Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Апетил-СоА-карбоксилаза из Есо(1 была разделена на субъединицы, катализирующие частичные реакции. Биотин ковалептно присоединяется к небольшому белку (22 кДа), называемому карбоксибиотин-переносящий белок. Карбоксилирование биотинового компонента в образованном комплексе каталнзируется второй субъединицей — биотин-карбоксилазой.
Третьим компонентом системы является транскарбоксилаза, которая катализирует перенос активированиого СО, от карбоксибиотина на ацетил-СоА. Длина и гибкость связи между биотином и переносящим его белком обусловливают возможность перемещения активированной карбоксильной группы от одного активного центра ферментного комплекса к другому (рис. 17.9), как это имеет место в пируват-карбоксилазе (разд. 15.16).
Часть И. Геаеририваиие 150 и хранение энергии +-+ 500 А Электронная микрофотография активной нитевидной формы ацетил-СоА — карбоксилазы из печени цыпленка. (Печатается с любезного разрешения д-ра М. 1Уап1е) Ьапе.) Π— СН вЂ” Бег — АПБ Фоофооангатаопоааа ароогагачаокаа группа АПВ О Фоефопаагагоааоааа группа кофариенга А тидную цепь из 77 остатков можно рассматривать как гигантскую простетическую группу, «макро-СоА».
17.18. Цикл элонгацнн в синтезе жирных кислот Ферментная система, катализирующая синтез насыщенных ллинноцепочечных жирных кислот из ацетил-СоА, малонил-СоА и г)АПРН, называется синтетазой жирных кислое. У высших организмов она присутствует в виде мультиферментного комплекса. В отличие от этого у бактерий ферментные компоненты синтетаз жирных кислот бывают диссоциироваиы при разрушении клеток. Доступность этих изолированных ферментов облегчила изучение стадий синтеза жирных кислот (табл. 17.3). На самом леле реакции, обеспечивающие синтез жирных кислот у высших организмов, очень сходны с таковыми у бактерий.
Фаза элонгации в синтезе жирных кислот начинается с образования ацетил-АПБ и малонил-АПБ. Эти реакции катализируются аиетигг-трансаггилазой и малонилтра ксан илазой. Ацетнл-СоА + АПБ Ацетил-АПБ + СоА, Малонил-СоА + АПБ Малонил-АПБ + -~- СоА. Малонил-трансацилаза высокоспецифична, тогда как ацетил-трансацилаза может переносить и ацнльные группы, отличные от ацетильного компонента, хотя и со значительно меньшей скоростью. Жирные кислоты с нечетным числом углеродных ато- 17. Обмен жирных кислот 151 Рис.
17.11. Фосфопантетеии — реакционноспособный фрагмент АБП и СоА. который сдвигает равновесие в сторону активной волокнистой формы фермента. Оптимальная ориентация биотина по отношению к субстратам достигается в волокнистой форме. В противоположность цитрату пальмитоил-СоА сдвигает равновесие в сторону неактивной протомерной формы.
Таким образом, пала.иитоил-СоА, конечный продукт, ингибирует первый решающий этап в биосинтвзе жирных кислот. Регуляция ацетил-СоА — карбоксилазы у Е.той резко отличается от таковой у эукариот. У бактерий жирные кислоты являются прежде всего предшественниками фосфолипидов, а не резервным топливом, и поэтому контроль их синтеза носит другой характер. Цитрат не оказывает действия на ацетил-СоА — карбоксилазу Е.сой.
Активность транскарбоксилазного компонента системы регулируется гуаниновыми нуклеотидами, которые координируют синтез жирных кислот с ростом и делением бактерий. 17.17. Промежуточные продукты синтеза жирных кислот присоединены к ацилпереиосяшему белку П. Рой Вагелос (Р. Коу Чапе)оз) обнаружил, что промежуточные продукты синтеза жирных кислот связаны с ацилпереносящим белком (АПБ), а именно с сульфгидрильным концом фосфопантетеиновой группы (рис.
17.11). При расщеплении жирных кислот этот компонент является частью СоА, тогда как при их синтезе он связан с остатком серина в АПБ. Эту одиночную полипеп- Π— Р— Π— СНг О Алонии ьг ОРО ОН таблица 17.3. Основные реакции н синтезе мирнык кис- лот Фермент Ста- Реакция лил Ацетил-СоА — кар- боксилаза Ацетил-СоА В НСОз -1- + АТР МалонилСаА+ АОР+ Р;+ +н' Ацетил-СоА -1- АПБ Ацетил-АПБ + в Соа Маланил-СоА + АПБ Малонил-АПБ + СоА Ацетил-АПБ + Маланил-АПБ Ацетоацетил-АПБ в АПБ в + СОз Ацетоацетил-АПБ + НАОРН + Н' О-3-гилроксибутирил-АПБ + НАОР О-3-гндроксибутирил-АПБ Крото-АПБ + Н,О Кротонил-АПБ в + НАОРН + Н' Бутирил-АПБ НАОР" Ацетнл-трансацилаза Малонил-трансаци- лаза Ацилмалоиил-АПБ- коиденсируюгций фермент б-гидроксоацилАПБ — редуктаза 3-гнлрокснацил- АПБ — дегидратаза Еноил-АПБ — редук- таза Ацетил-АПБ + Малоннл-АПБ— -+ Ацетоацетил-АПБ + АПБ -1- СОз.
В приведенной реакпии конденсации происходит образование четырехуглеродного компонента из двухуглеродного и трехуглеродного компонентов и высвобождается СО . Почему четырехуглеродный компонент образуется не из двух двухуглеродных фрагментов? Иными словами, почему в качестве реагентов выступают ацетил-АПБ Часть Н. Генерирование 152 и хранение энергии мов синтезируются, начиная с пропионил- АПБ, который в свою очередь образуется из пропионил-СоА под действием ацетилтрансацетилазы. Ацетил-АПБ и малонил-АПБ взаимодействуют с образованием ацетоацетил-АПБ.
Эта реакция конденсации катализируется ацил-малонил-АПБ-конденсирующим ферментом. и малонил-АПБ, а не две молекулы ацетил- АПБ? Ответ заключается в том, что равновесие реакции чрезвычайно неблагоприятно для синтеза ацетоацетил-АПБ из лвух молекул ацетил-АПБ. Напротив, равновесие реакции благоприятно для участия в этом синтезе малонил-АПБ, поскольку декарбоксилирование последнего приводит к существенному снижению свободной энергии.
В действительности, реакция конденсации запускается АТР, хотя АТР и не принимает в ней прямого участия, а используется для образования богатого энергией субстрата при карбоксилировании ацетил-СоА в малонил-СоА. Свободная энергия, запасенная в малонил- СоА в результате реакции карбоксилирования, высвобождается при декарбоксилировании, сопровождающем образование ацетоацетил-АПБ. Хотя НСО, требуется для синтеза жирных кислот, его углеродный атом не появляется в образуюшемся продукте. Все углероднвге атомы жирных кислот, содержащих четное их количество, происходят иэ ацетил-СоА.
Следуюшие три стадии синтеза жирных кислот состоят в восстановлении оксо- группы при С-3 в метиленовую группу (рис. 17.12). Сначала ацетоацетил-АПБ восстанавливается в О-3-гнпроксибутирил- АПБ. Эта реакция отличается от соответствуюшей реакции при расшеплении жирных кислот двумя особенностями; 1) образуется преимущественно О-, а не 1.- эпимер и 2) восстанавливающим агентом служит )з)А)3РН, тогда как в качестве окисляюшего агента при )3-окислении используется )з)АО . Это различие иллюстрирует обший принцип, согласно которому в реакциях биосинтеэа расходуется?31А13РН, тогда как в реэулыпате энергодающих реакций происходит генерирование НАРН. Далее О-3-гидроксибутирил-АПБ дегидратируется с образованием кротонил-АПБ, представляюшего собою транс-аз~-споил-АПБ.
Конечным этапом цикла является восстановление кротонил-АПБ в бутирил-АПБ. )з)АОРН вновь играет роль восстановителя, тогда как в соответствуюшей реакции )3-окисления окислителем служит ГА)3е. В результате последних трех реакций-восстановления, дегидратирования и второго восстановления †происход преврагцение ацетоацетил- АПБ в бутирил-АПБ, которое завершает первый цикл элонгации.
Во втором цикле синтеза жирных кислот бутирил-АПБ конденсируется с малонил- О О О !! О Н С вЂ” С вЂ” Я-дпи + С вЂ” СН вЂ” С вЂ” '. Рпв з г О ДцвтизРДПБ агааонизРДПБ дПБ сс Конденсация ,. со,- О О !! !! Н С вЂ” С вЂ” СН вЂ” С вЂ” Б — дпа дцетоацвтизьдПБ ИДОРН МДОР" Восстановление н о-3 тидроиоиазтирия дпн Н С вЂ” С вЂ” СН вЂ” С вЂ” Ч вЂ” дпь з ОН двгмдрвтациа иго Н О !! НзС вЂ” С=С вЂ” С вЂ” дпв Н Иропмии ДПБ мдоан Восстановление НДОР О !! НзС вЂ” СНг — СНг — С вЂ” ", - дпь Бутирии дПБ Рис.
17.12. Последовательность реакций в синтезе жирных кислот: конденсация, восстановление, дегндратация и восстановление. Указанные здесь промежуточные продукты образуются в первом цикле синтеза. АПБ, давая Се+оксоацил-АПБ. Эта реакция подобна конденсации ацетил-АПБ с малонил-АПБ в первом цикле, приволящей к образованию С +оксоацилАПБ. В результате восстановления, дегидратацин и второго восстановления Со+оксоацил-АПБ превращается в С,-ацнл-АПБ, который может вступать в третий цикл элонгации. Описанные циклы злонгации продолжаются вплоть до образования С,е-адил-АПБ. Этот промежуточный продукт не может служить субстратом для конденсирующего фермента и гидролизуется с образованием пальмитата и АПБ.
17.19. Стехиометрня синтеза жирных кислот Приводим стехиометрню синтеза пальмнтата: Ацетил-СоА -ь 7 Малонил-СоА + + 14ХА1УРН + 7Н' Пальмитат + 7СО, + + 14ХАТЗР + ЗСоА + 6НгО При зтом использовано следующее уравне- ние для синтеза малонил-СоА; 7 Ацетил-СоА + 7СОг + 7АТР 7 Малоннл-СоА + 7АОР + + 7Р; + 7Н+. 17. Обмен жирных кислот \000 А Рис.
17.13, Отсюда выводим итоговую стехиометрию синтеза пальмитата: Х Ацетил-СоА + 7АТР + !4ХАВРН вЂ” Пальмитат + !4)чАВР + + ХСоА + бНгО + 7А1)Р + 7Р,. 17.20. Жирные лислоты синтезируются у эукариот мультиферментным комплексом Синтетазы жирных кислот у эукариот в отличие от таковых у бактерий представляют собою совершенно определенный муль~иферментный комплекс. Комплекс. выделенный из лрожжей, облалает массой в 2300 кДа и ца электронной микрофотографии имеет вид эллицсоида длиной 250 А и попсрсчным диаметром 210 А (рис. 17.13), Он гоолоит только из двух видов полипептидных цепей, кигкдая из которых кодируется одни.н геном. Субъелинипа А (!85 кДа) содержит ацилпсрсносяший белок, конденсирующнй фермент и ))-оксоацнл— редуктазу, тогда как субьединица В (175 кДа) солержит ацетил-трансацилазу, малонил-трансацилазу, р-гидроксиа1!ил— легилратазу и енонлредуктазу. Синтетаза жирных кислот у млекопитанш[их (400 кДа) также образована двумя вилами субьелицгщ, подобных таковым у лрожжей, На самом Леле, многие иультиферме~тные ко.иялексы эукариот состоят из полифункционильных белков, в которых различны» фериенты ковилентно связаны в единую полипептиднунг цепь.
Преимущество такой организации возможность координирования синтеза различных ферментов. Кроме того. мультиферментный комплекс, состоящий из ковалентно соединенных ферментов, является более стабильным, чем комплекс, образованный нековалентными связями. Липеи (Ьупеп) предположил, что удлиняюшаяся цепь жирной кислоты переносится от АПБ к конденсируюшему ферменту и обратно в каждом цикле элонгации. Первая транслокация освобождает место для транспортируемого малонильного компонента, вторая — происходит на стадии конденсации. Интересно отметить, что аналогичные транслокации имеют место при синтезе белков. Часть П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
