Die Synthese von Fettsäuren geht von Acetyl-Coenzym A aus und entspricht in etwa dem umgekehrten Weg ihres Abbaus; bei der Synthese von Fettsäuren wird eine Reihe von Bicarbonatfragmenten an das Ausgangs-Acetyl-Coenzym A angefügt.
Die Synthese von Fettsäuren ist vollständig zytoplasmatisch (dh die Enzyme, die diese Synthese katalysieren, befinden sich im Zytoplasma). Das im Zytoplasma zur Synthese von Fettsäuren verwendete Acetyl-Coenzym A ist mitochondrialen Ursprungs: Ein kleiner Teil wird durch Carnitin transportiert, durch die Wirkung von zwei Acyltransferase-Enzymen (ein zytoplasmatisches und ein mitochondriales) und ein Translokase-Enzym Coenzym A mitochondrialen Ursprungs wird auf einem speziellen Weg gewonnen: die Citratlyase (der Name leitet sich vom ersten Enzym dieses Weges ab).
Das in Mitochondrien vorhandene Acetyl-Coenzym A stammt aus der Glykolyse nach der Wirkung von Pyruvat-Dehydrogenase; Acetyl-Coenzym A erfährt die Wirkung des Enzyms Citrat-Synthase: Dieses Enzym katalysiert die Bildung von Citrat durch die Reaktion von Acetyl-Coenzym A mit Oxalacetat.Wenn der Krebs-Zyklus den Energiebedarf decken kann, beginnt er mit Citrat (die Menge unnötig in des Krebs-Zyklus) die Mitochondrien verlassen und das Zytoplasma erreichen können, wo das Enzym Citrat-Lyase es unter Energieaufwand wieder in Acetyl-Coenzym A und Oxalacetat umwandelt. Auf diese Weise ist es möglich, Acetyl-Coenzym A im Zytoplasma verfügbar zu haben; das gebildete Oxalacetat muss jedoch in die Mitochondrien zurückgeführt werden, um für das Enzym Citratsynthase wieder zur Verfügung zu stehen.
Das Oxalacetat wird dann durch die Wirkung des Enzyms in Malat umgewandelt Malatdehydrogenase zytoplasmatisch (ein zytoplasmatisches NADH wird verbraucht): das Malat ist ein durchlässiger Metabolit und kann wieder in die Mitochondrien eindringen, wo es unter der Wirkung des mitochondrialen Malat-Dehydrogenase-Enzyms wieder in Oxalacetat umgewandelt wird (es wird auch ein NADH gewonnen); der zytoplasmatische Patient kann alternativ der Wirkung des Malic-Enzyms unterzogen werden, das eine Decarboxylierung und Dehydrierung durchführt, um in Pyruvat umgewandelt zu werden. Das Äpfelsäureenzym wirkt auf NADP + (es ist dem Nicotinamidadenindinukleotid ähnlich, hat aber im Gegensatz zu diesem eine Phosphorgruppe an der zweiten Hydroxylgruppe an einer der beiden Riboseeinheiten), daher wird beim Übergang von Malat zu Pyruvat NADPH produziert ( das in der Biosynthese verwendet wird) Pyruvat gelangt dann in die Mitochondrien, wo es durch die Wirkung von Pyruvat-Carboxylase in Oxalacetat oder durch Pyruvat-Dehydrogenase in Acetyl-Coenzym A umgewandelt wird.
Sehen wir uns ein Beispiel an: Acht Moleküle Acetyl-Coenzym A werden zur Synthese von Palmitinsäure (Kette mit sechzehn Kohlenstoffatomen) benötigt, aber nur eines davon wird als solches verwendet: Sieben Moleküle Acetyl-Coenzym A werden durch das "Enzym" in Malonyl-Coenzym A umgewandelt Acetyl-Coenzym-A-Carboxylase (Dieses Enzym verwendet ein CO2-Molekül und hat Biotin als Cofaktor).
Das Acetyl-Coenzym-A-Carboxylase-Enzym kann in einer fast inaktiven dispergierten Form und einer aktiven Aggregatform (etwa zwanzig Einheiten) vorliegen; der Übergang von der dispergierten in die aggregierte Form erfolgt, wenn im Zytoplasma eine "hohe Konzentration von Citrat : Citrat ist ein positiver Modulator des Acetyl-Coenzym-A-Carboxylase-Enzyms.
Das Acetyl-Coenzym-A-Carboxylase-Enzym besitzt weitere positive (Insulin) und negative (Glukagon, Adrenalin und Acyl-Coenzym A) Modulatoren.
Wir werden die Synthese von Fettsäuren im Bakterium Escherichia coli analysieren, bei der diese Synthese durch die Wirkung von sieben verschiedenen Proteinen erfolgt; In eukaryotischen Zellen ist der Mechanismus der Fettsäuresynthese ähnlich dem von Bakterien, aber in Eukaryoten sind die sieben für die Synthese verantwortlichen Enzyme in zwei Multienzymkomplexe A und B zusammengefasst.
In Bakterien kodieren sieben verschiedene Gene für:
- ACP (Acylträgerprotein);
- ACP-Acetyltransacetylase;
- ACP. Malonyl-Transacetylase;
- β-Keto-Acyl-ACP-Synthase (kondensierendes Enzym);
- β-Keto-Acyl-ACP-Reduktase;
- D-β-Hydroxy-Acyl-Dehydratase;
- enoil-ACP redigiert.
In Eukaryoten kodieren zwei Gene für:
Untereinheit A
ACP;
Kondensierendes Enzym
β-Keto-Acyl-ACP-Reduktase.
Untereinheit B
ACP-Acetyltransacetylase;
ACP-Malonyl-Transacetylase;
D-β-Hydroxy-Acyl-Dehydratase;
enoil-ACP redigiert.
Die sieben Proteine von Escherichia coli sind so angeordnet, dass es ein zentrales (das ACP) gibt und die anderen sechs darum herum.
An seiner enzymatischen Wirkung sind zwei Sulfhydrylgruppen beteiligt: eine gehört zu einem Cystein und eine gehört zum langen Arm eines Phosphopantheteins; ACP bindet an das Substrat, das über den Phosphopanthein-Arm mit den anderen Enzymen in Kontakt gebracht wird, die so ihre enzymatische Wirkung entfalten können.
Acetyl-Coenzym A (mittels ACP-Acetyl-Transacylase) bindet an das ACP-Enzym (genauer an den Schwefel des Cysteins, das das Cysteyl-Derivat bildet) und Coenzym A wird freigesetzt; dann greift die ACP-Malonyl-Transacylase ein, die den Angriff von katalysiert Malonyl auf Phosphopanthein (auch bei diesem Vorgang wird zunächst an Malonyl gebundenes Coenzym A freigesetzt).
Der nächste Schritt beinhaltet die β-Keto-Acyl-ACP-Synthase, die ein kondensierendes Enzym ist: Sie ermöglicht die Fusion zwischen den beiden Skeletten; Malonyl wird leicht decarboxyliert und es entsteht ein Carbonyl des Acetylderivats Cystein: Das Cystein wird freigesetzt und es entsteht ein β-Keto (Acetylacetyl)phosphopanthin-Derivat.
Anschließend greift die β-Keto-Acyl-ACP-Reduktase ein, die das Carbonyl weiter zum ACP-Enzym reduziert (von NADPH wird ein Hydroxid gebildet, das zu NADP + reduziert wird).
Nun wirkt die 3-Hydroxy-Acyl-ACP-Dehydratase (Dehydratation tritt auf), was zur Bildung eines ungesättigten Systems (Alken) führt.
Der nächste Prozess beinhaltet die Enoyl-ACP-Reduktase (sie führt eine Hydrierung durch: das Alkan wird gebildet und NADPH wird zu NADP + reduziert).
Die letzte Phase beinhaltet die Umwandlung des aus dem ersten Zyklus erhaltenen Acylprodukts in eine Verbindung, die einen zweiten Zyklus starten kann: Das Transacylase-Enzym überträgt das Acyl auf das Cystein und lässt die Stelle des Pantethins frei, das nun bereit ist, ein anderes zu binden malonyl.
Bei der β-Oxidation wird ein FAD-Molekül verwendet, um den ungesättigten α-β-Metaboliten trans-Enoyl-Coenzym A durch Dehydrierung zu erhalten; bei der Synthese von Fettsäuren wird stattdessen ein Molekül NADPH verwendet, um die gegenteilige Reaktion zu bewirken.
Üblicherweise werden Fettsäuren mit sechzehn Kohlenstoffatomen synthetisiert, aber auch Fettsäuren mit achtzehn, zwanzig oder zweiundzwanzig Kohlenstoffatomen können hergestellt werden; die Fettsäuren werden dann mit aktiviertem Glycerin (dh Glycerin-3-phosphat) zu Triglyceriden verestert. Letzteres kann durch die Wirkung des Enzyms aus Dihydroxyacetonphosphat gewonnen werden Glycerinphosphat-Dehydrogenase oder aus Glycerin über das Enzym Glycerinkinase.
Die synthetisierten Fettsäuren müssen dem Fettgewebe zugeführt werden; sie werden in Form von Triglyceriden oder teilweise als solche unter Verwendung eines Transportproteins, das Albumin ist, im Blutkreislauf transportiert.
