SINTESIS NG MGA LIPID: URI AT ANG KANILANG PANGUNAHING MEKANISMO - BIOLOGY - 2026

Ang synthesis ng mga lipid ay binubuo ng isang serye ng mga reaksyon ng enzymatic sa pamamagitan ng kung saan ang mga short-chain hydrocarbons condense upang makabuo ng mga mas mahabang chain chain na maaaring pagkatapos ay sumailalim sa iba't ibang mga pagbabago sa kemikal.

Ang mga lipid ay isang klase ng mataas na iba-ibang mga biomolecules na synthesized ng lahat ng mga buhay na selula at kung saan ay dalubhasa sa maraming mga function na mahalaga para sa pagpapanatili ng cellular life.

Ang ilang mga halimbawa ng mga karaniwang lipid: glycerophospholipids, sterols, glycerolipids, fatty acid, sphingolipids at prenols (Pinagmulan: Ang orihinal na uploader ay Lmaps sa English Wikipedia. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/ fdl-1.2.html) sa pamamagitan ng Commons, inangkop ni Raquel Parada)

Ang mga lipid ang pangunahing sangkap ng biological membranes, isang katotohanan na gumagawa ng mga pangunahing mga molekula para sa pagkakaroon ng mga selula bilang mga nilalang na nakahiwalay sa kanilang kapaligiran.

Ang ilang mga lipid ay mayroon ding dalubhasang pag-andar tulad ng mga pigment, cofactors, transporter, detergents, hormones, intra- at extracellular messenger, covalent anchor para sa mga lamad na protina, atbp. Samakatuwid, ang kakayahang synthesize ang iba't ibang uri ng lipids ay kritikal para sa kaligtasan ng lahat ng mga nabubuhay na organismo.

Ang malaking pangkat ng mga tambalang ito ay ayon sa kaugalian na naiuri sa ilang mga kategorya o subgroup: mga fatty acid (saturated at unsaturated), glycerides (phosphoglycerides at neutral glycerides), non-glyceride lipids (sphingolipids (sphingomyelins at glycolipids), steroid at waxes), at kumplikadong mga lipid (lipoproteins).

Mga uri ng lipid at ang kanilang pangunahing mekanismo ng synthesis

Ang lahat ng mga pagkakasunud-sunod ng reaksyon ng mga landas ng lipid biosynthesis ay endergonic at reduktibo. Sa madaling salita, lahat sila ay gumagamit ng ATP bilang isang mapagkukunan ng enerhiya at isang pinababang carrier ng elektron, tulad ng NADPH, bilang isang pagbawas ng lakas.

Susunod, ang pangunahing mga reaksyon ng mga biosynthetic na landas ng pangunahing uri ng lipids ay ilalarawan, iyon ay, ng mga fatty acid at eicosanoids, ng triacylglycerols at phospholipids at ng mga sterol (kolesterol).

- Sintesis ng mga fatty acid

Ang mga fatty acid ay napakahalagang molekula mula sa isang lipid point of view, dahil ang mga ito ay bahagi ng pinaka may-katuturang lipid sa mga cell. Ang synthesis nito, salungat sa naisip ng maraming siyentipiko sa mga unang pag-aaral sa bagay na ito, ay hindi binubuo ng reverse ruta ng β-oksihenasyon nito.

Sa katunayan, ang metabolic pathway na ito ay nangyayari sa iba't ibang mga compartment ng cell at hinihiling ang pakikilahok ng isang three-carbon intermediate na kilala bilang malonyl-CoA, na hindi kinakailangan para sa oksihenasyon.

Malonyl-CoA. NEUROtiker / Pampublikong domain

Bilang karagdagan, ito ay malapit na nauugnay sa mga grupo ng mga sulfhydryl ng mga protina na kilala bilang mga protina ng acyl carrier (ACP, mula sa English Acyl Carrier Proteins).

Sa pangkalahatang mga linya, ang synthesis ng mga fatty acid, lalo na sa mahabang chain, ay isang sunud-sunod na proseso kung saan ang apat na mga hakbang ay paulit-ulit sa bawat "pagliko", at sa bawat pagliko ng isang puspos na grupo ng acyl ay ginawa na ang substrate para sa susunod , na nagsasangkot ng isa pang kondensasyon na may bagong molonyl-CoA na molekula.

Sa bawat pagliko o pag-ikot ng reaksyon, ang chain ng fatty acid ay umaabot ng dalawang carbons, hanggang sa umabot sa haba ng 16 atoms (palmitate), pagkatapos nito ay umalis sa pag-ikot.

Malonyl-CoA pagbuo

Ang intermediate na ito ng tatlong carbon atom ay hindi mababago na nabuo mula sa acetyl-CoA salamat sa pagkilos ng isang enzyme acetyl-CoA carboxylase, na mayroong isang prostetikong pangkat ng biotin na covalently ay nakatali sa enzyme at na nakikilahok sa catalysis na ito sa Dalawang hakbang.

Sa reaksyon na ito, ang isang grupo ng carboxyl na nagmula sa isang molekulang bicarbonate (HCO3-) ay inilipat sa biotin sa isang paraan na umaasa sa ATP, kung saan ang pangkat ng biotinyl ay kumikilos bilang isang "pansamantalang transporter" ng molekula habang inililipat ito sa acetyl-Coa. , paggawa ng malonyl-CoA.

Sa pagkakasunud-sunod ng fatty acid synthesis, ang pagbabawas ng ahente na ginamit ay NADPH at ang mga aktibong grupo ay dalawang grupo ng thiol (-SH) na bahagi ng isang multi-enzyme complex na tinatawag na fatty acid synthase, na pinakamahalaga sa catalysis gawa ng tao.

Sa vertebrates, ang fatty acid synthase complex ay bahagi ng isang solong malaking polypeptide chain, kung saan ang 7 na katangian na mga aktibidad na enzymatic ng ruta ng synthesis ay kinakatawan, pati na rin ang aktibidad ng hydrolytic na kinakailangan upang palayain ang mga intermediates sa pagtatapos ng pagbubuo.

Istraktura ng fatty acid synthase enzyme (Pinagmulan: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang 7 na aktibidad ng enzymatic ng komplikadong ito ay: protina ng transportasyon ng acyl group (ACP), acetyl-CoA-ACP transacetylase (AT), β-ketoacyl-ACP synthase (KS), malonyl-CoA-ACP transferase (MT), β- ketoacyl-ACP reductase (KR), β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD), at enoyl-ACP reductase (ER).

Bago maganap ang mga reaksyon ng paghalay sa pagtitipon ng chain ng fatty acid, ang dalawang pangkat ng thiol sa complex ng enzyme ay "sisingilin" sa mga grupo ng acyl: una, isang acetyl-CoA ay inilipat sa pangkat -SH ng isang Ang cysteine ​​sa β-ketoacyl-ACP synthase bahagi ng kumplikado, isang reaksyon na na-catalyzed ng enzyme acetyl-CoA-ACP transacetylase (AT).

Kasunod nito, ang isang grupo ng malonyl ay inilipat mula sa isang molonyl-CoA molekula sa -SH grupo ng acyl group transporter part (ACP) ng enzyme complex, isang reaksyon na napalaki ng isang malonyl-CoA-ACP transferase (MT) enzyme, na kung saan din Ito ay bahagi ng kumplikadong fatty acid synthase.

Ang pagkakasunud-sunod ng apat na reaksyon para sa bawat "pagliko" ng reaksyon ng reaksyon ay ang mga sumusunod:

1. Kondensasyon: Ang "sisingilin" na mga acetyl at malonyl na grupo sa enzyme condense upang makabuo ng isang molekulang acetoacetyl-ACP, na nakakabit sa ACP moiety sa pamamagitan ng isang -SH group. Sa hakbang na ito, ang isang molekula ng CO2 ay ginawa at naparalisa ng β-ketoacyl-ACP synthase (ang pangkat ng acetyl ay sinakop ang "terminal methyl" na posisyon ng acetoacetyl-ACP complex).
2. Ang pagbawas ng pangkat na carbonyl: ang pangkat na carbonyl sa posisyon ng C3 ng acetoacetyl-ACP ay nabawasan upang mabuo ang D-β-hydroxybutyryl-ACP, isang reaksyon na napalaki ng β-ketoacyl-ACP reductase, na gumagamit ng NADPH bilang isang donor ng elektron.
3. Pag-aalis ng tubig: ang C2 at C3 na mga carbons ng D-β-hydroxybutyryl-ACP ay walang mga molekula ng tubig, na bumubuo ng isang dobleng bono na nagtatapos sa paggawa ng bagong compound trans -∆2-butenoyl-ACP. Ang prosesong ito ay pinagsama ng isang β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD) enzyme.
4. Dobleng pagbawas ng bono: ang dobleng bono ng tambalang nabuo sa hakbang sa pag-aalis ng tubig ay puspos (nabawasan) upang mabigyan ang butyryl-ACP sa pamamagitan ng reaksyon na naparalisa ng enziml-ACP reductase (ER), na gumagamit din ng NADPH bilang isang pagbabawas ng ahente .

Ang mga reaksyon ng sintesis ay naganap hanggang sa isang molekula ng palmitate (16 carbon atoms) ay nabuo, na kung saan ay hydrolyzed mula sa kumplikadong enzyme at pinakawalan bilang isang posibleng paunang hakbang para sa mga fatty acid na may mas mahabang chain, na ginawa ng mga elongation system. ng mga fatty acid na matatagpuan sa makinis na bahagi ng endoplasmic reticulum at sa mitochondria.

Ang iba pang mga pagbabago na maaaring sumailalim sa mga molekula na ito, tulad ng mga desaturation, halimbawa, ay na-catalyzed ng iba't ibang mga enzyme, na sa pangkalahatan ay nangyayari sa makinis na endoplasmic reticulum.

- Sintesis ng eicosanoids

Ang mga Eicosanoids ay mga cellular lipid na gumaganap bilang mga "short-range" na mga molekula ng messenger, na ginawa ng ilang mga tisyu upang makipag-usap sa mga cell sa kanilang mga kalapit na tisyu. Ang mga molekulang ito ay synthesized mula sa polyunsaturated fatty acid ng 20 carbon atoms.

Prostaglandins

Bilang tugon sa pagpapasigla ng hormonal, ang phospholipase ng enzyme ay umaatake sa lamad ng phospholipids at pinakawalan ang arachidonate mula sa 2-carbon gliserol. Ang tambalang ito ay na-convert sa mga prostaglandin salamat sa isang enzyme ng makinis na endoplasmic reticulum na may aktibidad na bifunctional: cyclooxygenase (COX) o prostaglandin H2 synthase.

Mga thromboxanes

Ang mga Prostaglandins ay maaaring ma-convert sa thromboxanes salamat sa thromboxane synthase na naroroon sa mga platelet ng dugo (thrombocytes). Ang mga molekulang ito ay nakikilahok sa paunang mga hakbang ng pamumuno ng dugo.

- Synthesis ng triacylglycerol

Ang mga fatty acid ay mga mahahalagang molekula para sa synthesis ng iba pang mga mas kumplikadong compound sa mga cell, tulad ng triacylglycerols o membrane lipids glycerophospholipids (mga proseso na nakasalalay sa mga pangangailangan ng cellular metabolic).

Ang mga hayop ay gumagawa ng triacylglycerol at glycerophospholipids mula sa dalawang karaniwang mga precursors: mataba acyl-CoA at L-glycerol 3-phosphate. Ang mataba acyl-CoA ay ginawa ng synthetases ng acyl-CoA na nakikilahok sa β-oksihenasyon, habang ang L-glycerol 3-phosphate ay nakuha mula sa glycolysis at sa pagkilos ng dalawang alternatibong enzyme: glycerol 3-phosphate dehydrogenase at gliserol kinase.

Ang mga Triacylglycerol ay nabuo sa pamamagitan ng reaksyon sa pagitan ng dalawang molekula ng mataba acyl-CoA at isang molekula ng diacylglycerol 3-phosphate; Ang mga reaksyon ng paglilipat na ito ay catalyzed ng mga tukoy na paglilipat ng acyl.

Sa reaksyong ito, ang phosphatidic acid ay una na ginawa, na kung saan ay dephosphorylated ng isang enzyme na phosphatidic acid phosphatase upang makabuo ng 1,2-diacylglycerol, na kung saan ay muling may kakayahang tumanggap ng isang ikatlong molekula ng mataba na acyl-CoA, na gumagawa ng triacylglycerol.

- synthesis ng Phospholipid

Ang Phospholipids ay lubos na nagbabago ng mga molekula, dahil maraming iba't ibang mga maaaring nabuo sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga fatty acid at iba't ibang mga grupo ng "ulo" kasama ang glycerol (glycerophospholipids) o sphingosine (sphingolipids) skeleton na nagpapakilala sa kanila.

Ang pangkalahatang pagpupulong ng mga molekulang ito ay nangangailangan ng synthesis ng glycerol o sphingosine backbone, ang unyon sa kaukulang mga fatty acid, alinman sa esterification o amidation, ang pagdaragdag ng isang pangkat na "head" ng hydrophilic "sa pamamagitan ng isang bond na phosphodiester at,. kung kinakailangan, ang pagbabago o pagpapalit ng mga huling pangkat.

Sa eukaryotes ang prosesong ito ay nangyayari sa makinis na endoplasmic reticulum at din sa panloob na mitochondrial membrane, kung saan maaari silang manatiling walang hanggan o mula sa kung saan maaari silang isalin sa ibang mga lugar.

Mga hakbang sa reaksyon

Ang mga unang hakbang ng reaksyon ng glycerophospholipid synthesis ay katumbas ng sa paggawa ng triacylglycerol, dahil ang isang molekula ng gliserol 3-phosphate ay tinukoy sa dalawang mga fatty acid na molekula sa mga carbon 1 at 2, na bumubuo ng phosphatidic acid. Karaniwan ang maghanap ng mga phospholipid na may mga fatty acid na puspos sa C1 at hindi puspos sa C2 ng gliserol.

Maaari ring magawa ang Phosphatidic acid sa pamamagitan ng phosphorylation ng isang na na-synthesize o "recycled" na diacylglycerol na molekula.

Ang mga polar "head" na grupo ng mga molekulang ito ay nabuo sa pamamagitan ng mga bono ng phosphodiester. Ang unang bagay na dapat mangyari para sa prosesong ito na maganap nang tama ay ang "activation" ng isa sa mga pangkat ng hydroxyl na nakikilahok sa proseso sa pamamagitan ng pag-iikot sa isang nucleotide tulad ng cytidine diphosphate (CDP), na kung saan ay nucleophilically displaced ng ibang grupo. hydroxyl na nakikilahok sa reaksyon.

Kung ang molekulang ito ay nagbubuklod sa diacylglycerol, pagkatapos ay ang CDP-diacylglycerol (ang "activated" form ng phosphatidic acid) ay nabuo, ngunit maaari rin itong maganap sa hydroxyl group ng "head" na pangkat.

Sa kaso ng phosphatidylserine, halimbawa, ang diacylglycerol ay isinaaktibo sa pamamagitan ng kondensasyon ng molekula ng phosphatidic acid na may isang molekulang cytidine triphosphate (CTP), na bumubuo ng CDP-diacylglycerol at pag-alis ng isang pyrophosphate.

Kung ang isang molekula ng CMP (cytidine monophosphate) ay inilipat ng isang pag-atake ng nucleophilic ng hydroxyl ng serine o ng hydroxyl sa 1-carbon ng gliserol 3-phosphate, ang phosphatidylserine o phosphatidylglycerol 3-pospeyt ay maaaring pakawalan, mula kung saan maaaring mapalabas ang pospeyt na monoester at gumawa ng phosphatidylglycerol.

Ang parehong mga molekula na ginawa sa paraang ito ay nagsisilbing mga paunang-una para sa iba pang mga lamad ng lamad, na kadalasang nagbabahagi ng mga biosynthetic na mga landas sa bawat isa.

- Sintesis ng kolesterol

Ang kolesterol ay isang mahalagang molekula para sa mga hayop na maaaring synthesized ng kanilang mga cell, kaya hindi ito kinakailangan sa pang-araw-araw na diyeta. Ang molekula na ito ng 27 carbon atoms ay ginawa mula sa isang paunang-una: acetate.

Ang kumplikadong molekula na ito ay nabuo mula sa acetyl-CoA sa apat na pangunahing yugto:

1. Ang kondensasyon ng tatlong yunit ng asetato upang mabuo ang mevalonate, isang 6-carbon intermediate Molekyul (una isang molekula ng acetoacetyl-CoA ay nabuo na may dalawang acetyl-CoA (thiolase enzyme) at pagkatapos ay isa pang β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA ( Ang HMG-CoA) (HMG-CoA synthetase enzyme) Ang Mevalonate ay nabuo mula sa HMG-CoA at salamat sa enzyme na HMG-CoA reductase.
2. Pagbabago ng mevalonate sa mga yunit ng isoprene. Ang unang 3 grupo ng pospeyt ay inilipat mula sa 3 mga molekula ng ATP sa mevalonate. Ang isa sa mga pospeyt ay nawala kasama ang katabing pangkat na carbonyl at ang ∆3-isopentenyl pyrophosphate ay nabuo, na isomerized upang makagawa ng dimethylallyl pyrophosphate
3. Ang polimeralisasyon o kondensasyon ng 6 C 5 yunit ng isoprene upang mabuo ang C 30 squalene (isang linear molekula).
4. Ang pag-ikot ng squalene upang mabuo ang 4 na singsing ng nucleus ng kolesterol at kasunod na mga pagbabago sa kemikal: oksihenasyon, paglilipat at pag-aalis ng mga grupo ng methyl, atbp, na nagbubunga ng kolesterol.

Mga Sanggunian

1. Garrett, RH, & Grisham, CM (2001). Mga prinsipyo ng biochemistry: na may isang pokus ng tao. Brooks / Cole Publishing Company.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Isinalarawan ang biochemistry ni Harper. Mcgraw-Hill.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Mga prinsipyo ng Lehninger ng biochemistry. Macmillan.
4. Jacquemyn, J., Cascalho, A., & Goodchild, RE (2017). Ang ins at labas ng endoplasmic reticulum - kinokontrol na lipid biosynthesis. Ang mga ulat ng EMBO, 18 (11), 1905-1921.
5. Ohlrogge, J., & Mag-browse, J. (1995). Lipos biosynthesis. Ang Plant Cell, 7 (7), 957.