SINTEZA LIPIDA: VRSTE I NJIHOVI GLAVNI MEHANIZMI - BIOLOGIJA - 2026

Sinteza lipida sastoji od niza enzimskih reakcija pomoću kojih se kratkog lanca ugljikovodika kondenzira da se dobije više-lanac molekule, koje se potom može prolaziti različite kemijske modifikacije.

Lipidi su klasa visoko raznolikih biomolekula koje sintetiziraju sve žive stanice i koje su specijalizirane za više funkcija neophodnih za održavanje staničnog života.

Neki primjeri uobičajenih lipida: glicerofosfolipidi, steroli, glicerolipidi, masne kiseline, sfingolipidi i prenoli (Izvor: Originalni učitavač bio je Lmaps na engleskoj Wikipediji. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/ fdl-1.2.html) putem Commonsa, priredio Raquel Parada)

Lipidi su glavne komponente bioloških membrana, činjenica koja ih čini temeljnim molekulama za postojanje stanica kao entiteta izoliranih iz njihove okoline.

Neki lipidi imaju i specijalizirane funkcije kao što su pigmenti, kofaktori, transporteri, deterdženti, hormoni, unutar- i izvanćelijski glasnici, kovalentna sidra za membranske proteine ​​itd. Stoga je sposobnost sinteze različitih vrsta lipida presudna za opstanak svih živih organizama.

Ova velika skupina spojeva tradicionalno se klasificira u nekoliko kategorija ili podskupina: masne kiseline (zasićene i nezasićene), gliceridi (fosfogliceridi i neutralni gliceridi), lipidi neglicerida (sfingolipidi (sfingomijelini i glikolipidi), steroidi i voskovi) i složeni lipidi (lipoproteini).

Vrste lipida i njihovi glavni mehanizmi sinteze

Svi reakcijski nizovi putova biosinteze lipida su endergonski i reduktivni. Drugim riječima, svi oni koriste ATP kao izvor energije i smanjeni nosač elektrona, poput NADPH, kao reducirajuću snagu.

Zatim će biti opisane glavne reakcije biosintetskih putova glavnih vrsta lipida, odnosno masnih kiselina i eikosanoida, triacilglicerola i fosfolipida i sterola (kolesterola).

- Sinteza masnih kiselina

Masne kiseline su sa stanovišta lipida izuzetno važne molekule, jer su dio najrelevantnijih lipida u stanicama. Njegova sinteza, suprotno onome što su u tom pogledu mnogi znanstvenici mislili, ne sastoji se od obrnutog puta njegove β-oksidacije.

U stvari, ovaj metabolički put događa se u različitim staničnim odjeljcima i zahtijeva sudjelovanje tri ugljika intermedijera poznatog kao malonil-CoA, koji nije potreban za oksidaciju.

Malonil-CoA. NEUROtiker / Javna domena

Pored toga, usko je povezan sa sulfhidrilnim skupinama proteina poznatim kao proteini nosači acila (ACP, iz engleskog Acyl Carrier Proteins).

Općenito, sinteza masnih kiselina, posebno dugih lanaca, je sekvencijalni proces u kojem se ponavljaju četiri koraka u svakom "zavoju", a tijekom svakog okretaja stvara se zasićena acilna skupina koja je supstrat za sljedeći, koji uključuje novu kondenzaciju s novom molekulom malonil-CoA.

U svakom koraku ili ciklusu reakcije, lanac masnih kiselina proširuje dva ugljika, dok ne dosegne duljinu od 16 atoma (palmitat), nakon čega napusti ciklus.

Formacija Malonil-CoA

Taj intermedijer od tri atoma ugljika nepovratno nastaje iz acetil-CoA zahvaljujući djelovanju enzima acetil-CoA karboksilaze, koji ima protetsku skupinu biotina koji je kovalentno vezan za enzim i koji sudjeluje u ovoj katalizi u Dva koraka.

U ovoj se reakciji karboksilna skupina izvedena iz bikarbonatne molekule (HCO3-) prenosi u biotin na ATP-ovisan način, gdje biotinilna skupina djeluje kao "privremeni prijenosnik" molekule, prenoseći je u acetil-Coa., proizvodeći malonil-CoA.

U slijedu sinteze masnih kiselina, reducirajuće sredstvo je NADPH, a aktivirajuće skupine su dvije tiolne skupine (-SH) koje su dio multi-enzimskog kompleksa zvanog sintaza masne kiseline, što je najvažnije u katalizi sintetski.

Kod kralješnjaka, kompleks sintaze masne kiseline dio je jednog velikog polipeptidnog lanca, u kojem su predstavljene 7 karakterističnih enzimskih aktivnosti puta sinteze, kao i hidrolizna aktivnost potrebna za oslobađanje intermedijara na kraju sinteza.

Struktura enzima sintaze masne kiseline (Izvor: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

7 enzimskih aktivnosti ovog kompleksa su: protein transportera acilne skupine (ACP), acetil-CoA-ACP transacetilaza (AT), β-ketoacil-ACP sintaza (KS), malonil-CoA-ACP transferaza (MT), β- ketoacil-ACP reduktaza (KR), β-hidroksiacil-ACP dehidratataza (HD) i enoil-ACP reduktaza (ER).

Prije nego što se mogu dogoditi reakcije kondenzacije da sakupe lanac masnih kiselina, dvije tiolne skupine u enzimskom kompleksu postaju "nabijene" acilnim skupinama: prvo, acetil-CoA se prenosi u -SH skupinu cistein u dijelu β-ketoacil-ACP sintaze kompleksa, reakcija katalizirana enzim acetil-CoA-ACP transacetilaza (AT).

Nakon toga, malonilna skupina prenosi se iz molekule malonil-CoA u -SH skupinu dijela transportera acilne skupine (ACP) enzimskog kompleksa, reakciju kataliziranu enzimom malonil-CoA-ACP transferaze (MT), koji također Dio je kompleksa sintaze masnih kiselina.

Slijed četiri reakcije za svaki "zaokret" reakcijskog ciklusa je sljedeći:

1. Kondenzacija: "Nabijene" acetilne i malonilne skupine na enzimu se kondenziraju kako bi nastale acetoacetil-ACP molekula, koja je spojena na ACP dio preko -SH skupine. U ovom se koraku stvara molekula CO2 i katalizira ga β-ketoacil-ACP sintaza (acetilna skupina zauzima „terminalni metil“ položaja acetoacetil-ACP kompleksa).
2. Redukcija karbonilne skupine: karbonilna skupina u položaju C3 acetoacetil-ACP reducirana je do formiranja D-β-hidroksibutiril-ACP, reakcije katalizirane od β-ketoacil-ACP reduktaze, koja koristi NADPH kao donora elektrona.
3. Dehidratacija: C2 i C3 ugljikovi D-β-hidroksibutiril-ACP lišeni su molekula vode, tvoreći dvostruku vezu koja završava proizvodnjom novog spoja trans -2-butenoil-ACP. Taj postupak posreduje enzim β-hidroksiacil-ACP dehidratataza (HD).
4. Dvostruka redukcija veze: dvostruka veza spoja formiranog u koraku dehidracije zasićena je (reducirana) da bi se dobio butiril-ACP reakcijom kataliziranom enzimom enoil-ACP reduktazom (ER), koji također koristi NADPH kao redukcijsko sredstvo,

Reakcije sinteze nastaju sve dok se ne stvori molekula palmitat (16 atoma ugljika), koja se hidrolizira iz enzimskog kompleksa i oslobađa kao mogući prekursor za masne kiseline s dužim lancima, koje stvaraju sustavi izduživanja. masnih kiselina smještenih u glatkom dijelu endoplazmatskog retikuluma i u mitohondrijama.

Ostale modifikacije koje ove molekule mogu proći, poput desaturacije, na primjer, katalizirane su različitim enzimima, koji se obično javljaju u glatkom endoplazmatskom retikulu.

- Sinteza eikosanoida

Eikosanoidi su stanični lipidi koji djeluju kao "kratkoročni" glasnici molekule, koje proizvode neka tkiva kako bi komunicirala sa stanicama u svojim susjednim tkivima. Te se molekule sintetiziraju iz polinezasićenih masnih kiselina od 20 atoma ugljika.

prostaglandini

Kao odgovor na hormonalni poticaj, enzim fosfolipaza A napada membranske fosfolipide i oslobađa arahidonat iz 2-ugljika glicerola. Ovaj spoj se pretvara u prostaglandine zahvaljujući enzimu glatkog endoplazmatskog retikuluma s bifunkcionalnom aktivnošću: ciklooksigenaza (COX) ili prostaglandin H2 sintaza.

tromboksana

Prostaglandini se mogu pretvoriti u tromboksane zahvaljujući tromboksan sintazi prisutnoj u krvnim trombocitima (trombocitima). Te molekule sudjeluju u početnim koracima zgrušavanja krvi.

- Sinteza triacilglicerola

Masne kiseline su temeljne molekule za sintezu drugih složenijih spojeva u stanicama, poput triacilglicerola ili membranskih lipidnih glicerofosfolipida (procesa koji ovise o staničnim metaboličkim potrebama).

Životinje proizvode triacilglicerole i glicerofosfolipide iz dva uobičajena prekursora: masnog acil-CoA i L-glicerol 3-fosfata. Masni acil-CoA nastaju sintetazama acil-CoA koje sudjeluju u β-oksidaciji, dok se L-glicerol 3-fosfat dobiva iz glikolize i djelovanjem dva alternativna enzima: glicerol 3-fosfat dehidrogenaza i glicerol kinaza.

Triacilgliceroli nastaju reakcijom između dvije molekule masnog acil-CoA i jedne molekule diacilglicerol 3-fosfata; Te reakcije prijenosa kataliziraju specifične acilne transferaze.

U toj reakciji nastaje fosfatidinska kiselina koja se defosforilira enzimom fosfatidnom kiselinom fosfatazom, čime se dobije 1,2-diacilglicerol, koji je opet sposoban prihvatiti treću molekulu masnog acil-CoA, stvarajući triacil-glicerol.

- Sinteza fosfolipida

Fosfolipidi su visoko varijabilne molekule, jer se mnoštvo različitih može formirati kombinacijom masnih kiselina i različitih skupina "glave" sa kostrom glicerola (glicerofosfolipidi) ili sfingozina (sfingolipida) koji ih karakteriziraju.

Općenito skupljanje ovih molekula zahtijeva sintezu glicerolne ili sfingozinske kralježnice, sjedinjenje s odgovarajućim masnim kiselinama bilo esterifikacijom ili amidacijom, dodavanjem hidrofilne skupine "glave" kroz fosfodiestersku vezu i ako je potrebno, izmjenu ili razmjenu potonjih skupina.

Kod eukariota taj se proces odvija u glatkom endoplazmatskom retikuluu, kao i u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani, gdje mogu ostati neograničeno ili odakle se mogu premjestiti na druga mjesta.

Koraci reakcije

Prvi koraci reakcije sinteze glicerofosfolipida jednaki su onima u proizvodnji triacilglicerola, jer se molekula glicerol 3-fosfata esterificira u dvije molekule masnih kiselina na ugljiku 1 i 2, tvoreći fosfatidnu kiselinu. Uobičajeno je pronaći fosfolipide koji imaju masne kiseline zasićene u C1 i nezasićene u C2 glicerola.

Fosfatidna kiselina može se proizvesti i fosforilacijom već sintetizirane ili "reciklirane" molekule diacilglicerola.

Polarne skupine "glava" ovih molekula nastaju kroz fosfodiesterske veze. Prvo što se mora dogoditi da se ovaj postupak pravilno odvija je „aktivacija“ jedne od hidroksilnih skupina koja sudjeluje u procesu vezanjem na nukleotid poput citidin difosfata (CDP), koji je nukleofilno izmijenjen od strane druge skupine. hidroksil koji sudjeluje u reakciji.

Ako se ova molekula veže na diacilglicerol, tada nastaje CDP-diacilglicerol ("aktivirani" oblik fosfatidne kiseline), ali to se može dogoditi i na hidroksilnoj skupini "glave".

Na primjer, u slučaju fosfatidilserina, diacilglicerol se aktivira kondenzacijom molekule fosfatidne kiseline s molekulom citidin trifosfata (CTP), formiranjem CDP-diacilglicerola i eliminacijom pirofosfata.

Ako se molekula CMP (citidin monofosfat) istisne nukleofilnim napadom hidroksila serina ili hidroksila na 1-ugljik glicerol 3-fosfata, fosfatidilserina ili fosfatidilglicerola 3-fosfata, iz čega se može osloboditi monoester fosfata i proizvode fosfatidilglicerol.

Obje molekule proizvedene na ovaj način služe kao prekursori za ostale membrane lipida, koji često dijele biosintetske putove jedni s drugima.

- Sinteza kolesterola

Kolesterol je bitna molekula za životinje koju mogu sintetizirati njihove stanice, tako da nije nužan u svakodnevnoj prehrani. Ova molekula od 27 atoma ugljika proizvodi se iz prekursora: acetata.

Ova složena molekula formirana je iz acetil-CoA u četiri glavna stupnja:

1. Kondenzacija tri acetatne jedinice da formira mevalonat, 6-ugljičnu intermedijarnu molekulu (prvo se formira molekula acetoacetil-CoA s dva acetil-CoA (tiolazni enzim), a zatim još jednim od β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) (enzim HMG-CoA sintetaze) Mevalonat nastaje iz HMG-CoA zahvaljujući enzimu HMG-CoA reduktazi.
2. Pretvorba mevalonata u izoprenske jedinice. Prve 3 fosfatne skupine prenose se iz 3 ATP molekule u mevalonat. Jedan od fosfata gubi se zajedno sa susjednom karbonilnom skupinom i formira se ∆3-izopentenil pirofosfat, koji je izomeriziran da proizvede dimetilalil pirofosfat
3. Polimerizacija ili kondenzacija 6 C5 izoprenskih jedinica kako bi se stvorio C30 skvalen (linearna molekula).
4. Ciklizacijom skvalena formiraju se 4 prstena kolesterola u steroidnoj jezgri i naknadne kemijske promjene: oksidacije, migracija i eliminacija metilnih skupina itd., Što daje kolesterol.

Reference

1. Garrett, RH, i Grisham, CM (2001). Načela biokemije: s ljudskim fokusom. Brooks / Cole Publishing Company.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA i Rodwell, VW (2014). Harperova ilustrirana biokemija. McGraw-Hill.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehningerovi principi biokemije. Macmillan.
4. Jacquemyn, J., Cascalho, A., & Goodchild, RE (2017). Ulazi i izlazi endoplazmatskog retikuluma pod kontrolom biosinteze lipida. EMBO izvještaji, 18 (11), 1905-1921.
5. Ohlrogge, J., & Browse, J. (1995). Biosinteza lipida. Biljna stanica, 7 (7), 957.