SINTESIS NG MGA FATTY ACID: KUNG SAAN NANGYAYARI ITO, MGA ENZYMES, YUGTO AT REAKSYON - BIOLOGY - 2026

Ang synthesis ng mga fatty acid ay ang proseso kung saan ang mga pangunahing sangkap ng pinakamahalagang lipid sa mga cell (fatty acid) ay ginawa, na nakikilahok sa maraming napakahalagang mga function ng cellular.

Ang mga mataba na asido ay mga molekula ng aliphatic, samakatuwid nga, ang mga ito ay mahalagang binubuo ng mga carbon at hydrogen atoms na nakagapos sa bawat isa sa isang mas o mas gaanong guhit na paraan. Mayroon silang pangkat na methyl sa isang dulo at isang acidic na carboxylic group sa kabilang, kung saan tinawag silang "mataba acids."

Buod ng synthesis ng fatty acid (Pinagmulan: Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang mga lipid ay mga molekula na ginagamit ng iba't ibang mga cellular biosynthetic system para sa pagbuo ng iba pang mga mas kumplikadong molekula tulad ng:

• lamad phospholipids
• triglycerides para sa pag-iimbak ng enerhiya at
• ang mga angkla ng ilang mga espesyal na molekula na matatagpuan sa ibabaw ng maraming uri ng mga cell (eukaryotic at prokaryotic)

Ang mga compound na ito ay maaaring umiiral bilang mga linear Molekyul (na may lahat ng mga carbon atoms na puspos ng mga molekula ng hydrogen), ngunit ang mga may tuwid na kadena at ilang mga saturations ay maaari ding sundin, iyon ay, na may dobleng mga bono sa pagitan ng kanilang mga carbon atoms.

Ang mga tinadtad na fatty acid ay maaari ding matagpuan sa mga branched chain, na ang istraktura ay medyo mas kumplikado.

Ang mga molekular na katangian ng mga fatty acid ay mahalaga para sa kanilang pag-andar, dahil marami sa mga katangian ng physicochemical ng mga molekula na nabuo ng mga ito ay nakasalalay sa kanila, lalo na ang kanilang natutunaw na punto, ang kanilang antas ng packaging at ang kanilang kapasidad upang makabuo ng mga bilayer.

Kaya, ang synthesis ng mga fatty acid ay isang napaka-regulated na bagay, dahil ito ay isang serye ng sunud-sunod na mga kaganapan na kritikal para sa cell mula sa maraming mga punto ng view.

Saan nangyayari ang synthesis ng fatty acid?

Sa karamihan ng mga nabubuhay na organismo, ang synthesis ng mga fatty acid ay nangyayari sa cytosolic kompartimento, habang ang kanilang pagkasira ay nangyayari sa pagitan ng cytosol at mitochondria.

Ang proseso ay nakasalalay sa enerhiya na nilalaman sa mga bono ng ATP, ang pagbawas ng kapangyarihan ng NADPH (karaniwang nagmula sa pentose phosphate pathway), biotin cofactor, bicarbonate ions (HCO3-) at mga manganese ions.

Sa mga hayop na mammal ang pangunahing mga organo para sa synthesis ng mga fatty acid ay ang atay, bato, utak, baga, mammary glandula at adipose tissue.

Ang agarang substrate para sa de novo synthesis ng mga fatty acid ay acetyl-CoA at ang produkto ng pagtatapos ay isang molekula ng palmitate.

Ang Acetyl-CoA ay nagmula nang direkta mula sa pagproseso ng mga glycolytic na tagapamagitan, na ang dahilan kung bakit ang isang diyeta na mataas sa karbohidrat ay nagtataguyod ng synthesis ng lipids (lipogenesis) ergo, din ng mga fatty acid.

Kasangkot ang mga enzim

Ang Acetyl-CoA ay ang two-carbon synthesis block na ginagamit para sa pagbuo ng mga fatty acid, dahil ang ilan sa mga molekula na ito ay naka-link na magkakasunod sa isang molonyl-CoA na molekula, na nabuo ng carboxylation ng isang acetyl-CoA.

Ang unang enzyme sa ruta, at isa sa mga pinakamahalagang mula sa punto ng view ng regulasyon nito, ay ang isa na namamahala sa carboxylation ng acetyl-CoA, na kilala bilang acetyl-CoA carboxylase (ACC), na kung saan ay isang kumplikado Isang compound ng enzymatic na binubuo ng 4 na protina at gumagamit ng biotin bilang isang cofactor.

Gayunpaman, at sa kabila ng mga pagkakaiba sa istruktura sa pagitan ng iba't ibang mga species, ang fatty acid synthase enzyme ay may pananagutan sa pangunahing reaksyon ng biosynthetic.

Ang enzyme na ito ay, sa katunayan, isang kumplikadong enzyme na binubuo ng mga monomer na mayroong 7 iba't ibang mga aktibidad na enzymatic, na kinakailangan para sa pagpahaba ng fatty acid sa "kapanganakan".

Ang 7 na aktibidad ng enzyme na ito ay maaaring nakalista tulad ng sumusunod:

- ACP : protina carrier caryl group

- Acetyl-CoA-ACP transacetylase (AT)

- synthase ng β-ketoacyl-ACP (KS)

- Malonyl-CoA-ACP transferase (MT)

- β-ketoacyl-ACP reductase (KR)

- β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD)

- Enoyl-ACP reductase (ER)

Sa ilang mga organismo tulad ng bakterya, halimbawa, ang kumplikadong fatty acid synthase ay binubuo ng mga independiyenteng protina na nauugnay sa bawat isa, ngunit naka-encode ng iba't ibang mga gene (type II fatty acid synthase system).

Yeast fatty acid synthase enzyme (Pinagmulan: Xiong, Y., Lomakin, IB, Steitz, TA / Public domain, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Gayunpaman, sa maraming mga eukaryote at ilang mga bakterya ang multienzyme ay naglalaman ng maraming mga aktibidad ng catalytic na pinaghihiwalay sa iba't ibang mga pag-andar na domain, sa isa o higit pang mga polypeptides, ngunit maaaring mai-encode ng parehong gene (type ko fatty acid synthase system).

Mga yugto at reaksyon

Karamihan sa mga pag-aaral na isinagawa patungkol sa synthesis ng mga fatty acid ay nagsasangkot sa mga natuklasan na ginawa sa modelo ng bakterya, gayunpaman, ang mga mekanismo ng synthesis ng eukaryotic organismo ay napag-aralan din sa ilang lalim.

Mahalagang banggitin na ang uri II fatty acid synthase system ay nailalarawan sa lahat ng mga tagatambok ng mataba na acyl ay covalently na naka-link sa isang maliit na protina na acid na kilala bilang ang protina ng acyl transporter (ACP), na naghahatid ng mga ito mula sa isang enzyme hanggang sa susunod.

Sa eukaryotes, sa kabilang banda, ang aktibidad ng ACP ay bahagi ng parehong molekula, nauunawaan na ang parehong enzyme ay may isang espesyal na site para sa pagbubuklod ng mga tagapamagitan at ang kanilang transportasyon sa pamamagitan ng iba't ibang mga catalytic domain.

Ang unyon sa pagitan ng protina o bahagi ng ACP at ang mga grupo ng mataba na acyl ay nangyayari sa pamamagitan ng mga bono ng thioester sa pagitan ng mga molekula at ng grupo ng prosthetic na 4'-phosphopantetheine (pantothenic acid) ng ACP, na kung saan ay pinagsama sa pangkat ng carboxyl ng mataba na acyl.

1. Sa una, ang enzyme acetyl-CoA carboxylase (ACC) ay responsable para sa pag-catalyzing ang unang hakbang ng "pangako" sa synthesis ng mga fatty acid na, tulad ng nabanggit, ay nagsasangkot sa carboxylation ng isang acetyl-CoA na molekula upang mabuo ang intermediate ng 3 carbon atoms na kilala bilang malonyl-CoA.

Ang kumplikadong fatty acid synthase ay natatanggap ang mga pangkat ng acetyl at malonyl, na dapat na tama na "punan" ang "thiol" na mga site nito.

Nangyayari ito sa una sa pamamagitan ng paglilipat ng acetyl-CoA sa grupo ng SH ng cysteine ​​sa synthase ng enzyme β-ketoacyl-ACP, isang reaksyon na napalaki ng acetyl-CoA-ACP transacetylase.

Ang pangkat na malonyl ay inilipat mula sa malonyl-CoA sa grupo ng SH ng protina ng ACP, isang kaganapan na pinagsama ng malonyl-CoA-ACP transferase enzyme, na bumubuo ng malonyl-ACP.

1. Ang hakbang ng pagsisimula ng pagpahaba ng mataba acid sa pagsilang ay binubuo ng kondensasyon ng malonyl-ACP na may isang acetyl-CoA Molekyul, isang reaksyon na inireseta ng isang enzyme na may aktibidad na synthase ng β-ketoacyl-ACP. Sa reaksyon na ito, ang acetoacetyl-ACP ay pagkatapos ay nabuo at isang molekula ng CO2 ay pinakawalan.
2. Ang mga reaksyon ng pagbubunga ay nangyayari sa mga siklo kung saan 2 carbon atom ay idinagdag sa isang pagkakataon, kung saan ang bawat siklo ay binubuo ng isang paghalay, isang pagbawas, isang pag-aalis ng tubig at isang pangalawang kaganapan sa pagbawas:

- Kondensasyon: mga acetyl at malonyl na grupo na pumapasok upang mabuo ang acetoacetyl-ACP

- Ang pagbawas ng pangkat na carbonyl: ang carbonyl na grupo ng carbon 3 ng acetoacetyl-ACP ay nabawasan, na bumubuo ng D-β-hydroxybutyryl-ACP, isang reaksyon na napalaki ng β-ketoacyl-ACP-reductase, na gumagamit ng NADPH bilang isang donor ng elektron.

- Pag-aalis ng tubig: ang hydrogens sa pagitan ng mga carbons 2 at 3 ng nakaraang molekula ay tinanggal, na bumubuo ng isang dobleng bono na nagtatapos sa paggawa ng trans -∆2-butenoyl-ACP. Ang reaksyon ay catalyzed ng β-hydroxyacyl-ACP dehydratase.

- Ang pagbawas ng dobleng bono: ang dobleng bono ng trans -∆2-butenoyl-ACP ay nabawasan upang mabuo ang butyryl-ACP sa pamamagitan ng pagkilos ng enoyl-ACP reductase, na gumagamit din ng NADPH bilang isang pagbabawas ng ahente.

Upang ipagpatuloy ang pagpahaba, ang isang bagong molekulang malonyl ay dapat na magbigkis muli sa bahagi ng ACP ng kumplikadong synthase ng fatty acid at nagsisimula sa kondensasyon nito kasama ang grupong butyryl na nabuo sa unang siklo ng synthesis.

Istraktura ng palmitate (Pinagmulan: Edgar181 / Public domain, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Sa bawat hakbang na pagpahaba, isang bagong molonyl-CoA molekula ay ginagamit upang mapalago ang chain sa 2 carbon atoms at ang mga reaksyon na ito ay paulit-ulit hanggang maabot ang tamang haba (16 carbon atoms), pagkatapos kung saan naglabas ang isang thioesterase enzyme ang kumpletong fatty acid sa pamamagitan ng hydration.

Ang Palmitate ay maaaring mas maproseso ng iba't ibang uri ng mga enzyme na nagbabago ng mga katangian ng kemikal nito, iyon ay, maaari silang magpakilala ng mga unsaturation, pahabain ang haba nito, atbp.

Regulasyon

Tulad ng maraming mga daang biosynthetic o marawal na daanan, ang synthesis ng fatty acid ay kinokontrol ng iba't ibang mga kadahilanan:

- nakasalalay sa pagkakaroon ng mga bicarbonate ions (HCO3-), bitamina B (biotin) at acetyl-CoA (sa paunang hakbang ng landas, na nagsasangkot sa carboxylation ng isang acetyl-CoA Molekyul sa pamamagitan ng isang carboxylated intermediate ng biotin upang mabuo ang malonyl-CoA).

- Ito ay isang landas na nangyayari bilang tugon sa mga katangian ng cellular na enerhiya, dahil kapag mayroong isang sapat na dami ng "metabolic fuel", ang labis ay na-convert sa mga fatty acid na nakaimbak para sa kasunod na oksihenasyon sa mga oras ng kakulangan sa enerhiya.

Sa mga tuntunin ng regulasyon ng carmeylasease ng enzyme acetyl-CoA, na kumakatawan sa paglilimita ng hakbang ng buong daanan, ito ay hinarang ng palmitoyl-CoA, ang pangunahing produkto ng synthesis.

Ang allosteric activator nito, sa kabilang banda, ay citrate, na nagdidirekta sa metabolismo mula sa oksihenasyon sa synthesis para sa imbakan.

Kapag ang mitochondrial acetyl-CoA at ATP ay nagdaragdag, ang citrate ay dinadala sa cytosol, kung saan ito ay parehong isang paunang-panahon para sa cytosolic acetyl-CoA synthesis at isang allosteric activation signal para sa acetyl-CoA carboxylase.

Ang enzyme na ito ay maaari ding mai-regulate ng phosphorylation, isang kaganapan na na-trigger ng hormonal na pagkilos ng glucagon at epinephrine.

Mga Sanggunian

1. McGenity, T., Van Der Meer, JR, & de Lorenzo, V. (2010). Handbook ng hydrocarbon at lipid microbiology (p. 4716). KN Timmis (Ed.). Berlin: Springer.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Isinalarawan ang biochemistry ni Harper. Mcgraw-burol.
3. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Mga prinsipyo ng Lehninger ng biochemistry (pp. 71-85). New York: WH Freeman.
4. Numa, S. (1984). Ang fatty metabolism acid at ang regulasyon nito. Elsevier.
5. Rawn, JD (1989). Edisyon ng Biochemistry-International. Hilagang Carolina: Neil Patterson Publisher, 5.