химический каталог




Химия биологически активных природных соединений

Автор Н.А.Преображенский, Р.П.Евстигнеева

я биосинтеза жирных кислот.

Кроме того, возможен перенос ацетильного остатка через митохондриальную мембрану с участием карнитина в виде ацетилкарнитина.

Первым специфическим промежуточным продуктом биосинтеза жирных кислот является малонил-S-KoA, который возникает в результате карбоксилирования ацетил-S-KoA в присутствии АТФ и фермента аце-

347

тил-КоА-карбоксилазы (6.4.1.2), содержащей в качестве простетической. группы биотин:

Mg2+

CH3COSK0A + С02 + АТФ ->¦ HOOCCH2COSKoA + АДФ + Н3Р04

В биосинтезе высших жирных кислот бактериальных организмов (например, Е. Coli) участвует также так называемый ацилпереносящий белок (АПБ), который содержит сульфгидрильную группу и присоединяет все промежуточные ацилпроизводные путем образования тиоэфир-ной связи. Этот белок содержит в качестве простетической группы 4-фосфопантотеиновую кислоту, связанную ковалентно с ОН-группой серина с помощью фосфодиэфирной связи [271]. Аналогичный белок включается в биосинтез жирных кислот в растениях и животных.

Ферментные системы, участвующие в биосинтезе жирных кислот, значительно отличаются у разных организмов. Так, синтетаза жирных кислот дрожжей представляет собой мультифермент с молекулярной массой. 2 300 ООО и ведет себя как отдельный компонент, обладающий всеми видами необходимой ферментативной активности. Ферментная система Е. Coli состоит из нескольких компонентов.

Биосинтез жирных кислот осуществляется с помощью многократно» повторяющегося цикла, включающего шесть последовательных реакций:

HOOCCH2COS - КоА

АПБ-SH—* KoA-SH-t-<,

HOOCCH2COS - АПБ

CH3COS- КоА

-АПБ-SH

-KoA-SH

CH3COS-AnB

^С°2 НАДФ-Н+Н+ нАдф+ он

CH3COCH2COS - АПБ

®

CH3CHCH2GOS-AnB".

г

-НоО

НАДФ НАДФ-Н+Н+ CH3CH2CH2COS-AnB ^-^-- CH3CH=CHCOS-AnB

В реакции / малонилтрансацилаза катализирует перенос остатка малоновой кислоты от малонил-S-KoA к ацилпереносящему белку, давая малонил-Б-АПБ и КоА. В реакции 2 ацетилтрансацилаза катализирует аналогичный перенос ацетильной группы от ацетил-S-KoA к ацилпереносящему белку, образуя ацетил-Б-АПБ и КоА. Следующая ступень (3) включает конденсацию малонил-Э-АПВ и ацетил-Б-АПБ, которая сопровождается декарбоксилированием и образованием ацетоацетил-Б-АПБ. Реакция катализируется р-кетоацил-АПБ-синтетазой и почти необратима. При проведении исследований с 14СОг было показано, что он не включается в жирную кислоту, т. е. СОг выделяется в том же количестве, в. каком расходуется при карбоксилировании ацетил-S-KoA.

Далее (реакция 4) осуществляется восстановление ацетоаце-тил-Б-АПБ в D-_(—)-р-оксибутирил-S-AnB при участии восстановленной

348

-формы НАДФ и фермента В-кетоацил-АПБ-редуктазы. Дегидратация р-оксипрозводного, катализируемая еноил-АПБ-дегидратазой (реакция 5), приводит к кротонил-S-AnB, который подвергается восстановлению (реакция 6) в бутирил-АПБ. Последний способен реагировать с другой молекулой малонил-S-AnE и удлинять цепь еще на два атома углерода. Таким образом процесс удлинения цепи на двууглеродный фрагмент (с помощью малонил-Б-АПБ) может повторяться многократно, в частности в биосинтезе пальмитиновой кислоты удлинение на •фрагмент С2 осуществляется 7 раз:

CH3COSKoA + 7CH2COSKoA + 14НАДФ-Н + Н+--»-

I

СООН

-*¦ СЩСЩыСООН + 7С02 -f 8K0ASH + 14НАДФ + 6НаО

Из суммарного уравнения следует, что лишь одна молекула аце-тил-S-KoA включается в цепь пальмитиновой кислоты, т. е. аце-тил-S-KoA действует как затравка в биосинтезе жирных кислот. Пальмитиновая кислота преимущественно синтезируется в немитохондриаль-ной ферментной системе, а стеариновая — в митохондриальной.

При включении в цикл биосинтеза жирных кислот вместо аце-тил-S-KoA пропионил-S-KoA синтезируются кислоты с нечетным числом атомов углерода. При использовании клеткой в качестве предшественников изовалерил- и изобутирил-S-KoA в системе удлинения цепи через малонил-Б-АПБ образуются разветвленные жирные кислоты.

Заключительным этапом биосинтеза является деацилирование аце-тил-Б-АПБ с образованием свободной жирной кислоты и АПБ-SH.

Удлинение углеродной цепи жирных кислот. В микросомальных фракциях животного организма обнаружены ферментные системы удлинения цепи, основанные на взаимодействии малонил-S-KoA с длинно-цепными ацил-S-KoA. Наращивание цепи может включать один или более циклов, давая удлиненную жирную кислоту и КоА. Превращения, включающие данный процесс, могут быть просуммированы следующим образом:

HOOCCH2COSKoA С02, KoASH НАДФ-Н+Н* нАДФ*

. CH3(CH2)/!+2COSKoA —^--». CH3(CH2)„t2COCH2COSKoA —^——-

р-кетоацнл-S-KoA НАДФ-Н+Н+ нАДФ+

;н2)л+гсн=снс05к

р-оксиацил-S-KoA ^^О тп/73/(г-о:,р-ненасы1ценный

ОН

CH3(CH2)nt2CHCH2COSKoA--^-—СН3(СН2)л+гСН=СНС05КоА

ацил - S-KoA KoASH

CH3(CH2)n4.2CH2CH2COSKoA--»- CH3(CH2)n+2CH2CH5,COOH^

I

Ферментная система удлинения цепи обнаружена также и в митохондриях. Однако в отличие от рассмотренной схемы в качестве двууг-леродного фрагмента в этом случае выступает не малонил-S-KoA, а аце-тил-S-KoA.

Биосинтез ненасыщенных жирных кислот. Механизм биосинтеза ненасыщенных жирных кислот изучен еще недостаточно, однако достоверно установлено, что отдельные организмы обладают различной способностью к образованию ненасыщенных жирных кислот.

34»

Синтез ненасыщенных кислот в бактериальных организмах осуществляется по двум механизмам. В аэробных условиях ненасыщенные кислоты образуются путем окислительного дегидрирования насыщенных кислот в присутствии 02 и восстановленной формы НАДФ. Субстратами реакции служат ацил-S-KoA или ацил-Б-АПБ. Ферментные системы, катализирующие подобные процессы, сосредоточены в основном в мембранах микросом. Так, из пальмитиновой и стеариновой кислот через не-идентифицированные промежуточные соединения образуются соответственно пальмитоолеиновая и олеиновая кислоты.

В анаэробных условиях биосинтез ненасыщенных кислот реализуется по другому механизму: путем введения двойных связей в жирную кислоту в процессе удлинения цепи с помощью двууглеродного фрагмента (Сг). Полагают, что в этом случае В-оксиацил-S-KoA дегидратируется с образованием 6,у-ненасыщенных производных КоА, причем далее двойная связь не восстанавливается, а в процессе роста цепи «отодвигается» от карбоксильного конца:

с2

СН3(СНо)„СН2СООН -*¦ СНз(СН2)„+1СН2СОСН2СООН-*¦

CHa^HJn+iCHaCHtOHJCHaCOOH

зс2

->- СН3(СН2)„+1СН=СНСН2СООН->- СН3(СН2)„СН=СН(СН2),СООН

п = 5 (пальмитоолеиновая кислота), 7 (олеиновая кислота)

В животном организме биосинтез ненасыщенных жирных кислот осуществляется с помощью реакций дегидрирования и удлинения цепи [272], причем у высших животных синтезируются лишь моноеновые кислоты, например олеиновая и ее структурные изомеры. Так, из пальмитиновой кислоты в зависимости от последовательности процессов дегидрирования и удлинения цепи могут образоваться олеиновая или пальмитоолеиновая кислоты, а из последней далее — ^ыс-вакценовая:

НАДФ-Н + Н+; 02

CH3(CH2)i6COSKoA--*¦ CH3(CH2)7CH=CH(CH2),COSKoA

(система дегидрирования) стеароил-S-KpA олеоил-S-KoA

(система Т малонил-S-KoA; удлинения) НАДФ-Н + Н+

(СН3) (CH2)uCOSKoA пальмитоил-S-KoA

(система дегнд- I НАДФ-Н + Н+; рироваиия) 102

малоиил-S-KoA", НАДФ-Н + Н+

CH3(CH2)6CH=CH(CH2),COSKoA--- CH3(CH2)5CH=CH(CH2)eCOSKoA

"ч ° v (система удлинения) v

пальмитоолеоил-S-KoA цис-вакценоил-S-KoA

Линолевая и линоленовая кислоты в животном организме не синтезируются, а поступают с пищей и включаются в систему дегидрирования и удлинения цепи, в результате чего образуются кислоты различной длины цепи и степени ненасыщенности, отличающиеся положением двойных связей. Например, биосинтез арахидоновой кислоты на основе линолевой кислоты можно представить следующим образом:

НАДФ-Н + Н+; 02

CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COSKoA---*-

"ч а v ' (система дегидрирования)

350

нлдф-н + н+; мал оиил-S- Ко А

— ch3(Ch2)4(Ch=chch2)3(Ch2)3coskoa (системауддинен—

Т-линолеиоил-S-KoA

надф-н+н+: о2

-» CH3(CH2)4(CH=CHCH,)3(CH2)5COSKoA---»¦

4 у (система дегидрирования)

8,П ,14-эйкозатриеноил-8-КоА

-- CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COSKoA

арахидоиоил-S-KoA

Аналогично линоленовая кислота превращается в клетке в полиено-вые кислоты состава Сго: 5 и с22: б и т. д.

Высшие растения синтезируют олеиновую, линолевую и линоленовую кислоты.

КАТАБОЛИЗМ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

Катаболизм жирных кислот связан с их окислительным расщеплением, которое представляет собой универсальный биохимический процесс, свойственный всем организмам. В клетке окисление жирных кислот локализовано в митохондриях. В-Окисление высших жирных кислот является одним из важнейших энергетических процессов организма, что и определяет физиологическое значение катаболизма жирных кислот.

Основные положения теории р-окисления жирных кислот были сформулированы Кнопом, Эмбденом и Дакиным (1904 г.) и полностью экспериментально подтверждены в пятидесятых годах.

Для включения кислоты в цикл р-окисления необходима ее предварительная активация, которая достигается путем перевода ее в производное КоА. Ферментная система р-окисления специфична для ацил-S-KoA и не реагирует со свободными жирными кислотами. Активация жирных кислот в ацил-S-KoA катализируется двумя различными классами ферментов: ацил-КоА-синтетазами и тиофоразами. Общая реакция, катализируемая ацил-КоА-синтетазами, требует присутствия АТФ и ионов Mg2+:

Mgz+

RCOOH + АТФ + KoASH RCOSKoA -f- АМФ + ФФ„

Из животных тканей выделены несколько ацил-КоА-синтетаз, проявляющих специфичность в отношении длины цепи субстрата.

Тиофоразы катализируют перенос остатка КоА от ацил-S-KoA на алифатические кислоты и от сукцинил-S-KoA на р-кетокислоты:

RCOSKoA + R'COOH ->- RCOOH + R'COSKoA

Активированные жирные кислоты далее подвергаются дегидрированию в гранс-а,р-ненасыщенные ацильные производные КоА. Реакция катализируется различными ацил-КоА-дегидрогеназами (1.3.99.3), которые содержат в качестве кофермента ФАД и обнаруживают специфичность в отношении длины цепи субстрата:

Н

E^Afl-f-RCH2CH2COSKoA <—»- Е-ФАД-Н2 + R— С=С—COSKoA

I

Н

351

Следующая ступень В-окисления высших жирных кислот включает стереоспецифичную гидратацию ненасыщенного соединения в L-6-окси-ацилпроизводное КоА:

Н ' ОН

I I

. R—С=С—COSKoA + Н20 <—* R—С—CH2COSKoA

I I

Н . Н

Реакция катализируется ферментом еноил-КоА-гидратазой (4.2.1.17).

L-B-Оксиацилпроизводное КоА дегидрируется в В-оксоацилпроизвод-ное в присутствии фермента 3-оксиацил-КоА-дегидрогеназы (1.1.1.35), который не проявляет специфичности в отношении длины цепи:

ОН

R-C-CH2COSKoA + НАД+ RCOCH2COSKoA + НАД-Н + Н+

Заключительный этап одного цикла расщепления высшей жирной кислоты состоит в тиолизе В-оксоацилпроизводного КоА под действием фермента 3-кетоацил-КоА-тиолазы (2.3.1.16):

RCOCH2COSKoA + KoASH <—*- RCOSKoA + CH3COSKoA

В результате одного цикла В-окисления осуществляется укорачивание цепи жирной кислоты на 2 атома углерода и образуется CH3COSKoA и восстановленные формы ФАД и НАД. Процесс далее повторяется многократно до полного расщепления кислоты в CH3COSKoA. Например, в случае пальмитиновой кислоты цикл' р-окисления повторяется 7 раз. Суммарная реакция окисления жирных кислот с четным числом атомов углерода до CH3COSKoA может быть представлена следующим образом (Е — фермент):

СН3(СН2СН2)„СООН + АТФ + (п + 1) KoASH + лНАД+ + лЕ-ФАД + г.Н20 ->¦

->¦ (n + 1) CH3COSKoA + (АДФ + Ф„ + АМФ + ФФИ) + л(НАД-Н + Н+) + л?-ФАД-Н2

Ацетил-S-KoA далее включается в цикл трикарбоновых кислот, а НАД-Н -f Н+ и ФАД-Н2 поступают в цепь переноса электронов.

Окисление жирных кислот с нечетным числом атомов углерода осуществляется аналогично, однако наряду с ацетил-S-KoA конечным продуктом реакции является пропионил-S-KoA, который превращается в сукцинил-S-KoA, вступающий в цикл Кребса.

БИОСИНТЕЗ И КАТАБОЛИЗМ НЕЙТРАЛЬНЫХ ЛИПИДОВ

Триглицериды. Современные представления о биосинтезе триглицеридов" ¦базируются на ферментативных реакциях, представленных на следующей схеме [273]:

352

СНоОН

I 2 но-с-н I

сн2он

АТФ

АДФ

,2+

¦ СНоОН .

I г

с=о о

I II . . _

сн2о-р(он)о

-над-н+н -над+

СН,ОН

I 2

но-с-н о

сн2о-р(он)о~

RCOS-KoA,

R'COS-KoA 2KoA-SH

CHoOCOR

1

R'COO-C-H

I

CHjOPOgH

н2о

CHoOCOR

I

R'COO-C-H

I

CH2OH

r"cos-koa koa-sh

CH2OCOR

r'coo-c-h I

CHoOCOR

Ключевым соединением в биосинтезе триглицеридов является sn-гли-церо-3-фосфат, который образуется либо путем фосфорилирования глицерина АТФ в присутствии фермента глицерокиназы (2.7.1.30), либо восстановлением диоксиацетонфосфата (полупродукт процесса гликолиза), катализируемым глицерофосфатдегидрогеназой (1.1.99.5).

Предшественниками триглицеридов являются фосфатидовые кислоты, которые возникают при ацилировании sn-глицеро-З-фосфата ацильными производными КоА. Реакция алицирования, по-видимому, протекает в две ступени, каждая из которых катализируется определенной глицеро-фосфат-ацилтрансферазой (2.3.1.15). Точный механизм реакции ацилирования не установлен. Фосфатидовые кислоты под действием специфических фосфатаз, содержащихся в печени, мозге и других тканях, подвергаются дефосфорилированию в 1,2-диацил-5п-глицерины, в состав которых входят жирные кислоты различной степени ненасыщенности и длины цепи. Далее 1,2-диацил-5«-глицерины этерифицируются КоА-про-изводными высших жирных кислот в присутствии ацил-КоА:1,2-дигли-церид-О-ацилтрансфераз (2.3.1.20) в триглицериды [274].

Основные участки биосинтеза триглицеридов локализованы в печени и жировой ткани. В кишечном тракте наряду с указанным путем биосинтеза триглицеридов наблюдается процесс, основанный на непосредственной этерификации моноглицеридов ацильными производными КоА в диглицериды в присутствии ацил-КоА:моноглицеридацилтрансферазы с последующим ацилированием их в триглицериды. Однако указанный путь биосинтеза триглицеридов имеет второстепенное значение.

Основная функция триглицеридов состоит в том, что они служат компактной формой хранения энергии в животных и растительных орга-

23—2394

353

низмах. Они рассматриваются как динамические элементы клетки, в отличие от фосфолипидов, которые являются «постоянными» компонентами клеточных структур.

Триглицериды жировых депо (запасный или резервный жир) могут потребляться при голодании, физической работе и других состояниях организма, требующих затраты энергии. Запасы их пополняются после потребления пищи и, таким образом, они являются буфером в процессе накопления и использования энергии в организме.

Гидролиз триглицеридов, поступающих в организм с пищей, происходит в основном в тонком кишечнике под действием липолитических ферментов, выделяемых поджелудочной железой и известных под названием панкреатических липаз [275, р. 135]. Панкреатические липазы проявляют специфичность в отношении первичных сложноэфирных групп и гидролизуют триглицериды в 2-моноглицериды, которые постепенно расщепляются в глицерин и жирные кислоты. Эффективное расщепление триглицеридов липазами достигается в присутствии солей желчных кислот, которые способствуют образованию эмульсий. Полученные моно- и диглицериды

страница 49
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Химия биологически активных природных соединений" (6.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
как получить сертификат на установку газовых котлов
правило проката гироскутера
шкаф управления acw cr1-30
курсы логист и 1с: управление торговлей 8

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(25.04.2017)