από αυτές τις διαδικασίες είναι η ενεργοποίηση οξέων υπό τη δράση του ΑΤΡ. Στο πρώτο στάδιο, το ακετυλοσυνένζυμο Α σχηματίζεται από το οξικό οξύ υπό τη δράση του ενζύμου ακετυλοσυνένζυμο Α* και τη δαπάνη ενέργειας ΑΤΡ και στη συνέχεια * δηλ. λαμβάνει χώρα καρβοξυλίωση του ακετυλικού CoA και σχηματισμός μιας ένωσης 3 άνθρακα. Σε επόμενα στάδια, συμβαίνει συμπύκνωση του μορίου του ακετυλοσυνενζύμου Α.

Η σύνθεση των λιπαρών οξέων γίνεται με τη δέσμευση του μορίου του ακετυλικού συνενζύμου Α. Αυτό είναι το πρώτο στάδιο της πραγματικής σύνθεσης των λιπαρών οξέων.

Γενική διαδρομήΟ σχηματισμός λιπών από υδατάνθρακες μπορεί να αναπαρασταθεί με τη μορφή ενός διαγράμματος:

γλυκερόλη-3 φωσφορική

Υδατάνθρακες

Ακετυλοσυνένζυμο Α → λιπαρά οξέα → λίπη

Όπως ήδη γνωρίζουμε, τα λίπη μπορούν να μετακινηθούν από τον ένα φυτικό ιστό στον άλλο και συντίθενται απευθείας σε σημεία συσσώρευσης. Τίθεται το ερώτημα, σε ποια μέρη του κυττάρου, σε ποια κυτταρικές δομέςσυντίθενται; Στους φυτικούς ιστούς, η βιοσύνθεση των λιπών εντοπίζεται σχεδόν πλήρως στα μιτοχόνδρια και τα σφαιροσώματα. Ο ρυθμός σύνθεσης λίπους στα κύτταρα σχετίζεται στενά με την ένταση των οξειδωτικών διεργασιών, που είναι οι κύριες πηγές ενέργειας. Με άλλα λόγια, η βιοσύνθεση των λιπών σχετίζεται στενά με την αναπνοή.

Η διάσπαση των λιπών γίνεται πιο εντατικά κατά τη βλάστηση των ελαιούχων σπόρων. Οι ελαιούχοι σπόροι περιέχουν λίγους υδατάνθρακες και οι κύριες εφεδρικές ουσίες σε αυτούς είναι τα λίπη. Τα λίπη διαφέρουν από τους υδατάνθρακες και τις πρωτεΐνες όχι μόνο στο ότι η οξείδωσή τους απελευθερώνει σημαντικά περισσότερη ενέργεια, αλλά και στο ότι η οξείδωση των λιπών απελευθερώνει αυξημένη ποσότητα νερού. Εάν η οξείδωση 1 g πρωτεϊνών παράγει 0,41 g νερού, η οξείδωση 1 g υδατανθράκων παράγει 0,55 g, τότε η οξείδωση 1 g λίπους παράγει 1,07 g νερού. Έχει μεγάλη αξίαΓια αναπτυσσόμενο έμβρυο, ειδικά όταν οι σπόροι βλασταίνουν σε ξηρές συνθήκες.

Σε εργασίες που σχετίζονται με τη μελέτη της διάσπασης των λιπών, έχει αποδειχθεί ότι στους σπόρους που βλασταίνουν, μαζί με την απώλεια λιπών, συσσωρεύονται υδατάνθρακες. Με ποιους τρόπους μπορούν να συντεθούν οι υδατάνθρακες από τα λίπη; Σε γενική μορφή, αυτή η διαδικασία μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής. Τα λίπη διασπώνται σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα από τη λιπάση με τη συμμετοχή του νερού. Η γλυκερόλη φωσφορυλιώνεται, στη συνέχεια οξειδώνεται και μετατρέπεται σε 3-φωσφογλυκεραλδεΰδη. Η 3-φωσφογλυκεραλδεΰδη ισομερίζεται για να δώσει φωσφοδιοξυακετόνη. Περαιτέρω, υπό την επίδραση * και 3-φωσφογλυκεραλδεΰδης και φωσφοδιοξυακετόνης, συντίθεται η φρουκτόζη-1,6 διφωσφορική. Η σχηματιζόμενη διφωσφορική φρουκτόζη-1,6, όπως ήδη γνωρίζουμε, μετατρέπεται σε μια μεγάλη ποικιλία υδατανθράκων, οι οποίοι χρησιμεύουν για την κατασκευή φυτικών κυττάρων και ιστών.

Ποια είναι η διαδρομή μετασχηματισμού των λιπαρών οξέων που αποκόπτονται κατά τη δράση της λιπάσης στα λίπη; Στο πρώτο στάδιο, το λιπαρό οξύ, ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης με το συνένζυμο Α και ΑΤΡ, ενεργοποιείται και σχηματίζεται το συνένζυμο ακετυλίου Α.

R CH 2 CH 2 COOH + HS-CoA + ATP → RCH 2 CH 2 C- S – CoA

Το ενεργοποιημένο λιπαρό οξύ, το ακετυλοσυνένζυμο Α, είναι πιο δραστικό από το ελεύθερο λιπαρό οξύ. Σε επακόλουθες αντιδράσεις, ολόκληρη η ανθρακική αλυσίδα του λιπαρού οξέος χωρίζεται σε θραύσματα ακετυλικού συνενζύμου Α δύο άνθρακα. Γενικό σχήμαΗ κατανομή των λιπών σε απλοποιημένη μορφή μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής.

Συμπέρασμα για τη σύνθεση της διάσπασης λίπους. Τόσο κατά τη διάσπαση όσο και τη σύνθεση των λιπαρών οξέων, ο κύριος ρόλος ανήκει στο ακετυλο συνένζυμο Α. Το ακετυλο συνένζυμο Α που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διάσπασης των λιπαρών οξέων μπορεί περαιτέρω να υποστεί διάφορους μετασχηματισμούς. Η κύρια διαδρομή των μετασχηματισμών του είναι η πλήρης οξείδωση μέσω του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος σε CO 2 και H 2 O με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας. Μέρος του ακετυλοσυνενζύμου Α μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση υδατανθράκων. Τέτοιοι μετασχηματισμοί του ακετυλοσυνενζύμου Α μπορούν να συμβούν κατά τη βλάστηση των ελαιούχων σπόρων, όταν σχηματίζεται σημαντική ποσότητα οξικού οξέος ως αποτέλεσμα της διάσπασης των λιπαρών οξέων στα αμινοξέα. Κατά τη βιοσύνθεση υδατανθράκων από το ακετυλοσυνένζυμο Α ΟΗ, δηλ. το ακετυλο συνένζυμο Α περιλαμβάνεται στον λεγόμενο κύκλο γλυοξυλικού ή κύκλου γλυοξικού οξέος. Στον κύκλο γλυοξυλικού, το ισοκιτρικό οξύ χωρίζεται σε ηλεκτρικό και γλυοξικό οξύ. Το ηλεκτρικό οξύ μπορεί να λάβει μέρος στην αντίδραση του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος και, μέσω του *, να σχηματίσει μηλικό και στη συνέχεια οξαλοξικό οξύ. Το γλυοξυνικό οξύ εισέρχεται σε ενώσεις CO με ένα δεύτερο μόριο ακετυλοσυνενζύμου Α και, ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται επίσης μηλικό οξύ. Σε επόμενες αντιδράσεις, το μηλικό οξύ μετατρέπεται σε οξαλικό-οξικό οξύ - φωσφοενολοπυρουβικό οξύ - φωσφογλυκερικό οξύ και ακόμη και σε υδατάνθρακες. Έτσι, η ενέργεια των οξέων του μορίου του οξικού που σχηματίζεται κατά τη διάσπαση μετατρέπεται σε υδατάνθρακες. Ποιος είναι ο βιολογικός ρόλος του κύκλου των γλυοξυλικών; Στις αντιδράσεις αυτού του κύκλου, συντίθεται γλυοξυλικό οξύ, το οποίο χρησιμεύει ως η αρχική ένωση για το σχηματισμό του αμινοξέος γλυκίνη. Ο κύριος ρόλος οφείλεται στην ύπαρξη του κύκλου γλυοξυλικού, τα μόρια οξικών που σχηματίζονται κατά τη διάσπαση των λιπαρών οξέων μετατρέπονται σε υδατάνθρακες. Έτσι, οι υδατάνθρακες μπορούν να σχηματιστούν όχι μόνο από τη γλυκερίνη, αλλά και από τα λιπαρά οξέα. Η σύνθεση των τελικών προϊόντων φωτοσυνθετικής αφομοίωσης, υδατανθράκων, σακχαρόζης και αμύλου στο φωτοσυνθετικό κύτταρο πραγματοποιείται χωριστά: η σακχαρόζη συντίθεται στο κυτταρόπλασμα, το άμυλο σχηματίζεται σε χλωροπλάστες.

Σύναψη. Τα σάκχαρα μπορούν να μετατραπούν ενζυματικά από το ένα στο άλλο, συνήθως με τη συμμετοχή του ATP. Οι υδατάνθρακες μετατρέπονται σε λίπη μέσω μιας πολύπλοκης αλυσίδας βιοχημικών αντιδράσεων. Οι υδατάνθρακες μπορούν να συντεθούν από προϊόντα διάσπασης λίπους. Οι υδατάνθρακες μπορούν να συντεθούν τόσο από γλυκερίνη όσο και από λιπαρά οξέα.

Η πρόληψη της αθηροσκλήρωσης, καθώς και η θεραπεία της νόσου, σχετίζονται άμεσα με τον έλεγχο του επιπέδου των λιπιδικών δομών στο σώμα. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στη χοληστερόλη (CS), το μόριο της οποίας είναι μια λιπόφιλη αλκοόλη. Από εδώ προέρχεται το ασυνήθιστο σε καθημερινό επίπεδο, αλλά χημικά σωστό, όνομα για την ουσία – χοληστερόλη. Είναι η οξείδωση των λιπιδίων που δεν χρησιμοποιούνται από τον οργανισμό από τις ελεύθερες ρίζες που είναι το πρώτο στάδιο στην αλληλουχία σχηματισμού αθηρωματικών πλακών. Από την άλλη πλευρά, δημιουργούνται συνδέσεις λιπιδικών δομών με πρωτεΐνες βιολογικά συμπλέγματα, ικανό να καθαρίζει τα αιμοφόρα αγγεία. Αυτές είναι λιποπρωτεΐνες υψηλής πυκνότητας - HDL. Έτσι, η σύνθεση και η βιοσύνθεση των λιπιδίων είναι σημαντική σε σχέση με τη συνολική ανθρώπινη υγεία. Η διαδικασία επηρεάζει άμεσα τα επίπεδα χοληστερόλης στο σώμα.

Τι περιλαμβάνει η κατηγορία των λιπιδίων;

Η κατηγορία περιλαμβάνει λίπη και παρόμοιες ουσίες. Επί μοριακό επίπεδο, το λιπίδιο σχηματίζεται σε δύο βασικά στοιχεία: το αλκοόλ και το λιπαρό οξύ. Επιτρέπονται επίσης πρόσθετα εξαρτήματα. Τέτοιες δομές ανήκουν στην κατηγορία των πολύπλοκων λιπιδίων. Οι ακόλουθοι εκπρόσωποι αυτής της κατηγορίας προσελκύουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον από την άποψη της πρόληψης της αθηροσκλήρωσης:

1. Λιπαρές αλκοόλες, δηλαδή χοληστερόλη.
2. Τριγλυκερίδια.

Τα λιπαρά οξέα (FA), ιδιαίτερα τα πολυακόρεστα - Ωμέγα-3, αξίζουν κάποιας προσοχής. Η ουσία βοηθά στη μείωση της χοληστερόλης. Ωστόσο, το ανθρώπινο σώμα δεν τα συνθέτει.

Γενική αρχή βιοσύνθεσης λιπιδίων

Ο σχηματισμός των FA και των παραγώγων τους αρχίζει στο κυτταρόπλασμα. Το δεύτερο μέρος της βιοσύνθεσης, η επιμήκυνση της μοριακής αλυσίδας, συνεχίζεται επίσης στο κύτταρο, αλλά το «εργαστήριο παραγωγής μετατοπίζεται» μέσα στα μιτοχόνδρια. Σε κάθε στάδιο, η ένωση εμπλουτίζεται σε δύο άτομα C, κάτι που θυμίζει τη διαδικασία βήτα-οξείδωσης, μόνο αντίστροφα.

Πιο αναλυτικά, η σύνθεση, για παράδειγμα, του παλμιτικού οξέος, συμβαίνει απευθείας στο κυτταρόπλασμα. Τα μιτοχόνδρια, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούν ένα έτοιμο «ημικατεργασμένο προϊόν» για να παράγουν πλήρη λιπαρά οξέα, που αποτελούνται από 18 ή περισσότερα άτομα άνθρακα. Τα μιτοχόνδρια δεν είναι σε θέση να πραγματοποιήσουν ολόκληρη τη βιοσύνθεση ανεξάρτητα από το «Α» στο «Ζ». Ο λόγος είναι κοινός - " χαμηλό επίπεδοπροσόντα». Επιστρέφοντας στην τεχνική ορολογία, τα μιτοχόνδρια έχουν πολύ χαμηλή ικανότητα να ενσωματώνουν επισημασμένα οξικά οξέα σε λιπιδικές δομές μακράς αλυσίδας.

Ένα έξυπνο κόλπο ή πώς ένας μεταβολίτης ξεπερνά το μιτοχονδριακό φραγμό

Η βασική εξωμιτοχονδριακή βιοσύνθεση των FA, αντίθετα, δεν έχει κοινή τομή με τη διαδικασία της οξείδωσής τους. Ο μηχανισμός του απαιτεί τρία στοιχεία:

• Το ακετυλο-CoA είναι ο πρωταρχικός μεταβολίτης.
• CO2 – κανένα σχόλιο εδώ, μια πολύ γνωστή ουσία.
• διττανθρακικά ιόντα – HCO3-.

Ο μεταβολίτης αντιπροσωπεύει το θεμέλιο του κτιρίου. Το ακετυλο-CoA σχηματίζεται αρχικά στα μιτοχόνδρια. Η σύνθεσή του είναι συνέπεια της διαδικασίας της οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης. Η ένωση δεν μπορεί να διεισδύσει απευθείας στο κυτταρόπλασμα λόγω της στεγανότητας της μιτοχονδριακής μεμβράνης σε αυτό. Είναι δυνατό να διεισδύσετε μέσω ενός ελιγμού λύσης:

1. Ο μιτοχονδριακός μεταβολίτης παράγει κιτρικό άλας μέσω αλληλεπίδρασης με το οξαλοξικό.
2. Για το συντιθέμενο κιτρικό, η μιτοχονδριακή μεμβράνη είναι διαφανής. Επομένως, τα μόριά του διεισδύουν εύκολα στο κυτταρόπλασμα.
3. Τότε συμβαίνει ο αντίστροφος μετασχηματισμός. Έχοντας διασχίσει ελάχιστα τη μεμβράνη, το κιτρικό χωρίζεται στα αρχικά συστατικά του - ακετυλο-CoA και οξαλοξικό.

Έτσι, ο μεταβολίτης μεταφέρεται από τα μιτοχόνδρια. Η άμεση παραγωγή της ένωσης δεν συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα. Μια εναλλακτική μεταφορά ακετυλο-CoA είναι δυνατή με τη συμμετοχή της καρνιτίνης. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία της σύνθεσης, το LC είναι ένα είδος «θωρακισμένου τρένου που στέκεται σε μια παράκαμψη». Αυτό το κανάλι χρησιμοποιείται πολύ λιγότερο συχνά.

Το τελικό στάδιο της βιοσύνθεσης

Μόλις εισέλθει στο κυτταρόπλασμα, ο μεταβολίτης είναι έτοιμος για την παραγωγή του προδρόμου FA - malonyl-CoA. Για αυτό το ακετυλο-CoA απαιτεί διοξείδιο του άνθρακα. Ο καταλύτης για τη διαδικασία είναι το ένζυμο ακετυλο-CoA καρβοξυλάση. Η βιοσύνθεση χωρίζεται σε δύο περιόδους:

1. Καρβοξυλίωση του ενζύμου βιοτίνης. Εμφανίζεται παρουσία CO2 και ATP.
2. Μεταφορά καρβοξυλικής ομάδας σε μεταβολίτη.

Το προκύπτον μηλονυλο-CoA στη συνέχεια μετασχηματίζεται ταχέως σε FA. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα με τη συμμετοχή ενός συγκεκριμένου συστήματος ενζύμων. Στην πραγματικότητα, είναι ένα σύμπλεγμα διασυνδεδεμένων ενζύμων. Ονομάζεται συνθετάση λιπαρού οξέος, έχει 6 διαφορετικά ένζυμα και ένα συνδετικό στοιχείο - μια πρωτεΐνη μεταφοράς ακυλίου (εκτελεί ρόλο παρόμοιο με το CoA).

Έχοντας κατανοήσει τη βιοσύνθεση των λιπιδίων στις γενικού επιπέδου, ήρθε η ώρα να προχωρήσουμε σε συγκεκριμένα παραδείγματα.

Βιοσύνθεση τριγλυκεριδίων

Τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της διαδικασίας είναι η γλυκερίνη και το FA. Αρχικά, σχηματίζεται ένα ενδιάμεσο προϊόν - 3-φωσφορική γλυκερόλη. Αυτό είναι χαρακτηριστικό για τις διαδικασίες βιοσύνθεσης που συμβαίνουν στα νεφρά και τα εντερικά τοιχώματα. Τα κύτταρα οργάνων χαρακτηρίζονται από υπερδραστηριότητα του ενζύμου γλυκερολοκινάσης, κάτι που δεν μπορεί να λεχθεί για τους μυς και τον λιπώδη ιστό. Εδώ η ουσία σχηματίζεται χρησιμοποιώντας γλυκόλυση - την οξείδωση της γλυκόζης.

Βιοσύνθεση χοληστερόλης

Η ενζυματική διαδικασία σχηματισμού χοληστερόλης είναι ένας αρκετά περίπλοκος «συνδυασμός πολλαπλών διελεύσεων», που αριθμεί περισσότερες από 35 ενζυματικές αντιδράσεις. Είναι προφανές ότι ακόμη και ο Ostap Bender αδυνατεί να καλύψει έναν τέτοιο όγκο μεταμορφώσεων. Επομένως, είναι ευκολότερο να εξετάσουμε τα βασικά στάδια της βιοσύνθεσης χοληστερόλης:

1. Παρασκευή μεβαλονικού οξέος. Εμφανίζεται στους ευκαρυώτες - τον τομέα των ζωντανών οργανισμών. Απαιτεί τρία μόρια ενεργού οξικού.
2. Σχηματισμός σκουαλενίου. Η πρόδρομη ουσία παράγεται προηγουμένως μεβαλονικό οξύ. Αρχικά, η ένωση μετασχηματίζεται σε ένα ενεργό ισοπρενοειδές, από 6 μόρια του οποίου σχηματίζεται το σκουαλένιο.
3. Σύνθεση χοληστερόλης. Η διαδικασία πραγματοποιείται με κυκλοποίηση του σκουαλενίου. Συντίθεται ένας μοναδικός πρόδρομος - η λανοστερόλη, η μετάβαση της οποίας στη χοληστερόλη είναι ακόμα υπό μελέτη.

Η βιοσύνθεση ξεκινά αρχικά με το σχηματισμό ακετοακετυλο-CoA. Στη συνέχεια, η δομή υφίσταται συμπύκνωση με το 3ο μόριο ενεργού οξικού. Το προκύπτον παράγωγο υφίσταται μια αντίδραση αναγωγής, η οποία οδηγεί στον σχηματισμό μεβαλονικού.

Βιοσύνθεση λιπιδίων

Οι τριακυλογλυκερόλες είναι η πιο συμπαγής μορφή αποθήκευσης ενέργειας στο σώμα. Η σύνθεσή τους πραγματοποιείται κυρίως από υδατάνθρακες που εισέρχονται στον οργανισμό σε περίσσεια και δεν χρησιμοποιούνται για την αναπλήρωση των αποθηκών γλυκογόνου.

Τα λιπίδια μπορούν επίσης να σχηματιστούν από τον ανθρακικό σκελετό των αμινοξέων. Προωθεί το σχηματισμό λιπαρών οξέων και στη συνέχεια τριακυλογλυκερολών και περίσσειας τροφής.

Βιοσύνθεση λιπαρών οξέων

Κατά την οξείδωση, τα λιπαρά οξέα μετατρέπονται σε ακετυλο-CoA. Η υπερβολική διατροφική πρόσληψη υδατανθράκων συνοδεύεται επίσης από τη διάσπαση της γλυκόζης σε πυροσταφυλικό, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε ακετυλο-CoA. Αυτή η τελευταία αντίδραση, που καταλύεται από την πυροσταφυλική αφυδρογονάση, είναι μη αναστρέψιμη. Το ακετυλο-CoA μεταφέρεται από τη μιτοχονδριακή μήτρα στο κυτταρόπλασμα ως μέρος του κιτρικού (Εικόνα 15).

Μιτοχονδριακή μήτρα Κυτοσόλιο

Σχήμα 15. Σχήμα μεταφοράς ακετυλο-CoA και σχηματισμού ανηγμένου NADPH κατά τη σύνθεση λιπαρών οξέων.

Στερεοχημικά, ολόκληρη η διαδικασία σύνθεσης λιπαρών οξέων μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Acetyl-CoA + 7 Malonyl-CoA + 14 NADPH∙ + 7H + 

Παλμιτικό οξύ (C 16:0) + 7 CO 2 + 14 NADP + 8 NSCoA + 6 H 2 O,

Σε αυτή την περίπτωση, 7 μόρια μηλονυλο-CoA σχηματίζονται από το ακετυλο-CoA:

7 Acetyl-CoA + 7 CO 2 + 7 ATP  7 Malonyl-CoA + 7 ADP + 7 H 3 PO 4 + 7 H +

Ο σχηματισμός μηλονυλο-CoA είναι μια πολύ σημαντική αντίδραση στη σύνθεση λιπαρών οξέων. Το Malonyl-CoA σχηματίζεται στην αντίδραση καρβοξυλίωσης του ακετυλο-CoA με τη συμμετοχή της ακετυλο-CoA καρβοξυλάσης, η οποία περιέχει βιοτίνη ως προσθετική ομάδα. Αυτό το ένζυμο δεν αποτελεί μέρος του πολυενζυμικού συμπλέγματος συνθετάσης λιπαρών οξέων. Η καρβοξυλάση του ακετίτη είναι ένα πολυμερές (μοριακό βάρος από 4 έως 810 6 Da), που αποτελείται από πρωτομερή με μοριακό βάρος 230 kDa. Είναι μια πολυλειτουργική αλλοστερική πρωτεΐνη που περιέχει δεσμευμένη βιοτίνη, καρβοξυλάση βιοτίνης, τρανσκαρβοξυλάση και ένα αλλοστερικό κέντρο, η δραστική μορφή της οποίας είναι ένα πολυμερές και τα πρωτομερή 230 kDa είναι ανενεργά. Επομένως, η δραστηριότητα του σχηματισμού μηλονυλο-CoA καθορίζεται από την αναλογία μεταξύ αυτών των δύο μορφών:

Ανενεργά πρωτομερή  ενεργό πολυμερές

Το Palmitoyl-CoA, το τελικό προϊόν της βιοσύνθεσης, μετατοπίζει την αναλογία προς την ανενεργή μορφή και το κιτρικό, ως αλλοστερικός ενεργοποιητής, μετατοπίζει αυτή την αναλογία προς το ενεργό πολυμερές.

Εικόνα 16. Μηχανισμός σύνθεσης malonyl-CoA

Στο πρώτο στάδιο της αντίδρασης καρβοξυλίωσης, ενεργοποιείται το διττανθρακικό και σχηματίζεται Ν-καρβοξυβιοτίνη. Στο δεύτερο στάδιο, εμφανίζεται μια πυρηνόφιλη επίθεση της Ν-καρβοξυβιοτίνης από την καρβονυλική ομάδα του ακετυλ-CoA και σχηματίζεται μηλονυλ-CoA στην αντίδραση διακαρβοξυλίωσης (Εικ. 16).

Η σύνθεση λιπαρών οξέων στα θηλαστικά σχετίζεται με ένα πολυενζυμικό σύμπλεγμα που ονομάζεται συνθετάση λιπαρού οξέος.Αυτό το σύμπλεγμα αντιπροσωπεύεται από δύο πανομοιότυπα πολυλειτουργικά πολυπεπτίδια. Κάθε πολυπεπτίδιο έχει τρεις περιοχές, οι οποίες βρίσκονται σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία (Εικ.). Πρώτος τομέαςείναι υπεύθυνος για τη δέσμευση του ακετυλο-CoA και του μηλονυλο-CoA και τη σύνδεση αυτών των δύο ουσιών. Αυτός ο τομέας περιλαμβάνει τα ένζυμα ακετυλοτρανσφεράση, μηλονυλοτρανσφεράση και ένα ένζυμο δέσμευσης ακετυλομηλονυλίου που ονομάζεται β-κετοακυλοσυνθάση. Δεύτερος τομέας, είναι κυρίως υπεύθυνος για την αναγωγή του ενδιάμεσου που λαμβάνεται στον πρώτο τομέα και περιέχει πρωτεΐνη μεταφοράς ακυλίου (ACP), -κετοακυλο αναγωγάση και αφυδρατάση και ενοϋλο-ACP αναγωγάση. ΣΕ τρίτο τομέαυπάρχει το ένζυμο θειοεστεράση, το οποίο απελευθερώνει το προκύπτον παλμιτικό οξύ, που αποτελείται από 16 άτομα άνθρακα.

Ρύζι. 17. Δομή του συμπλόκου παλμιτικής συνθετάσης. Οι αριθμοί υποδεικνύουν τομείς.

Μηχανισμός σύνθεσης λιπαρών οξέων

Στο πρώτο στάδιο της σύνθεσης λιπαρών οξέων, προστίθεται ακετυλο-CoA στο υπόλειμμα σερίνης της ακετυλοτρανσφεράσης (Εικόνα...). Σε μια παρόμοια αντίδραση, σχηματίζεται ένα ενδιάμεσο μεταξύ του μηλονυλο-CoA και του υπολείμματος σερίνης της μηλονυλοτρανσφεράσης. Η ακετυλομάδα από την ακετυλοτρανσφεράση στη συνέχεια μεταφέρεται στην ομάδα SH της πρωτεΐνης μεταφοράς ακυλίου (ATP). Στο επόμενο στάδιο, το υπόλειμμα ακετυλίου μεταφέρεται στην ομάδα SH της κυστεΐνης της -κετοακυλοσυνθάσης (συμπυκνωτικό ένζυμο). Η ελεύθερη ομάδα SH της πρωτεΐνης μεταφοράς ακυλίου επιτίθεται στη μηλονυλοτρανσφεράση και δεσμεύει το υπόλειμμα μηλονυλίου. Στη συνέχεια συμβαίνει συμπύκνωση των υπολειμμάτων μηλονυλίου και ακετυλίου με τη συμμετοχή της -κετοακυλοσυνθάσης με την απομάκρυνση της καρβονυλικής ομάδας από το μηλονύλιο. Το αποτέλεσμα της αντίδρασης είναι ο σχηματισμός -κετοακυλίου που σχετίζεται με το ACP.

Ρύζι. Αντιδράσεις σύνθεσης 3-κετοακυλοACP στο σύμπλεγμα παλμιτικής συνθάσης

Στη συνέχεια, τα ένζυμα της δεύτερης περιοχής συμμετέχουν στις αντιδράσεις αναγωγής και αφυδάτωσης του ενδιάμεσου β-κετοακυλο-ACP, οι οποίες καταλήγουν στο σχηματισμό (βουτυρυλο-ACP) ακυλο-ACP.

Ακετοακετυλο-ACP (-κετοακυλο-ACP)

-κετοακυλο-ACP αναγωγάση

-Υδροξυβουτυρυλ-ΑΡΒ

-υδροξυακυλο-ACP αφυδρατάση

Enoyl-ACP αναγωγάση

Βουτυρυλ-ΑΡΒ

Μετά από 7 κύκλους αντίδρασης

H2O παλμιτοϋλοθειοεστεράση

Η βουτυρυλομάδα στη συνέχεια μεταφέρεται από το ACP στο υπόλειμμα cis-SH της -κετοακυλοσυνθάσης. Περαιτέρω επέκταση κατά δύο άνθρακες λαμβάνει χώρα με προσθήκη μηλονυλο-CoA στο υπόλειμμα σερίνης της μηλονυλοτρανσφεράσης, και στη συνέχεια επαναλαμβάνονται οι αντιδράσεις συμπύκνωσης και αναγωγής. Ολόκληρος ο κύκλος επαναλαμβάνεται 7 φορές και τελειώνει με το σχηματισμό παλμιτοϋλ-ACP. Στην τρίτη περιοχή, η παλμιτοϋλ εστεράση υδρολύει τον θειοεστερικό δεσμό σε παλμιτοϋλ-ACP και απελευθερώνεται ελεύθερο παλμιτικό οξύ και φεύγει από το σύμπλοκο της παλμιτικής συνθάσης.

Ρύθμιση της βιοσύνθεσης λιπαρών οξέων

Ο έλεγχος και η ρύθμιση της σύνθεσης λιπαρών οξέων είναι, σε κάποιο βαθμό, παρόμοιος με τη ρύθμιση των αντιδράσεων της γλυκόλυσης, του κιτρικού κύκλου και της β-οξείδωσης των λιπαρών οξέων. Ο κύριος μεταβολίτης που εμπλέκεται στη ρύθμιση της βιοσύνθεσης των λιπαρών οξέων είναι το ακετυλο-CoA, το οποίο προέρχεται από τη μιτοχονδριακή μήτρα ως μέρος του κιτρικού. Το μόριο μηλονυλο-CoA που σχηματίζεται από το ακετυλο-CoA αναστέλλει την ακυλοτρανσφεράση Ι της καρνιτίνης και η β-οξείδωση του λιπαρού οξέος καθίσταται αδύνατη. Από την άλλη πλευρά, το κιτρικό είναι ένας αλλοστερικός ενεργοποιητής της ακετυλο-CoA καρβοξυλάσης και το παλμιτοϋλο-CoA, το στεατυλο-CoA και το αραχιδονυλο-CoA είναι οι κύριοι αναστολείς αυτού του ενζύμου.

ΛΙΠΙΔΙΑ.ΒΙΟ.ΡΟΛΟΣ.ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ.

Τα λιπίδια είναι μια μεγάλη ομάδα ουσιών βιολογικής προέλευσης, εξαιρετικά διαλυτές σε οργανικούς διαλύτες όπως η μεθανόλη, η ακετόνη, το χλωροφόρμιο και το βενζόλιο. Τα λιπίδια είναι η πιο σημαντική πηγή ενέργειας από όλα τα θρεπτικά συστατικά. Ένας αριθμός λιπιδίων συμμετέχει στο σχηματισμό κυτταρικές μεμβράνες.Μερικά λιπίδια επιτελούν ειδικές λειτουργίες στο σώμα. Τα στεροειδή, τα εικοσανοειδή και ορισμένοι μεταβολίτες φωσφολιπιδίων εκτελούν λειτουργίες σηματοδότησης. Λειτουργούν ως ορμόνες, νευροδιαβιβαστές και δευτερεύοντες μεταφορείς. Τα λιπίδια χωρίζονται σε σαπωνοποιήσιμα και μη σαπωνοποιήσιμα. Σαπωνοποιήσιμα λιπίδια.

Τα σαπωνοποιήσιμα λιπίδια περιλαμβάνουν τρεις ομάδες ουσιών: εστέρες, φωσφολιπίδια και γλυκολιπίδια. Η ομάδα εστέρα περιλαμβάνει ουδέτερα λίπη, κεριά και εστέρες στερόλης Η ομάδα φωσφολιπιδίων περιλαμβάνει φωσφατιδικά οξέα, φωσφατίδια και σφιγγολιπίδια.

Η ομάδα των μη σαπωνοποιήσιμων λιπιδίων περιλαμβάνει κορεσμένους υδρογονάνθρακες και καροτενοειδή, καθώς και αλκοόλες. Πρώτα απ 'όλα, πρόκειται για αλκοόλες με μακρά αλειφατική αλυσίδα, κυκλικές στερόλες (χοληστερόλη) και στεροειδή (οιστραδιόλη, τεστοστερόνη κ.λπ.). Η πιο σημαντική ομάδα λιπιδίων σχηματίζεται από τα λιπαρά οξέα. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει επίσης εικοσανοειδή, τα οποία μπορούν να θεωρηθούν ως παράγωγα λιπαρών οξέων.

Πέψη λιπιδίων και απορρόφηση προϊόντων λιπιδικής πέψης.

Στη στοματική κοιλότητα τα λίπη δεν υφίστανται καμία αλλαγή, γιατί Το σάλιο δεν περιέχει ένζυμα που διασπούν τα λίπη. Αν και δεν συμβαίνει σημαντική πέψη των λιπών των τροφίμων στο στομάχι ενός ενήλικα, μερική καταστροφή των συμπλεγμάτων λιποπρωτεϊνών των κυτταρικών μεμβρανών των τροφίμων εξακολουθεί να παρατηρείται στο στομάχι, γεγονός που καθιστά τα λίπη πιο προσιτά για την επακόλουθη δράση της λιπάσης του παγκρεατικού χυμού σε αυτά. Η διάσπαση των λιπών που συνθέτουν την τροφή συμβαίνει στον άνθρωπο και στα θηλαστικά κυρίως στα ανώτερα μέρη του λεπτού εντέρου, όπου υπάρχουν πολύ ευνοϊκές συνθήκες για τη γαλακτωματοποίηση των λιπών. Αφού εισέλθει ο χυμός στο δωδεκαδάκτυλο, εδώ, πρώτα απ 'όλα, εξουδετερώνεται το υδροχλωρικό οξύ του γαστρικού υγρού. Τα λιπαρά οξέα με βραχεία ανθρακική αλυσίδα και η γλυκερίνη, που είναι εξαιρετικά διαλυτά στο νερό, απορροφώνται ελεύθερα στο έντερο και εισέρχονται στο αίμα της πυλαίας φλέβας και από εκεί στο ήπαρ, παρακάμπτοντας τυχόν μετασχηματισμούς στο εντερικό τοίχωμα. Λιπαρά οξέα μακράς γωνίας η αλυσίδα απορροφάται πιο δύσκολα. Με τη βοήθεια της χολής, των χολικών αλάτων, των φωσφολιπιδίων και της χοληστερόλης. Μικκύλια που απορροφώνται ελεύθερα στα έντερα.

3. Υδρόλυση τριακυλογλυκεριδίων. Επανασύνθεση λιπών. Τα τριακυλογλυκερίδια είναι τα πιο κοινά λιπίδια στη φύση. Συνήθως χωρίζονται σε λίπη και έλαια. Η υδρόλυση των τριακυλογλυκερολών παράγει γλυκερίνη και λιπαρά οξέα. Η πλήρης υδρόλυση των τριγλυκεριδίων λαμβάνει χώρα σε στάδια: πρώτα, οι δεσμοί 1 και 3 υδρολύονται ταχέως και στη συνέχεια η υδρόλυση του 2-μονογλυκεριδίου γίνεται αργά.. (υδρόλυση). Επανασύνθεση λιπών στο εντερικό τοίχωμα. Το εντερικό τοίχωμα συνθέτει λίπη που είναι σε μεγάλο βαθμό ειδικά για ένα δεδομένο ζωικό είδος και διαφέρουν ως προς τη φύση από το διατροφικό λίπος. Ο μηχανισμός επανασύνθεσης τριγλυκεριδίων στα κύτταρα του εντερικού τοιχώματος γενικό περίγραμμασυνοψίζεται στα εξής: αρχικά, η δραστική τους μορφή, το ακυλο-CoA, σχηματίζεται από λιπαρά οξέα, μετά την οποία λαμβάνει χώρα ακυλίωση των μονογλυκεριδίων με τον σχηματισμό πρώτα διγλυκεριδίων και στη συνέχεια τριγλυκεριδίων:

4. Χολικά οξέα, βιολογικός ρόλος. Τα χολικά οξέα σχηματίζονται από τη χοληστερόλη στο ήπαρ. Αυτές οι ενώσεις στεροειδών 24 άνθρακα είναι παράγωγα του χολανικού οξέος, που έχουν μία έως τρεις ομάδες α-υδροξυλίου και μια πλευρική αλυσίδα 5 ατόμων άνθρακα με μια καρβοξυλική ομάδα στο τέλος της αλυσίδας. Το χολικό οξύ είναι το πιο σημαντικό οξύ στο ανθρώπινο σώμα. Τα χολικά οξέα διασφαλίζουν τη διαλυτότητα της χοληστερόλης στη χολή και προάγουν την πέψη των λιπιδίων.

Βιοσύνθεση λιπιδίων και συστατικών τους.

Τα ίδια τα λιπίδια και ορισμένα από τα δομικά τους συστατικά εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισμό κυρίως με την τροφή. Εάν δεν υπάρχει επαρκής παροχή λιπιδίων από το εξωτερικό, το σώμα είναι σε θέση να εξαλείψει εν μέρει την ανεπάρκεια των λιπιδικών συστατικών μέσω της βιοσύνθεσής τους. Ναι, μερικά κορεσμένα οξέαμπορεί να συντεθεί στον οργανισμό ενζυματικά. Το παρακάτω διάγραμμα αντικατοπτρίζει την περίληψη της διαδικασίας σχηματισμού παλμιτικού οξέος από οξικό οξύ:

CH3COOH + 7HOOC - CH2 - COOH + 28[H]

C15H31COOH + 7CO2 + 14H2O

Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας το συνένζυμο Α, το οποίο μετατρέπει τα οξέα σε θειοεστέρες και ενεργοποιεί τη συμμετοχή τους σε αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης:

Ορισμένα ακόρεστα οξέα (για παράδειγμα, ελαϊκό και παλμιτολεϊκό οξύ) μπορούν να συντεθούν στο ανθρώπινο σώμα με αφυδρογόνωση κορεσμένα οξέα. Το λινολεϊκό και το λινολενικό οξύ δεν συντίθενται στο ανθρώπινο σώμα και προέρχονται μόνο από το εξωτερικό. Η κύρια πηγή αυτών των οξέων είναι οι φυτικές τροφές. Το λινολεϊκό οξύ χρησιμεύει ως πηγή για τη βιοσύνθεση του αραχιδονικού οξέος. Είναι ένα από τα πιο σημαντικά οξέα που συνθέτουν τα φωσφολιπίδια και τα φωσφατιδικά οξέα συντίθενται με βάση το γλυκερο-3-φωσφορικό, το οποίο σχηματίζεται από τη γλυκερίνη με μετεστεροποίηση με ATP. Από τη συνολική ποσότητα χοληστερόλης που περιέχεται στο σώμα, μόνο το 20% προέρχεται από τα τρόφιμα. Η κύρια ποσότητα χοληστερόλης συντίθεται στον οργανισμό με τη συμμετοχή του συνενζύμου ακετυλο-CoA.

Τα λιπίδια σε ένα προκαρυωτικό κύτταρο αντιπροσωπεύονται από χημικές ενώσειςδιαφορετικής φύσης (τριγλυκερίδια, φωσφολιπίδια, γλυκολιπίδια, κεριά), που εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες. Αποτελούν μέρος των κυτταρικών μεμβρανών, είναι συστατικά συστημάτων χρωστικών και μεταφοράς ηλεκτρονίων και λειτουργούν ως ουσίες αποθήκευσης. Τα αρχικά προϊόντα για τη βιοσύνθεση των λιπιδίων είναι τα λιπαρά οξέα, οι αλκοόλες, οι υδατάνθρακες και τα φωσφορικά άλατα. Οι οδοί βιοσύνθεσης των λιπιδίων είναι πολύπλοκες και απαιτούν σημαντική ποσότητα ενέργειας με τη συμμετοχή πολλών ενζύμων. Τα τριγλυκερίδια και τα φωσφολιπίδια είναι τα πιο σημαντικά για τη λειτουργία των κυττάρων.

Η βιοσύνθεση λιπαρών οξέων με ζυγό αριθμό ατόμων άνθρακα λαμβάνει χώρα ως αποτέλεσμα της διαδοχικής προσθήκης ενός υπολείμματος δύο άνθρακα από το μηλονυλο-CoA στο μόριο ακετυλο-CoA. Έτσι, κατά τη βιοσύνθεση του παλμιτικού οξέος, 1 μόριο ακετυλο-CoA συμπυκνώνεται με 7 μόρια μηλονυλο-CoA:

Ακετυλο-CoA + 7 μηλονυλο-CoA + 14 NAD(P)H2

CH 3 (CH 2) 14 COOH +7 CO 2 + 8CoA + 14NAD(P) + +6H 2 O

Σημαντικό ρόλο στις αντιδράσεις της βιοσύνθεσης λιπαρών οξέων παίζει η πρωτεΐνη μεταφοράς ακυλίου (ATP), φορέας ακυλομάδων. Η διαδοχική αύξηση των υπολειμμάτων δύο άνθρακα μέσω μιας σειράς ενδιάμεσων προϊόντων οδηγεί στον σχηματισμό ενώσεων C 16 - C 18. Στα προκαρυωτικά κύτταρα, τα λιπιδικά συστατικά μπορεί να είναι ακόρεστα λιπαρά οξέα που περιέχουν έναν διπλό δεσμό. Ο σχηματισμός διπλού δεσμού στους αερόβιους μικροοργανισμούς συμβαίνει με τη συμμετοχή του οξυγόνου και του συγκεκριμένου ενζύμου δεσατουράση. Για παράδειγμα, το παλμιτολεϊκό οξύ σχηματίζεται από το παλμιτυλ-CoA:

Palmityl-CoA + ½ O 2 + NAD(P)H 2 palmitooleyl-CoA + H 2 O + NAD(P) +

Στους αναερόβιους μικροοργανισμούς, ο σχηματισμός διπλού δεσμού συμβαίνει σε πρώιμο στάδιο της βιοσύνθεσης ενός μορίου λιπαρού οξέος ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης αφυδάτωσης.

Το αρχικό υπόστρωμα για τη σύνθεση των φωσφολιπιδίων είναι η φωσφοδιοξυακετόνη, μια ενδιάμεση ένωση του γλυκολυτικού κύκλου. Η μείωσή του οδηγεί στον σχηματισμό 3-φωσφογλυκερόλης, η οποία, όταν συνδυάζεται με δύο υπολείμματα λιπαρών οξέων, παράγει φωσφατιδικό οξύ. Η προσθήκη σερίνης, ινοσίνης, αιθανολαμίνης και χολίνης στη φωσφορική της ομάδα καταλήγει στη σύνθεση της φωσφατιδυλοσερίνης, της φωσφατιδυλινοσιτόλης, της φωσφατιδυλοχολίνης και της φωσφατιδυλαιθανολαμίνης.