Биосинтез жиров, фосфолипидов и мембранных липидов

Сложные липиды, такие, как нейтральные жиры (триацилглицерины), фосфо- и гликолипиды, синтезируются по основным реакционным путям. Синтез начинается (на схеме внизу) с s-3-глицерофосфата. Обозначение s относится к стереохимической номенклатуре, так как симметричный глицерин после присоединения фосфата приобретает хиральность.

s-3-Глицерофосфат образуется при восстановлении промежуточного продукта гликолиза - дигидроксиацетон-З-фосфата НАДН, или в результате фосфорилирования глицерина.

При этерификации s-3-глицерофосфата по С₁ активированной жирной кислотой образуются лизофосфатиды, при повторной этерификации ненасыщенной жирной кислотой по С₂ - фосфатидаты, ключевые промежуточные продукты в биосинтезе жиров, фосфо- и гликолипидов.

Из фосфатидовых кислот после гидролитического отщепления фосфатной группы [5] и последующего ацилирования жирной кислотой [6] образуются триацилглицерины (жиры). После завершения биосинтеза нейтральные жиры сохраняются в цитоплазме в виде жировых капель.

Из фосфатидовых кислот также через промежуточное образование диацилглицерина синтезируется фосфатидилхолин (лецитин) [7]. Фосфо-холиновая группа переносится на диацилглицерин из холинцитидиндифосфата (ЦДФ-холина), представляющего собой активированную форму холина.

По аналогичной реакции диацилглицерина и ЦДФ-этаноламина образуется фосфатидилэтаноламин. Фосфатидилсерин образуется из фосфатидил-этаноламина путем обмена аминоспиртовых групп. Последующие реакции заключаются во взаимопревращении фосфолипидов: например, фосфатидилсерин декарбоксилируется с образованием фосфатидилэтаноламина; последний в результате метилирования -аденозилметионином превращается в фосфатидил-холин.

Для биосинтеза нейтральных жиров, фосфо- и гликолипидов также используются пищевые липиды. Нейтральные жиры расщепляются в пищеварительном тракте панкреатическими липазами до жирных кислот и 2- моноацилглицеринов. Эти метаболиты всасываются слизистой кишечника и используются в качестве предшественников в синтезе липидов. Последовательное ацилирование 2-моно-ацилглицерина с образованием в качестве конечных продуктов нейтральных жиров катализируется двумя ацилтрансферазами [8, 6] в последовательности реакций: 2-моноацилглицерин → диацилглицерин → триацилглицерин (нейтральный жир).

Биосинтез фосфатидилинозита также начинается с фосфатидовой кислоты. При взаимодействии с ЦМФ образуется ЦДФ-диацилглицерин [9], который далее реагирует с инозитом с образованием фосфатидилинозита [10]. Этот фосфолипид переходит в плазматическую мембрану и может быть там фосфорилирован АТФ с образованием фосфатидилинозит-4-фосфата и фосфатидилинозит-4,5-дифосфата, который является субстратом фосфолипазы С, которая расщепляет его до вторичных мессенджеров 2,3-диацилглицерина [ДАГ] и инозит-1,4,5-трифосфа- та [ИФ₃].

Ниже перечислены ферменты, принимающие участие в биосинтезе липидов. большинство из них ассоциировано с мембранами гладкого эндоплазматического ретикулума, где и протекают представленные на схеме реакции.

 

 

1.- 3-Глицерофосфатдегидрогеназа (НАД) 1.1.1.8

2.- Глицеринкиназа 2.7.1.30

3.- 3-Глицерофосфат-О-ацилтрансфераза 2.3.1.15

4.- 1 -Ацил-3-глицерофосфат-О-ацилтрансфераза 2.3.1.51

5.- Фосфатидатфосфатаза 3.1.3.4

6.- Диацилглицерин-О-ацилтрансфераза 2.3.1.20

7.- 1-Алкил-2-ацетилглицеринхолинфосфотрансфераза 2.7.8.16

8.- Ацилглицерин-О-пальмитоилтрансфераза 2.3.1.22

9.-Фосфатидат-цитидилтрансфераза 2.7.7.4 1

10.- ЦДФ-диацилглицерининозит-3-фосфатидилтрансфераза 2.7.8.11

11.- 1-Фосфатидилинозиткиназа 2.7.1.67

12.- 1 -Фосфатидилинозит-4-фосфаткиназа 2.7.1.68

Биосинтез холестерина

Холестерин - важная составная часть клеточных мембранживотных клеток. Суточная потребность в холестерине (1 г) может в принципе покрываться за счет биосинтеза. При смешанной диете примерно половина суточной нормы холестерина синтезируется в кишечнике, коже и главным образом в печени (примерно 50 %,а остальной холестерин поступает с пищей). Значительная часть холестерина включена в липидный слой плазматических мембран. большое количество холестерина расходуется в биосинтезе желчных кислот, часть выделяется с желчью. Ежесуточно из организма выводится примерно 1 г холестерина. Некоторая часть холестерина используется для биосинтеза стероидных гормонов – половых гормонов и кортикостероидов.

Биосинтез холестерина, как и всех изопреноидов, начинается с ацетил-КоА. углеродный скелет холестерина строится из С₂-звеньев в длинной и сложной последовательности реакций. Биосинтез холестерина можно разделить на четыре этапа.

1. На первом этапе (1) из трех молекул ацетил-КоА образуется мевалоновая кислота.

2. На втором этапе (2) мевалонат превращается в «активный изопрен» - изопентенилдифосфат.

3. На третьем зтапе (3) шесть молекул изопрена полимеризуются с образованием сквалена.

4. Наконец, сквален циклизуется с отщеплением трех атомов углерода и превращается в холестерин (4).

На схеме представлены только наиболее важные промежуточные продукты биосинтеза.

1. Образование мевалоната. Превращение ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА и затем в 3-гидрокси-З-метилглутарил-КоА(3-ГМГ-КоА) соответствует пути биосинтеза кетоновых тел, однако этот процесс происходит не в митохондриях, а в эндоплазматическом ретикулуме.

Присоединение еще одной ацетильной группы приводит к 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА).

 

3-ГМГ-КоА восстанавливается с отщеплением кофермента А с участием 3-ГМГ-КоА-редуктазы, ключевого фермента биосинтеза холестерина.

 

2. Образование изопентенилдифосфата. Мевалонат за счет фосфорилирования, декарбоксилирования и дегидратации с потреблением 3 молей АТФ превращается в изопентенилдифосфат, который и является тем структурным элементом, из которого строятся все изопреноиды.

3. Образование сквалена. Изопентенилдифосфат подвергается изомеризации с образованием диметилаллилдифосфата.

Обе С₅-молекулы конденсируются в геранилдифосфат и в результате присоединения следующей молекулы изопентенилдифосфата образуют фарнезилдифосфат.

При димеризации фарнезилдифосфата по типу «голова к голове» и восстановлении НАДФН образуется сквален.

Фарнезилдифосфат является также исходным соединением для синтеза других полиизопреноидов, таких, как долихол и убихинон.

4. Образование холестерина. Сквален, линейный изопреноид, циклизуется с потреблением кислорода в ланостерин -

Ланостерин, от которого на последующих стадиях, катализируемых цитохромом Р450, отщепляются три метильные группы в виде 2 молекул СО₂ и одной молекулы муравьиной кислоты, окисляется в холестерин.

Рассмотренные реакции представлены на схеме ниже.

Биосинтез холестерина из ацетил-S-KoA