SINTESIS LIPID: JENIS DAN MEKANISME UTAMANYA - BIOLOGI - 2026

The sintesis lipid terdiri daripada satu siri tindak balas enzim dengan cara yang hidrokarbon rantai pendek memeluwap untuk membentuk molekul yang lebih panjang rantai yang kemudiannya boleh menjalani pengubahsuaian kimia yang berbeza.

Lipid adalah kelas biomolekul yang sangat bervariasi yang disintesis oleh semua sel hidup dan yang khusus dalam pelbagai fungsi penting untuk pemeliharaan kehidupan sel.

Beberapa contoh lipid biasa: gliserofosfolipid, sterol, gliserolipid, asid lemak, sphingolipid dan prenol (Sumber: Pengunggah asal adalah Lmaps di Wikipedia Bahasa Inggeris. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/ fdl-1.2.html) melalui Commons, diadaptasi oleh Raquel Parada)

Lipid adalah komponen utama membran biologi, fakta yang menjadikannya molekul asas untuk kewujudan sel sebagai entiti yang terasing dari persekitarannya.

Beberapa lipid juga mempunyai fungsi khusus seperti pigmen, kofaktor, pengangkut, deterjen, hormon, utusan intra dan ekstraselular, jangkar kovalen untuk protein membran, dll. Oleh itu, keupayaan untuk mensintesis pelbagai jenis lipid sangat penting untuk kelangsungan hidup semua organisma hidup.

Kumpulan sebatian besar ini secara tradisional dikelaskan kepada beberapa kategori atau subkumpulan: asid lemak (tepu dan tak jenuh), gliserida (fosfogliserida dan gliserida neutral), lipid bukan gliserida (sphingolipid (sphingomyelins dan glikolipid), steroid dan lilin), dan lipid kompleks (lipoprotein).

Jenis lipid dan mekanisme sintesis utamanya

Semua urutan tindak balas jalur biosintesis lipid adalah endergonik dan reduktif. Dengan kata lain, mereka semua menggunakan ATP sebagai sumber tenaga dan pembawa elektron berkurang, seperti NADPH, sebagai daya pengurangan.

Seterusnya, reaksi utama laluan biosintetik jenis lipid utama akan dijelaskan, iaitu asid lemak dan eicosanoid, triacylglycerols dan phospholipid dan sterol (kolesterol).

- Sintesis asid lemak

Asid lemak adalah molekul yang sangat penting dari sudut lipid, kerana ia adalah sebahagian daripada lipid yang paling relevan dalam sel. Sintesisnya, bertentangan dengan apa yang difikirkan oleh banyak saintis semasa kajian pertama dalam hal ini, tidak terdiri daripada jalan balik oksidasi β-nya.

Sebenarnya, jalan metabolik ini berlaku di petak sel yang berbeza dan memerlukan penyertaan perantara tiga karbon yang dikenali sebagai malonyl-CoA, yang tidak diperlukan untuk pengoksidaan.

Malonyl-CoA. NEUROtiker / Domain awam

Tambahan pula, ia berkait rapat dengan kumpulan protein sulfhydryl yang dikenali sebagai Acyl Carrier Proteins (ACP).

Secara umum, sintesis asid lemak, terutamanya rantai panjang, adalah proses berurutan di mana empat langkah diulang dalam setiap "giliran", dan selama setiap giliran dihasilkan kumpulan asil tepu yang merupakan substrat untuk seterusnya , yang melibatkan pemeluwapan lain dengan molekul malonyl-CoA baru.

Dalam setiap putaran atau kitaran reaksi, rantai asid lemak memanjang dua karbon, sehingga mencapai panjang 16 atom (palmitat), setelah itu ia meninggalkan kitaran.

Pembentukan Malonyl-CoA

Perantaraan tiga atom karbon ini terbentuk secara tidak berbalik dari asetil-CoA berkat tindakan enzim asetil-CoA karboksilase, yang mempunyai kumpulan prostetik biotin yang terikat secara kovalen ke enzim dan yang berpartisipasi dalam pemangkin ini dalam Dua langkah.

Dalam reaksi ini, kumpulan karboksil yang berasal dari molekul bikarbonat (HCO3-) dipindahkan ke biotin dengan cara yang bergantung pada ATP, di mana kumpulan biotinil bertindak sebagai "pengangkut sementara" molekul sambil memindahkannya ke asetil-Coa. , menghasilkan malonyl-CoA.

Dalam urutan sintesis asid lemak, agen pengurangan yang digunakan adalah NADPH dan kumpulan pengaktif adalah dua kumpulan thiol (-SH) yang merupakan sebahagian daripada kompleks multi-enzim yang disebut sintase asid lemak, yang paling penting dalam pemangkinan sintetik.

Dalam vertebrata, kompleks sintase asid lemak adalah sebahagian daripada rantai polipeptida tunggal yang besar, di mana 7 aktiviti enzimatik laluan sintesis diwakili, serta aktiviti hidrolitik yang diperlukan untuk melepaskan perantaraan pada akhir sintesis.

Struktur enzim sintase asid lemak (Sumber: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) melalui Wikimedia Commons)

7 aktiviti enzimatik kompleks ini adalah: protein transporter kumpulan acyl (ACP), asetil-CoA-ACP transacetylase (AT), β-ketoacyl-ACP synthase (KS), malonyl-CoA-ACP transferase (MT), β- ketoacyl-ACP reductase (KR), β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD), dan enoyl-ACP reductase (ER).

Sebelum tindak balas pemeluwapan dapat berlaku untuk menyusun rantai asid lemak, dua kumpulan thiol dalam kompleks enzim menjadi "terisi" dengan kumpulan asil: pertama, asetil-CoA dipindahkan ke kumpulan -SH dari sistein di bahagian sintase β-ketoasil-ACP kompleks, suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim asetil-CoA-ACP transacetylase (AT).

Selepas itu, kumpulan malonyl dipindahkan dari molekul malonyl-CoA ke kumpulan -SH kumpulan pembawa kumpulan acil (ACP) dari kompleks enzim, reaksi yang dikatalisis oleh enzim malonil-CoA-ACP transferase (MT), yang juga Ia adalah sebahagian daripada kompleks sintase asid lemak.

Urutan empat tindak balas untuk setiap "giliran" kitaran reaksi adalah seperti berikut:

1. Pemeluwapan: Kumpulan asetil dan malonil "terisi" pada enzim mengembun untuk membentuk molekul acetoacetyl-ACP, yang melekat pada bahagian ACP melalui kumpulan -SH. Dalam langkah ini, molekul CO2 dihasilkan dan dikatalisis oleh β-ketoacyl-ACP synthase (kumpulan asetil menempati kedudukan "terminal metil" dari kompleks acetoacetyl-ACP).
2. Pengurangan kumpulan karbonil: kumpulan karbonil pada kedudukan C3 acetoacetyl-ACP dikurangkan untuk membentuk D-β-hydroxybutyryl-ACP, reaksi yang dikatalisis oleh β-ketoacyl-ACP reduktase, yang menggunakan NADPH sebagai penderma elektron.
3. Dehidrasi: karbon C2 dan C3 dari D-β-hydroxybutyryl-ACP tanpa molekul air, membentuk ikatan berganda yang berakhir dengan pengeluaran sebatian baru trans -Δ2-butenoyl-ACP. Proses ini dimediasi oleh enzim β-hidroksiasil-ACP dehidratase (HD).
4. Pengurangan ikatan berganda: ikatan rangkap sebatian yang terbentuk dalam langkah penyahhidratan adalah tepu (dikurangkan) untuk memberi butyryl-ACP melalui tindak balas yang dikatalisis oleh enzim enoyl-ACP reduktase (ER), yang juga menggunakan NADPH sebagai agen pengurangan .

Reaksi sintesis berlaku sehingga molekul palmitat (16 atom karbon) terbentuk, yang dihidrolisis dari kompleks enzimatik dan dibebaskan sebagai pendahulu yang mungkin bagi asid lemak dengan rantai yang lebih panjang, yang dihasilkan oleh sistem pemanjangan. asid lemak yang terletak di bahagian halus retikulum endoplasma dan mitokondria.

Pengubahsuaian lain yang dapat dilakukan oleh molekul-molekul ini, seperti desaturasi, misalnya, dikatalisis oleh enzim yang berlainan, yang umumnya terjadi pada retikulum endoplasma yang halus.

- Sintesis eikosanoid

Eicosanoid adalah lipid selular yang berfungsi sebagai molekul utusan "jarak pendek", dihasilkan oleh beberapa tisu untuk berkomunikasi dengan sel-sel di tisu tetangga mereka. Molekul-molekul ini disintesis dari asid lemak tak jenuh ganda yang terdiri daripada 20 atom karbon.

Prostaglandin

Sebagai tindak balas kepada rangsangan hormon, enzim fosfolipase A menyerang fosfolipid membran dan melepaskan arakidonat dari gliserol 2-karbon. Sebatian ini diubah menjadi prostaglandin berkat enzim retikulum endoplasma halus dengan aktiviti bifungsi: siklooksigenase (COX) atau prostaglandin H2 synthase.

Thromboxanes

Prostaglandin dapat ditukar menjadi tromboksana berkat tromboksana sintase yang terdapat dalam trombosit darah (trombosit). Molekul-molekul ini mengambil bahagian dalam langkah awal pembekuan darah.

- Sintesis triacylglycerols

Asid lemak adalah molekul asas untuk sintesis sebatian lain yang lebih kompleks dalam sel, seperti triacylglycerols atau gliserofosfolipid membran lipid (proses yang bergantung pada keperluan metabolik selular).

Haiwan menghasilkan triacylglycerols dan glycerophospholipids dari dua prekursor biasa: lemak acyl-CoA dan L-gliserol 3-fosfat. Fatyl acyl-CoA dihasilkan oleh acyl-CoA synthetases yang berpartisipasi dalam β-oksidasi, sementara L-gliserol 3-fosfat diperoleh dari glikolisis dan oleh tindakan dua enzim alternatif: gliserol 3-fosfat dehidrogenase dan gliserol kinase.

Triacylglycerols dibentuk oleh tindak balas antara dua molekul lemak acyl-CoA dan satu molekul diacylglycerol 3-fosfat; Reaksi pemindahan ini dikatalisis oleh pemindahan acil tertentu.

Dalam tindak balas ini, asid fosfatidik pada mulanya dihasilkan, yang disfosforilasi oleh enzim fosfatase asid fosfatidik untuk menghasilkan 1,2-diasilgliserol, yang sekali lagi mampu menerima molekul ketiga lemak asil-CoA, menghasilkan triacylglycerol.

- Sintesis fosfolipid

Fosfolipid adalah molekul yang sangat berubah-ubah, kerana banyak yang berbeza dapat dibentuk dengan gabungan asid lemak dan kumpulan "kepala" yang berbeza dengan kerangka gliserol (gliserofosfolipid) atau sphingosin (sphingolipid) yang menjadi ciri mereka.

Perhimpunan umum molekul ini memerlukan sintesis gliserol atau tulang belakang sphingosine, penyatuan dengan asid lemak yang sesuai, sama ada dengan esterifikasi atau amidasi, penambahan kumpulan "kepala" hidrofilik melalui ikatan fosfodiester dan, jika perlu, perubahan atau pertukaran kumpulan yang terakhir.

Dalam eukariota, proses ini berlaku pada retikulum endoplasma yang halus dan juga pada membran mitokondria dalam, di mana ia boleh kekal tanpa tujuan atau dari mana ia dapat dipindahkan ke tempat lain.

Langkah tindak balas

Langkah pertama tindak balas sintesis gliserofosfolipid adalah setara dengan penghasilan triacylglycerols, kerana molekul gliserol 3-fosfat diesterifikasi kepada dua molekul asid lemak pada karbon 1 dan 2, membentuk asid fosfatidik. Adalah biasa dijumpai fosfolipid yang mempunyai asam lemak jenuh dalam C1 dan tidak jenuh dalam C2 gliserol.

Asid fosfatidik juga dapat dihasilkan dengan fosforilasi molekul diacylglycerol yang sudah disintesis atau "dikitar semula".

Kumpulan "kepala" polar molekul ini terbentuk melalui ikatan fosfodiester. Perkara pertama yang mesti berlaku agar proses ini berlaku dengan betul adalah "pengaktifan" salah satu kumpulan hidroksil yang mengambil bahagian dalam proses tersebut dengan mengikat pada nukleotida seperti cytidine diphosphate (CDP), yang secara nukleofilik dipindahkan oleh kumpulan lain. hidroksil yang mengambil bahagian dalam tindak balas.

Sekiranya molekul ini mengikat diacylglycerol, maka CDP-diacylglycerol (bentuk fosfatidik "diaktifkan") terbentuk, tetapi ini juga boleh berlaku pada kumpulan hidroksil kumpulan "kepala".

Dalam kes fosfatidilserin, misalnya, diasilgliserol diaktifkan dengan pemeluwapan molekul asid fosfatidik dengan molekul sitidin trifosfat (CTP), membentuk CDP-diacylglycerol dan menghilangkan pirofosfat.

Sekiranya molekul CMP (sitidin monofosfat) digantikan oleh serangan nukleofilik hidroksil serin atau hidroksil pada 1-karbon gliserol 3-fosfat, fosfatidilserin atau fosfatidilgliserol 3-fosfat dapat dilepaskan, dari mana fosfat monoester dapat dilepaskan dan menghasilkan fosfatidilgliserol.

Kedua-dua molekul yang dihasilkan dengan cara ini berfungsi sebagai pendahulu bagi lipid membran lain, yang sering berkongsi jalur biosintetik antara satu sama lain.

- Sintesis kolesterol

Kolesterol adalah molekul penting bagi haiwan yang dapat disintesis oleh selnya, jadi tidak penting dalam diet harian. Molekul 27 atom karbon ini dihasilkan daripada pendahulu: asetat.

Molekul kompleks ini terbentuk dari asetil-CoA dalam empat peringkat utama:

1. Pemeluwapan tiga unit asetat untuk membentuk mevalonat, molekul perantara 6-karbon (pertama molekul acetoacetyl-CoA dibentuk dengan dua asetil-CoA (enzim thiolase) dan kemudian satu lagi β-hidroksi-β-metilglutaryl-CoA ( HMG-CoA) (HMG-CoA synthetase enzyme) Mevalonate terbentuk dari HMG-CoA dan terima kasih kepada enzim HMG-CoA reduktase.
2. Penukaran mevalonat kepada unit isoprena. 3 kumpulan fosfat pertama dipindahkan dari 3 molekul ATP ke mevalonate. Salah satu fosfat hilang bersama dengan kumpulan karbonil yang bersebelahan dan ∆3-isopentenil pirofosfat terbentuk, yang di isomerisasi untuk menghasilkan dimetilallyl pirofosfat
3. Polimerisasi atau pemeluwapan 6 isoprena unit C 5 untuk membentuk C 30 squalene (molekul linear).
4. Siklisasi squalene untuk membentuk 4 cincin inti steroid kolesterol dan perubahan kimia seterusnya: pengoksidaan, penghijrahan dan penghapusan kumpulan metil, dan lain-lain, yang menghasilkan kolesterol.

Rujukan

1. Garrett, RH, & Grisham, CM (2001). Prinsip biokimia: dengan tumpuan manusia. Syarikat Penerbitan Brooks / Cole.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Biokimia yang digambarkan oleh Harper. Mcgraw-Hill.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
4. Jacquemyn, J., Cascalho, A., & Goodchild, RE (2017). Selok-belok retikulum endoplasma - biosintesis lipid terkawal. Laporan EMBO, 18 (11), 1905-1921.
5. Ohlrogge, J., & Browse, J. (1995). Biosintesis lipid. Sel Tumbuhan, 7 (7), 957.