Mechanizm syntezy wyższych kwasów tłuszczowych. Synteza kwasu palmitynowego. Grupy aktywne syntazy kwasów tłuszczowych

Substratem do syntezy LKT jest acetylo-CoA, jednakże podczas syntezy kwasów tłuszczowych (FA) w każdym cyklu elongacji wykorzystywany jest nie sam acetylo-CoA, lecz jego pochodna, malonylo-CoA.

Reakcja ta jest katalizowana przez enzym karboksylazę acetylo-CoA, kluczowy enzym w wieloenzymatycznym układzie syntezy FA. Aktywność enzymu jest regulowana przez ujemne sprzężenie zwrotne. Inhibitor jest produktem syntezy: długołańcuchowy acylo-CoA (n=16) - palmitoilo-CoA. Aktywatorem jest cytrynian. Część niebiałkowa tego enzymu obejmuje witaminę H (biotynę).

Następnie podczas syntezy kwasów tłuszczowych cząsteczka acylo-CoA ulega stopniowemu wydłużaniu o 2 atomy węgla na każdym etapie ze względu na malonylo-CoA, który w tym procesie wydłużania traci CO2.

Po utworzeniu malonylo-CoA główne reakcje syntezy kwasów tłuszczowych są katalizowane przez jeden enzym - syntetazę kwasów tłuszczowych (związany na błonach retikulum endoplazmatycznego). Syntetaza kwasów tłuszczowych zawiera 7 miejsc aktywnych i ACP (białko przenoszące acyl). Miejsce wiązania malonylo-CoA zawiera składnik niebiałkowy – witaminę B3 (kwas pantotenowy). Sekwencję jednego cyklu reakcji syntezy VLC przedstawiono na ryc. 45.

Ryc.45. Reakcje syntezy wyższych kwasów tłuszczowych

Po zakończeniu cyklu acylo-ACP wchodzi w kolejny cykl syntezy. Do wolnej grupy SH białka przenoszącego acyl dodaje się nową cząsteczkę malonylo-CoA. Następnie eliminuje się resztę acylową, przenosi się ją do reszty malonylowej (z jednoczesną dekarboksylacją) i cykl reakcji powtarza się.

W ten sposób łańcuch węglowodorowy przyszłego kwasu tłuszczowego stopniowo rośnie (dla każdego cyklu - o dwa atomy węgla). Dzieje się tak do momentu wydłużenia się do 16 atomów węgla (w przypadku syntezy kwasu palmitynowego) lub więcej (synteza innych kwasów tłuszczowych). Następnie zachodzi tioliza i powstaje aktywna postać kwasu tłuszczowego, acylo-CoA.

Do normalnego przebiegu syntezy wyższych kwasów tłuszczowych niezbędne są następujące warunki:

1) Spożycie węglowodanów, których utlenianie wytwarza niezbędne substraty i NADPH 2.

2) Wysoki ładunek energetyczny komórki – wysoka zawartość ATP, która zapewnia uwalnianie cytrynianu z mitochondriów do cytoplazmy.

Charakterystyka porównawcza b-oksydacji i syntezy wyższych kwasów tłuszczowych:

1 . b-oksydacja zachodzi w mitochondriach, a synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytoplazmie na błonach retikulum endoplazmatycznego. Jednakże acetylo-CoA powstający w mitochondriach nie może samodzielnie przechodzić przez błony. Istnieją zatem mechanizmy transportu acetylo-CoA z mitochondriów do cytoplazmy przy udziale enzymów cyklu Krebsa (ryc. 46).

Ryc.46. Mechanizm transportu acetylo-CoA z mitochondriów do cytoplazmy.

Kluczowymi enzymami cyklu TCA są syntaza cytrynianowa i dehydrogenaza izocytrynianowa. Głównymi allosterycznymi regulatorami tych enzymów są ATP i ADP. Jeśli w komórce jest dużo ATP, wówczas ATP działa jako inhibitor tych kluczowych enzymów. Jednakże dehydrogenaza izocytrynianowa jest hamowana przez ATP bardziej niż syntetaza cytrynianowa. Prowadzi to do akumulacji cytrynianu i izocytrynianu w macierzy mitochondrialnej. Po nagromadzeniu cytrynian opuszcza mitochondria do cytoplazmy. Cytoplazma zawiera enzym liazę cytrynianową. Enzym ten rozkłada cytrynian na PAA i acetylo-CoA.

Zatem warunkiem uwolnienia acetylo-CoA z mitochondriów do cytoplazmy jest dobre zaopatrzenie komórki w ATP. Jeśli w komórce jest mało ATP, acetylo-CoA rozkłada się na CO2 i H2O.

2 . Podczas b-oksydacji produkty pośrednie są kojarzone z HS-CoA, a podczas syntezy kwasów tłuszczowych produkty pośrednie są wiązane ze specjalnym białkiem przenoszącym acyl (ACP). To złożone białko. Jego część niebiałkowa ma podobną strukturę do CoA i składa się z tioetyloaminy, kwasu pantotenowego (witaminy B 3) i fosforanu.

3 . W b-utlenianiu jako środek utleniający stosuje się NAD i FAD. Do syntezy kwasów tłuszczowych niezbędny jest czynnik redukujący – NADP*H2.

W komórce występują 2 główne źródła NADP*H2 do syntezy kwasów tłuszczowych:

a) szlak pentozofosforanowy rozkładu węglowodanów;

Synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytoplazmie komórki. Mitochondria obejmują głównie wydłużanie istniejących łańcuchów kwasów tłuszczowych. Ustalono, że kwas palmitynowy (16 atomów węgla) syntetyzowany jest w cytoplazmie komórek wątroby, a w mitochondriach tych komórek z kwasu palmitynowego już zsyntetyzowanego w cytoplazmie komórki lub z kwasów tłuszczowych pochodzenia egzogennego, tj. pochodzące z jelit powstają kwasy tłuszczowe zawierające 18, 20 i 22 atomów węgla.

Pierwszą reakcją biosyntezy kwasów tłuszczowych jest karboksylacja acetylo-CoA, która wymaga jonów wodorowęglanu, ATP i manganu. Reakcja ta jest katalizowana przez enzym karboksylazę acetylo-CoA. Enzym zawiera biotynę jako grupę prostetyczną. Awidyna, inhibitor biotyny, hamuje tę reakcję, jak również ogólnie syntezę kwasów tłuszczowych.

Ustalono, że karboksylaza acetylo-CoA składa się ze zmiennej liczby identycznych podjednostek, z których każda zawiera biotynę, karboksylazę biotyny, białko przenoszące karboksybiotynę, transkarboksylazę, a także regulatorowe centrum allosteryczne, tj. jest kompleksem wieloenzymowym.

Reakcja przebiega dwuetapowo: I – karboksylacja biotyny z udziałem ATP oraz II – przeniesienie grupy karboksylowej do acetylo-CoA, w wyniku czego powstaje malonylo-CoA:

Kompleks wieloenzymowy zwany syntetazą kwasów tłuszczowych (FAS) składa się z 6 enzymów związanych z tzw. białkiem przenoszącym acyl (ACP). Białko to pełni rolę CoA w układzie syntetazy.Oto sekwencja reakcji zachodzących podczas syntezy kwasów tłuszczowych:

Tworzenie butyrylo-ACP kończy się tylko pierwszym z 7 cykli, w każdym z których początek stanowi dodanie cząsteczki malonylo-ACP do końca karboksylowego rosnącego łańcucha kwasu tłuszczowego. W tym przypadku dalsza grupa karboksylowa malonylo-ACP jest odszczepiana w postaci CO2. Na przykład butyrylo-ACP powstały w pierwszym cyklu oddziałuje z malonylo-ACP:

Synteza kwasów tłuszczowych kończy się poprzez odszczepienie HS-ACP od acylo-ACP pod wpływem enzymu deacylazy. Na przykład:

Ogólne równanie syntezy kwasu palmitynowego można zapisać w następujący sposób:

Tworzenie nienasyconych kwasów tłuszczowych. Wydłużanie kwasów tłuszczowych.

palmitynowy i oleinowy – syntetyzowane z kwasów palmitynowego i stearynowego.

Wraz z desaturacją kwasów tłuszczowych (tworzeniem wiązań podwójnych) w mikrosomach zachodzi także ich wydłużanie (elongacja), przy czym oba te procesy można łączyć i powtarzać. Wydłużanie łańcucha kwasu tłuszczowego następuje poprzez sekwencyjne dodawanie fragmentów dwuwęglowych do odpowiedniego acylo-CoA z udziałem malonylo-CoA i NADPH. Układ enzymatyczny katalizujący wydłużanie kwasów tłuszczowych nazywa się elongazą. Schemat przedstawia ścieżki konwersji kwasu palmitynowego w reakcjach desaturacji i wydłużania.

Regulacja syntezy FA:

asocjacja/dysocjacja kompleksów podjednostek enzymu karboksylazy Ac-CoA. Aktywator – cytrynian; inhibitor – palmitoilo-CoA.

fosforylacja/de=//=. Fosforylowane f. nieaktywne (glukagon i adrenalina). Insulina powoduje defosforylację – staje się aktywna.

indukcja syntezy enzymów. Nadmierne spożycie wody – przyspieszenie przemiany produktów katabolicznych w tłuszcze; post lub dieta bogata w tłuszcze prowadzi do zmniejszenia syntezy enzymów i tłuszczów.

Synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytoplazmie komórki. Mitochondria obejmują głównie wydłużanie istniejących łańcuchów kwasów tłuszczowych. Ustalono, że kwas palmitynowy (16 atomów węgla) syntetyzowany jest w cytoplazmie komórek wątroby, a w mitochondriach tych komórek z kwasu palmitynowego już zsyntetyzowanego w cytoplazmie komórki lub z kwasów tłuszczowych pochodzenia egzogennego, tj. pochodzące z jelit powstają kwasy tłuszczowe zawierające 18, 20 i 22 atomów węgla. Pierwszą reakcją biosyntezy kwasów tłuszczowych jest karboksylacja acetylo-CoA, która wymaga jonów wodorowęglanu, ATP i manganu. Reakcja ta jest katalizowana przez enzym karboksylazę acetylo-CoA. Enzym zawiera biotynę jako grupę prostetyczną. Reakcja przebiega dwuetapowo: I – karboksylacja biotyny z udziałem ATP oraz II – przeniesienie grupy karboksylowej do acetylo-CoA, w wyniku czego powstaje malonylo-CoA. Malonylo-CoA jest pierwszym specyficznym produktem biosyntezy kwasów tłuszczowych. W obecności odpowiedniego układu enzymatycznego malonylo-CoA ulega szybkiemu przekształceniu w kwasy tłuszczowe. Kolejność reakcji zachodzących podczas syntezy kwasów tłuszczowych:

Następnie cykl reakcji się powtarza. W porównaniu z β-oksydacją biosynteza kwasów tłuszczowych ma wiele charakterystycznych cech: synteza kwasów tłuszczowych odbywa się głównie w cytozolu komórki, a utlenianie w mitochondriach; udział w procesie biosyntezy kwasów tłuszczowych malonylo-CoA, który powstaje w wyniku wiązania CO2 (w obecności enzymu biotyny i ATP) z acetylo-CoA; białko przenoszące acyl (HS-ACP) bierze udział we wszystkich etapach syntezy kwasów tłuszczowych; podczas biosyntezy powstaje D(–)-izomer 3-hydroksykwasu, a nie L(+)-izomer, jak ma to miejsce w przypadku β-oksydacji kwasów tłuszczowych; niezbędny do syntezy kwasów tłuszczowych, koenzymu NADPH.

50. Cholesterol - cholesterol jest związkiem organicznym, naturalnym alkoholem tłuszczowym (lipofilowym) zawartym w błonach komórkowych wszystkich organizmów zwierzęcych z wyjątkiem niejądrowych (prokariotów). Nierozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w tłuszczach i rozpuszczalnikach organicznych. Rola biologiczna. Cholesterol w składzie błony komórkowej komórki pełni rolę modyfikatora dwuwarstwowego, nadając jej pewną sztywność poprzez zwiększenie gęstości „upakowania” cząsteczek fosfolipidów. Zatem cholesterol jest stabilizatorem płynności błony komórkowej. Cholesterol otwiera łańcuch biosyntezy steroidowych hormonów płciowych i kortykosteroidów, stanowi podstawę do tworzenia kwasów żółciowych i witaminy D, uczestniczy w regulacji przepuszczalności komórek i chroni czerwone krwinki przed działaniem trucizn hemolitycznych. Wymiana cholesterolu. Wolny cholesterol ulega utlenianiu w wątrobie i narządach syntetyzujących hormony steroidowe (nadnercza, jądra, jajniki, łożysko). Jest to jedyny proces nieodwracalnego usuwania cholesterolu z błon i kompleksów lipoproteinowych. Każdego dnia 2-4% cholesterolu zużywa się na syntezę hormonów steroidowych. W hepatocytach 60-80% cholesterolu ulega utlenieniu do kwasów żółciowych, które jako część żółci są uwalniane do światła jelita cienkiego i biorą udział w trawieniu (emulgowaniu tłuszczów). Wraz z kwasami żółciowymi do jelita cienkiego uwalniana jest niewielka ilość wolnego cholesterolu, który częściowo jest usuwany z kałem, a pozostała część rozpuszcza się i wraz z kwasami żółciowymi i fosfolipidami zostaje wchłonięta przez ściany jelita cienkiego. Kwasy żółciowe zapewniają rozkład tłuszczów na ich części składowe (emulgowanie tłuszczów). Po spełnieniu tej funkcji 70-80% pozostałych kwasów żółciowych ulega wchłonięciu w końcowej części jelita cienkiego (jelicie krętym) i przedostaje się układem żył wrotnych do wątroby. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że kwasy żółciowe pełnią jeszcze inną funkcję: są najważniejszym stymulatorem utrzymania prawidłowego funkcjonowania (ruchliwości) jelit. W wątrobie rozpoczyna się synteza niecałkowicie uformowanych (powstających) lipoprotein o dużej gęstości. Wreszcie HDL powstaje we krwi ze specjalnych białek (apoprotein) chylomikronów, VLDL i cholesterolu pochodzących z tkanek, w tym ze ściany tętnicy. Mówiąc prościej, cykl cholesterolowy można wyjaśnić w następujący sposób: cholesterol zawarty w lipoproteinach przenosi tłuszcz z wątroby do różnych części ciała, wykorzystując naczynia krwionośne jako system transportu. Po dostarczeniu tłuszczu cholesterol wraca do wątroby i ponownie powtarza swoją pracę. Pierwotne kwasy żółciowe. (cholowy i chenodeoksycholowy) są syntetyzowane w hepatocytach wątroby z cholesterolu. Wtórny: kwas dezoksycholowy (początkowo syntetyzowany w okrężnicy). Kwasy żółciowe powstają w mitochondriach hepatocytów i poza nimi z cholesterolu przy udziale ATP. Hydroksylacja podczas tworzenia kwasów zachodzi w retikulum endoplazmatycznym hepatocytu. Podstawowa synteza kwasów żółciowych jest hamowana (hamowana) przez kwasy żółciowe obecne we krwi. Jeśli jednak wchłanianie kwasów żółciowych do krwi jest niewystarczające, np. z powodu ciężkiego uszkodzenia jelit, wówczas wątroba, zdolna do wyprodukowania nie więcej niż 5 g kwasów żółciowych dziennie, nie będzie w stanie uzupełnić ich ilości. kwasy żółciowe potrzebne organizmowi. Kwasy żółciowe są głównymi uczestnikami krążenia jelitowo-wątrobowego u ludzi. Wtórne kwasy żółciowe (deoksycholowy, litocholowy, ursodeoksycholowy, allocholowy i inne) powstają z pierwotnych kwasów żółciowych w okrężnicy pod wpływem mikroflory jelitowej. Ich liczba jest niewielka. Kwas dezoksycholowy wchłania się do krwi i jest wydzielany przez wątrobę jako część żółci. Kwas litocholowy wchłania się znacznie gorzej niż kwas dezoksycholowy.

• 
  W porównaniu z β-oksydacją biosynteza tłuszczowy kwasy ma wiele charakterystycznych cech: synteza tłuszczowy kwasy zachodzi głównie w cytozolu komórki i utlenianie...


• 
  Biosynteza triglicerydy (triacyloglicerole). Biosynteza tłuszczowy kwasy Tłuszcz można syntetyzować zarówno z produktów rozkładu tłuszczu, jak i z węglowodanów.


• 
  BIOSYNTEZA TRÓJGLICERYDY. Synteza trójglicerydów zachodzi z glicerolu i tłuszczowy kwasy(głównie stearynowy, pa.


• 
  Biosynteza tłuszczowy kwasy. Synteza tłuszczowy kwasy


• 
  Biosynteza tłuszczowy kwasy. Synteza tłuszczowy kwasy zachodzi w cytoplazmie komórki. Większość udli występuje w mitochondriach.

Tworzenie acetylo-CoA i jego transport do cytozolu

Synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w okresie wchłaniania. Aktywna glikoliza i późniejsza oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu przyczyniają się do wzrostu stężenia acetylo-CoA w macierzy mitochondrialnej. Ponieważ synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytozolu komórek, acetylo-CoA musi być transportowany przez wewnętrzną błonę mitochondrialną do cytozolu. Jednakże wewnętrzna błona mitochondriów jest nieprzepuszczalna dla acetylo-CoA, dlatego w matrix mitochondrialnej acetylo-CoA kondensuje ze szczawiooctanem, tworząc cytrynian z udziałem syntazy cytrynianowej:

Acetylo-CoA + szczawiooctan -> cytrynian + HS-CoA.

Translokaza transportuje następnie cytrynian do cytoplazmy (ryc. 8-35).

Przeniesienie cytrynianu do cytoplazmy następuje dopiero wtedy, gdy wzrasta ilość cytrynianu w mitochondriach, gdy dehydrogenaza izocytrynianowa i dehydrogenaza α-ketoglutaranowa są hamowane przez wysokie stężenia NADH i ATP. Sytuacja taka powstaje w okresie wchłaniania, kiedy komórka wątroby otrzymuje wystarczającą ilość źródeł energii. W cytoplazmie cytrynian jest rozkładany przez enzym liazę cytrynianową:

Cytrynian + HSKoA + ATP → Acetylo-CoA + ADP + Pi + Szczawiooctan.

Acetylo-CoA w cytoplazmie służy jako wyjściowy substrat do syntezy kwasów tłuszczowych, a szczawiooctan w cytozolu ulega następującym przemianom (patrz schemat poniżej).

Pirogronian jest transportowany z powrotem do matrix mitochondrialnej. NADPH, zredukowany w wyniku działania enzymu malik, służy jako donor wodoru w kolejnych reakcjach syntezy kwasów tłuszczowych. Innym źródłem NADPH są etapy utleniania szlaku pentozofosforanowego katabolizmu glukozy.

Tworzenie malonylo-CoA z acetylo-CoA - reakcja regulacyjna w biosyntezie kwasów tłuszczowych.

Pierwszą reakcją syntezy kwasów tłuszczowych jest konwersja acetylo-CoA do malonylo-CoA. Enzym katalizujący tę reakcję (karboksylaza acetylo-CoA) jest klasyfikowany jako ligaza. Zawiera kowalencyjnie związaną biotynę (Rysunek 8-36). W pierwszym etapie reakcji CO2 wiąże się kowalencyjnie z biotyną dzięki energii ATP, w drugim etapie COO zostaje przeniesiony do acetylo-CoA, tworząc malonylo-CoA. Aktywność enzymu karboksylazy acetylo-CoA determinuje szybkość wszystkich kolejnych reakcji syntezy kwasów tłuszczowych.

Reakcje katalizowane przez syntazę kwasów tłuszczowych- kompleks enzymatyczny katalizujący syntezę kwasu palmitynowego, opisano poniżej.

Po utworzeniu malonylo-CoA synteza kwasów tłuszczowych jest kontynuowana w kompleksie wieloenzymowym - syntazie kwasów tłuszczowych (syntetaza palmitoilowa). Enzym ten składa się z 2 identycznych protomerów, z których każdy ma strukturę domeny i odpowiednio 7 centrów o różnej aktywności katalitycznej (ryc. 8-37). Kompleks ten sekwencyjnie wydłuża rodnik kwasu tłuszczowego o 2 atomy węgla, którego donorem jest malonylo-CoA. Produktem końcowym tego kompleksu jest kwas palmitynowy, dlatego też dawna nazwa tego enzymu to syntetaza palmitoilowa.

Pierwszą reakcją jest przeniesienie grupy acetylowej acetylo-CoA do grupy tiolowej cysteiny przez centrum acetylotransacylazy (ryc. 8-38). Reszta malonylowa z malonylo-CoA jest następnie przenoszona do grupy sulfhydrylowej białka przenoszącego acyl przez miejsce transacylazy malonylowej. Następnie kompleks jest gotowy do pierwszego cyklu syntezy.

Grupa acetylowa kondensuje z resztą malonylową w miejscu oddzielonego CO2. Reakcja jest katalizowana przez centrum syntazy ketoacylowej. Powstały rodnik acetoacetylowy

Schemat

Ryż. 8-35. Przeniesienie reszt acetylowych z mitochondriów do cytozolu. Aktywne enzymy: 1 - syntaza cytrynianowa; 2 - translokaza; 3 - liaza cytrynianowa; 4 - dehydrogenaza jabłczanowa; 5 - enzym malik.

Ryż. 8-36. Rola biotyny w reakcji karboksylacji acetylo-CoA.

Ryż. 8-37. Struktura kompleksu wieloenzymowego - synteza kwasów tłuszczowych. Kompleks jest dimerem dwóch identycznych łańcuchów polipeptydowych, z których każdy ma 7 centrów aktywnych i białko przenoszące acyl (ATP). Grupy SH protomerów należą do różnych rodników. Jedna grupa SH należy do cysteiny, druga do reszty kwasu fosfopanteinowego. Grupa cysteiny SH jednego monomeru znajduje się obok grupy 4-fosfopantetenianu SH drugiego protomeru. W ten sposób protomery enzymów są ułożone głowa do ogona. Chociaż każdy monomer zawiera wszystkie miejsca katalityczne, kompleks 2 protomerów jest funkcjonalnie aktywny. Dlatego w rzeczywistości syntetyzowane są 2 kwasy tłuszczowe jednocześnie. Dla uproszczenia diagramy zwykle przedstawiają sekwencję reakcji podczas syntezy jednej cząsteczki kwasu.

jest kolejno redukowany przez reduktazę ketoacylową, następnie odwadniany i ponownie redukowany przez reduktazę enoilową, aktywne centra kompleksu. W pierwszym cyklu reakcji powstaje rodnik butyrylowy związany z podjednostką syntazy kwasów tłuszczowych.

Przed drugim cyklem rodnik butyrylowy zostaje przeniesiony z pozycji 2 do pozycji 1 (gdzie na początku pierwszego cyklu reakcji znajdował się acetyl). Reszta butyrylowa ulega następnie tym samym przekształceniom i jest wydłużana o 2 atomy węgla pochodzące z malonylo-CoA.

Podobne cykle reakcji powtarza się aż do powstania rodnika kwasu palmitynowego, który pod działaniem centrum tioesterazy hydrolitycznie oddziela się od kompleksu enzymatycznego, przekształcając się w wolny kwas palmitynowy (palmitynian, ryc. 8-38, 8-39) .

Ogólne równanie syntezy kwasu palmitynowego z acetylo-CoA i malonylo-CoA jest następujące:

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

Główne źródła wodoru do syntezy kwasów tłuszczowych

W każdym cyklu biosyntezy kwasu palmitynowego zachodzą 2 reakcje redukcji,

Ryż. 8-38. Synteza kwasu palmitynowego. Syntaza kwasów tłuszczowych: w pierwszym protomerze grupa SH należy do cysteiny, w drugim do fosfopantetyny. Po zakończeniu pierwszego cyklu rodnik butyrylowy zostaje przeniesiony do grupy SH pierwszego protomeru. Następnie powtarza się tę samą sekwencję reakcji, co w pierwszym cyklu. Palmitoilo-E jest resztą kwasu palmitynowego związaną z syntazą kwasów tłuszczowych. W zsyntetyzowanym kwasie tłuszczowym tylko 2 dalsze atomy węgla, oznaczone *, pochodzą z acetylo-CoA, reszta z malonylo-CoA.

Ryż. 8-39. Ogólny schemat reakcji syntezy kwasu palmitynowego.

donorem wodoru jest koenzym NADPH. Redukcja NADP+ zachodzi w reakcjach:

odwodornienie na etapach utleniania szlaku pentozofosforanowego katabolizmu glukozy;

odwodornienie jabłczanu za pomocą enzymu jabłkowego;

odwodornienie izocytrynianu przez cytozolową dehydrogenazę zależną od NADP.

2. Regulacja syntezy kwasów tłuszczowych

Enzymem regulatorowym syntezy kwasów tłuszczowych jest karboksylaza acetylo-CoA. Enzym ten jest regulowany na kilka sposobów.

Asocjacja/dysocjacja kompleksów podjednostek enzymów. W swojej nieaktywnej formie karboksylaza acetylo-CoA stanowi odrębny kompleks, z którego każdy składa się z 4 podjednostek. Aktywator enzymów – cytrynian; stymuluje wiązanie kompleksów, w wyniku czego zwiększa się aktywność enzymów. Inhibitor – palmitoilo-CoA; powoduje dysocjację kompleksu i spadek aktywności enzymu (ryc. 8-40).

Fosforylacja/defosforylacja karboksylazy acetylo-CoA. W stanie poabsorpcyjnym lub podczas aktywności fizycznej glukagon lub epinefryna aktywują kinazę białkową A poprzez układ cyklazy adenylanowej i stymulują fosforylację podjednostek karboksylazy acetylo-CoA. Fosforylowany enzym jest nieaktywny i synteza kwasów tłuszczowych zostaje zatrzymana. W okresie wchłaniania insulina aktywuje fosfatazę, a karboksylaza acetylo-CoA przechodzi w stan defosforylacji (ryc. 8-41). Następnie pod wpływem cytrynianu następuje polimeryzacja protomerów enzymu, który staje się aktywny. Oprócz aktywacji enzymu cytrynian pełni inną funkcję w syntezie kwasów tłuszczowych. W okresie wchłaniania cytrynian gromadzi się w mitochondriach komórek wątroby, gdzie reszta acetylowa transportowana jest do cytozolu.

Indukcja syntezy enzymów. Długotrwałe spożywanie pokarmów bogatych w węglowodany i ubogich w tłuszcze prowadzi do wzrostu wydzielania insuliny, co stymuluje indukcję syntezy enzymów: karboksylazy acetylo-CoA, syntazy kwasów tłuszczowych, liazy cytrynianowej,

Ryż. 8-40. Asocjacja/dysocjacja kompleksów karboksylazy acetylo-CoA.

Ryż. 8-41. Regulacja karboksylazy acetylo-CoA.

Ryż. 8-42. Wydłużenie kwasu palmitynowego w ER. Rodnik kwasu palmitynowego jest przedłużony o 2 atomy węgla, którego donorem jest malonylo-CoA.

dehydrogenaza izocytrynianowa. W konsekwencji nadmierne spożycie węglowodanów prowadzi do przyspieszenia przemiany produktów katabolizmu glukozy w tłuszcze. Post lub spożywanie pokarmów bogatych w tłuszcze prowadzi do zmniejszenia syntezy enzymów i odpowiednio tłuszczów.

3. Synteza kwasów tłuszczowych z kwasu palmitynowego

Wydłużanie kwasów tłuszczowych. W ER kwas palmitynowy ulega wydłużeniu przy udziale malonylo-CoA. Kolejność reakcji jest podobna do tej, która zachodzi podczas syntezy kwasu palmitynowego, jednak w tym przypadku kwasy tłuszczowe są kojarzone nie z syntazą kwasów tłuszczowych, ale z CoA. Enzymy biorące udział w wydłużaniu mogą wykorzystywać jako substraty nie tylko kwas palmitynowy, ale także inne kwasy tłuszczowe (ryc. 8-42), dlatego w organizmie można syntetyzować nie tylko kwas stearynowy, ale także kwasy tłuszczowe o dużej liczbie atomów węgla .

Głównym produktem wydłużania w wątrobie jest kwas stearynowy (C 18:0), ale w tkance mózgowej powstaje duża ilość kwasów tłuszczowych o dłuższym łańcuchu - od C 20 do C 24, które są niezbędne do tworzenia sfingolipidów i glikolipidy.

Synteza innych kwasów tłuszczowych, α-hydroksykwasów, zachodzi także w tkance nerwowej. Oksydazy o mieszanej funkcji hydroksylują kwasy C22 i C24, tworząc kwasy lignocerynowy i cerebronowy, występujące wyłącznie w lipidach mózgu.

Tworzenie wiązań podwójnych w rodnikach kwasów tłuszczowych. Włączenie wiązań podwójnych do rodników kwasów tłuszczowych nazywa się desaturacją. Głównymi kwasami tłuszczowymi powstającymi w organizmie człowieka w wyniku desaturacji (ryc. 8-43) są palmitynooleinowy (C16:1Δ9) i oleinowy (C18:1Δ9).

Tworzenie wiązań podwójnych w rodnikach kwasów tłuszczowych zachodzi w ER w reakcjach z udziałem tlenu cząsteczkowego, NADH i cytochromu b5. Enzymy desaturazy kwasów tłuszczowych występujące u ludzi nie mogą tworzyć podwójnych wiązań w rodnikach kwasów tłuszczowych odległych od dziewiątego atomu węgla, tj. między dziewiątym a

Ryż. 8-43. Tworzenie nienasyconych kwasów tłuszczowych.

atomy węgla metylowego. Dlatego kwasy tłuszczowe z rodziny ω-3 i ω-6 nie są syntetyzowane w organizmie, są niezbędne i muszą być dostarczane z pożywieniem, gdyż pełnią ważne funkcje regulacyjne.

Tworzenie wiązania podwójnego w rodniku kwasu tłuszczowego wymaga tlenu cząsteczkowego, NADH, cytochromu b 5 i reduktazy cytochromu b 5 zależnej od FAD. Atomy wodoru usunięte z nasyconego kwasu są uwalniane w postaci wody. Jeden atom tlenu cząsteczkowego wchodzi w skład cząsteczki wody, drugi również ulega redukcji do wody przy udziale elektronów NADH, które przenoszone są przez FADH 2 i cytochrom b 5.

Eikozanoidy to substancje biologicznie czynne syntetyzowane przez większość komórek z polienowych kwasów tłuszczowych zawierających 20 atomów węgla (słowo „eikoza” w języku greckim oznacza 20).

4. Stosunek grup polarnych i niepolarnych na powierzchni cząsteczek białka natywnego

5. Rozpuszczalność białek

1. Metody niszczenia tkanek i ekstrakcji białek

2. Metody oczyszczania białek

3. Oczyszczanie białek z zanieczyszczeń drobnocząsteczkowych

11. Labilność konformacyjna białek. Denaturacja, objawy i czynniki ją powodujące. Ochrona przed denaturacją poprzez wyspecjalizowane białka szoku cieplnego (chaperony).

12. Zasady klasyfikacji białek. Klasyfikacja ze względu na skład i funkcje biologiczne, przykłady przedstawicieli poszczególnych klas.

13. Immunoglobuliny, klasy immunoglobulin, cechy budowy i działania.

14. Enzymy, definicja. Cechy katalizy enzymatycznej. Specyfika działania enzymów, rodzaje. Klasyfikacja i nazewnictwo enzymów, przykłady.

1. Oksydoredukty

2.Transfery

V. Mechanizm działania enzymów

1. Tworzenie kompleksu enzym-substrat

3. Rola miejsca aktywnego w katalizie enzymatycznej

1. Kataliza kwasowo-zasadowa

2. Kataliza kowalencyjna

16. Kinetyka reakcji enzymatycznych. Zależność szybkości reakcji enzymatycznych od temperatury, pH środowiska, stężenia enzymu i substratu. Równanie Michaelisa-Mentena, Km.

17. Kofaktory enzymów: jony metali i ich rola w katalizie enzymatycznej. Koenzymy jako pochodne witamin. Funkcje koenzymów witamin B6, pp i B2 na przykładzie transaminaz i dehydrogenaz.

1. Rola metali w przyłączaniu substratu do miejsca aktywnego enzymu

2. Rola metali w stabilizacji trzeciorzędowej i czwartorzędowej struktury enzymu

3. Rola metali w katalizie enzymatycznej

4. Rola metali w regulacji aktywności enzymów

1. Mechanizm do ping-ponga

2. Mechanizm sekwencyjny

18. Hamowanie enzymów: odwracalne i nieodwracalne; konkurencyjne i niekonkurencyjne. Leki jako inhibitory enzymów.

1. Hamowanie konkurencyjne

2. Hamowanie niekonkurencyjne

1. Inhibitory specyficzne i niespecyficzne

2. Nieodwracalne inhibitory enzymów jako leki

20. Regulacja aktywności katalitycznej enzymów poprzez modyfikację kowalencyjną poprzez fosforylację i defosforylację.

21. Asocjacja i dysocjacja protomerów na przykładzie kinazy białkowej a oraz ograniczona proteoliza po aktywacji enzymów proteolitycznych jako sposoby regulacji aktywności katalitycznej enzymów.

22. Izoenzymy, ich pochodzenie, znaczenie biologiczne – podaj przykłady. Oznaczanie enzymów i widma izoenzymów osocza krwi dla celów diagnostyki chorób.

23. Enzymopatie są dziedziczne (fenyloketonuria) i nabyte (szkorbut). Zastosowanie enzymów w leczeniu chorób.

24. Ogólny schemat syntezy i rozkładu nukleotydów pirymidynowych. Rozporządzenie. Orotacyduria.

25. Ogólny schemat syntezy i rozkładu nukleotydów purynowych. Rozporządzenie. Dna.

27. Zasadami azotowymi wchodzącymi w skład kwasów nukleinowych są puryna i pirymidyna. Nukleotydy zawierające rybozę i dezoksyrybozę. Struktura. Nomenklatura.

28. Podstawowa struktura kwasów nukleinowych. DNA i RNA to podobieństwa i różnice w składzie, lokalizacji w komórce i funkcjach.

29. Struktura wtórna DNA (model Watsona i Cricka). Wiązania stabilizujące drugorzędową strukturę DNA. Komplementarność. Reguła Chargaffa. Biegunowość. Antyrównoległość.

30. Hybrydyzacja kwasów nukleinowych. Denaturacja i renatywacja DNA. Hybrydyzacja (DNA-DNA, DNA-RNA). Laboratoryjne metody diagnostyki oparte na hybrydyzacji kwasów nukleinowych.

32. Replikacja. Zasady replikacji DNA. Etapy replikacji. Inicjacja. Białka i enzymy biorące udział w tworzeniu widełek replikacyjnych.

33. Wydłużanie i zakończenie replikacji. Enzymy. Asymetryczna synteza DNA. Fragmenty Okazaki. Rola ligazy DNA w tworzeniu nici ciągłych i opóźnionych.

34. Uszkodzenia i naprawa DNA. Rodzaje uszkodzeń. Metody naprawy. Wady systemów naprawczych i choroby dziedziczne.

35. Transkrypcja Charakterystyka składników układu syntezy RNA. Struktura zależnej od DNA polimerazy RNA: rola podjednostek (α2ββ′δ). Zainicjowanie procesu. Elongacja, terminacja transkrypcji.

36. Transkrypt pierwotny i jego obróbka. Rybozymy jako przykład aktywności katalitycznej kwasów nukleinowych. Biorola.

37. Regulacja transkrypcji u prokariotów. Teoria operonu, regulacja poprzez indukcję i represję (przykłady).

1. Teoria operonu

2. Indukcja syntezy białek. Operon Lac

3. Represja syntezy białek. Operony tryptofanu i histydyny

39. Składanie łańcucha polipeptydowego na rybosomie. Tworzenie kompleksu inicjacyjnego. Wydłużenie: utworzenie wiązania peptydowego (reakcja transpeptydacji). Translokacja. Translokaza. Zakończenie.

1. Inicjacja

2. Wydłużenie

3. Zakończenie

41. Zwijanie białek. Enzymy. Rola białek opiekuńczych w zwijaniu białek. Zwijanie cząsteczki białka za pomocą układu opiekuńczego. Choroby związane z zaburzeniami fałdowania białek to choroby prionowe.

42. Cechy syntezy i przetwarzania wydzielanych białek (na przykład kolagenu i insuliny).

43. Biochemia żywienia. Główne składniki pożywienia człowieka, ich biorola, codzienne zapotrzebowanie na nie. Niezbędne składniki żywności.

44. Odżywianie białkowe. Wartość biologiczna białek. Bilans azotowy. Kompletność żywienia białkowego, normy białkowe w żywieniu, niedobór białka.

45. Trawienie białek: proteazy żołądkowo-jelitowe, ich aktywacja i specyficzność, optymalne pH i wynik działania. Powstawanie i rola kwasu solnego w żołądku. Ochrona komórek przed działaniem proteaz.

1. Powstawanie i rola kwasu solnego

2.Mechanizm aktywacji pepsyny

3. Związane z wiekiem cechy trawienia białek w żołądku

1. Aktywacja enzymów trzustkowych

2. Specyfika działania proteazy

47. Witaminy. Klasyfikacja, nazewnictwo. Prowitaminy. Przyczyny hipo-, hiper- i awitaminozy. Stany zależne od witamin i odporne na witaminy.

48. Substancje mineralne żywności, makro- i mikroelementy, rola biologiczna. Patologie regionalne związane z brakiem mikroelementów.

3. Płynność membran

1. Struktura i właściwości lipidów błonowych

51. Mechanizmy przenoszenia substancji przez błony: dyfuzja prosta, symport pasywny i antyport, transport aktywny, kanały regulowane. Receptory błonowe.

1. Podstawowy transport aktywny

2. Wtórny transport aktywny

Receptory błonowe

3. Reakcje endergoniczne i egzergoniczne

4. Sprzężenie procesów egzergonicznych i endergonicznych w organizmie

2. Struktura syntazy ATP i synteza ATP

3. Współczynnik fosforylacji oksydacyjnej

4.Kontrola oddechowa

56. Tworzenie reaktywnych form tlenu (tlen singletowy, nadtlenek wodoru, rodnik hydroksylowy, nadtlenonitryl). Miejsce powstawania, wzorce reakcji, ich rola fizjologiczna.

57. Mechanizm szkodliwego działania reaktywnych form tlenu na komórki (płeć, utlenianie białek i kwasów nukleinowych). Przykłady reakcji.

1) Inicjacja: powstawanie wolnych rodników (l)

2) Rozwój łańcucha:

3) Zniszczenie struktury lipidowej

1. Struktura kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej

2. Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu

3. Zależność pomiędzy oksydacyjną dekarboksylacją pirogronianu i cpe

59. Cykl kwasu cytrynowego: sekwencja reakcji i charakterystyka enzymów. Rola cyklu w metabolizmie.

1. Kolejność reakcji cyklu cytrynianowego

60. Cykl kwasu cytrynowego, schemat procesu. Komunikacja cyklu w celu przeniesienia elektronów i protonów. Regulacja cyklu kwasu cytrynowego. Funkcje anaboliczne i anaplerotyczne cyklu cytrynianowego.

61. Podstawowe węglowodany zwierzęce, rola biologiczna. Węglowodany w pożywieniu, trawienie węglowodanów. Wchłanianie produktów trawienia.

Metody oznaczania glukozy we krwi

63. Glikoliza tlenowa. Sekwencja reakcji prowadzących do powstania pirogronianu (glikoliza tlenowa). Fizjologiczne znaczenie tlenowej glikolizy. Wykorzystanie glukozy do syntezy tłuszczu.

1. Etapy glikolizy tlenowej

64. Glikoliza beztlenowa. Reakcja oksydoredukcji glikolitycznej; fosforylacja substratu. Rozkład i fizjologiczne znaczenie beztlenowego rozkładu glukozy.

1. Beztlenowe reakcje glikolizy

66. Glikogen, znaczenie biologiczne. Biosynteza i mobilizacja glikogenu. Regulacja syntezy i rozkładu glikogenu.

68. Dziedziczne zaburzenia metabolizmu monosacharydów i disacharydów: galaktozemia, nietolerancja fruktozy i disacharydów. Glikogenozy i aglikogenozy.

2. Aglikogenozy

69. Lipidy. Ogólna charakterystyka. Rola biologiczna. Klasyfikacja lipidów Wyższe kwasy tłuszczowe, cechy strukturalne. Polienowe kwasy tłuszczowe. Triacyloglicerole...

72. Odkładanie i mobilizacja tłuszczów w tkance tłuszczowej, fizjologiczna rola tych procesów. Rola insuliny, adrenaliny i glukagonu w regulacji metabolizmu tłuszczów.

73. Rozkład kwasów tłuszczowych w komórce. Aktywacja i transfer kwasów tłuszczowych do mitochondriów. B-oksydacja kwasów tłuszczowych, efekt energetyczny.

74. Biosynteza kwasów tłuszczowych. Główne etapy procesu. Regulacja metabolizmu kwasów tłuszczowych.

2. Regulacja syntezy kwasów tłuszczowych

76. Cholesterol. Drogi wejścia, wykorzystania i wydalania z organizmu. Poziom cholesterolu w surowicy. Biosynteza cholesterolu, jej etapy. Regulacja syntezy.

81. Pośrednia deaminacja aminokwasów. Schemat procesu, substraty, enzymy, kofaktory.

Przeniesienie reszt acetylowych z mitochondriów do cytozolu. Aktywne enzymy: 1 - syntaza cytrynianowa; 2 - translokaza; 3 - liaza cytrynianowa; 4 - dehydrogenaza jabłczanowa; 5 - enzym malik.

Ryż. 8-36. Rola biotyny w reakcji karboksylacji acetylo-CoA.

Ryż. 8-37.Struktura kompleksu wieloenzymowego - synteza kwasów tłuszczowych. Kompleks jest dimerem dwóch identycznych łańcuchów polipeptydowych, z których każdy ma 7 centrów aktywnych i białko przenoszące acyl (ATP). Grupy SH protomerów należą do różnych rodników. Jedna grupa SH należy do cysteiny, druga do reszty kwasu fosfopanteinowego. Grupa cysteiny SH jednego monomeru znajduje się obok grupy 4-fosfopantetenianu SH drugiego protomeru. W ten sposób protomery enzymów są ułożone głowa do ogona. Chociaż każdy monomer zawiera wszystkie miejsca katalityczne, kompleks 2 protomerów jest funkcjonalnie aktywny. Dlatego w rzeczywistości syntetyzowane są 2 kwasy tłuszczowe jednocześnie. Dla uproszczenia diagramy zwykle przedstawiają sekwencję reakcji podczas syntezy jednej cząsteczki kwasu.

Synteza kwasu palmitynowego. Syntaza kwasów tłuszczowych: w pierwszym protomerze grupa SH należy do cysteiny, w drugim do fosfopantetyny. Po zakończeniu pierwszego cyklu rodnik butyrylowy zostaje przeniesiony do grupy SH pierwszego protomeru. Następnie powtarza się tę samą sekwencję reakcji, co w pierwszym cyklu. Palmitoilo-E jest resztą kwasu palmitynowego związaną z syntazą kwasów tłuszczowych. W zsyntetyzowanym kwasie tłuszczowym tylko 2 dalsze atomy węgla, oznaczone *, pochodzą z acetylo-CoA, reszta z malonylo-CoA.

Ryż. 8-42.Wydłużenie kwasu palmitynowego w ER. Rodnik kwasu palmitynowego jest przedłużony o 2 atomy węgla, którego donorem jest malonylo-CoA.

2. Regulacja syntezy kwasów tłuszczowych

Enzymem regulatorowym syntezy kwasów tłuszczowych jest karboksylaza acetylo-CoA. Enzym ten jest regulowany na kilka sposobów.

Asocjacja/dysocjacja kompleksów podjednostek enzymów. W swojej nieaktywnej formie karboksylaza acetylo-CoA stanowi odrębny kompleks, z którego każdy składa się z 4 podjednostek. Aktywator enzymów – cytrynian; stymuluje wiązanie kompleksów, w wyniku czego zwiększa się aktywność enzymów. Inhibitor – palmitoilo-CoA; powoduje dysocjację kompleksu i spadek aktywności enzymu.

Fosforylacja/defosforylacja karboksylazy acetylo-CoA. W stanie poabsorpcyjnym lub podczas aktywności fizycznej glukagon lub epinefryna aktywują kinazę białkową A poprzez układ cyklazy adenylanowej i stymulują fosforylację podjednostek karboksylazy acetylo-CoA. Fosforylowany enzym jest nieaktywny i synteza kwasów tłuszczowych zostaje zatrzymana. W okresie wchłaniania insulina aktywuje fosfatazę, a karboksylaza acetylo-CoA przechodzi w stan defosforylacji (ryc. 8-41). Następnie pod wpływem cytrynianu następuje polimeryzacja protomerów enzymu, który staje się aktywny. Oprócz aktywacji enzymu cytrynian pełni inną funkcję w syntezie kwasów tłuszczowych. W okresie wchłaniania cytrynian gromadzi się w mitochondriach komórek wątroby, gdzie reszta acetylowa transportowana jest do cytozolu.

Indukcja syntezy enzymów. Długotrwałe spożywanie pokarmów bogatych w węglowodany i ubogich w tłuszcze prowadzi do wzrostu wydzielania insuliny, co stymuluje indukcję syntezy enzymów: karboksylazy acetylo-CoA, syntazy kwasów tłuszczowych, liazy cytrynianowej, dehydrogenazy izocytrynianowej. W konsekwencji nadmierne spożycie węglowodanów prowadzi do przyspieszenia przemiany produktów katabolizmu glukozy w tłuszcze. Post lub spożywanie pokarmów bogatych w tłuszcze prowadzi do zmniejszenia syntezy enzymów i odpowiednio tłuszczów.

"