지방산 의 합성은 세포에서 가장 중요한 지질 (지방산)의 기본 구성 요소가 생성되는 과정으로 매우 중요한 많은 세포 기능에 참여합니다.
지방산은 지방족 분자입니다. 즉, 본질적으로 탄소와 수소 원자가 다소 선형 방식으로 서로 결합되어 있습니다. 한쪽 끝에는 메틸기가 있고 다른 쪽 끝에는 산성 카르복실기가 있는데,이를 "지방산"이라고합니다.
지방산 합성 요약 (출처 : Mephisto spa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
지질은 다른 세포 생합성 시스템에서 다음과 같은 더 복잡한 분자를 형성하는 데 사용되는 분자입니다.
- 막 인지질
- 에너지 저장 용 중성 지방 및
- 여러 유형의 세포 (진핵 및 원핵) 표면에서 발견되는 일부 특수 분자의 앵커
이러한 화합물은 선형 분자 (모든 탄소 원자가 수소 분자로 포화 됨)로 존재할 수 있지만 직선 사슬과 일부 포화 상태, 즉 탄소 원자 사이에 이중 결합이있는 것도 관찰 할 수 있습니다.
포화 지방산은 구조가 약간 더 복잡한 분지 사슬에서도 찾을 수 있습니다.
지방산의 분자 특성은 그 기능에 매우 중요합니다. 지방산에 의해 형성되는 분자의 많은 물리 화학적 특성, 특히 융점, 포장 정도 및 이중층 형성 능력에 의존하기 때문입니다.
따라서 지방산의 합성은 많은 관점에서 세포에 중요한 일련의 연속적인 사건이기 때문에 고도로 규제되는 물질입니다.
지방산 합성은 어디에서 발생합니까?
대부분의 살아있는 유기체에서 지방산의 합성은 세포질 구획에서 발생하지만 분해는 주로 세포질과 미토콘드리아 사이에서 발생합니다.
이 과정은 ATP 결합에 포함 된 에너지, NADPH (일반적으로 5 탄당 인산 경로에서 파생 됨)의 환원력, 비오틴 보조 인자, 중탄산염 이온 (HCO3-) 및 망간 이온에 따라 달라집니다.
포유류 동물에서 지방산 합성을위한 주요 기관은 간, 신장, 뇌, 폐, 유선 및 지방 조직입니다.
새로운 지방산 합성의 즉각적인 기질은 아세틸 -CoA이고 최종 생성물은 팔미 테이트 분자입니다.
아세틸 -CoA는 해당 과정 중간체의 가공에서 직접 파생되며, 탄수화물 함량이 높은 식단이 지방산의 지질 합성 (지방 생성)을 촉진합니다.
관련된 효소
아세틸 -CoA는 지방산 형성에 사용되는 2 탄소 합성 블록입니다. 아세틸 -CoA의 카르 복 실화에 의해 형성된 말로 닐 -CoA 분자에 여러 분자가 연속적으로 연결되어 있기 때문입니다.
경로의 첫 번째 효소이자 조절의 관점에서 가장 중요한 효소 중 하나는 아세틸 -CoA 카복실 라제 (ACC)로 알려진 아세틸 -CoA의 카복실 화를 담당하는 것입니다. 4 개의 단백질로 구성되고 비오틴을 보조 인자로 사용하는 효소 화합물.
그러나 다른 종 간의 구조적 차이에도 불구하고 지방산 합성 효소가 주요 생합성 반응을 담당합니다.
실제로이 효소는 7 가지 다른 효소 활성을 가진 단량체로 구성된 효소 복합체로, "출생"시 지방산의 신장에 필요합니다.
이 효소의 7 가지 활동은 다음과 같이 나열 할 수 있습니다.
- ACP : 아 실기 운반 단백질
- 아세틸 -CoA-ACP 트랜스 아세틸 라제 (AT)
- β-ketoacyl-ACP 신타 (KS)
- 말로 닐 -CoA-ACP 전이 효소 (MT)
- β-ketoacyl-ACP 환원 (KR)
- β 하이드 록시-ACP가 탈수 효소 (HD)
- 에노-ACP 환원 (ER)
예를 들어, 박테리아와 같은 일부 유기체에서 지방산 합성 효소 복합체는 서로 결합하는 독립적 인 단백질로 구성되지만 다른 유전자에 의해 암호화됩니다 (유형 II 지방산 합성 효소 시스템).
효모 지방산 합성 효소 (출처 : Xiong, Y., Lomakin, IB, Steitz, TA / Public domain, via Wikimedia Commons)
그러나 많은 진핵 생물과 일부 박테리아에서 다중 효소는 하나 이상의 폴리펩티드에서 서로 다른 기능적 도메인으로 분리되지만 동일한 유전자 (유형 I 지방산 합성 효소 시스템)에 의해 암호화 될 수있는 여러 촉매 활성을 포함합니다.
단계 및 반응
지방산 합성과 관련하여 수행 된 대부분의 연구는 박테리아 모델에서 얻은 결과를 포함하지만 진핵 생물의 합성 메커니즘도 어느 정도 깊이 연구되었습니다.
유형 II 지방산 합성 효소 시스템은 모든 지방 아실 중간체가 하나의 효소에서 다음 효소로 이들을 운반하는 아실 수송 단백질 (ACP)로 알려진 작은 산성 단백질에 공유 결합된다는 특징이 있음을 언급하는 것이 중요합니다.
반대로 진핵 생물에서 ACP 활성은 동일한 분자의 일부이며, 동일한 효소가 중간체의 결합 및 다른 촉매 도메인을 통한 전달을위한 특수 부위를 가지고 있음을 이해합니다.
단백질 또는 ACP 부분과 지방 아실 그룹 사이의 결합은 이러한 분자와 지방 아실의 카르 복실 그룹과 융합 된 ACP의 보철 그룹 4'- 포스 포 판테 테인 (판토텐산) 사이의 티오 에스테르 결합을 통해 발생합니다.
- 처음에, 효소 아세틸 -CoA 카르 복실 라제 (ACC)는 지방산 합성에서 "커밋"의 첫 번째 단계를 촉매하는 역할을하며, 이는 언급 한 바와 같이 아세틸 -CoA 분자의 카르 복 실화를 포함하여 3의 중간체를 형성합니다. 말로 닐 -CoA로 알려진 탄소 원자.
지방산 합성 효소 복합체는 아세틸 및 말로 닐 그룹을 수신하며, 이는 "티올"부위를 정확하게 "채워야"합니다.
이것은 초기에 아세틸 -CoA-ACP 트랜스 아세틸 라제에 의해 촉매되는 반응 인 β- 케토 아실 -ACP 신타 제 효소에서 시스테인의 SH 그룹으로 아세틸 -CoA를 전달함으로써 발생한다.
말로 닐 그룹은 말로 닐 -CoA에서 ACP 단백질의 SH 그룹으로 전달되며, 이는 malonyl-CoA-ACP 트랜스퍼 라제 효소에 의해 매개되어 malonyl-ACP를 형성합니다.
- 출생시 지방산 신장을 시작하는 단계는 말로 닐 -ACP와 아세틸 -CoA 분자의 축합으로 구성되며, 이는 β- 케토 아실 -ACP 신타 제 활성을 갖는 효소에 의해 지시되는 반응입니다. 이 반응에서 아세토 아세틸 -ACP가 형성되고 CO2 분자가 방출됩니다.
- 신장 반응은 2 개의 탄소 원자가 한 번에 추가되는주기에서 발생하며 각주기는 축합, 환원, 탈수 및 두 번째 환원 이벤트로 구성됩니다.
-축합 : 아세틸 기와 말로 닐 기가 축합되어 아세토 아세틸 -ACP를 형성합니다.
-카르보닐기의 감소 : 아세토 아세틸 -ACP의 탄소 3의 카르보닐기가 환원되어 NADPH를 전자 공여체로 사용하는 β-ketoacyl-ACP-reductase에 의해 촉매되는 반응 인 D-β-hydroxybutyryl-ACP를 형성합니다.
-탈수 : 이전 분자의 탄소 2와 3 사이의 수소가 제거되어 이중 결합을 형성하여 trans -∆2-butenoyl-ACP 생성으로 끝납니다. 반응은 β-hydroxyacyl-ACP dehydratase에 의해 촉매됩니다.
-이중 결합 환원 : trans-del2-butenoyl-ACP 이중 결합은 환원제로 NADPH를 사용하는 enoyl-ACP reductase의 작용에 의해 환원되어 butyryl-ACP를 형성합니다.
연장을 계속하려면 새로운 말로 닐 분자가 지방산 합성 효소 복합체의 ACP 부분에 다시 결합해야하며 첫 번째 합성주기에서 형성된 부티 릴 그룹과의 축합으로 시작해야합니다.
팔미 테이트의 구조 (출처 : Edgar181 / Public domain, via Wikimedia Commons)
각 신장 단계에서 새로운 malonyl-CoA 분자를 사용하여 사슬을 2 개의 탄소 원자로 성장시키고 적절한 길이 (16 개의 탄소 원자)에 도달 할 때까지 이러한 반응을 반복 한 후 티오 에스 테라 제 효소가 방출됩니다. 수화에 의해 완전한 지방산.
팔미 테이트는 화학적 특성을 수정하는 다양한 유형의 효소에 의해 추가로 처리 될 수 있습니다. 즉, 불포화를 도입하고 길이를 연장 할 수 있습니다.
규제
많은 생합성 또는 분해 경로와 마찬가지로 지방산 합성은 다양한 요인에 의해 조절됩니다.
-중탄산염 이온 (HCO3-), 비타민 B (비오틴) 및 아세틸 -CoA (경로의 초기 단계에서 카르 복 실화 된 중간체를 통한 아세틸 -CoA 분자의 카르 복 실화를 포함 함)의 존재에 따라 다릅니다. 말로 닐 -CoA를 형성하는 비오틴의).
-충분한 양의 "대사 연료"가 있으면 과잉이 지방산으로 전환되어 에너지가 부족할 때 후속 산화를 위해 저장되기 때문에 세포 에너지 특성에 반응하여 발생하는 경로입니다.
전체 경로의 제한 단계를 나타내는 효소 acetyl-CoA carboxylase의 조절 측면에서 보면 합성의 주요 산물 인 palmitoyl-CoA에 의해 억제됩니다.
다른 한편으로 알로 스테 릭 활성화 제는 구연산염으로 저장을 위해 산화에서 합성으로 대사를 지시합니다.
아세틸 -CoA 및 ATP의 미토콘드리아 농도가 증가하면 시트 레이트가 세포질로 이동하여 아세틸 -CoA의 세포질 합성을위한 전구체이자 아세틸 -CoA 카르 복실 라제에 대한 알로 스테 릭 활성화 신호입니다.
이 효소는 글루카곤과 에피네프린의 호르몬 작용에 의해 유발되는 인산화에 의해 조절 될 수도 있습니다.
참고 문헌
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