בסינתזה של חומצות שומן, נדרש רצף נכון של תגובות. מסלול סינתזת חומצות השומן ארוך מהחמצון שלה

סינתזת חומצות שומן

סינתזה של חומצות שומן

1. ביוסינתזה דה נובו (סינתזה של חומצה פלמיטית C16).

1. מערכת שינוי חומצות שומן:

 תהליכי התארכות של חומצות שומן (התארכות ב-2 אטומי פחמן),

 desaturation (יצירת קשר בלתי רווי).

חלק ניכר מחומצות השומן מסונתז בכבד, ובמידה פחותה ברקמת השומן ובבלוטת ההנקה.

דה נובו סינתזה

 חומר המוצא הוא אצטיל-CoA.

אצטיל-CoA, שנוצר במטריקס המיטוכונדריאלי כתוצאה מדקרבוקסילציה חמצונית של פירובט, התוצר הסופי של הגליקוליזה, חייב להיות מועבר על פני הממברנה המיטוכונדריאלית לתוך הציטוזולשבו מתרחשת סינתזה של חומצות שומן.

שלב א'. הובלה של ACETYL-COA ממיטוכונדריה לציטוסול

1. מנגנון קרניטין.

2. בהרכב הציטראט שנוצר בתגובה הראשונה של מחזור TCA:

			OXALOACETATE
מיטוכונדריה		ACTYL-CoA		1 HS-CoA

ציטופלזמה							ACTYL-CoA

MALATE OXALOACETATE

NAD+ 3

1 - סינתאז ציטראט; 2 - ליאז ציטראט;

3 - malate dehydrogenase;

4 - אנזים מאליק; 5 - פירובאט קרבוקסילאז

שלב ב'. היווצרות של MALONYL-CoA

CH3 -C- KoA	COOH-CH2 - C-KoA

acetyl-CoA acetyl-CoA carboxylase, malonyl-CoA המכיל ביוטין

זה מבוצע על ידי קומפלקס מולטי-אנזים "סינטאז חומצות שומן", הכולל 6 אנזימים וחלבון העברה אציל (ATP). ACP כוללת את נגזרת החומצה הפנטותנית 6-phosphopantetheine, בעלת קבוצת SH, בדומה ל-HS-CoA.

שלב III. היווצרות חומצה פלמיטית

שלב III. היווצרות חומצה פלמיטית

לאחר מכן, acyl-ACP נכנס למחזור חדש של סינתזה. מולקולת malonyl-CoA חדשה מתווספת לקבוצת SH החופשית של ACP. לאחר מכן מסלקים את שארית האציל, והיא מועברת לשארית המלוניל עם דקרבוקסילציה בו זמנית, ומחזור התגובות חוזר על עצמו. כך, שרשרת הפחמימנים של חומצת השומן העתידית גדלה בהדרגה (לכל מחזור - בשני אטומי פחמן). זה קורה עד שהוא מתרחב ל-16 אטומי פחמן.

היווצרות אצטיל-CoA והובלתו אל הציטוזול

סינתזה של חומצות שומן מתרחשת במהלך תקופת הספיגה. גליקוליזה פעילה ולאחר מכן דה-קרבוקסילציה חמצונית של פירובט תורמים לעלייה בריכוז האצטיל-CoA במטריקס המיטוכונדריאלי. מכיוון שסינתזה של חומצות שומן מתרחשת בציטוזול של תאים, אצטיל-CoA חייב להיות מועבר על פני הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית לתוך הציטוזול. עם זאת, הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה אטומה לאצטיל-CoA, ולכן, במטריקס המיטוכונדריאלי, אצטיל-CoA מתעבה עם אוקסלואצטט ליצירת ציטראט בהשתתפות ציטראט סינתאז:

Acetyl-CoA + Oxaloacetate -> ציטראט + HS-CoA.

לאחר מכן הטרנסלוקאז מעביר את הציטראט לתוך הציטופלזמה (איור 8-35).

העברה של ציטראט לתוך הציטופלזמה מתרחשת רק כאשר כמות הציטראט במיטוכונדריה עולה, כאשר איזוציטראט דהידרוגנאז ו-α-ketoglutarate dehydrogenase מעוכבים על ידי ריכוזים גבוהים של NADH ו-ATP. מצב זה נוצר בתקופת הספיגה, כאשר תא הכבד מקבל כמות מספקת של מקורות אנרגיה. בציטופלזמה, ציטראט מתפרק על ידי האנזים ציטראט ליאז:

ציטראט + HSKoA + ATP → Acetyl-CoA + ADP + Pi + Oxaloacetate.

אצטיל-CoA בציטופלזמה משמש כמצע ראשוני לסינתזה של חומצות שומן, ואוקסלואצטט בציטוזול עובר את התמורות הבאות (ראה תרשים למטה).

פירובט מועבר חזרה לתוך המטריצה ​​המיטוכונדריה. NADPH, המופחת כתוצאה מפעולת האנזים מאליק, משמש כתורם מימן לתגובות עוקבות של סינתזת חומצות שומן. מקור נוסף של NADPH הוא השלבים החמצוניים של מסלול הפנטוז הפוספט של קטבוליזם גלוקוז.

היווצרות של malonyl-CoAמאצטיל-CoA - תגובה מווסתת בביוסינתזה של חומצות שומן.

התגובה הראשונה בסינתזה של חומצות שומן היא הפיכת אצטיל-CoA ל-malonyl-CoA. האנזים המזרז תגובה זו (אצטיל-CoA carboxylase) מסווג כליגאז. הוא מכיל ביוטין הקשור בקוולנטית (איור 8-36). בשלב הראשון של התגובה, CO 2 נקשר לביוטין באופן קוולנטי בגלל האנרגיה של ATP, בשלב השני, COO מועבר לאצטיל-CoA ליצירת malonyl-CoA. הפעילות של האנזים אצטיל-CoA carboxylase קובעת את קצב כל התגובות הבאות של סינתזת חומצות שומן.

תגובות המזוזות על ידי סינתאז חומצות שומן- קומפלקס אנזים המזרז את הסינתזה של חומצה פלמיטית, מתואר להלן.

לאחר היווצרות malonyl-CoA נמשכת סינתזה של חומצות שומן בקומפלקס המולטי-אנזים - חומצת שומן סינתאז (palmitoyl synthetase). אנזים זה מורכב מ-2 פרוטומרים זהים, שלכל אחד מהם מבנה תחום ובהתאם, 7 מרכזים בעלי פעילות קטליטית שונה (איור 8-37). קומפלקס זה מרחיב ברצף את רדיקל חומצת השומן ב-2 אטומי פחמן, התורם שלו הוא malonyl-CoA. התוצר הסופי של קומפלקס זה הוא חומצה פלמיטית, וזו הסיבה שהשם הקודם של אנזים זה הוא פלמיטויל סינתטאז.

התגובה הראשונה היא העברה של קבוצת האצטיל של אצטיל-CoA לקבוצת התיול של ציסטאין על ידי מרכז האצטילטרנסאצילאז (איור 8-38). שאריות המלוניל מ-malonyl-CoA מועברות לאחר מכן לקבוצת ה-sulfhydryl של חלבון ה-acyl-transfer על ידי אתר malonyl transacylase. לאחר מכן, המתחם מוכן למחזור הראשון של סינתזה.

קבוצת האצטיל מתעבה עם שארית המלוניל במקום של CO 2 המופרד. התגובה מזורזת על ידי מרכז הקטואציל סינתאז. רדיקל האצטואצטיל שנוצר

תָכְנִית

אורז. 8-35. העברת שאריות אצטיל מהמיטוכונדריה לציטוזול.אנזימים פעילים: 1 - ציטראט סינתאז; 2 - טרנסלוקאז; 3 - ליאז ציטראט; 4 - malate dehydrogenase; 5 - אנזים מאליק.

אורז. 8-36. תפקידו של ביוטין בתגובת הקרבוקסילציה של אצטיל-CoA.

אורז. 8-37. המבנה של קומפלקס מולטי-אנזים - סינתזת חומצות שומן.הקומפלקס הוא דימר של שתי שרשראות פוליפפטידיות זהות, שלכל אחת מהן 7 מרכזים פעילים וחלבון אציל טרנספר (ATP). קבוצות ה-SH של הפרוטומרים שייכות לרדיקלים שונים. קבוצת SH אחת שייכת לציסטאין, השנייה לשארית חומצה פוספופנטאית. קבוצת הציסטאין SH של מונומר אחד ממוקמת ליד קבוצת 4-phosphopantetheinate SH של הפרוטומר השני. לפיכך, פרוטומרי האנזים מסודרים ראש אל זנב. למרות שכל מונומר מכיל את כל האתרים הקטליטיים, קומפלקס של 2 פרוטומרים פעיל מבחינה תפקודית. לכן, 2 חומצות שומן מסונתזות למעשה בו זמנית. כדי לפשט, דיאגרמות בדרך כלל מתארות את רצף התגובות במהלך הסינתזה של מולקולת חומצה אחת.

מופחת ברצף על ידי קטואציל רדוקטאז, ואז מיובש ושוב מופחת על ידי אנויל רדוקטאז, המרכזים הפעילים של הקומפלקס. מחזור התגובות הראשון מייצר רדיקל בוטיריל הקשור לתת-יחידת סינתאז של חומצות שומן.

לפני המחזור השני, הרדיקל הבוטיריל מועבר מעמדה 2 לעמדה 1 (שם אצטיל היה ממוקם בתחילת מחזור התגובות הראשון). לאחר מכן, שייר הבוטיריל עובר את אותן טרנספורמציות ומתארך ב-2 אטומי פחמן שמקורם ב-malonyl-CoA.

מחזורים דומים של תגובות חוזרים על עצמם עד שנוצר רדיקל חומצה פלמיטית, אשר, בפעולת מרכז התיואסטראז, מופרד הידרוליטית מקומפלקס האנזים, והופך לחומצה פלמיטית חופשית (פלמיטאט, איור 8-38, 8-39) .

המשוואה הכוללת לסינתזה של חומצה פלמיטית מאצטיל-CoA ומ-malonyl-CoA היא כדלקמן:

CH 3 -CO-SKoA + 7 HOOC-CH 2 -CO-SKoA + 14 (NADPH + H +) → C 15 H 31 COOH + 7 CO 2 + 6 H 2 O + 8 HSKoA + 14 NADP +.

מקורות עיקריים למימן לסינתזה של חומצות שומן

בכל מחזור של ביו-סינתזה של חומצה פלמיטית, מתרחשות 2 תגובות הפחתה,

אורז. 8-38. סינתזה של חומצה פלמיטית.חומצת שומן סינתאז: בפרוטומר הראשון קבוצת SH שייכת לציסטאין, בשני לפוספופנטאין. לאחר סיום המחזור הראשון, רדיקל הבוטיריל מועבר לקבוצת SH של הפרוטומר הראשון. לאחר מכן חוזרים על אותו רצף של תגובות כמו במחזור הראשון. Palmitoyl-E הוא שארית חומצה פלמיטית הקשורה לסינתאז חומצת שומן. בחומצת השומן המסונתזת, רק 2 אטומי הפחמן הדיסטליים, המסומנים *, מגיעים מאצטיל-CoA, השאר מ-malonyl-CoA.

אורז. 8-39. סכימה כללית של תגובות לסינתזה של חומצה פלמיטית.

תורם המימן שבו הוא הקואנזים NADPH. הפחתת NADP+ מתרחשת בתגובות:

דהידרוגנציה בשלבי החמצון של מסלול הפנטוז הפוספט של קטבוליזם גלוקוז;

dehydrogenation של malate עם אנזים מאלית;

דהידרוגנציה של איזוציטרט על ידי דהידרוגנאז תלוי NADP ציטוזולי.

2. ויסות סינתזת חומצות שומן

האנזים הרגולטורי לסינתזה של חומצות שומן הוא אצטיל-CoA carboxylase. אנזים זה מווסת בכמה דרכים.

אסוציאציה/דיסוציאציה של מתחמי תת-יחידות אנזים.בצורתו הלא פעילה, אצטיל-CoA carboxylase הוא קומפלקס נפרד, שכל אחד מהם מורכב מ-4 יחידות משנה. מפעיל אנזים - ציטראט; זה מגרה את החיבור של קומפלקסים, וכתוצאה מכך פעילות האנזים עולה. מעכב - palmitoyl-CoA; הוא גורם לניתוק הקומפלקס ולירידה בפעילות האנזים (איור 8-40).

זרחון/דה-פוספורילציה של אצטיל-CoA carboxylase.במצב שלאחר ספיגה או במהלך פעילות גופנית, גלוקגון או אפינפרין מפעילים חלבון קינאז A דרך מערכת ה-adenylate cyclase ומעוררים זרחון של תת-יחידות אצטיל-CoA carboxylase. האנזים הפוספוריל אינו פעיל וסינתזת חומצות השומן נפסקת. במהלך תקופת הספיגה, אינסולין מפעיל פוספטאז, ואצטיל-CoA carboxylase נכנס למצב דה-פוספוריל (איור 8-41). לאחר מכן, בהשפעת ציטראט, מתרחשת פילמור של הפרוטומרים של האנזים, והוא הופך להיות פעיל. בנוסף להפעלת האנזים, לציטראט תפקיד נוסף בסינתזה של חומצות שומן. במהלך תקופת הספיגה, ציטראט מצטבר במיטוכונדריה של תאי הכבד, בהם מועברים שאריות האצטיל אל הציטוזול.

אינדוקציה של סינתזת אנזים.צריכה ארוכת טווח של מזונות עשירים בפחמימות ודלים בשומן מביאה לעלייה בהפרשת האינסולין, המגרה את השראת הסינתזה של אנזימים: אצטיל-CoA carboxylase, חומצת שומן סינתאז, ציטראט ליאז,

אורז. 8-40. אסוציאציה/דיסוציאציה של מתחמי אצטיל-CoA קרבוקסילאז.

אורז. 8-41. ויסות של אצטיל-CoA carboxylase.

אורז. 8-42. התארכות חומצה פלמיטית במיון.רדיקל החומצה הפלמיטית מורחב על ידי 2 אטומי פחמן, התורם שלהם הוא malonyl-CoA.

isocitrate dehydrogenase. כתוצאה מכך, צריכה עודפת של פחמימות מובילה להאצה של ההמרה של מוצרים קטבוליים של גלוקוז לשומנים. צום או אכילת מזונות עשירים בשומן מביאים לירידה בסינתזה של אנזימים ובהתאם לכך, שומנים.

3. סינתזה של חומצות שומן מחומצה פלמיטית

התארכות חומצות שומן.ב-ER, חומצה פלמיטית מוארכת בהשתתפות malonyl-CoA. רצף התגובות דומה לזה המתרחש במהלך סינתזה של חומצה פלמיטית, אך במקרה זה חומצות השומן קשורות לא לסינתאז חומצת שומן, אלא עם CoA. אנזימים המעורבים בהתארכות יכולים להשתמש לא רק בחומצה פלמיטית, אלא גם בחומצות שומן אחרות כמצעים (איור 8-42), לכן ניתן לסנתז בגוף לא רק חומצה סטארית, אלא גם חומצות שומן עם מספר רב של אטומי פחמן. .

התוצר העיקרי של התארכות בכבד הוא חומצה סטארית (C 18:0), אך ברקמת המוח נוצרת כמות גדולה של חומצות שומן בעלות שרשרת ארוכה יותר - מ-C 20 עד C 24, הנחוצות ליצירת ספינגוליפידים. וגליקוליפידים.

סינתזה של חומצות שומן אחרות, חומצות α-hydroxy, מתרחשת גם ברקמת העצבים. אוקסידאזים בעלי פונקציה מעורבת hydroxylate חומצות C22 ו-C24 ליצירת חומצות ליגנוצריות וצרברוניות, שנמצאות רק בשמנים במוח.

יצירת קשרים כפולים ברדיקלים של חומצות שומן.שילוב של קשרים כפולים ברדיקלים של חומצות שומן נקרא desaturation. חומצות השומן העיקריות הנוצרות בגוף האדם כתוצאה מחוסר רוויה (איור 8-43) הן פלמיטו-לאית (C16:1Δ9) ואולאית (C18:1Δ9).

יצירת קשרים כפולים ברדיקלים של חומצות שומן מתרחשת ב-ER בתגובות המערבות חמצן מולקולרי, NADH וציטוכרום b 5. אנזימי חומצת שומן דסאטוראז המצויים בבני אדם אינם יכולים ליצור קשרים כפולים ברדיקלים של חומצות שומן רחוקות מאטום הפחמן התשיעי, כלומר. בין התשיעי ל

אורז. 8-43. יצירת חומצות שומן בלתי רוויות.

אטומי פחמן מתיל. לכן, חומצות שומן ממשפחות ω-3 ו-ω-6 אינן מסונתזות בגוף, הן חיוניות וחייבות להצטייד בהן במזון, מכיוון שהן ממלאות תפקידים רגולטוריים חשובים.

היווצרות של קשר כפול ברדיקל חומצת שומן דורשת חמצן מולקולרי, NADH, ציטוכרום b 5 וציטוכרום b 5 רדוקטאז תלוי-FAD. אטומי מימן שהוסרו מהחומצה הרוויה משתחררים כמים. אטום אחד של חמצן מולקולרי כלול במולקולת מים, והשני גם מופחת למים בהשתתפות אלקטרונים NADH, המועברים דרך FADH 2 וציטוכרום b 5.

איקוסנואידים הם חומרים פעילים ביולוגית המסונתזים על ידי רוב התאים מחומצות שומן פוליאניות המכילות 20 אטומי פחמן (פירוש המילה "אייקוזיס" ביוונית הוא 20).

האוניברסיטה הממלכתית של בלרוס לאינפורמטיקה ואלקטרוניקה רדיו
מחלקת ETT
תַקצִיר
בנושא:
"חמצון של חומצות שומן בלתי רוויות. ביוסינתזה של כולסטרול. הובלת ממברנה"

מינסק, 2008
חמצון של חומצות שומן בלתי רוויותמ.
באופן עקרוני, זה קורה באותו אופן כמו אלה רוויים, אבל יש כמה מוזרויות. לקשרים הכפולים של חומצות שומן בלתי רוויות טבעיות יש תצורת cis, ובאסטרים CoA של חומצות בלתי רוויות, שהן תוצרי ביניים בזמן חמצון, לקשרים הכפולים יש תצורת טרנס. יש אנזים ברקמות שמשנה את תצורת הקשר הכפול מ-cis ל-trans.
מטבוליזם של גופי קטון.
המונח גופי קטון (אצטון) פירושו חומצה אצטואצטית, חומצה הידרוקסית-בוטירית ואציטון. גופי קטון נוצרים בכבד כתוצאה מ-deacylation של acetoacetyl CoA. ישנן עדויות המצביעות על התפקיד החשוב של גופי קטון בשמירה על הומאוסטזיס אנרגטי. גופי קטון מהווים מעין ספק דלק לשרירים, למוח ולכליות ופועלים כחלק ממנגנון רגולטורי המונע ניוד של חומצות שומן מאגירה.
ביוסינתזה של שומנים.
הביוסינתזה של שומנים מגלוקוז היא חלק חשוב בחילוף החומרים ברוב האורגניזמים. גלוקוז, בכמויות העולות על צרכי האנרגיה המיידיים, יכול להיות חומר בניין לסינתזה של חומצות שומן וגליצרול. הסינתזה של חומצות שומן ברקמות מתרחשת בציטופלזמה של התא. המיטוכונדריה כוללת בעיקר התארכות של שרשראות חומצות שומן קיימות.
סינתזה חוץ-מיטוכונדריאלית של חומצות שומן.
אבן הבניין לסינתזה של חומצות שומן בציטופלזמה של התא היא אצטיל CoA, שמקורה בעיקר במיטוכונדריה. סינתזה דורשת נוכחות של פחמן דו חמצני ויוני ביקרבונט וציטראט בציטופלזמה. אצטיל CoA מיטוכונדריאלי אינו יכול להתפזר לתוך הציטופלזמה של התא בגלל הממברנה המיטוכונדריאלית אטומה לו. אצטיל CoA מיטוכונדריאלי יוצר אינטראקציה עם אוקסלואצטט, יוצר ציטראט וחודר לתוך הציטופלזמה של התא, שם הוא מבוקע לאצטיל CoA ואוקסלואצטט.
ישנה דרך נוספת של אצטיל CoA לחדור לממברנה - בהשתתפות קרניטין.
שלבי ביוסינתזה של חומצות שומן:
יצירת מלוניל CoA על ידי קשירת פחמן דו חמצני (אנזים ביוטין ו-ATP) עם קואנזים A. הדבר מצריך נוכחות של NADPH 2.
יצירת חומצות שומן בלתי רוויות:
ישנן 4 משפחות של חומצות שומן בלתי רוויות ברקמות היונקים -
1. פלמיטולאית, 2. אולאית, 3. לינולאית, 4. לינולנית
1 ו-2 מסונתזים מחומצות פלמיטיות וסטאריות.
ביוסינתזה של טריגליצרידים.
סינתזת טריגליצרידים מתרחשת מגליצרול וחומצות שומן (סטארית, פלמיטית, אולאית). מסלול הביוסינתזה של טריגליצרידים מתרחש באמצעות יצירת גליצרול-3-פוספט.
גליצרול 3-פוספט עובר אצילציה ליצירת חומצה פוספטית. לאחר מכן, מתרחשת דה-פוספורילציה של חומצה פוספטית ויצירת 1,2-דיגליצריד. לאחר מכן מתרחש אסטריפיקציה עם מולקולת acyl CoA ויצירת טריגליצריד. גליצרופוספוליפידים מסונתזים בשרשרת האנדופלזמית.
ביוסינתזה של חומצות שומן רוויות.
המבשר המיידי של יחידות שני פחמן בסינתזה של חומצות שומן הוא malonyl CoA.
הסינתזה המלאה של חומצות שומן רוויות מזורזת על ידי קומפלקס סינתטאז מיוחד המורכב מ-7 אנזימים. מערכת הסינתטאז המזרזת את הסינתזה של חומצות שומן בחלק המסיס של הציטופלזמה אחראית לתגובה הנטו הבאה שבה מולקולה אחת של אצטיל CoA ו-7 מולקולות של מלוניל CoA מתעבות ליצירת מולקולה אחת של חומצה פלמיטית (ההפחתה מתבצעת יצא על ידי NADPH). המולקולה הבודדת אצטיל CoA הנדרשת לתגובה משמשת כיוזמת.
היווצרות של מלוניל CoA:
1. ציטראט מסוגל לעבור דרך הממברנה המיטוכונדריאלית לתוך הציטופלזמה. אצטיל מיטוכונדריאלי CoA מועבר לאוקסלואצטט ליצירת ציטראט, שיכול לעבור דרך הממברנה המיטוכונדריאלית לתוך הציטופלזמה באמצעות מערכת הובלה. בציטופלזמה, ציטראט מתפרק לאצטיל CoA, אשר באינטראקציה עם פחמן דו חמצני, הופך למלוניל CoA. האנזים המגביל של כל תהליך סינתזת חומצות השומן הוא אצטיל CoA carboxylase.
2. בסינתזה של חומצות שומן, החלבון אציל-טרנספר משמש כמעין עוגן שאליו מוסיפים תוצרי ביניים אצילי בעת יצירת שרשרת אליפטית. במיטוכונדריה, מולקולות חומצות שומן רוויות מתארכות בצורה של אסטרים CoA על ידי הוספה רציפה של CoA. קבוצות האציל של אצטיל CoA ו-malonyl CoA מועברות לקבוצות התיול של חלבון ה-acyl-transfer.
3. לאחר עיבוי שברי שני פחמן אלו, הם מצטמצמים ליצירת חומצות שומן רוויות גבוהות יותר.
השלבים הבאים של סינתזת חומצות שומן בציטופלזמה דומים לתגובות ההפוכות של חמצון β המיטוכונדריאלי. היישום של תהליך זה עם כל מוצרי הביניים קשור בחוזקה עם קומפלקס מולטי-אנזים גדול - חומצת שומן סינתזה.
ויסות חילוף החומרים של חומצות שומן.
תהליכי חילוף החומרים של השומן בגוף מוסדרים על ידי המסלול הנוירוהומורלי. במקביל, מערכת העצבים המרכזית וקליפת המוח מתאמים השפעות הורמונליות שונות. קליפת המוח מפעילה השפעה טרופית על רקמת השומן או דרך המערכת הסימפתטית והפאראסימפטטית או דרך הבלוטות האנדוקריניות.
שמירה על יחס מסוים בין קטבוליזם ואנבוליזם של חומצות שומן בכבד קשורה להשפעה של מטבוליטים בתוך התא, כמו גם להשפעה של גורמים הורמונליים ומזון הנצרך.
בעת ויסות חמצון β, זמינות המצע היא בעלת חשיבות עליונה. אספקת חומצות השומן לתאי הכבד מובטחת על ידי:
1. לכידת חומצות שומן מרקמת שומן, ויסות תהליך זה מתבצע על ידי הורמונים.
2. לכידת חומצות שומן (עקב תכולת השומן במזון).
3. שחרור חומצות שומן בפעולת ליפאז מטריגליצרידים בכבד.
הגורם השולט השני הוא רמת מאגרי האנרגיה בתא (היחס בין ADP ל-ATP). אם יש הרבה ADP (מאגרי האנרגיה התאיים קטנים), אז מתרחשות תגובות צימוד, מה שמקדם את הסינתזה של ATP. אם תכולת ה-ATP מוגברת, התגובות לעיל מעוכבות, וחומצות השומן המצטברות משמשות לביו-סינתזה של שומנים ופוספוליפידים.
היכולת של מחזור חומצת הלימון לפזר אצטיל CoA שנוצר במהלך חמצון חשובה למימוש הפוטנציאל האנרגטי הכולל של קטבוליזם חומצות שומן, כמו גם הצטברות לא רצויה של גופי קטון (חומצה אצטואצטית, הידרוקסיבוטיראט ואצטון).
אינסולין משפר את הביוסינתזה של חומצות שומן, הפיכת פחמימות לשומנים. אדרנלין, תירוקסין והורמון גדילה מפעילים את פירוק (ליפוליזה) של שומן.
ירידה בייצור הורמוני יותרת המוח והורמוני מין מובילה לגירוי של סינתזת שומן.
הפרעות בליפידים
1. הפרת תהליכי ספיגת שומן
א) אספקה ​​​​לא מספקת של ליפאז לבלב
ב) הפרה של זרימת המרה למעיים
ג) שיבוש של מערכת העיכול (פגיעה בכיסוי האפיתל).
2. שיבוש תהליכי מעבר שומן מדם לרקמות - מופרע המעבר של חומצות שומן מ-chylomicrons של פלזמה בדם למאגרי שומן. זוהי מחלה תורשתית הקשורה בהיעדר אנזים.
3. קטונוריה וקטונמיה - במהלך צום אצל חולי סוכרת, תכולת גופי הקטון מוגברת - זוהי קטונמיה. מצב זה מלווה בקטונוריה (נוכחות של גופי קטון בשתן). בשל הריכוז הגבוה מהרגיל של גופי קטון בדם הנכנס, השרירים ואיברים אחרים אינם יכולים להתמודד עם החמצון שלהם.
4. טרשת עורקים וליפופרוטאינים. התפקיד המוביל של מחלקות מסוימות של ליפופרוטאינים בפתוגנזה של טרשת עורקים הוכח. היווצרות כתמי שומנים ופלאקים מלווה בשינויים ניווניים עמוקים בתוך דופן כלי הדם.
כולסטרול
ביונקים, רוב (כ-90%) של הכולסטרול מסונתז בכבד. רובו (75%) משמש לסינתזה של חומצות מרה כביכול, המסייעות לעכל שומנים המסופקים עם מזון במעי. הם הופכים אותם לנגישים יותר לאנזימים הידרוליטים - ליפאז. חומצת המרה העיקרית היא חומצה כולית. כולסטרול הוא גם מבשר מטבולי לסטרואידים חשובים אחרים, שרבים מהם פועלים כהורמונים: אלדוסטרון וקורטיזון, אסטרון, טסטוסטרון ואנדרוסטרון.
רמות כולסטרול תקינות בפלזמה הן בטווח של 150-200 מ"ג/מ"ל. רמות גבוהות עלולות להוביל לשקיעה של רובדי כולסטרול באבי העורקים ובעורקים הקטנים, מצב המכונה טרשת עורקים (טרשת עורקים). בסופו של דבר, זה תורם לתפקוד לקוי של הלב. שמירה על רמות כולסטרול תקינות מושגת על ידי ארגון תזונה נכונה, כמו גם ויסות in vivo של מסלול האצטיל-CoA. אחת הדרכים להפחית את רמות הכולסטרול הגבוהות בדם היא בליעת תרכובות המפחיתות את יכולתו של הגוף לסנתז כולסטרול. כולסטרול מסונתז בכבד ובפלזמת הדם ונארז לקומפלקסים של ליפופרוטאין המועברים לתאים אחרים. חדירת הכולסטרול לתא תלויה בנוכחות של קולטני ממברנה הקושרים קומפלקסים כאלה, הנכנסים לתא באמצעות אנדוציטוזיס ואז אנזימים ליזוזומליים משחררים כולסטרול בתוך התא. חולים עם רמות גבוהות של כולסטרול בדם נמצאו כבעלי קולטנים פגומים; זהו פגם גנטי.
כולסטרול הוא מבשר לסטרואידים רבים, כגון סטרואידים צואתיים, חומצות מרה והורמונים סטרואידים. כאשר הורמונים סטרואידים נוצרים מכולסטרול, נוצר תחילה מוצר הביניים פרגננולון, המשמש כמבשר לפרוגסטרון - הורמון השליה והגוף הצהוב, הורמוני המין הזכריים (טסטוסטרון), הורמוני המין הנשיים (אסטרון) והורמוני יותרת הכליה ( קורטיקוסטרון).
חומר המוצא העיקרי לביו-סינתזה של הורמונים אלו הוא חומצת האמינו טירוזין. המקור שלו בתאים -
1. פרוטאוליזה
2. היווצרות מפנילאלנין (AK חיוני)
הביוסינתזה של הורמונים סטרואידים, למרות ספקטרום הפעולה המגוון שלהם, היא תהליך יחיד.
פרוגסטרון תופס מקום מרכזי בביוסינתזה של כל ההורמונים הסטרואידים.
ישנן 2 דרכים לסינתזה שלו:
מכולסטרול
מאצטט
בוויסות שיעורי הביוסינתזה של הורמוני סטרואידים בודדים, הורמונים טרופיים של יותרת המוח ממלאים תפקיד קריטי. ACTH ממריץ את הביוסינתזה של הורמוני יותרת הכליה בקליפת המוח.
ישנן 3 סיבות להפרעה בביוסינתזה ושחרור הורמונים ספציפיים:
1. התפתחות תהליך פתולוגי בבלוטה האנדוקרינית עצמה.
2. הפרת השפעות רגולטוריות על תהליכים ממערכת העצבים המרכזית.
3. פגיעה בקואורדינציה בפעילות של בלוטות אנדוקריניות בודדות.
ביוסינתזה של כולסטרול.
לתהליך זה 35 שלבים.
יש 3 עיקריים:
1. המרה של אצטט פעיל לחומצה מבלונית
2. היווצרות סקוואלן
3. מחזוריות חמצונית של סקוואלן לכולסטרול.
כולסטרול הוא מבשר לסטרואידים רבים:
סטרואידים צואתיים, חומצות מרה, הורמונים סטרואידים. פירוק הכולסטרול הוא הפיכתו לחומצות מרה בכבד.
הוכח כי ויסות הביוסינתזה של כולסטרול מתבצע על ידי שינוי הסינתזה והפעילות של -hydroxy-methyl glutaryl CoA reductase. אנזים זה ממוקם בממברנות של הרשת האנדופלזמית של התא. פעילותו תלויה בריכוז הכולסטרול, מה שמוביל לירידה בפעילות האנזים. ויסות פעילות הרדוקטאז על ידי כולסטרול הוא דוגמה לוויסות של אנזים מפתח על ידי התוצר הסופי על פי עקרון המשוב השלילי.
ישנו מסלול שני לביוסינתזה של חומצה מבלונית.
שני מסלולים אוטונומיים חשובים להתמיינות תוך-תאית של הביוסינתזה של כולסטרול הנחוצה לצרכים תוך-תאיים (סינתזה של ליפופרוטאינים של קרום התא) מכולסטרול המשמש ליצירת חומצות שומן. כחלק מליפופרוטאינים, הכולסטרול יוצא מהכבד ונכנס לדם. תכולת הכולסטרול הכולל בפלסמת הדם היא 130-300 מ"ג/מ"ל.
רכיבים מולקולריים של ממברנות.
רוב הממברנות מורכבות מכ-40% שומנים ו-60% חלבון. החלק השומני של הממברנות מכיל בעיקר שומנים קוטביים מסוגים שונים; כמעט כל כמות הליפידים הקוטביים של התא מרוכזת בקרום שלו.
רוב הממברנות מכילות מעט טריאצילגליצרולים וסטרולים, כאשר היוצא מן הכלל במובן זה הוא קרומי הפלזמה של תאים של בעלי חיים גבוהים יותר עם תכולת כולסטרול גבוהה אופיינית להם.
היחס בין השומנים השונים קבוע עבור כל סוג נתון של קרום תא ולכן נקבע גנטית. לרוב הממברנות יש את אותו יחס שומנים לחלבון. כמעט כל הממברנות חדירות בקלות למים ולתרכובות ליפופיליות ניטרליות, פחות חדירות לחומרים קוטביים כמו סוכרים ואמידים, וחדירות מאוד גרוע ליונים קטנים כמו נתרן או כלור.
רוב הממברנות מתאפיינות בהתנגדות חשמלית גבוהה. תכונות כלליות אלו שימשו בסיס ליצירת ההשערה החשובה הראשונה לגבי מבנה הקרומים הביולוגיים – השערת הממברנה היסודית. על פי ההשערה, הממברנה היסודית מורכבת משכבה דו-שכבה של שומנים קוטביים מעורבים, שבה שרשראות הפחמימנים פונות פנימה ויוצרות פאזה פחמימנית רציפה, והראשים ההידרופיליים של המולקולות מופנים החוצה, כל אחד מהמשטחים של דו-שכבת השומנים. מכוסה בשכבה מונומולקולרית של חלבון, ששרשרות הפוליפפטיד שלה הן בצורה מוארכת. העובי הכולל של הממברנה היסודית הוא 90 אנגסטרם, ועובי דו-שכבת השומנים הוא 60-70 אנגסטרם.
המגוון המבני של הממברנות גדול מזה המבוסס על השערת הממברנה היסודית.
דגמי ממברנות אחרים:
1. החלבון המבני של הממברנה ממוקם בתוך דו-שכבת השומנים, וזנבות הפחמימנים של הליפידים חודרים אל החופשיים וכו'.......

המצע לסינתזה של VFA הוא אצטיל-CoA אולם במהלך סינתזה של חומצות שומן (FA), בכל מחזור התארכות, לא נעשה שימוש באצטיל-CoA עצמו, אלא בנגזרת שלו, malonyl-CoA.

תגובה זו מזורזת על ידי האנזים אצטיל-CoA carboxylase, אנזים מפתח במערכת הרב-אנזימים של סינתזת FA. פעילות האנזים מווסתת על ידי משוב שלילי. המעכב הוא תוצר סינתזה: Acyl-CoA שרשרת ארוכה (n=16) - palmitoyl-CoA. המפעיל הוא ציטראט. החלק הלא חלבוני של אנזים זה כולל ויטמין H (ביוטין).

לאחר מכן, במהלך סינתזה של חומצות שומן, מולקולת ה-acyl-CoA מתארכת בהדרגה ב-2 אטומי פחמן בכל שלב עקב malonyl-CoA, המאבד CO 2 בתהליך התארכות זה.

לאחר היווצרות של malonyl-CoA, התגובות העיקריות של סינתזת חומצות שומן מזורזות על ידי אנזים אחד - חומצת שומן סינתזה (הקבועה על הממברנות של הרשת האנדופלזמית). חומצת שומן סינתזה מכילה 7 אתרים פעילים ו-ACP (חלבון העברה של אציל). אתר הקישור של malonyl-CoA מכיל רכיב שאינו חלבוני - ויטמין B 3 (חומצה פנטותנית). הרצף של מחזור אחד של תגובות סינתזה של VLC מוצג באיור 45.

איור.45. תגובות של סינתזה של חומצות שומן גבוהות יותר

לאחר סיום המחזור, acyl-ACP נכנס למחזור הסינתזה הבא. מולקולת malonyl-CoA חדשה מתווספת לקבוצת SH החופשית של חלבון ה-acyl-transfer. לאחר מכן מסלקים את שארית האציל, היא מועברת לשארית המלוניל (עם דקרבוקסילציה בו זמנית) ומחזור התגובות חוזר על עצמו.

כך, שרשרת הפחמימנים של חומצת השומן העתידית גדלה בהדרגה (לכל מחזור - בשני אטומי פחמן). זה קורה עד שהוא מתארך ל-16 אטומי פחמן (במקרה של סינתזה של חומצה פלמיטית) או יותר (סינתזה של חומצות שומן אחרות). בעקבות כך מתרחשת תיוליזה ונוצרת הצורה הפעילה של חומצת השומן, acyl-CoA.

עבור מהלך תקין של סינתזה של חומצות שומן גבוהות יותר, יש צורך בתנאים הבאים:

1) צריכת פחמימות שהחמצון שלהן מייצר את המצעים הדרושים ו-NADPH 2.

2) מטען אנרגטי גבוה של התא - תכולת ATP גבוהה, המבטיחה שחרור של ציטראט מהמיטוכונדריה אל הציטופלזמה.

מאפיינים השוואתיים של חמצון b וסינתזה של חומצות שומן גבוהות יותר:

1 . חמצון b מתרחש במיטוכונדריה, וסינתזה של חומצות שומן מתרחשת בציטופלזמה על הממברנות של הרשת האנדופלזמית. עם זאת, אצטיל-CoA שנוצר במיטוכונדריה אינו יכול לעבור דרך ממברנות בכוחות עצמו. לכן, ישנם מנגנונים להובלה של אצטיל-CoA מהמיטוכונדריה לציטופלזמה בהשתתפות אנזימי מחזור קרבס (איור 46).

איור.46. מנגנון ההובלה של אצטיל-CoA מהמיטוכונדריה לציטופלזמה.

האנזימים המרכזיים של מחזור ה- TCA הם ציטראט סינתאז ואיסווטראט דהידרוגנאז. הרגולטורים האלוסטריים העיקריים של אנזימים אלו הם ATP ו-ADP. אם יש הרבה ATP בתא, אז ATP פועל כמעכב של אנזימים מרכזיים אלה. עם זאת, איזוציטראט דהידרוגנאז מעוכב על ידי ATP יותר מאשר סינתטאז ציטראט. זה מוביל להצטברות של ציטראט ואיסוציטראט במטריקס המיטוכונדריאלי. כאשר הוא מצטבר, ציטראט עוזב את המיטוכונדריה לתוך הציטופלזמה. הציטופלזמה מכילה את האנזים ציטראט ליאז. אנזים זה מפרק ציטראט ל-PAA ואצטיל-CoA.

לפיכך, התנאי לשחרור אצטיל-CoA מהמיטוכונדריה לציטופלזמה הוא אספקה ​​טובה של ATP לתא. אם יש מעט ATP בתא, אז אצטיל-CoA מתפרק ל-CO 2 ו- H 2 O.

2 . במהלך חמצון b, תוצרי ביניים קשורים ל-HS-CoA, ובסינתזה של חומצות שומן, תוצרי ביניים קשורים לחלבון אציל-טרנספר מיוחד (ACP). זהו חלבון מורכב. החלק הלא חלבוני שלו דומה במבנה ל-CoA ומורכב מתיואתילאמין, חומצה פנטותנית (ויטמין B 3) ופוספט.

3 . בחמצון b, NAD ו- FAD משמשים כחומר המחמצן. בעת סינתזה של חומצות שומן יש צורך בחומר מפחית - משתמשים ב-NADP*H 2.

בתא ישנם 2 מקורות עיקריים של NADP*H 2 לסינתזה של חומצות שומן:

א) מסלול פנטוז פוספט לפירוק פחמימות;

בהשוואה לגליקוגן, שומנים מספקים צורה קומפקטית יותר של אחסון אנרגיה מכיוון שהם פחות מחומצנים ולחות. יחד עם זאת, כמות האנרגיה השמורה בצורת שומנים ניטרליים בתאי השומן אינה מוגבלת בשום צורה, בניגוד לגליקוגן. התהליך המרכזי בליפוגנזה הוא סינתזה של חומצות שומן, שכן הן חלק כמעט מכל קבוצות השומנים. בנוסף, יש לזכור שמקור האנרגיה העיקרי בשומנים, המסוגל להפוך לאנרגיה כימית של מולקולות ATP, הוא תהליכי טרנספורמציה חמצונית של חומצות שומן.

מאפיינים כלליים של ביו-סינתזה של חומצות שומן:

1. חומצות שומן יכולות להיות מסונתזות מפחמימות תזונתיות דרך פירובט או מחומצות אמינו (אם הן מסופקות בעודף) ולהצטבר בצורה של טריאצילגליצרולים

2. המקום העיקרי של הסינתזה הוא כָּבֵד. בנוסף, חומצות שומן מסונתזות ברקמות רבות: כליות, מוח, בלוטת חלב, רקמת שומן.

3. אנזימי סינתזה ממוקמים ב ציטוסולתאים, בניגוד לאנזימי חמצון חומצות שומן, הממוקמים במיטוכונדריה.

4. סינתזת חומצות שומן מתרחשת מ אצטיל-CoA.

5. לסינתזה של חומצות שומן זה הכרחי NADPH, ATP, Mn 2+, ביוטין ו-CO 2.

סינתזה של חומצות שומן מתרחשת ב 3 שלבים.

1) הובלה של אצטיל-CoA מהמיטוכונדריה לציטוזול; 2) יצירת malonyl-CoA; 3) הרחבה של חומצת השומן ב-2 אטומי פחמן עקב malonyl-CoA ליצירת חומצה פלמיטית.

1.הובלה של אצטיל-CoAמהמיטוכונדריה לציטוזול מתבצעת באמצעות מנגנון מעבורת ציטראט (איור 13.5)

אורז. 10.5. תרשים פשוט של מנגנון מעבורת ציטראט ויצירת NADPH

1.1. ציטראט סינתאז מזרז את התגובה בין PAA לאצטיל-CoA ליצירת ציטראט

1.2. ציטראט מועבר לתוך הציטוזול באמצעות מערכת הובלה ספציפית.

1.3. בציטוזול, ציטראט יוצר אינטראקציה עם HS-CoA ובפעולת ציטראט ליאז ו-ATP נוצרים אצטיל-CoA ו-PAA.

1.4. PIKE יכול לחזור למיטוכונדריה באמצעות טרנסלוקאז, אך הוא מופחת לעתים קרובות יותר ל-malate על ידי NAD + -dependent malate dehydrogenase.

1.5. מלאט עובר דה-קרבוקסילציה על ידי מלאט דהידרוגנאז תלוי NADP ( אנזים מאליק): NADPH+H+ המתקבל (50% מהדרישה) משמש לסינתזה של חומצות שומן. בנוסף, מחוללי NADPH+H + (50%) הם מסלול פוספט פנטוזו isocitrate dehydrogenase.

1.6 פירובט מועבר למיטוכונדריה ובפעולת פירובאט קרבוקסילאז נוצר PIKE.

2.היווצרות של malonyl-CoA. Acetyl-CoA קרבוקסילציה על ידי אצטיל-CoA קרבוקסילאז. זוהי תגובה תלוית ATP הדורשת ויטמין H (ביוטין) ו-CO 2.

תגובה זו מגבילה את קצב כל תהליך סינתזת חומצות השומן: המפעילים הם ציטראט ואינסולין, מעכבים הם חומצות שומן מסונתזות וגלוקגון.

3.התארכות חומצות שומן. התהליך מתרחש בהשתתפות קומפלקס סינתאז מולטי-אנזים. הוא מורכב משניים שרשראות פוליפפטידים. כל שרשרת פוליפפטיד מכילה 6 אנזימים לסינתזה של חומצות שומן ( טרנסילאז, קטואציל סינתאז, קטואציל רדוקטאז, הידראז, אנויל רדוקטאז, תיואסטראז). אנזימים מקושרים ביניהם על ידי קשרים קוולנטיים. חלבון העברה אציל (ATP) הוא גם חלק משרשרת הפוליפפטידים, אך הוא אינו אנזים. שֶׁלוֹ פוּנקצִיָהקשור רק להעברה רדיקלי אציל. קבוצות SH ממלאות תפקיד חשוב בתהליך הסינתזה. אחד מהם שייך ל-4-phosphopantetheine, שהוא חלק מ-ACP, והשני שייך לציסטאין של האנזים ketoacyl synthase. הראשון נקרא מֶרכָּזִי, והשני שׁוּלִיקבוצת SH.