Anabolizm tłuszczowców
Biosynteza kwasów tłuszczowych
Biosynteza kwasów tłuszczowych odbywa się w cytoplazmie komórek tłuszczowych (adipocyty, lipocyty). Do procesu potrzebny jest acetylokoenzym A, który powstaje w wyniku katabolizmu glukozy przy udziale dehydrogenazy pirogronianowej. W biosyntezie kwasów tłuszczowych wyróżnić można kilka etapów:
1. Aktywacja acetylokoenzmu A przez karboksylazę do malonylo-koenzymu A w obecności ATP i witaminy H, czyli biotyny. Zatem acetylokoenzym A ulega karboksylacji do malonylokoenzymu A (malonylo-CoA).
2. Synteza kwasów tłuszczowych na kompleksie enzymatycznym – syntetazie kwasów tłuszczowych. W skład syntetazy (kompleksu enzymatycznego) wchodzi ACP (Acyl Carrier Protein). ACP przenosi acyle, czyli produkty pośrednie. ACP zawiera z kolei panteteinę (układ 4’fosforanu panteteiny). Tworzony kwas tłuszczowy jest związany kowalencyjnie z enzymem. Reszta butylowa lub reszta acetylowa jest przeniesiona na ACP. Następnie dochodzi do połączenia reszty malonylowej pochodzącej z malonylo-koenzymu A (malonylo-CoA) z resztą acetylową, powstaje 4-węglowa cząsteczka acetoacetylo-S-ACP. Zatem zachodzi kondensacja reszty acetylowej z resztą malonylową. Wydzielony wówczas jest CO2 i HS-ACP. CO2 jest uwolniony w wyniku działania syntazy 3-oksoacylo-ACP. Przemiany te można zaliczyć do etapu startowego i etapu kondensacji.
3. Etap redukcji odbywa się przy udziale NADPH i reduktazy 3-oksoacylo-ACP. Dochodzi do redukcji grupy –okso. Powstaje reszta beta-hydroksyacylowa, która poddana jest dehydratacji przy udziale dehydratazy 3-hydroksy-ACP. Powstaje reszta alfa, beta-dehydro-acylowa, która zostaje poddana redukcji (chodzi o wiązanie podwójne) przy udziale NADPH i reduktazy enoilo-ACP. Powstaje 4-węglowy rodnik butyrylowy. W następnym obrocie reakcji powstaje kolejna jego cząsteczka, przy czym reszta acylowa z wcześniej wytworzonego rodnika jest przeniesiona na tę następna, wydzielony jest wówczas dwutlenek węgla i powstaje reszta beta-ketoacylowa. Ta znów podlega kondensacji z kolejną. W ten sposób tworzony kwas ulega wydłużaniu do odpowiedniej masy.
4. Uwalnianie gotowego łańcucha kwasy tłuszczowego odbywa się przy pomocy deacylazy. Odłącza ona kwas od HS-ACP, z którym był połączony, o czym wspomniano na początku.
CH3CO ~ S-CoA + 7HOOC-CH2CO~S-CoA + 14 NADPH + 14 H+ CH3(CH2)14CO~S-CoA + 7 CO2 + 7 HS-CoA + 14 NADP+ + 6H2O
Powstałe kwasy tłuszczowe są gromadzone w komórkach w postaci estrów glicerolu. Estry powstają w wyniku reakcji z glicerofosforanem = 1-fosfoglicerolem (powstaje w wyniku fosforylacji glicerolu przy udziale ATP i kinazy glicerolowej). Kinaza glicerolowa występuje w wątrobie, ale brak jej w pozostałych organach. Tam gdzie go nie ma glicerofosforan powstaje w wyniku redukcji fosforanu dihydroksyacetonu.
Najpierw zachodzi estryfikacja glicerofosforanu (estryfikacja grup –OH) pod wpływem zaktywowanych kwasów tłuszczowych (acylokoenzym A). Powstają kwasy fosfatydowe – fosforany dwuglicerydowe (diglicerydowe), a koenzym A jest uwolniony. Kolejna przemiana polega na ich defosforylacji przy udziale fosfatazy. Diglicerydy wchodzą w reakcję z cząsteczką acylo-CoA przez co powstają trójglicerydy (tłuszcze).
Reasumując: biosynteza triglicerydów (tłuszczów) zachodzi w cytoplazmie i wymaga obecności 1-fosfoglicerolu. Przyłączenie dwóch acyli do grup wodorotlenowych –OH daje kwas fosfatydowy, który ulega defosforylacji (reszta fosforanowa jest odłączona) pod wpływem fosfatazy. Powstaje alfa, beta=digliceryd, do którego przyłączony zostaje trzeci acyl z acylo-CoA. W wyniku reakcji powstaje trigliceryd.
Synteza lecytyny przebiega podobnie jak synteza triglicerydów. Powstały alfa, beta-digliceryd wchodzi w reakcję z aktywną choliną, czyli fosfocholiną (cytydynodwufosfocholina). Wwyniku reakcji powstaje lecytyna i CMP (cytydynomonofosforan). Możliwa jest także inna biosynteza lecytyny:
1. Aktywacja kwasu fosfatydowego cząsteczką CTP (cytydynotrójfosforan), w wyniku czego powstaje CDP-alfa,beta-digliceryd oraz pirofosforan.
2. Reakcja CDP-alfa,beta-diglicerydu z wolną choliną powstanie lecytyny.
Metabolizm glicerofosfolipidów
Składnikiem alkoholowym glicerofosfolipidów jest glicerol, którego dwie grupy hydroksylowe zestryfikowane są kwasami tłuszczowymi (w pozycji pierwszej – kwas tłuszczowy nasycony, w pozycji drugiej – kwas tłuszczowy nienasycony). Natomiast do trzeciej grupy hydroksylowej jest przyłączona reszta kwasu fosforowego. Do reszty tej mogą być dołączone różne związki chemiczne, np. cholina i powstaje wtedy fosfatydylocholina. Wymiana choliny na aminoalkohol (etanoloaminę) prowadzi do wytworzenia fosfatydyloetanoloaminy, na aminokwas (serynę) wówczas tworzy się fosfatydyloseryna. Przez wymianę choliny na trójwodorotlenowy alkohol (glicerol) powstaje fosfatydyloglicerol, na sześciowodorotlenowy alkohol (inozytol) fosfatydyloinozytol i wreszcie na atom wodoru – kwas fosfatydowy (najprostszy glicerofosfolipid) (Ryc. 22).
Synteza glicerofosfolipidów
Glicerofosfolipidy mogą być syntetyzowane w różny sposób. Jedna z dróg syntezy de novo rozpoczyna się od utworzenia cytydynodiacyloglicerolu (CDP-diacyloglicerol) z kwasu fosfatydowego i cytydynotrifosforanu (CTP). Zaktywowany fosfatydyl stanowiący część cząsteczki kwasu fosfatydowego reaguje następnie z grupą hydroksylową polarnego alkoholu np. seryny, co prowadzi do powstania fosfatydyloseryny (Ryc. 23). Podobnie powstaje fosfatydyloinozytol, utworzony w wyniku przeniesienia grupy fosforanu diacyloglicerolu z cząsteczki CDP-diacyloglicerolu na cząsteczkę inozytolu. Inne glicerofosfolipidy – fosfatydylocholina i fosfatydyloetanoloamina mogą powstawać na drodze syntezy de novo w wyniku przeniesienia fosfocholiny lub fosfoetanoloaminy z CDP-choliny lub CDP-etanoloaminy na cząsteczkę diacyloglicerolu. Reakcja ta odbywa się w retikulum endoplazmatycznym z udziałem fosfotransferazy. Ponadto w wyniku dekarboksylacji fosfatydyloseryny przy udziale dekarboksylazy (obecnej w mitochondriach) może powstać fosfatydyloetanoloamina. Natomiast metylacja fosfatydyloetanoloaminy przy udziale metylotransferaz może prowadzić do syntezy fosfatydylocholiny.