2 курс / Биохимия / Н.Ю.Коневалова - Биохимия

Цитозоль

Происходит активация глицерина с образованием α- глицерофосфата, который поступает в митохондрии с участием α- глицерофосфатного челночного механизма:

Образующийся в митохондриях диоксиацетонфосфат возвращается в цитозоль, где вступает в реакции специфического пути катаболизма глюкозы.

Дальнейшие превращения 3фосфоглицеринового альдегида могут быть двоякими:

1)по реакциям глюконеогенеза до глюкозо-6-фосфата и далее с образованием свободной глюкозы;

2)по реакциям гликолиза до пирувата, который затем окисляется

вобщей стадии катаболизма до СО2 и Н2О.

Энергетический эффект окисления глицерина до СО2 и Н2О

191

Лекция 18

ЦЕНТРАЛЬНАЯ РОЛЬ АЦЕТИЛ КоА

ВМЕТАБОЛИЗМЕ ЛИПИДОВ

1.Источники ацетил-КоА и его использование

Основными источниками ацетил-КоА служат: β-окисление жирных кислот, расщепление кетогенных аминокислот, окисление глюкозы до пирувата и окислительное декарбоксилирование его до ацетил-КоА.

Образующийся ацетил-КоА служит отправной точкой следующих важнейших метаболических путей: 1) окисление в ЦТК, 2) синтез кетоновых тел, 3) синтез холестерина, 4) биосинтез жирных кислот.

2. Кетогенез

Ацетил-КоА включается в ЦТК в условиях, когда расщепление жиров и углеводов сбалансировано. Ускоренный катаболизм жирных кислот или сниженный уровень использования углеводов (как порознь, так и в сочетании) могут приводить к накоплению ацетил-КоА и синте-

зу из него кетоновых тел: ацетоацетата, β-гидроксибутирата и ацето-

на. Синтез кетоновых тел происходит в митохондриях печени. Ацетоацетат образуется из ацетил-КоА в 3 стадии. Вначале 2 молекулы аце- тил-КоА конденсируются с образованием ацетоацетил-КоА:

192

β-гидрокси-βМетил-Глутарил-КоА (ГМГ-КоА)

ГМГ-КоА-лиаза

В норме в митохондриях печени образуется небольшое количе-

ство кетоновых тел. В печени ацетоацетат не может окислиться, поэтому с током крови он попадает в скелетные мышцы, сердце, мозг, которые способны превращать ацетоуксусную кислоту вновь в ацетилКоА.

O

CH3 C CH2 COOH + сукцинил-КоА

сукцинил-КоА-ацетоацетат-

трансфераза (ее нет в печени)

O O

Сукцинат +CH3 C CH2 C~SKoA

ацетоацетил-КоА

193

Изопреновое звено схематически можно изобразить следующим образом:

фосфорилированный «хвост»

«голова»

2 этап. Конденсация изопреновых блоков в сквален (30 атомов

При образовании холестерина из ланостерина происходит:

1.Удаление трех метильных групп.

2.Насыщение двойной связи в боковой цепи.

3.Перемещение двойной связи в кольце из положения 8,9 в положение 5,6.

OH

Холестерин

Начиная со сквалена и кончая самим холестерином, все промежуточные продукты биосинтеза нерастворимы в водной среде. Поэтому они участвуют в конечных реакциях биосинтеза холестерина, будучи связанными со стеринпереносящими белками. Это обеспечивает их растворимость в цитозоле клетки и протекание соответствующих реакций.

196

Стеринпереносящие белки обеспечивают также перемещение холестерина внутри клетки, что имеет важное значение для вхождения его в клеточные мембраны, окисления в желчные кислоты, превращения в стероидные гормоны.

Наиболее интересной находкой явилось установление того факта, что пищевой холестерин угнетает синтез собственного холестерина в печени и что синтез холестерина в целом регулируется по принципу отрицательной обратной связи.

Предполагается, что холестерин или продукты его окисления в клетке могут угнетать непосредственного синтез редуктазы или индуцировать синтез энзимов, участвующих в ее деградации. И в этом, и в другом случае тормозится восстановление ГМГ-КоА в мевалоновую кислоту, что незамедлительно сказывается на синтезе холестерина в целом. В 70-е годы ХХ века в ряде стран (Япония, США и др.) проводился усиленных поиск лекарственных ингибиторов редуктазы, завершившийся к настоящему времени большим успехом - внедрением в клиническую практику соединений, известных под названием «статинов» (ловастатин, правастатин, симвастатин и др.) Эти соединения, структурно близкие лактону мевалоновой кислоты, в относительно небольших дозах (20-80 мг в день) эффективно снижают уровень холестерина в крови за счет угнетения его синтеза в печени на стадии превращения ГМГКоА в мевалоновую кислоту.

В 1964 г. М. Siperstein и V. Fagan показали, что в гепатоме мыши отсутствует регуляция синтеза холестерина по принципу отрицательной обратной связи, и, таким образом, синтез стерина, столь необходимого для построения мембран быстро пролиферирующих раковых клеток, идет бесконтрольно. Это наблюдение оказалось справедливым и для гепатомы человека, и для некоторых других злокачественных новообразований. Здесь уместно упомянуть еще об одной интересной находке: V. Huneeus и соавт. (1979) нашли, что мевалоновая кислота, помимо того, что является промежуточным продуктом в синтезе холестерина, активно участвует в репликации ДНК, хотя механизм этого участия еще н е ясен. Все это побудило высказать мнение, что бесконтрольное образование не только холестерина, но и мевалоната играет определенную роль в развитии злокачественной опухоли [Siperstein М., 1984].

4. Биосинтез жирных кислот

Биосинтез жирных кислот можно рассматривать как процесс, складывающийся из 3 этапов.

I.Транспорт ацетил-КоА в цитозоль из митохондрий; II. Образование малонилКоА;

III. Конденсация этих молекул и их восстановление с образовани-

197

ем высших насыщенных жирных кислот, главным образом пальмитиновой.

I этап. Образование ацетил-КоА происходит в митохондриях, а их мембрана непроницаема для ацетил-КоА. Перенос ацетильных групп происходит при помощи цитрата (цитратный челночный механизм).

митохондрии

ацетил-КоА + ЩУК

цитратсинтаза

цитрат + HSKoA

транслоказа

цитратлиаза

ацетил-КоА + АДФ + Рн + ЩУК

ЩУК может вернуться в митохондрии с помощью своей транслоказы, но чаще она восстанавливается до малата с участием малатдегидрогеназы (МДГ).

цитозоль ЩУК + НАДН + Н+ МДГ малат + НАД+

Малат декарбоксилируется НАДФ-зависимой малатдегидрогеназой (маликфермент):

МДГ

Малат + НАДФ пируват + СО2 + НАДФН2

Образующийся НАДФН2 используется в дальнейшем для синтеза жирных кислот.

II этап. Ацетил-КоА карбоксилируется под действием ацетил- КоА-карбоксилазы, сложного фермента, коферментом которого служит витамин биотин.

O O

CH3 C~SKoA+CO2+АТФCOOH CH2 C~SKoA+ АДФ+Рн

малонилКоА

Эта реакция лимитирует скорость всего процесса синтеза жирных кислот.

III этап. Протекает при участии мультиферментного пальми-

198

татсинтазного комплекса. Он состоит из двух полипептидных цепей. Каждая полипептидная цепь содержит все 6 ферментов синтеза (трансацилаза, кетоацилсинтаза, кетоацилредуктаза, гидратаза, еноилредуктаза, тиоэстераза). Ферменты связаны между собой ковалентными связями, ацилпереносящий белок (АПБ) является также частью полипептидной цепи, но его функция связана только с переносом ацильных радикалов. В процессе синтеза важную роль играют тиогруппы. Одна из них принадлежит 4-фосфопантотеину, входящему в состав АПБ (центральная) и вторая – цистеину кетоацилсинтазы (периферическая). Функциональная единица синтеза состоит из половины одного мономера, взаимодействующего с комплементарной половиной второго мономера, где центральная SH-группа одного мономера очень близка к периферической SH-группе другого. Т.е. на синтазном комплексе синтезируются одновременно 2 жирные кислоты и только димер активен. Перенос субстрата от фермента к ферменту происходит при участии АПБ.

Многие мультиферментные комплексы эукариот состоят из полифункциональных белков, в которых различные ферменты ковалентно связано в единую полипептидную цепь. Преимущество такой организа-

ции - возможность координирования синтеза различных ферментов.

Кроме того, мультиферментный комплекс, состоящий из ковалентно соединенных ферментов, является более стабильным, чем комплекс, образованный нековалентными связями.

Гибкость и максимальная длина в 20 Ангстрем фосфопантетеинильного компонента представляются критическими для функции мультиферментного комплекса, поскольку они обеспечивают тесный контакт удлиняющейся цепи жирной кислоты с активным центром каждого фермента в комплексе. Для взаимодействия субъединиц фермента с субстратом не требуется их большой структурной перестройки, поскольку сам субстрат на длинном гибком плече может достигнуть каждого активного центра. Организованная структура синтетаз жирных кислот у дрожжей и высших организмов повышает общую эффективность процесса благодаря прямому переносу промежуточных продуктов от одного активного центра к следующему. Реагирующие соединения не разбавляются в цитозоле. Кроме того, им не нужно «находить» друг друга путем случайной диффузии. Еще одним преимуществом такого мультиферментного комплекса является то обстоятельство, что ковалентно связанные промежуточные продукты изолированы и защищены от конкурирующих реакций.

199

Реакции III этапа

(ацетоацетил АПБ)

Пояснения к реакциям III этапа:

1.При участии трансацилазы остатки малонила переносятся на центральную SH-группу, а ацетила – на периферическую.

2.Кетоацилсинтаза переносит ацетильный остаток с периферической SH-группы на остаток малонила, это реакция конденсации, энергия для нее освобождается при одновременном декарбоксилировании малонила.

3.Для удаления О2 далее проходят 3 последовательные реакции: восстановление – дегидратация – восстановление. Первая реакция восстановления происходит при участии кетоацилредуктазы с коферментом НАДФН2, при этом кетогруппа восстанавливается в спиртовую.

4.Удаление воды происходит при участии гидратазы.

5.Восстановление двойной связи еноилредуктазой с кофермен-

том НАДФН2. В результате последних трех реакций – восстановления, дегидратирования и второго восстановления – происходит превращение

200