Джефферсон - Сборник упражнений и задач - 2000 / Student Guide10

Глава 10: Переход от катаболизма к анаболизму

73

Глава 10

Переход от катаболизма к анаболизму. Сначала о синтезе в организме жиров и родственных им соединений

Резюме главы

В этой главе описываются синтез триацилглицеринов из двууглеродного предшественника ацетил-СоА. Особое внимание уделено взаимосвязи между данным метаболическим путем обмена и этапами расщепление жиров , а также различиям между этими системами у животных и бактерий. Рассматриваются митохондриальная система транспорта ацетил-СоА и роль ненасыщенных жирных кислот. Сопоставлены пути синтеза ТАГ и глицерофосфолипидов. Обсуждается роль класса жирных кислот, эйкозаноидов, и их физиологическая функция. Кратко рассмо трены синтез холестерина и три механизма регуляции этого процесса .

Цели урока

♦Для завершения синтетических анаболических реакций необходима энергия.

♦Сходство и различия путей деградации и синтеза жирных кислот.

♦Типы реакций, в которых биотин используется в качества кофактора.

♦Ðîëü малонил-СоА в синтезе жирных кислот.

♦Химическая реакция, описывающая взаимопревращение свободных жирных кислот и ТАГ.

♦Роль ацилпереносящего белка (АПБ).

♦Ферменты и промежуточные продукты в синтезе жирных кислот.

♦Сходство и различия между путями синтеза жирных кислот у животных и бактерий.

♦Локализация синтеза жирных кислот в клетке и роль цитрата в процессе транспорта ацетил-СоА через митохондриальную мембрану.

♦Краткая характеристика синтеза ненасыщенных жирных кислотах.

♦Синтез ТАГ.

74	Глава 10: Переход от катаболизма к анаболизму
♦ Роль АТР и СТР в образовании	♦ Три механизма регуляции синтеза
глицерофосфолипидов, сходство и	холестерина.
различие между синтезом	♦ Общие представления об
глицерофосфолипидов и ТАГ.	ингибировании по типу обратной связи.
♦ Три главных группы эйкозаноидов.

Прогулка по главе

Синтез жира

В данной главе рассматривается противоположное направления потока ……………(1): мы переходим от реакций, в которых ………………..(2) энергия пищевых продуктов, к реакциям синтеза длинноцепочечных ………….(3), образующихся в ходе конденсации молекул ацетил-СоА. Избыток ацетил-СоА должен быть превращен в ……………(4), поскольку он не может быть обратно использован для синтеза ………………..(5) у животных. Общи й принцип состоит в том, что катаболические и ……….…………….(6) процессы связанных межд у собой метаболических путей осуществляются различными реакциями, а не путем исп ользования одних и тех же ферментов, функционирующих в противоположных направлениях. Благод аря этому оба метаболических пути являются термодинамически выгодными и поэтому ………………(7), и их регуляция осуществляется раздельно.

Âначале синтеза жирных кислот к двууглеродному ацетил-СоА присоединяется атом углерода

ñобразованием ....…………(8) и затратой молекулы …………..(9) в ходе реакции, катализируемой ацетил-СоА-карбоксилазой, которая использует в качестве кофактора биотин. Здесь функционирует другая система, переносящая тиоловые эфиры - ацил……………..(10) белок (АПБ). Трехуглеродная молекула малонил-АПБ связывается с еще одной ацетильной группой в реакции, включающей высвобождение …..……………(11); в результате образуется четырехуглеродная молекула.

Последняя содержит обе карбоксильные группы, одну из мало нила, а другую из ацетила. В серии трех последовательных реакций, которые по сути представляют реакции, обратные деградации жирных кислот, одна из карбонильных групп (из ацетила) восстанавливается до ……………(12) с последующим отщеплением ………………(13) и образованием ……………..(14 ), содержащего двойную связь. Последний восстанавливается с образовани ем насыщенной связи. В следующем цикле в углеродную цепь встраивается другой малонилтиоловый эфир, что сопровождается декарбоксилированием и в результате четырехуглеродная цепь превращается в шестиуглеродную и реакции восстановления-дегидратации-восстановления, приводящие к образованию насыщенной связи, повторяются.

Ответы: (1) энергии; (2) высвобождается; (3) жирных кислот; (4) жиры; (5) углеводов: (6) анаболические; (7) необратимыми; (8) малонил-СоА; (9) АТР; (10) переносящий; (11) СО2; (12) спирта; (13) Н2О; (14) алкена.

Глава 10: Переход от катаболизма к анаболизму

75

Заполните следующее

В животных тканях, в отличие от бактериальной системы (E.coli), все стадии синтеза жирных кислот, следующих за образованием малонил-СоА, реализуются внутри одного гигантского белкового комплекса. Растущая цепь жирной кислоты никогда не освобождается из этого ферментного комплекса, пока не завершится ее синтез. Присоединяющийся тиоловый эфир играет роль якоря. В последующих восстановительных реакциях для удаления образующейся кетокарбонильной группы используется кофактор ……………..(1), очень сходный с NADH, но участвующий в анаболических путях, тогда как NADH образуется только в …………….(2). Синтез жирной кислоты (анаболический процесс) происходит в …...............…..(3), в то время как окисление жирной кислоты (катаболический процесс) осуществляется в .......……………(4). Ацетил-СоА переносится через митохондриальную мембрану при помощи АТР-зависимого механизма, в ходе которого он превращается в ……………(5), транспортируется через мембрану и снова превращается в ……………(6) и ……………….(7). Оксалоацетат восстанавливается до …… …………….(8) при участии NADH и малат подвергается окислительному декарбокс илированию с образованием

...………………(9) è NADÐH.

Пируват может обратно превращаться в оксалоацетат под де йствием фермента ……...........…(10). Механизм транспорта цитрата решает две необходимые задачи: доставку ацетильной группы

………………(11) в митохондрии и образование ………………..(12) для синтеза жиров. В известном смысле, два восстановительных эквивалента NADH (два электрона) переносятся окольным путем на NADPH. Организм может синтезировать только некоторые необходимы ненасыщенные жирные кислоты, другие, содержащие несколько двойных связей (сравните

76 Глава 10: Переход от катаболизма к анаболизму

линолевая и линоленовая кислоты), должны поступать .....………… .(13). Первичной формой запасания жирных кислот является ……………(14) глицерина - триацилглицерин (ТАГ). Ацил-СоА производное жирной кислоты переносится на свободную спиртовую группу …………….(15) 3- фосфата, образующегося при восстановлении ……………..(16) фосфа та - промежуточного продукта гликолиза.

Ответы: (1) NADPH; (2) катаболических; (3) цитозоле; (4) митохондриях; (5) цитрат; (6) ацетилСоА; (7) оксалоацетат; (8) малата; (9) пирувата; (10) карбоксилазы; (11) из пищевых молекул; (12) NADPH; (13) с пищей; (14) эфир; (15) глицерин- (16) дигидроксиацетон.

Заполните следующее

Фосфолипиды

Ряд родственных соединений, глицерофосфолипидов, не образуется путем реакции этерификации между спиртом и фосфатом глицерина после того, как к последнему уже присоединены два остатка жирных кислот. Спирт, необходимый для образования фосфолипида, активируется в ходе двухэтапного процесса с участием АТР и СТР, после чего присоединяется к последней свободной спиртовой группе диацилглицерина. Такая последовательность реакций используется для синтеза фосфатидилэтаноламина и фосфатидилхолина, но не фосфатидилинозита и кардиолипина. При синтезе последних фосфатидная кислота (диацилглицерин + фосфат) активируется с образованием

Глава 10: Переход от катаболизма к анаболизму	77

CDP-производного, после чего происходит присоединение неактивированной молекулы спирта. Помимо этого существует взаимопревращение между различными классами фосфолипидов. Синтез мембранных липидов происходит на мембранах гладкого эндоплазматического ретикулума (ЭР).

Заполните следующее

Простагландины и родственные соединения

Эйкозаноиды, содержащие 20 атомов углерода, обладают широким спектром физиологических функций, включая действие, подобное локальным ……………..(1). Существует три основных группы эйкозаноидов: ……………….(2); ……………………..(3); и .......…………(4). Главными подклассами простагландинов являются PGA, PGE и PGF, подстрочечным номер которых указывает на число двойных связей в боковой цепи, присоединенной к циклопентановому кольцу.

Роль аспирина можно (по крайней мере, частично) объяснить его способностью ингибировать активность .....………………..(5) - фермента, катализирующего первый э тап …………………….(6)

простагландинов. Лейкотриены также образуются из ……….………..(7) кислоты, но посредством другого механизма.

Одним из наиболее известных липидов, синтезируемых в организме, является холестерин. Он образуется в результате многоступенчатого метаболического процесса, начинающегося с молекулы ацетил-СоА. Особый интерес представляет несколько первых этапов, ведущих к образованию .......………….(8) кислоты, поскольку именно на их уровне осуществляется регуляция синтеза холестерина. Синтез холестерина регулируется посредством трех механизмов, причем действие всех их направлено на один и тот же фермент …….....................…..(9). Сама молекула холестерина может: ингибировать синтез этого фермента на генном (ДНК) уровне, вызывать

.......…………..(10) фермента и инактивироватьэтот белок путем его …….....................(11). Поскольку

78 Глава 10: Переход от катаболизма к анаболизму

холестерин является конечным продуктом последовательности реакций с участием фермента ГМГ- CoA-редуктазы, то этот тип регуляции называется механизмом .....................………….(12).

Терапевтические лекарственные препараты ловастатин и ……………..(13) действуют путем ингибирования активности этого ключевого фермента.

Ответы: (1) гормонам; (2) простагландины; (3) тромбоксаны; (4) лейкотриены; (5) циклооксигеназы;

(6) синтеза; (7) арахидоновой; (8) мевалоновой; (9) ГМГ-CoA-редуктазу; (10) деструкцию; (11) фосфорилирования; (12) ингибирования по типу обратной связ и; (13) симвастатин.

Обзор вопросов в конце главы 10

∙Малонил-СоА представляет собой активированную форму двууглеродного фрагмента, добавляемого к растущей цепи жирной кислоты. Это является примером сопряжения экзергонических этапов с эндергоническими, которое благоприятствует полному превращению.

∙В ходе восстановительных этапов синтеза жирных кислот происходит превращение карбонильной группы в метиленовую (-ÑÍ2-).

∙Мультиферментный комплекс является более эффективным для многоступенчатого метаболического пути, по сравнению с индивидуальными мономерными ферментами.

∙Одним из примеров метаболической компартментализации является использование NAD+ в катаболических путях, а NADР+ - в анаболических.

∙Не все ткани специализируются на синтезе жирных кислот.

∙Ацетил-СоА должен быть перенесен из митохондрий в цитоплазму; этот процесс включает использование цитрата.

∙Существуют пути превращения восстановительных эквивалентов, переносимых от NADН, в восстановительные эквиваленты NADРН. Кроме того молекулы NADРН образуются в пентозофосфатным пути.

∙Образование сложного эфира в реакции спирт плюс активированная карбоновая кислота является одной из общих тем в биохимии.

∙Использование CDP-конъюгатов, в качестве активированной формы, является распространенным явлением.

∙Эйкозаноиды представляют собой класс молекул с множеством очень специфичных и довольно разнообразных функций. Эффекты, наблюдаемые после приема аспирина, хорошо коррелируют с ролью этого соединения в нарушении обмена эйкозаноидов.

∙Лекарственные препараты, имеющие структурное сходство с переходным состоянием соединения в специфической реакции, действуют как ингибиторы, конкурируя с природным субстратом за активный центр фермента.

Глава 10: Переход от катаболизма к анаболизму

79

Дополнительные вопросы к главе 10

1.Что лежит в основе утверждения “катаболические и анаболические процессы взаимосвязанных между собой путей обмена осуществляются при помощи разли чных реакций”?

2.Нарисуйте структуру малонил-СоА.

3.Какие этапы цикла лимонной кислоты и синтеза жирных кислот сходны между собой?

4.Сколько атомов углерода малонил-СоА присоединяется к растущей цепи жирной кислоты и какова судьба остальных?

5.Назовите две полиненасыщенные жирные кислоты, которые должны поступать с пищей.

6.Назовите три главных группы эйкозаноидов.

7.Назовите три механизма, участвующих в регуляции синтеза холестерина.

8.Назовите два терапевтических лекарственных препарата, используемых для лечения при высоком уровне холестерина в крови, и опишите как они действуют.

9.Какую реакцию катализирует ГМГ-СоА-редуктаза и почему эта реакция так важна?

10.Молекулы каких классов составляют кофермент А?

11.В каком месте молекулы NADP+ присоединяется дополнительная фосфатная группа, отсутствующая у NAD+?