При синтезе жирных кислот правильная последовательность реакций. Путь синтеза жирных кислот длиннее, чем их окисление

Синтез жирных кислот

СИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

1. Биосинтез de novo (синтез пальмитиновой кислоты С16).

1. Систему модификации жирных кислот:

 процессы элонгации жирных кислот (удлинение на 2 углеродных атома),

 десатурацию (образование ненасыщенной связи).

Значительная часть жирных кислот синтезируется в печени, в меньшей степени в жировой ткани и лактирующей железе.

СИНТЕЗ de novo

 Исходным веществом является ацетил-КоА.

Ацетил-КоА , образовавшийся в матриксе митохондрий в результате окислительного декарбоксилирования пирувата - конечного продукта гликолиза, должен транспортироваться через мембрану митохондрий в цитозоль , где происходит синтез жирных кислот.

I ЭТАП. ТРАНСПОРТ АЦЕТИЛ-КоА ИЗ МИТОХОНДРИЙ В ЦИТОЗОЛЬ

1. Карнитиновый механизм.

2. В составе цитрата, образующегося в первой реакции ЦТК:

			ОКСАЛОАЦЕТАТ
митохондрии		АЦЕТИЛ-КоА		1 HS-КоА

цитоплазма							АЦЕТИЛ-КоА

МАЛАТ ОКСАЛОАЦЕТАТ

НАД+ 3

1 - цитратсинтаза; 2 – цитратлиаза;

3 - малатдегидрогеназа;

4 – малик-фермент; 5 - пируваткарбоксилаза

II ЭТАП. ОБРАЗОВАНИЕ МАЛОНИЛ-КоА

СН3 -С- KoA	COOH-CH2 - C-KoA

ацетил-КоА ацетил-КоА-карбоксилаза, малонил-КоА содержащая биотин

Осуществляется мультиферментным комплексом "синтаза жирных кислот" в состав которого входит 6 ферментов и ацил-переносящийбелок (АПБ). АПБ включает производное пантотеновой̆кислоты 6-фосфопантетеин, имеющий̆SH-группу, подобно HS-КоА.

III ЭТАП. ОБРАЗОВАНИЕ ПАЛЬМИТИНОВОЙ КИСЛОТЫ

III ЭТАП. ОБРАЗОВАНИЕ ПАЛЬМИТИНОВОЙ КИСЛОТЫ

После этого ацил-АПБ вступает в новый цикл синтеза. К свободной SH-группе АПБ присоединяется новая молекула малонил-КоА. Затем происходит отщепление ацильного остатка, и он переносится на малонильный остаток с одновременным декарбоксилированием, и цикл реакций повторяется. Таким образом, углеводородная цепочка будущей жирной кислоты постепенно растет (за каждый цикл – на два углеродных атома). Это происходит до момента, пока она не удлинится до 16 углеродных атомов.

Образование ацетил-КоА и его транспорт в цитозоль

Синтез жирных кислот происходит в абсорбтивный период. Активный гликолиз и последующее окислительное декарбоксилирование пирувата способствуют увеличению концентрации ацетил-КоА в матриксе митохондрий. Так как синтез жирных кислот происходит в цитозоле клеток, то ацетил-КоА должен быть транспортирован через внутреннюю мембрану митохондрий в цитозоль. Однако внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетил-КоА, поэтому в матриксе митохондрий ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом с образованием цитрата при участии цитратсинтазы:

Ацетил-КоА + Оксалоацетат -> Цитрат + HS-КоА.

Затем транслоказа переносит цитрат в цитоплазму (рис. 8-35).

Перенос цитрата в цитоплазму происходит только при увеличении количества цитрата в митохондриях, когда изоцитратдегидрогеназа и α-кетоглутаратдегидрогеназа ингибированы высокими концентрациями NADH и АТФ. Эта ситуация создаётся в абсорбтивном периоде, когда клетка печени получает достаточное количество источников энергии. В цитоплазме цитрат расщепляется под действием фермента цитратлиазы:

Цитрат + HSKoA + АТФ → Ацетил-КоА + АДФ + Pi + Оксалоацетат.

Ацетил-КоА в цитоплазме служит исходным субстратом для синтеза жирных кислот, а окса-лоацетат в цитозоле подвергается следующим превращениям (см. схему ниже).

Пируват транспортируется обратно в матрикс митохондрий. Восстановленный в результате действия малик-фермента NADPH используется как донор водорода для последующих реакций синтеза жирных кислот. Другой источник NADPH - окислительные стадии пентозофосфатного пути катаболизма глюкозы.

Образование малонил-КоА из ацетил-КоА - регуляторная реакция в биосинтезе жирных кислот.

Первая реакция синтеза жирных кислот - превращение ацетил-КоА в малонил-КоА. Фермент, катализирующий эту реакцию (ацетил-КоА-карбоксилаза), относят к классу лигаз. Он содержит ковалентно связанный биотин (рис. 8-36). В первой стадии реакции СО 2 ковалентно связывается с биотином за счёт энергии АТФ, во второй стадии СОО - переносится на ацетил-КоА с образованием малонил-КоА. Активность фермента ацетил-КоА-карбоксилазы определяет скорость всех последующих реакций синтеза жирных кислот.

Реакции, катализируемые синтазой жирных кислот, - ферментным комплексом, катализирующим реакции синтеза пальмитиновой кислоты, описывается ниже.

После образования малонил-КоА синтез жирных кислот продолжается на мультиферментном комплексе - синтазе жирных кислот (пальмитоилсинтетазе). Этот фермент состоит из 2 идентичных протомеров, каждый из которых имеет доменное строение и, соответственно, 7 центров, обладающих разными каталитическими активностями (рис. 8-37). Этот комплекс последовательно удлиняет радикал жирной кислоты на 2 углеродных атома, донором которых служит ма-лонил-КоА. Конечный продукт работы этого комплекса - пальмитиновая кислота, поэтому прежнее название этого фермента - пальмитоилсинтетаза.

Первая реакция - перенос ацетильной группы ацетил-КоА на тиоловую группу цистеина ацетилтрансацилазным центром (рис. 8-38). Затем от малонил-КоА остаток малонила переносится на сульфгидрильную группу ацилпереносящего белка малонилтрансацилазным центром. После этого комплекс готов к первому циклу синтеза.

Ацетильная группа конденсируется с остатком малонила по месту отделившегося СО 2 . Реакция катализируется кетоацилсинтазным центром. Образовавшийся радикал ацетоацетила

Схема

Рис. 8-35. Перенос ацетильных остатков из митохондрий в цитозоль. Действующие ферменты: 1 - цитратсинтаза; 2 - транслоказа; 3 - цитратлиаза; 4 - малатдегидрогеназа; 5 - малик-фермент.

Рис. 8-36. Роль биотина в реакции карбоксилирования ацетил-КоА.

Рис. 8-37. Строение мультиферментного комплекса - синтезы жирных кислот. Комплекс - димер из двух идентичных полипептидных цепей, каждый из которых имеет 7 активных центров и ацилпереносящий белок (АПБ). SH-группы протомеров принадлежат различным радикалам. Одна SH-группа принадлежит цистеину, другая - остатку фосфопантетеиновой кислоты. SH-группа цистеина одного мономера расположена рядом с SH-группой 4-фосфопантетеината другого протомера. Таким образом, протомеры фермента расположены "голова к хвосту". Хотя каждый мономер содержит все каталитические центры, функционально активен комплекс из 2 протомеров. Поэтому реально синтезируются одновременно 2 жирных кислоты. Для упрощения в схемах обычно изображают последовательность реакций при синтезе одной молекулы кислоты.

последовательно восстанавливается кетоацил-редуктазой, затем дегидратируется и опять восстанавливается еноилредуктазой - активными центрами комплекса. В результате первого цикла реакций образуется радикал бутирила, связанный с субъединицей синтазы жирных кислот.

Перед вторым циклом радикал бутирила переносится из позиции 2 в позицию 1 (где находился ацетил в начале первого цикла реакций). Затем остаток бутирила подвергается тем же превращениям и удлиняется на 2 углеродных атома, происходящих из малонил-КоА.

Аналогичные циклы реакций повторяются до тех пор, пока не образуется радикал пальмитиновой кислоты, который под действием тиоэстеразного центра гидролитически отделяется от ферментного комплекса, превращаясь в свободную пальмитиновую кислоту (пальмитат, рис. 8-38, 8-39).

Суммарное уравнение синтеза пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА и малонил-КоА имеет следующий вид:

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

Основные источники водорода для синтеза жирных кислот

В каждом цикле биосинтеза пальмитиновой кислоты проходят 2 реакции восстановления,

Рис. 8-38. Синтез пальмитиновой кислоты. Синтаза жирных кислот: в первом протомере SH-группа принадлежит цистеину, во втором - фосфопантетеину. После окончания первого цикла радикал бутирила переносится на SH-группу первого протомера. Затем повторяется та же последовательность реакций, что и в первом цикле. Пальмитоил-Е - остаток пальмитиновой кислоты, связанный с синтазой жирных кислот. В синтезированной жирной кислоте только 2 дистальных атома углерода, обозначенные *, происходят из ацетил-КоА, остальные - из малонил-КоА.

Рис. 8-39. Общая схема реакций синтеза пальмитиновой кислоты.

донором водорода в которых служит кофермент NADPH. Восстановление NADP + происходит в реакциях:

дегидрирования в окислительных стадиях пентозофосфатного пути катаболизма глюкозы;

дегидрирования малата малик-ферментом;

дегидрирования изоцитрата цитозольной NADP-зависимой дегидрогеназой.

2. Регуляция синтеза жирных кислот

Регуляторный фермент синтеза жирных кислот - ацетил-КоА-карбоксилаза. Этот фермент регулируется несколькими способами.

Ассоциация/диссоциация комплексов субъединиц фермента. В неактивной форме ацетил-КоА-карбоксилаза представляет собой отдельные комплексы, каждый из которых состоит из 4 субъединиц. Активатор фермента - цитрат; он стимулирует объединение комплексов, в результате чего активность фермента увеличивается. Ингибитор - пальмитоил-КоА; он вызывает диссоциацию комплекса и снижение активности фермента (рис. 8-40).

Фосфорилирование/дефосфорилирование ацетил-КоА-карбоксилазы. В постабсорбтивном состоянии или при физической работе глюкагон или адреналин через аденилатциклазную систему активируют протеинкиназу А и стимулируют фосфорилирование субъединиц ацетил-КоА карбоксилазы. Фосфорилированный фермент неактивен, и синтез жирных кислот останавливается. В абсорбтивный период инсулин активирует фосфатазу, и ацетил-КоА карбоксилаза переходит в дефосфорилированное состояние (рис. 8-41). Затем под действием цитрата происходит полимеризация протомеров фермента, и он становится активным. Кроме активации фермента, цитрат выполняет и другую функцию в синтезе жирных кислот. В аб-сорбтивный период в митохондриях клеток печени накапливается цитрат, в составе которого остаток ацетила транспортируется в цитозоль.

Индукция синтеза ферментов. Длительное потребление богатой углеводами и бедной жирами пищи приводит к увеличению секреции инсулина, который стимулирует индукцию синтеза ферментов: ацетил-КоА-карбоксилазы, синтазы жирных кислот, цитратлиазы,

Рис. 8-40. Ассоциация/диссоциация комплексов ацетил-КоА-карбоксилазы.

Рис. 8-41. Регуляция ацетил-КоА-карбоксилазы.

Рис. 8-42. Удлинение пальмитиновой кислоты в ЭР. Радикал пальмитиновой кислоты удлиняется на 2 углеродных атома, донором которых служит малонил-КоА.

изоцитратдегидрогеназы. Следовательно, избыточное потребление углеводов приводит к ускорению превращения продуктов катаболизма глюкозы в жиры. Голодание или богатая жирами пища приводит к снижению синтеза ферментов и, соответственно, жиров.

3. Синтез жирных кислот из пальмитиновой кислоты

Удлинение жирных кислот. В ЭР происходит удлинение пальмитиновой кислоты с участием малонил-КоА. Последовательность реакций сходна с той, что происходит при синтезе пальмитиновой кислоты, однако в данном случае жирные кислоты связаны не с синтазой жирных кислот, а с КоА. Ферменты, участвующие в элонгации, могут использовать в качестве субстратов не только пальмитиновую, но и другие жирные кислоты (рис. 8-42), поэтому в организме могут синтезироваться не только стеариновая кислота, но и жирные кислоты с большим числом атомов углерода.

Основной продукт элонгации в печени - стеариновая кислота (С 18:0), однако в ткани мозга образуется большое количество жирных кислот с более длинной цепью - от С 20 до С 24 , которые необходимы для образования сфинголипидов и гликолипидов.

В нервной ткани происходит синтез и других жирных кислот - α-гидроксикислот. Оксидазы со смешанными функциями гидроксилируют С 22 и С 24 кислоты с образованием лигноцериновой и цереброновой кислот, обнаруживаемых только в липидах мозга.

Образование двойных связей в радикалах жирных кислот. Включение двойных связей в радикалы жирных кислот называется десатурацией. Основные жирные кислоты, образующиеся в организме человека в результате десатурации (рис. 8-43), - пальмитоо-леиновая (С16:1Δ9) и олеиновая (С18:1Δ9).

Образование двойных связей в радикалах жирных кислот происходит в ЭР в реакциях с участием молекулярного кислорода, NADH и цитохрома b 5 . Ферменты десатуразы жирных кислот, имеющиеся в организме человека, не могут образовывать двойные связи в радикалах жирных кислот дистальнее девятого атома углерода, т.е. между девятым и

Рис. 8-43. Образование ненасыщенных жирных кислот.

метильным атомами углерода. Поэтому жирные кислоты семейства ω-3 и ω-6 не синтезируются в организме, являются незаменимыми и обязательно должны поступать с пищей, так как выполняют важные регуляторные функции.

Для образования двойной связи в радикале жирной кислоты требуется молекулярный кислород, NADH, цитохром b 5 и FAD-зависимая редуктаза цитохрома b 5 . Атомы водорода, отщепляемые от насыщенной кислоты, выделяются в виде воды. Один атом молекулярного кислорода включается в молекулу воды, а другой также восстанавливается до воды с участием электронов NADH, которые передаются через FADH 2 и цитохром b 5 .

Эйкозаноиды - биологически активные вещества, синтезируемые большинством клеток из полиеновых жирных кислот, содержащих 20 углеродных атомов (слово "эйкоза" по гречески означает 20).

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Окисление ненасыщенных жирных кислот. Биосинтез холестерина. Мембранный транспорт»

МИНСК, 2008
Окисление ненасыщенных жирных кисл от.
В принципе происходит также как и насыщенных, однако имеются особенности. Двойные связи природных ненасыщенных жирных кислот имеют цис-конфигурацию, а в КоА эфирах ненасыщенных кислот, являющихся промежуточными продуктами при окислении, двойные связи имеют транс-конфигурацию. В тканях есть фермент, изменяющий конфигурацию двойной связи цис- в транс-.
Метаболизм кетоновых тел.
Под термином кетоновые (ацетоновые) тела подразумевают ацетоуксусную кислоту, -гидроксимасляную и ацетон. Кетоновые тела образуются в печени в результате деацилирования ацетоацетил КоА. Имеются данные, указывающие на важную роль кетоновых тел в поддержании энергетического гомеостаза. Кетоновые тела - своего рода поставщики топлива для мышц, мозга и почек и действуют как часть регуляторного механизма, предотвращающая мобилизацию жирных кислот из депо.
Биосинтез липидов.
Биосинтез липидов из глюкозы является важным звеном обмена у большинства организмов. Глюкоза, в количествах, превышающих непосредственные энергетические потребности может являться строительным материалом для синтеза жирных кислот и глицерина. Синтез жирных кислот в тканях протекает в цитоплазме клетки. В митохондриях в основном происходит удлинение существующих цепей жирных кислот.
Внемитохондриальный синтез жирных кислот.
Строительным блоком для синтеза жирных кислот в цитоплазме клетки служит ацетил КоА, который в основном происходит из митохондриального. Для синтеза необходимо наличие в цитоплазме углекислого газа и иона бикарбоната и цитрат. Митохондриальный ацетил КоА не может диффундировать в цитоплазму клетки, т.к. митохондриальная мембрана непроницаема для него. Митохондриальный ацетил КоА взаимодействует с оксалоацетатом, образуя цитрат и проникает в цитоплазму клетки, где расщепляется до ацетил КоА и оксалоацетата.
Имеется еще один путь проникновения ацетил КоА через мембрану - с участием карнитина.
Этапы биосинтеза жирных кислот :
Образование малонил КоА, путем связывания углекислого газа(биотин-фермент и АТФ) с коэнзимом А. Для этого необходимо наличие НАДФН 2 .
Образование ненасыщенных жирных кислот:
В тканях млекопитающих присутствуют 4 семейства ненасыщенных жирных кислот -
1.пальмитоолеиновая, 2.олеиновая, 3. линолевая,4.линоленовая
1 и 2 синтезируются из пальмитиновой и стеариновой кислот.
Биосинтез триглицеридов.
Синтез триглицеридов происходит из глицерина и жирных кислот (стеариновой, пальмитиновой, олеиновой). Путь биосинтеза триглицеридов происходит через образование глицерол-3-фосфата.
Глицерол-3-фосфат ацилируется и образуется фосфатидная кислота. Далее происходит дефосфорилирование фосфатидной кислоты и образование 1,2-диглицерида. Затем происходит этерификация молекулой ацил КоА и образование триглицерида. Глицерофосфолипиды синтезируются в эндоплазматической цепи.
Биосинтез насыщенных жирных кислот.
Непосредственным предшественником двууглеродных единиц в синтезе жирных кислот служит малонил КоА.
Полный синтез насыщенных жирных кислот катализируется особым синтетазным комплексом, состоящим из 7 ферментов. Синтетазная система, катализируюшая синтез жирных кислот в растворимой фракции цитоплазмы ответственна за следующую суммарную реакцию при которой одна молекула ацетил КоА и 7 молекул малонил КоА конденсируются с образованием одной молекулы пальмитиновой кислоты (восстановление осуществляется за счет НАДФН). Единственная молекула ацетил КоА, необходимая для реакции служит инициатором.
Образование малонил КоА:
1. Цитрат способен проходить через митохондриальную мембрану в цитоплазму. Митохондриальный ацетил КоА переносится на оксалоацетат с образованием цитрата, который может проходить через митохондриальную мембрану в цитоплазму с помощью системы переноса. В цитоплазме цитрат расщепляется до ацетил КоА, который взаимодействуя с углекислым газом превращается в малонил КоА. Лимитирующий фермент всего процесса синтеза жирных кислот - ацетил КоА-карбоксилаза.
2. Ацилпереносящий белок в синтезе жирных кислот служит своего рода якорем, к которому в ходе реакций образования алифатической цепи присоединяются ацильные промежуточные продукты. В митохондриях молекулы насыщенных жирных кислот удлиняются в форме эфиров КоА путем последовательного добавления КоА. Ацильные группы ацетил КоА и малонил КоА переносятся на тиоловые группы ацил-переносящего белка.
3. После конденсации этих двухуглеродных фрагментов идет их восстановление с образованием высших насыщенных жирных кислот.
Последующие этапы синтеза жирных кислот в цитоплазме сходны с реакциями обратными реакциям митохондриального -окисления. Осуществление этого процесса со всеми промежуточными продуктами прочно связано с большим многоферментным комплексом - синтетазой жирных кислот.
Регуляция обмена жирных кислот.
Процессы обмена жиров в организме регулируются нейрогуморальным путем. Одновременно ЦНС и кора головного мозга осуществляют согласованность различных гормональных влияний. Кора головного мозга оказывает трофическое влияние на жировую ткань либо через симпатическую и парасимпатическую систему, либо через эндокринные железы.
Поддержание определенного соотношения между катаболизмом и анаболизмом жирных кислот в печени связано с воздействием метаболитов внутри клетки, а также влиянием гормональных факторов и потребляемой пищи.
При регуляции -окисления первостепенное значение имеет доступность субстрата. Поступление жирных кислот в клетки печени обеспечивается:
1. захватом жирных кислот из жировой ткани, регуляция этого процесса осуществляется гормонами.
2. захват жирных кислот (обусловленных содержанием жиров в пище).
3. высвобождение жирных кислот под действием липазы из триглицеридов печени.
Второй контролирующий фактор - уровень запаса энергии в клетке (соотношение АДФ и АТФ). Если АДФ много (клеточные резервы энергии малы), то протекают реакции сопряжения, что способствует синтезу АТФ. Если содержание АТФ повышено, вышеупомянутые реакции тормозятся, накапливающиеся жирные кислоты используются для биосинтеза жиров и фосфолипидов.
Способность цикла лимонной кислоты катаболизировать ацетил КоА, образующийся при -окислении имеет важное значение в реализации общего энергетического потенциала катаболизма жирных кислот, а также нежелательного накопления кетоновых тел (ацетоуксусная кислота, -оксибутират и ацетон).
Инсулин усиливает биосинтез жирных кислот, превращение углеводов в жиры. Адреналин, тироксин и гормон роста активируют распад (липолиз) жира.
Снижение выработки гормонов гипофиза и половых гормонов приводит к стимуляции синтеза жиров.
Нарушения липидного обмена
1.Нарушение процессов всасывания жиров
а) недостаточность поступления панкреатической липазы
б)нарушение поступления в кишечник желчи
в)нарушение желудочно-кишечного тракта (повреждение эпителиального покрова).
2. Нарушение процессов перехода жира из крови в ткани - нарушается переход жирных кислот из хиломикронов плазмы крови в жировые депо. Это наследственное заболевание, связанное с отсутствием фермента.
3. Кетонурия и кетонемия- при голодании у лиц с диабетом содержание кетоновых тел повышено - это кетонемия. Оно состояние сопровождается кетонурией (наличие кетоновых тел в моче). Ввиду необычно высокой концентрации кетоновых тел в притекающей крови мышцы и другие органы не справляются с их окислением.
4. Атеросклероз и липопротеиды. Доказана ведущая роль определенных классов липопротеидов в патогенезе атеросклероза. Формирование липидных пятен и бляшек сопровождается глубокими дистрофическими изменениями в пределах сосудистой стенки.
Холестерин
У млекопитающих большая часть (около 90%) холестерина синтезируется в печени. Большая часть его (75 %) используется при синтезе так называемых желчных кислот, помогающих перевариванию липидов, поступающих с пищей в кишечнике. Они делают их более доступными для гидролитических ферментов - липаз. Основной желчной кислотой является холевая кислота. Холестерин является также матаболическим предшественником других важных стероидов, многие из которых выступают в виде гормонов.: альдостерона и кортизона, эстрона, тестостерона и андростерона.
Нормальный уровень холестерина в плазме крови в пределах 150-200 мг/мл. Высокий уровень может привести к отложению холестериновых бляшек в аорте и мелких артериях, это состояние известно под названием артериосклероза (атеросклероза). В конечном счете он способствует нарушению сердечной деятельности. Поддержание нормального уровня холестерина осуществляется путем организации правильного режима питания, а также in vivo регуляцией пути ацетил-КоА. Один из способов снижения высокого уровня холестерина в крови заключается в приеме внутрь соединений, уменьшающих способность организма синтезировать холестерин. Холестерин синтезируется в печени и плазме крови, упаковывается в липопротеиновые комплексы, которые переносятся в другие клетки. Проникновение холестерина в клетку зависит от наличия мембранных рецепторов, связывающих такие комплексы, которые проникают в клетку путем эндоцитоза и затем лизосомные ферменты освобождают холестерин внутри клетки. У пациентов с высоким уровнем холестерина в крови были обнаружены дефектные рецепторы, это - генетический дефект.
Холестерин является предшественником многих стероидов, таких как стероиды кала, желчные кислоты и стероидные гормоны. При образовании стероидных гормонов из холестерина сначала синтезируется промежуточный продукт прегненолон, который служит предшественником прогестерона - гормона плаценты и желтого тела, мужских половых гормонов (тестостерона), женских половых гормонов (эстрона) и гормонов коры надпочечников (кортикостерона).
Главным исходным материалом для биосинтеза этих гормонов является аминокислота тирозин. Ее источник в клетках -
1. Протеолиз
2. Образование из фенилаланина (незаменимой АК)
Биосинтез стероидных гормонов несмотря на разнообразный спектр их действия, является единым процессом.
Центральное положение в биосинтезе всех стероидных гормонов занимает прогестерон.
Имеются 2 пути его синтеза:
Из холестерина
Из ацетата
В регуляции скоростей биосинтеза отдельных стероидных гормонов важнейшую роль играют тропные гормоны гипофиза. АКТГ стимулирует биосинтез кортикальных гормонов надпочечников.
Имеются 3 причины расстройства биосинтеза и выделения специфических гормонов:
1. Развитие патологического процесса в самой эндокринной железе.
2. Нарушение регуляторных влияний на процессы со стороны ЦНС.
3. Нарушение координации деятельности отдельных желез внутренней секреции.
Биосинтез холестерина .
Этот процесс насчитывает 35 стадий.
Можно выделить 3 основные:
1. Превращение активного ацетата в мевалоновую кислоту
2. Образование сквалена
3. Окислительная циклизация сквалена в холестерин.
Холестерин является предшественником многих стероидов:
Стероидов кала, желчных кислот, стероидных гормонов. Распад холестерина - это превращение его в желчные кислоты в печени.
Показано, что регуляция биосинтеза холестерина осуществляется путем изменения синтеза и активности -гидрокси--метил глутарил КоА-редуктазы. Этот фермент локализован в мембранах эндоплазматической сети клетки. Его активность зависит от концентрации холестерина, приводит к снижению активности фермента. Регуляция активности редуктазы холестерином - пример регуляции ключевого фермента конечным продуктом по принципу отрицательной обратной связи.
Существует и второй путь биосинтеза мевалоновой кислоты.
Два автономных пути имеют значение для внутриклеточного разграничения биосинтеза холестерина необходимого для внутриклеточных нужд (синтез липопротеидов клеточных мембран) от холестерина, идущего на образование жирных кислот. В составе липопротеидов холестерин покидает печень и поступает в кровь. Содержание общего холестерина в плазме крови 130-300 мг/мл.
Молекулярные компоненты мембран.
Большинство мембран состоит примерно из 40% липида и 60% белка. Липидная часть мембран содержит преимущественно полярные липиды различных типов, практически все количество полярных липидов клетки сосредоточено в ее мембранах.
Большинство мембран содержит мало триацилглицеринов и стеринов, исключением в этом смысле являются плазматические мембраны клеток высших животных с характерным для них высоким содержанием холестерина.
Соотношение между различными липидами постоянно для каждого данного типа мембран клетки и, следовательно, определяются генетически. Большинство мембран характеризуется одинаковым соотношением липида и белка. Почти все мембраны легко проницаемы для воды и для нейтральных липофильных соединений, в меньшей степени проницаемы для полярных веществ, таких как сахара и амиды и совсем плохо проницаемы для небольших ионов, таких как натрий или хлор.
Для большинства мембран характерно высокое электрическое сопротивление. Эти общие свойства послужили основой для создания первой важной гипотезы относительно структуры биологических мембран - гипотезы элементарной мембраны. Согласно гипотезе, элементарная мембрана состоит из двойного слоя смешанных полярных липидов, в котором углеводородные цепи обращенных внутрь и образуют непрерывную углеводородную фазу, а гидрофильные головы молекул направлены наружу, каждая из поверхностей двойного слоя липидов покрыта мономолекулярным слоем белка, полипептидные цепи которого находятся в вытянутой форме. Общая толщина элементарной мембраны - 90 ангстрем, а толщина двойного слоя липидов - 60-70- ангстрем.
Структурное многообразие мембран больше, чем исходя из гипотезы элементарной мембраны.
Другие модели мембран:
1. Структурный белок мембраны находится внутри двойного слоя липидов, а углеводородные хвосты липидов проникают в свободные и т.д.................

Субстратом синтеза ВЖК является ацетил-КоА.Однако,в ходе синтеза жирных кислот (ЖК) в каждом цикле удлинения используется не сам ацетил-КоА, а его производное - малонил-КоА.

Эту реакцию катализирует фермент ацетил-КоА-карбоксилаза -ключевой фермент в мультиферментной системе синтеза ЖК. Активность фермента регулируется по типу отрицательной обратной связи. Ингибитором является продукт синтеза: ацил-КоА с длинной цепью (n=16) - пальмитоил-КоА. Активатором является цитрат. В состав небелковой части этого фермента входит витамин H (биотин).

В дальнейшем в ходе синтеза жирных кислот происходит поэтапное удлинение молекулы ацил-КоА на 2 углеродных атома за каждый этап за счет малонил-КоА, который в этом процессе удлинения теряет СО 2 .

После образования малонил-КоА основные реакции синтеза жирных кислот катализируются одним ферментом - синтетазой жирных кислот (фиксирован на мембранах эндоплазматического ретикулума). Синтетаза жирных кислот содержит 7 активных центров и АПБ (ацилпереносящий белок). Участок, связывающий малонил-КоА, содержит небелковый компонент – витамин B 3 (пантотеновую кислоту). Последовательность одного цикла реакций синтеза ВЖК прпедставлен на рис.45.

Рис.45. Реакции синтеза высших жирных кислот

После окончания цикла ацил-АПБ вступает в следующий цикл синтеза. К свободной SH-группе ацилпереносящего белка присоединяется новая молекула малонил-КоА. Затем происходит отщепление ацильного остатка, он переносится на малонильный остаток (с одновременным декарбоксилированием) и цикл реакций повторяется.

Таким образом, углеводородная цепочка будущей жирной кислоты постепенно растет (за каждый цикл – на два углеродных атома). Это происходит до момента, пока она не удлинится до 16 углеродных атомов (в случае синтеза пальмитиновой кислоты) или более (синтез других жирных кислот). Вслед за этим происходит тиолиз и образуется в готовом виде активная форма жирной кислоты – ацил-КоА.

Для нормального течения синтеза высших жирных кислот необходимы следующие условия:

1) Поступление углеводов, при окислении которых образуются необходимые субстраты и НАДФН 2 .

2) Высокий энергетический заряд клетки – высокое содержание АТФ, которое обеспечивает выход цитрата из митохондрий в цитоплазму.

Сравнительная характеристика b-окисления и синтеза высших жирных кислот:

1 . b-окисление протекает в митохондриях, а синтез жирных кислот протекает в цитоплазме на мембранах эндоплазматического ретикулума. Однако, образовавшийся в митохондриях ацетил-КоА через мембраны сам проходить не может. Поэтому существуют механизмы транспорта ацетил-КоА из митохондрий в цитоплазму с участием ферментов цикла Кребса (рис.46).

Рис.46. Механизм транспорта ацетил-КоА из митохондрий в цитоплазму.

Ключевыми ферментами ЦТК являются цитратсинтаза и изоцитратдегидрогеназа. Основные аллостерические регуляторы этих ферментов - это АТФ и АДФ. Если в клетке много АТФ, то АТФ выступает как ингибитор этих ключевых ферментов. Однако изоцитратдегидрогеназа угнетается АТФ сильнее, чем цитратсинтетаза. Это приводит к накоплению цитрата и изоцитрата в матриксе митохондрии. При накоплении цитрат выходит из митохондрии в цитоплазму. В цитоплазме есть фермент цитратлиаза. Этот фермент расщепляет цитрат на ЩУК и ацетил-КоА.

Таким образом, условием для выхода ацетил-КоА из митохондрии в цитоплазму является хорошее обеспечение клетки АТФ. Если АТФ в клетке мало, то ацетил-КоА расщепляется до СО 2 и Н 2 О.

2 . В ходе b-окисления промежуточные продукты связаны с HS-КоА, а при синтезе жирных кислот промежуточные продукты связаны с особым ацил-переносящим белком (АПБ). Это сложный белок. Его небелковая часть похожа по строению на КоА и состоит из тиоэтиламина, пантотеновой кислоты (витамин В 3) и фосфата.

3 . При b-окислении в качестве окислителя используются НАД и ФАД. При синтезе ЖК нужен восстановитель - используется НАДФ*Н 2 .

В клетке существует 2 основных источника НАДФ*Н 2 для синтеза жирных кислот:

а) пентозофосфатный путь распада углеводов;

По сравнению с гликогеном жиры представляют более компактную форму хранения энергии, поскольку они менее окислены и гидратированы. При этом количество энергии, резервированное в виде нейтральных липидов в жировых клетках, ничем не ограничивается в отличие от гликогена. Центральным процессов в липогенеза является синтез жирных кислот, поскольку они входят в состав практически всех групп липидов. Кроме того, следует помнить, что основным источником энергии в жирах, способным трансформироваться в химическую энергию молекул АТФ, являются процессы окислительных превращений именно жирных кислот.

Общая характеристика биосинтеза жирных кислот :

1.Жирные кислоты могут синтезироваться из углеводов пищи через пируват или из аминокислот (при их избыточном поступлении) и накапливаются в виде триацилглицеролов

2. Основное место синтеза – печень . Кроме того, жирные кислоты синтезируются во многих тканях: почки, мозг, молочная железа, жировая ткань.

3.Ферменты синтеза локализованы в цитозоле клеток в отличие от ферментов окисления жирных кислот, которые находятся в митохондриях.

4.Синтез жирных кислот происходит из ацетил-КоА .

5.Для синтеза жирных кислот необходимы НАДФН, АТФ, Mn 2+ , биотин и СО 2 .

Синтез жирных кислот происходит в 3 этапа .

1) транспорт ацетил-КоА из митохондрий в цитозоль; 2) образование малонил-КоА; 3) удлинение жирной кислоты на 2 атома углерода за счет малонил-КоА до образования пальмитиновой кислоты.

1.Транспорт ацетил-КоА из митохондрий в цитозоль осуществляется с помощью цитратного челночного механизма (рис.13.5)

Рис. 10.5. Упрощенная схема цитратного челночного механизма и образования НАДФН

1.1. Цитратсинтаза катализирует реакцию взаимодействия ЩУК и ацетил-КоА с образованием цитрата

1.2. Цитрат траспортируется в цитозоль с помощью специфической транспортной системы.

1.3. В цитозоле цитрат взаимодействует с HS-KoA и под действием цитратлиазы и АТФ образуется ацетил-КоА и ЩУК.

1.4. ЩУК может вернуться в митохондрии с помощью транслоказы, но чаще восстанавливается до малата под действием НАД + -зависимой малатдегидрогеназы.

1.5. Малат декарбоксилируется НАДФ-зависимой малатдегидрогеназой (малик-фермент ): Образующийся НАДФН+Н + (50% потребности) используется для синтеза жирных кислот. Кроме этого генераторами НАДФН+Н + (50%) являются пентозофосфатный путь и изоцитратдегидрогеназа.

1.6.Пируват транспортируетсяв митохондрии и под действием пируваткарбоксилазы образуется ЩУК.

2.Образование малонил-КоА. Ацетил-КоА карбоксилируется под действием ацетил-КоА-карбоксилазы . Это АТФ-зависимая реакция, для которой необходим витамин Н (биотин) и СО 2.

Эта реакция лимитирует скорость всего процесса синтеза жирных кислот: активаторы – цитрат и инсулин, ингибитор - синтезированная жирная кислота и глюкагон.

3.Удлинение жирной кислоты . Процесс протекает при участии мультиферментного синтазного комплекса . Он состоит из двух полипептидных цепей . Каждая полипептидная цепь содержит по 6 ферментов синтеза жирных кислот (трансацилаза, кетоацил-синтаза, кетоацил-редуктаза, гидратаза, еноил-редуктаза, тиоэстераза) . Ферменты связаны между собой ковалентными связями. Ацилпереносящий белок (АПБ) является также частью полипептидной цепи, но это не фермент. Его функция связана только с переносом ацильных радикалов . В процессе синтеза важную роль играют SH-группы. Одна из них принадлежит 4-фосфопантетеину, входящему в состав АПБ и вторая - цистеину фермента кетоацил-синтазы. Первую называют центральной , а вторую периферической SH-группой.