지질 합성 : 유형 및 주요 메커니즘 - 생물학 - 2025

지질 의 합성은 일련의 효소 반응으로 구성되며,이를 통해 단쇄 탄화수소가 응축되어 장쇄 분자를 형성하고 이후에 다른 화학적 변형을 겪을 수 있습니다.

지질은 모든 살아있는 세포에 의해 합성되고 세포 생명 유지에 필수적인 여러 기능에 특화된 매우 다양한 생체 분자의 한 종류입니다.

일반적인 지질의 몇 가지 예 : 글리세로 인지질, 스테롤, 글리세로 지질, 지방산, 스핑 고지 질 및 프레 놀 (출처 : 원래 업 로더는 English Wikipedia의 Lmaps였습니다. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/) fdl-1.2.html) Commons를 통해 Raquel Parada에 의해 수정 됨)

지질은 생물학적 막의 주요 구성 요소로, 환경에서 분리 된 독립 체로서 세포의 존재를위한 기본 분자가됩니다.

일부 지질은 또한 안료, 보조 인자, 수송 체, 세제, 호르몬, 세포 내 및 세포 외 메신저, 막 단백질의 공유 앵커 등과 같은 특수 기능을 가지고 있습니다. 따라서 다양한 유형의 지질을 합성하는 능력은 모든 살아있는 유기체의 생존에 중요합니다.

이 큰 화합물 그룹은 전통적으로 지방산 (포화 및 불포화), 글리세리드 (포스 포 글리세리드 및 중성 글리세리드), 비글리 세라이드 지질 (스핑 고지 질 (스 핑고 미엘린 및 당지질), 스테로이드 및 왁스) 등 여러 범주 또는 하위 그룹으로 분류됩니다. 복잡한 지질 (지단백질).

지질의 종류와 주요 합성 메커니즘

지질 생합성 경로의 모든 반응 순서는 endergonic 및 reductive입니다. 즉, 그들은 모두 ATP를 에너지 원으로 사용하고 NADPH와 같은 감소 된 전자 캐리어를 환원력으로 사용합니다.

다음으로, 주요 유형의 지질, 즉 지방산 및 에이코 사 노이드, 트리 아실 글리세롤 및 인지질 및 스테롤 (콜레스테롤)의 생합성 경로의 주요 반응에 대해 설명합니다.

-지방산 합성

지방산은 세포에서 가장 관련성이 높은 지질의 일부이기 때문에 지질 관점에서 매우 중요한 분자입니다. 많은 과학자들이 이와 관련하여 첫 번째 연구에서 생각한 것과는 달리 합성은 β- 산화의 역 경로로 구성되지 않습니다.

사실,이 대사 경로는 다른 세포 구획에서 발생하며 산화에 필요하지 않은 말로 닐 -CoA로 알려진 3 탄소 중간체의 참여가 필요합니다.

말로 닐 -CoA. NEUROtiker / 퍼블릭 도메인

또한 아실 운반 단백질 (English Acyl Carrier Proteins의 ACP)로 알려진 단백질의 sulfhydryl 그룹과 밀접한 관련이 있습니다.

일반적으로 지방산, 특히 장쇄의 합성은 각 "턴"에서 4 단계가 반복되는 순차적 프로세스이며, 각 턴 동안 다음의 기질이되는 포화 아실 기가 생성됩니다. 이것은 새로운 malonyl-CoA 분자와의 또 다른 축합을 포함합니다.

반응의 각 회전 또는주기에서 지방산 사슬은 16 개 원자 (팔미 테이트)의 길이에 도달 할 때까지 두 개의 탄소를 확장 한 후주기를 떠납니다.

말로 닐 -CoA 형성

세 개의 탄소 원자로 이루어진이 중간체는 효소 아세틸 -CoA 카르 복실 라제의 작용 덕분에 아세틸 -CoA로부터 비가 역적으로 형성됩니다. 아세틸 -CoA 카르 복실 라제는 효소에 공유 결합되어 있고이 촉매 작용에 참여하는 보철 그룹을 가지고 있습니다. 두 단계.

이 반응에서 중탄산염 분자 (HCO3-)에서 파생 된 카르복실기는 ATP 의존적 방식으로 비오틴으로 전달됩니다. 여기서 비 오티 닐 기는 분자를 아세틸 -Coa로 전달하면서 분자의 "일시적 수송 자"역할을합니다. , malonyl-CoA 생성.

지방산 합성 순서에서 사용되는 환원제는 NADPH이고 활성화 기는 촉매 작용에서 가장 중요한 지방산 합성 효소라고하는 다중 효소 복합체의 일부인 두 개의 티올 기 (-SH)입니다. 인조.

척추 동물에서 지방산 합성 효소 복합체는 하나의 큰 폴리펩티드 사슬의 일부이며, 여기에서 합성 경로의 7 가지 특징적인 효소 활성과 마지막에 중간체를 방출하는 데 필요한 가수 분해 활성이 나타납니다. 합성.

지방산 합성 효소의 구조 (출처 : Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

이 복합체의 7 가지 효소 활성은 다음과 같습니다. 케토 아실 -ACP 환원 효소 (KR), β- 하이드 록시 아실 -ACP 탈수 효소 (HD) 및 에노 일 -ACP 환원 효소 (ER).

축합 반응이 일어나 지방산 사슬을 조립하기 전에 효소 복합체에있는 두 개의 티올 그룹이 아실 그룹으로 "전하"됩니다. 먼저 아세틸 -CoA가 a의 -SH 그룹으로 이동합니다. 복합체의 β-ketoacyl-ACP synthase 부분에있는 cysteine, 효소 acetyl-CoA-ACP transacetylase (AT)에 의해 촉매되는 반응.

그 후, 말로 닐 그룹은 말로 닐 -CoA 분자에서 효소 복합체의 아실 그룹 수송 체 부분 (ACP)의 -SH 그룹으로 전달되며,이 반응은 말로 닐 -CoA-ACP 트랜스퍼 라제 (MT) 효소에 의해 촉매됩니다. 그것은 지방산 합성 효소 복합체의 일부입니다.

반응 사이클의 각 "턴"에 대한 네 가지 반응의 순서는 다음과 같습니다.

1. 축합 : 효소의 "하전 된"아세틸 및 말로 닐 그룹이 축합되어 아세토 아세틸 -ACP 분자를 형성하며, 이는 -SH 그룹을 통해 ACP 부분에 부착됩니다. 이 단계에서 CO2 분자가 생성되고 β- 케토 아실 -ACP 신타 제에 의해 촉매됩니다 (아세틸 그룹은 아세토 아세틸 -ACP 복합체의 "말단 메틸"위치를 차지함).
2. 카르보닐기의 환원 : 아세토 아세틸 -ACP의 C3 위치에있는 카르보닐기가 환원되어 NADPH를 전자 공여체로 사용하는 β- 케토 아실 -ACP 환원 효소에 의해 촉매되는 반응 인 D-β- 히드 록시 부티 릴 -ACP를 형성합니다.
3. 탈수 : D-β-hydroxybutyryl-ACP의 C2 및 C3 탄소는 물 분자가 없으므로 새로운 화합물 trans -∆2-butenoyl-ACP의 생성으로 끝나는 이중 결합을 형성합니다. 이 과정은 β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD) 효소에 의해 매개됩니다.
4. 이중 결합 환원 : 탈수 단계에서 형성된 화합물의 이중 결합이 포화 (환원)되어 효소 에노 일 -ACP 환원 효소 (ER)에 의해 촉매 작용을받는 반응을 통해 부티 릴 -ACP가 생성되며, 환원제로 NADPH도 사용됩니다. .

합성 반응은 팔미 테이트 분자 (16 개의 탄소 원자)가 형성 될 때까지 발생하며, 이는 효소 복합체에서 가수 분해되어 연신 시스템에 의해 생성되는 긴 사슬을 가진 지방산의 가능한 전구체로 방출됩니다. 소포체의 매끄러운 부분과 미토콘드리아에 위치한 지방산의.

예를 들어, 불포화와 같은 이들 분자가 겪을 수있는 다른 변형은 일반적으로 매끄러운 소포체에서 발생하는 다른 효소에 의해 촉매된다.

-에이코 사 노이드 합성

에이코 사 노이드는 "단거리"메신저 분자로 기능하는 세포 지질로, 일부 조직에서 생성하여 인접한 조직의 세포와 통신합니다. 이 분자들은 20 개의 탄소 원자의 다중 불포화 지방산으로부터 합성됩니다.

프로스타글란딘

호르몬 자극에 반응하여 효소 포스 포 리파제 A는 막 인지질을 공격하고 2- 탄소 글리세롤에서 아라키도 네이트를 방출합니다. 이 화합물은 시클로 옥 시게나 제 (COX) 또는 프로스타글란딘 H2 신타 제와 같은이기 능 활성을 갖는 매끄러운 소포체의 효소 덕분에 프로스타글란딘으로 전환됩니다.

트롬 복산

프로스타글란딘은 혈소판 (혈소판)에 존재하는 트롬 복산 합성 효소 덕분에 트롬 복산으로 전환 될 수 있습니다. 이 분자들은 혈액 응고의 초기 단계에 참여합니다.

-트리 아실 글리세롤의 합성

지방산은 트리 아실 글리세롤 또는 막 지질 글리세로 인지질 (세포 대사 요구에 따라 달라지는 과정)과 같은 세포에서 다른 더 복잡한 화합물의 합성을위한 기본 분자입니다.

동물은 지방 아실 -CoA와 L- 글리세롤 3- 포스페이트의 두 가지 일반적인 전구체로부터 트리 아실 글리세롤과 글리세로 인지질을 생산합니다. 지방 아실 -CoA는 β- 산화에 참여하는 아실 -CoA 합성 효소에 의해 생성되는 반면, L- 글리세롤 3- 포스페이트는 해당 과정과 두 가지 대체 효소의 작용에 의해 얻어집니다 : 글리세롤 3- 포스페이트 탈수소 효소 및 글리세롤 키나제.

트리 아실 글리세롤은 두 분자의 지방 아실 -CoA와 한 분자의 디아 실 글리세롤 3- 포스페이트 사이의 반응에 의해 형성됩니다. 이러한 전달 반응은 특정 아실 전달 효소에 의해 촉매됩니다.

이 반응에서 포스 파티 드 산은 초기에 생성되며, 이는 효소 포스 파티 드산 포스파타제에 의해 탈 인산화되어 1,2- 디아 실 글리세롤을 생성하며, 이는 다시 지방 아실 -CoA의 세 번째 분자를 수용하여 트리 아실 글리세롤을 생성 할 수 있습니다.

-인지질 합성

인지질은 지방산과 다른 "헤드"그룹과 글리세롤 (글리세로 인지질) 또는 스핑 고신 (스핑 고지 질) 골격의 조합에 의해 형성 될 수 있기 때문에 매우 가변적 인 분자입니다.

이러한 분자의 일반적인 조립은 글리세롤 또는 스핑 고신 백본의 합성, 에스테르 화 또는 아미드 화에 의한 해당 지방산과의 결합, 포스 포디 에스테르 결합을 통한 친수성 "헤드"그룹의 추가 및 필요한 경우 후자 그룹의 변경 또는 교환.

진핵 생물에서이 과정은 매끄러운 소포체와 내부 미토콘드리아 막에서 발생하며, 그곳에서 무기한으로 머 무르거나 다른 곳으로 이동할 수 있습니다.

반응 단계

글리세로 인지질 합성 반응의 첫 번째 단계는 글리세롤 3- 인산 분자가 탄소 1과 2에서 두 개의 지방산 분자로 에스테르 화되어 포스 파티 드산을 형성하기 때문에 트리 아실 글리세롤의 생산 단계와 동일합니다. C1에 포화되고 글리세롤의 C2에 불포화 지방산이있는 인지질을 찾는 것이 일반적입니다.

포스 파티 드 산은 이미 합성되거나 "재활용 된"디아 실 글리세롤 분자의 인산화에 의해 생성 될 수도 있습니다.

이러한 분자의 극성 "헤드"그룹은 포스 포디 에스테르 결합을 통해 형성됩니다. 이 과정이 올바르게 일어나기 위해 가장 먼저 일어나야하는 것은 다른 그룹에 의해 친 핵성으로 치환 된 시티 딘 디 포스페이트 (CDP)와 ​​같은 뉴클레오티드에 결합하여 과정에 참여하는 하이드 록실 그룹 중 하나의 "활성화"입니다. 반응에 참여하는 수산기.

이 분자가 디아 실 글리세롤에 결합하면 CDP- 디아 실 글리세롤 (인산의 "활성화 된"형태)이 형성되지만 이는 "헤드"그룹의 하이드 록실 그룹에서도 발생할 수 있습니다.

예를 들어, 포스파티딜 세린의 경우 디아 실 글리세롤은 포스 파티 드산 분자와 시티 딘 트리 포스페이트 (CTP) 분자의 축합에 의해 활성화되어 CDP- 디아 실 글리세롤을 형성하고 피로 포스페이트를 제거합니다.

CMP (시티 딘 모노 포스페이트) 분자가 글리세롤 3- 포스페이트의 1- 탄소에서 세린의 하이드 록실 또는 하이드 록실의 친 핵성 공격에 의해 치환되면 포스파티딜 세린 또는 포스파티딜 글리세롤 3- 포스페이트가 방출 될 수 있으며, 이로부터 포스페이트 모노 에스테르가 방출되고 포스파티딜 글리세롤을 생산합니다.

이러한 방식으로 생성 된 두 분자는 종종 서로 생합성 경로를 공유하는 다른 막 지질의 전구체 역할을합니다.

-콜레스테롤 합성

콜레스테롤은 동물의 세포에 의해 합성 될 수있는 필수 분자이므로 일상적인 식단에 필수적인 것은 아닙니다. 27 개의 탄소 원자로 구성된이 분자는 전구체 인 아세테이트에서 생성됩니다.

이 복잡한 분자는 아세틸 -CoA로 4 가지 주요 단계로 형성됩니다.

1. 3 개의 아세테이트 단위를 축합하여 6 개의 탄소 중간 분자 인 메 발로 네이트를 형성합니다 (먼저 아세토 아세틸 -CoA 분자는 두 개의 아세틸 -CoA (티 올라 제 효소)와 다른 하나의 β- 하이드 록시 -β- 메틸 글 루타 릴 -CoA ( HMG-CoA) (HMG-CoA 합성 효소) 메 발로 네이트는 HMG-CoA와 효소 HMG-CoA 환원 효소 덕분에 형성됩니다.
2. 메 발로 네이트를 이소프렌 단위로 변환. 처음 3 개의 인산기는 3 개의 ATP 분자에서 메 발로 네이트로 전달됩니다. 인산염 중 하나가 인접한 카르보닐기와 함께 손실되고 ∆3- 이소 펜 테닐 피로 인산염이 형성되어 디메틸 알릴 피로 인산염을 생성하기 위해 이성 질화됩니다.
3. 6 C 5 이소프렌 단위의 중합 또는 축합으로 C 30 스쿠알렌 (선형 분자)을 형성합니다.
4. 스쿠알렌을 순환시켜 콜레스테롤의 스테로이드 핵의 4 개의 고리를 형성하고 그에 따른 화학적 변화 : 산화, 이동 및 메틸기 제거 등으로 콜레스테롤을 생성합니다.

참고 문헌

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