220

8. Обмен липидов

O

альдегиддегидрогеназа

R

H2C COOH

R CH

C

+ Н

2

О

2

H

жирная кислота

НАД

НАД.Н

2

(НАДФ)

(НАДФ.Н2)

Альдегид высшей жирной кислоты окисляется при посредстве дегидрогеназы в высшую жирную кислоту, но имеющую на один углеродныйатом меньше. И процесс повторяется снова.

8.4. Синтез жирных кислот

После открытия пути окисления жирных кислот предполагалось, что биосинтез жирных кислот может происходить в результате обращения тех же ферментативных реакции, что и при их окислении. Однако, благодаря исследованиям Линена и других ученых, в основном в опытах на кишечной палочке

(E. coli), было установлено, что основным путем биосинтеза жирных кислот является не простое обращение реакций β-окисления, а более сложный процесс, в котором принимают участие ацетил-КоА, малонил-КоА и цитоплазматический полиферментный комплекс(иначе: синтетаза высших жирных кислот или пальмитатсинтетаза). В комплекс входит шесть ферментов и низкомолекулярный белок, который с помощью фосфопантетеиновой SН-группы связывает и переносит ацильные остатки в процессе синтеза жирной кислоты от одного фермента комплекса к другому.

Этот белок получил название ацилпереносящий белок(АПБ). В отличие от β-окисления жирных кислот, совершающегося в митохондриях, биосинтез жирных кислот осуществляется в цитоплазме клеток на поверхности мембран эндоплазматического ретикулума. Источником углеродных атомов синтезируемой жирной кислоты служит цитоплазматический ацетил-КоА, происходящий из внутримитохондриального ацетил-КоА. В митохондриях ацетилКоА образуется при β-окислении жирных кислот и окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты. Поскольку ацетил-КоА не может выходить через митохондриальную мембрану в цитоплазму, то, как полагают, он переходит в цитоплазму либо с помощью карнитина, либо в виде цитрата, образовавшегося в результате реакции ацетил-КоА с щавелево-уксусной кислотой в лимоннокислом цикле. Цитрат же способен выходить из митохондрий в цитоплазму, как уже говорилось ранее, с помощью системы переноса. В цито-

плазме цитрат расщепляется АТФ-зависимым ферментом на ацетил-КоА и щавелево-уксусную кислоту:

цитрат+АТФ+КоА à ацетил-КоА+АДФ +Ф+ оксалоацетат

8. Обмен липидов

221

Цитоплазматический ацетил-КоА служит затравкой(или инициатором) биосинтеза жирной кислоты, а также источником образования малонил-КоА– непосредственного предшественника углеродных фрагментов синтезируемой жирной кислоты. Малонил-КоА образуется из цитоплазматического ацетилКоА и двуокиси углерода под действием ацетил-КоА-карбоксилазы, содержащей в качестве кофермента биотин. Биотин служит промежуточным переносчиком молекулы СО2 в двухступенчатой реакции:

O

ацетил-КоА-карбоксилаза

C

HN

Mg++

СО2 + АТФ

+

NH

+ Н 2

О

CH

HC

CH2

CH

(CH2)4

CO HN ферментный белок

S

- OOC

O

C

+ H3C

CO

S

KoA

N

NH

+

АДФ + Ф

HC

HC

CH2

CH

(CH2)4

CO HN ферментный белок

S

O

COOH

C

+

HN

NH

CH2

CH

HC

+

АДФ + Ф

CO

S

KoA

CH2

CH

(CH2)4

CO HN ферментный белок

малонил-КоА

S

Или в упрощённом виде:

ацетил-КоА-

COOH

карбоксилаза

CH3

Mg++

+ АДФ + Ф

CH2

+ СО2

+ АТФ

+ Н 2О

CO

S

KoA

CO

S

KoA

ацетил-КоА

малонил-КоА

Ацетил-КоА-карбоксилаза – регуляторный фермент, реакция, ею катализируемая, является лимитирующей стадией всего процесса синтеза жирных кислот. Положительными аллостерическими модуляторами фермента служат цитрат, изоцитрат и α-кетоглутарат. Образовавшиеся ацетил-КоА и малонилКоА вступают дальше в реакцию с ацилпереносящим белком, имеющим сульфгидрильную группы, по месту которой эфирной связью присоединяются

222	8. Обмен липидов

ацильные промежуточные продукты. Ацильные группы ацетил-КоА и мало- нил-КоА переносятся на тиоловые группы АПБ с помощью ферментов, содержащих НS-группы: соответственно ацетилтрансацилазой и малонилтрансацилазой.

ацетил-

CH3

CH

+ HS

АПБ

трансацилаза

+

HS KoA

3

CO

S

АПБ

CO

S

KoA

ацетил-АПБ

ацетил-КоА

COOH

малонил-

COOH

трансацилаза

CH2

+ HS

АПБ

CH2

+

HS KoA

CO

S

KoA

CO

S-АПБ

малонил-АПБ

малонил-КоА

Далее происходит наращивание углеродной цепи путем присоединения малонил-S-АПБ вначале к ацетил-S-АПБ, сопровождающееся отщеплением СО2 и образованием β-кетоацил-S-АПБ (ацетоацетил-S-АПБ), c последующим

его восстановлением за счет НАДФдо.Н ,Дβ-гидроксиацил-S-АПБ

2

(Д, β-гидроксибутирил-S-АПБ), дегидратацией последнего в ненасыщенный в α,β-положении ацил-S-АПБ (кротонил-S-АПБ) и, наконец, восстановлением ненасыщенного ацил-S-АПБ в ацил-S-АПБ (бутирил-S-АПБ), углеродная цепочка которого на два углеродных атома длиннее исходной. Эти реакции последовательно катализируются трансацилазой, β-кетоацил-АПБ-редуктазой, еноил-дегидратазой, кротонил-АПБ-редуктазой:

1. H3C

CO

S

АПБ

+ COOH H2C CO

S

АПБ

трансацилаза

H3C

CO CH2

CO

S

АПБ +

CO2+ HS-АПБ

ацетоацетил-АПБ

(

-кетоацил-АПБ)

2. H3C

CO CH2

CO

S

АПБ

+ НАДФ.Н2

-кетоацил-АПБ-редуктаза

H

H3C

C

CH2

CO

S АПБ + НАДФ

OH

Д-

-гидроксибутирил-АПБ

8. Обмен липидов

223

H

еноилдегидратаза

3. H3C

CH2

CO

АПБ

C

S

H3C

CH

HC

CO S

АПБ

+

кротонил-АПБ

OH

+ Н2О

4. H3C

кротонил-АПБ-редуктаза

CH

HC

CO

S

АПБ

+ НАДФ.Н2

H3C CH2 H2C CO S АПБ + НАДФ бутирил-АПБ

После образования ацил-S-АПБ с четырьмя углеродными атомами(т.е. бутирил-S-АПБ) процесс повторяется путем присоединения к последнему вновь двухуглеродного фрагмента от малонил-S-АПБ.

В конце-концов, путем последовательного наращивания ацил-S-АПБ на двухуглеродные фрагменты синтезируется пальмитил-S-АПБ. Молекула пальмитиновой кислоты может удлиняться в результате реакций с ацетил-КоА в митохондриях или с малонил-КоА в микросомах. Ненасыщенные жирные кислоты (моноеновые) образуются из насыщенных кислот с помощью монооксигеназ.

Однако ткани человека и ряда животных неспособны синтезировать полиненаcыщенные линолевую и линоленовую кислоты(это т.н эcсенциальные, т.е. незаменимые жирные кислоты, которые должны поступать

в организм c пищей ). Полиненаcыщенные жирные кислоты принимают участие в образовании простагландинов.

Ферменты, ускоряющие синтез высших жирных кислот с участием мало- нил-КоА, сосредоточены в растворимой фракции цитоплазмы на поверхности мембран эндоплазматической сети. Таким образом, синтез высших жирных кислот, идущий, как полагают, в цитоплазме на поверхности мембран эндоплазматической сети клетки, пространственно отделен от места распада высших жирных кислот, идущего в митохондриях. Активные ферменты биосинтеза высших жирных кислот у животных выделены из печени, поджелудочной железы, молочной железы, тонкого кишечника, легкого, почек, мозговой и жировой тканей животных, а также из растений. В указанных тканях эти ферменты существуют в виде ансамблей(комплексов), способных осущеcтвить весь цикл реакций биосинтеза высшей жирной кислоты. Они получили название синтетазы высших жирных кислот или пальмитат-синтетазы. В тканях животных не удалось обнаружить АПБ. Функцию связывания и переноса ациль-

ного радикала синтетазы жирных кислот выполняет ее фосфопантетеиновая