The sintesis asid lemak adalah proses di mana komponen asas dalam lipid yang paling penting dalam sel (asid lemak) yang dihasilkan, yang mengambil bahagian dalam banyak fungsi selular sangat penting.
Asid lemak adalah molekul alifatik, iaitu pada dasarnya terdiri daripada atom karbon dan hidrogen yang terikat satu sama lain dengan cara yang lebih kurang linear. Mereka mempunyai kumpulan metil di satu hujung dan kumpulan karboksilik berasid di ujungnya, yang mana mereka disebut "asid lemak."
Ringkasan sintesis asid lemak (Sumber: Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) melalui Wikimedia Commons)
Lipid adalah molekul yang digunakan oleh sistem biosintetik selular yang berlainan untuk pembentukan molekul lain yang lebih kompleks seperti:
- fosfolipid membran
- trigliserida untuk simpanan tenaga dan
- sauh beberapa molekul khas yang terdapat di permukaan banyak jenis sel (eukariotik dan prokariotik)
Sebatian ini boleh wujud sebagai molekul linier (dengan semua atom karbon tepu dengan molekul hidrogen), tetapi sebatian dengan rantai lurus dan beberapa tepu juga dapat diperhatikan, iaitu dengan ikatan berganda antara atom karbonnya.
Asid lemak jenuh juga boleh didapati dengan rantai bercabang, yang strukturnya sedikit lebih kompleks.
Ciri molekul asid lemak sangat penting untuk fungsinya, kerana banyak sifat fizikokimia molekul yang terbentuk oleh mereka bergantung kepada mereka, terutamanya titik lebur, tahap pembungkusan dan keupayaan mereka untuk membentuk bilayers.
Oleh itu, sintesis asid lemak adalah bahan yang sangat terkawal, kerana ia adalah rangkaian peristiwa berurutan yang penting bagi sel dari banyak sudut pandangan.
Di manakah sintesis asid lemak berlaku?
Di kebanyakan organisma hidup, sintesis asid lemak berlaku di petak sitosolik, sementara penurunannya berlaku terutamanya di antara sitosol dan mitokondria.
Prosesnya bergantung pada tenaga yang terkandung dalam ikatan ATP, pada daya pengurangan NADPH (biasanya berasal dari jalur fosfat pentosa), pada kofaktor biotin, pada ion bikarbonat (HCO3-) dan pada ion mangan.
Pada haiwan mamalia organ utama untuk sintesis asid lemak adalah hati, ginjal, otak, paru-paru, kelenjar susu dan tisu adiposa.
Substrat langsung untuk sintesis de novo asid lemak adalah asetil-CoA dan produk akhir adalah molekul palmitat.
Acetyl-CoA berasal secara langsung dari pemprosesan perantaraan glikolitik, itulah sebabnya diet tinggi karbohidrat mendorong sintesis lipid (lipogenesis) ergo, juga asid lemak.
Enzim yang terlibat
Acetyl-CoA adalah blok sintesis dua karbon yang digunakan untuk pembentukan asid lemak, kerana beberapa molekul ini dihubungkan secara berturut-turut dengan molekul malonyl-CoA, yang terbentuk oleh karboksilasi asetil-CoA.
Enzim pertama dalam laluan, dan salah satu yang paling penting dari sudut peraturannya, adalah yang bertanggungjawab untuk karboksilasi asetil-CoA, yang dikenali sebagai karboksilase asetil-CoA (ACC), yang merupakan kompleks Sebatian enzimatik yang terdiri daripada 4 protein dan menggunakan biotin sebagai kofaktor.
Walau bagaimanapun, dan walaupun terdapat perbezaan struktur antara spesies yang berlainan, enzim sintase asid lemak bertanggungjawab untuk tindak balas biosintetik utama.
Enzim ini, sebenarnya, adalah kompleks enzim yang terdiri daripada monomer yang mempunyai 7 aktiviti enzimatik yang berbeza, yang diperlukan untuk pemanjangan asid lemak semasa "kelahiran".
7 aktiviti enzim ini boleh disenaraikan seperti berikut:
- ACP : protein pembawa kumpulan asil
- Acetyl-CoA-ACP transacetylase (AT)
- sintase β-ketoasil-ACP (KS)
- Transferony Malonyl-CoA-ACP (MT)
- reduktase β-ketoasil-ACP (KR)
- dehidratase β-hidroksiasil-ACP (HD)
- Enoyl-ACP reduktase (ER)
Dalam beberapa organisma seperti bakteria, misalnya, kompleks sintase asid lemak terdiri daripada protein bebas yang saling berkait, tetapi dikodkan oleh gen yang berlainan (sistem sintase asid lemak jenis II).
Enzim sintase asid lemak ragi (Sumber: Xiong, Y., Lomakin, IB, Steitz, TA / Domain awam, melalui Wikimedia Commons)
Walau bagaimanapun, dalam banyak eukariota dan beberapa bakteria, multienzim mengandungi beberapa aktiviti pemangkin yang dipisahkan ke dalam domain fungsi yang berbeza, dalam satu atau lebih polipeptida, tetapi dapat dikodkan oleh gen yang sama (sistem sintase asid lemak jenis I).
Tahap dan reaksi
Sebilangan besar kajian yang dilakukan mengenai sintesis asid lemak melibatkan penemuan yang dibuat dalam model bakteria, namun mekanisme sintesis organisma eukariotik juga telah dikaji secara mendalam.
Penting untuk disebutkan bahawa sistem sintase asid lemak jenis II dicirikan bahawa semua perantaraan asetil lemak terikat secara kovalen ke protein berasid kecil yang dikenali sebagai protein pengangkut asil (ACP), yang mengangkut mereka dari satu enzim ke yang berikutnya.
Di eukariota, sebaliknya, aktiviti ACP adalah bahagian dari molekul yang sama, yang difahami bahawa enzim yang sama mempunyai laman web khusus untuk pengikatan perantaraan dan pengangkutan mereka melalui domain pemangkin yang berbeza.
Penyatuan antara protein atau bahagian ACP dan kumpulan asil lemak berlaku melalui ikatan thioester antara molekul-molekul ini dan kumpulan prostetik 4'-fosfopantetein (asid pantotenik) dari ACP, yang menyatu dengan kumpulan karboksil asil lemak.
- Pada mulanya, enzim asetil-CoA karboksilase (ACC) bertanggungjawab untuk mengkatalisis langkah pertama "komitmen" dalam sintesis asid lemak yang, seperti yang disebutkan, melibatkan karboksilasi molekul asetil-CoA untuk membentuk perantaraan 3 atom karbon yang dikenali sebagai malonyl-CoA.
Kompleks sintase asid lemak menerima kumpulan asetil dan malonil, yang mesti "mengisi" laman "thiol" dengan betul.
Ini berlaku pada awalnya dengan pemindahan asetil-CoA ke kumpulan sistein SH dalam enzim β-ketoacyl-ACP synthase, reaksi yang dikatalisis oleh asetil-CoA-ACP transacetylase.
Kumpulan malonyl dipindahkan dari malonyl-CoA ke kumpulan SH protein ACP, suatu peristiwa yang dimediasi oleh enzim transferase malonyl-CoA-ACP, membentuk malonyl-ACP.
- Langkah permulaan pemanjangan asid lemak semasa kelahiran terdiri daripada pemeluwapan malonyl-ACP dengan molekul asetil-CoA, reaksi yang diarahkan oleh enzim dengan aktiviti sintase β-ketoacyl-ACP. Dalam tindak balas ini, acetoacetyl-ACP kemudian terbentuk dan molekul CO2 dilepaskan.
- Reaksi pemanjangan berlaku dalam kitaran di mana 2 atom karbon ditambahkan pada satu masa, di mana setiap kitaran terdiri daripada pemeluwapan, pengurangan, penyahhidratan dan peristiwa penurunan kedua:
- Kondensasi: kumpulan asetil dan malonil mengembun untuk membentuk acetoacetyl-ACP
- Pengurangan kumpulan karbonil: kumpulan karbonil karbon 3 dari acetoacetyl-ACP dikurangkan, membentuk D-β-hydroxybutyryl-ACP, reaksi yang dikatalisis oleh β-ketoacyl-ACP-reduktase, yang menggunakan NADPH sebagai penderma elektron.
- Dehidrasi: hidrogen antara karbon 2 dan 3 molekul sebelumnya dikeluarkan, membentuk ikatan berganda yang berakhir dengan pengeluaran trans -∆2-butenoyl-ACP. Reaksi dikatalisis oleh dehidratase β-hidroksiasil-ACP.
- Pengurangan ikatan berganda: ikatan berganda trans-del2-butenoyl-ACP dikurangkan untuk membentuk butyryl-ACP dengan tindakan enukl-ACP reduktase, yang juga menggunakan NADPH sebagai agen pengurangan.
Untuk meneruskan pemanjangan, molekul malonil baru mesti mengikat semula ke bahagian ACP kompleks sintase asid lemak dan bermula dengan pemeluwapan ini dengan kumpulan butilil yang terbentuk dalam kitaran sintesis pertama.
Struktur palmitat (Sumber: Edgar181 / Domain awam, melalui Wikimedia Commons)
Pada setiap langkah pemanjangan, molekul malonyl-CoA baru digunakan untuk mengembangkan rantai menjadi 2 atom karbon dan reaksi ini diulang sehingga panjang yang tepat (16 atom karbon) tercapai, setelah itu enzim thioesterase melepaskan asid lemak lengkap dengan penghidratan.
Palmitate dapat diproses lebih jauh dengan berbagai jenis enzim yang mengubah ciri kimianya, iaitu, mereka dapat memperkenalkan unsaturations, memanjangkan panjangnya, dll.
Peraturan
Seperti banyak laluan biosintetik atau degradasi, sintesis asid lemak dikawal oleh faktor yang berbeza:
- Bergantung pada kehadiran ion bikarbonat (HCO3-), vitamin B (biotin) dan asetil-CoA (semasa langkah awal jalan, yang melibatkan karboksilasi molekul asetil-CoA melalui perantaraan karboksilat biotin untuk membentuk malonyl-CoA).
- Ini adalah jalan yang terjadi sebagai tindak balas terhadap ciri-ciri tenaga sel, kerana apabila ada "bahan bakar metabolik" yang mencukupi, kelebihannya diubah menjadi asam lemak yang disimpan untuk pengoksidaan berikutnya pada saat kekurangan tenaga.
Dari segi peraturan enzim asetil-CoA karboksilase, yang mewakili langkah membatasi keseluruhan jalur, ia dihambat oleh palmitoyl-CoA, produk utama sintesis.
Pengaktif alosteriknya, adalah sitrat, yang mengarahkan metabolisme dari pengoksidaan ke sintesis untuk penyimpanan.
Apabila kepekatan mitokondria asetil-CoA dan ATP meningkat, sitrat diangkut ke dalam sitosol, di mana ia merupakan pendahulu untuk sintesis sitosolik asetil-CoA dan isyarat pengaktifan alosterik untuk asetil-CoA karboksilase.
Enzim ini juga dapat diatur oleh fosforilasi, suatu peristiwa yang dipicu oleh tindakan hormon glukagon dan epinefrin.
Rujukan
- McGenity, T., Van Der Meer, JR, & de Lorenzo, V. (2010). Buku panduan hidrokarbon dan mikrobiologi lipid (ms 4716). KN Timmis (Ed.). Berlin: Springer.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Biokimia yang digambarkan oleh Harper. Mcgraw-bukit.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip biokimia Lehninger (hlm. 71-85). New York: WH Freeman.
- Numa, S. (1984). Metabolisme asid lemak dan peraturannya. Elsevier.
- Rawn, JD (1989). Biokimia-Edisi antarabangsa. North Carolina: Penerbit Neil Patterson, 5.