TỔNG HỢP LIPID: CÁC LOẠI VÀ CƠ CHẾ CHÍNH CỦA CHÚNG - SINH HỌC - 2026

Quá trình tổng hợp lipid bao gồm một loạt các phản ứng enzym bằng cách mà các hydrocacbon mạch ngắn ngưng tụ để tạo thành các phân tử chuỗi dài hơn, sau đó có thể trải qua các biến đổi hóa học khác nhau.

Lipid là một loại phân tử sinh học rất đa dạng được tổng hợp bởi tất cả các tế bào sống và chúng chuyên đảm nhiệm nhiều chức năng cần thiết cho việc duy trì sự sống của tế bào.

Một số ví dụ về các loại lipid thông thường: glycerophospholipid, sterol, glycerolipid, axit béo, sphingolipid và prenols (Nguồn: Người tải lên ban đầu là Lmaps tại Wikipedia tiếng Anh. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/ fdl-1.2.html) thông qua Commons, được chuyển thể bởi Raquel Parada)

Lipid là thành phần chính của màng sinh học, một thực tế khiến chúng trở thành phân tử cơ bản cho sự tồn tại của tế bào với tư cách là những thực thể bị cô lập khỏi môi trường của chúng.

Một số lipid cũng có các chức năng chuyên biệt như sắc tố, chất đồng yếu tố, chất vận chuyển, chất tẩy rửa, kích thích tố, sứ giả trong và ngoài tế bào, neo cộng hóa trị cho protein màng, v.v. Vì vậy, khả năng tổng hợp các loại lipid khác nhau là rất quan trọng cho sự tồn tại của tất cả các sinh vật sống.

Theo truyền thống, nhóm lớn các hợp chất này được phân loại thành một số loại hoặc phân nhóm: axit béo (bão hòa và không bão hòa), glycerid (phosphoglycerid và glycerid trung tính), lipid không phải glycerid (sphingolipid (sphingomyelin và glycolipid), steroid và sáp), và lipid phức tạp (lipoprotein).

Các loại lipid và cơ chế tổng hợp chính của chúng

Tất cả các trình tự phản ứng của con đường sinh tổng hợp lipid đều là nội tiết và khử. Nói cách khác, tất cả chúng đều sử dụng ATP như một nguồn năng lượng và một chất mang điện tử bị khử, chẳng hạn như NADPH, làm năng lượng khử.

Tiếp theo, các phản ứng chính của con đường sinh tổng hợp của các loại lipid chính sẽ được mô tả, nghĩa là của axit béo và eicosanoid, của triacylglycerol và phospholipid và sterol (cholesterol).

- Tổng hợp các axit béo

Axit béo là những phân tử cực kỳ quan trọng theo quan điểm lipid, vì chúng là một phần của lipid liên quan nhất trong tế bào. Sự tổng hợp của nó, trái với những gì nhiều nhà khoa học nghĩ trong những nghiên cứu đầu tiên về vấn đề này, không bao gồm con đường ngược lại của quá trình oxy hóa β của nó.

Trên thực tế, con đường trao đổi chất này xảy ra trong các ngăn tế bào khác nhau và cần có sự tham gia của chất trung gian ba cacbon được gọi là malonyl-CoA, không cần thiết cho quá trình oxy hóa.

Malonyl-CoA. NEUROtiker / Miền công cộng

Ngoài ra, nó có liên quan chặt chẽ đến các nhóm sulfhydryl của protein được gọi là chất vận chuyển nhóm acyl (ACP, Acyl Carrier Proteins).

Nói chung, tổng hợp các axit béo, đặc biệt là các axit béo chuỗi dài, là một quá trình tuần tự, trong đó bốn bước được lặp lại trong mỗi "lượt", và trong mỗi lượt, một nhóm acyl bão hòa được tạo ra để làm cơ chất cho bước tiếp theo. , liên quan đến sự ngưng tụ khác với phân tử malonyl-CoA mới.

Trong mỗi lượt hoặc chu kỳ phản ứng, chuỗi axit béo kéo dài hai nguyên tử cacbon, cho đến khi nó đạt đến chiều dài 16 nguyên tử (palmitate), sau đó nó rời khỏi chu kỳ.

Sự hình thành Malonyl-CoA

Chất trung gian của ba nguyên tử cacbon này được hình thành không thể đảo ngược từ acetyl-CoA nhờ hoạt động của enzym acetyl-CoA carboxylase, có một nhóm giả là biotin liên kết cộng hóa trị với enzym và tham gia vào xúc tác này trong Hai bước.

Trong phản ứng này, một nhóm cacboxyl có nguồn gốc từ phân tử bicacbonat (HCO3-) được chuyển đến biotin theo cách phụ thuộc vào ATP, trong đó nhóm biotinyl hoạt động như một "chất vận chuyển tạm thời" của phân tử trong khi chuyển nó thành acetyl-Coa. , sản xuất malonyl-CoA.

Trong trình tự tổng hợp axit béo, chất khử được sử dụng là NADPH và các nhóm hoạt hóa là hai nhóm thiol (-SH) là một phần của phức hợp đa enzyme gọi là tổng hợp axit béo, là chất quan trọng nhất trong xúc tác sợi tổng hợp.

Ở động vật có xương sống, phức hợp tổng hợp axit béo là một phần của chuỗi polypeptit lớn duy nhất, trong đó thể hiện 7 hoạt động enzym đặc trưng của lộ trình tổng hợp, cũng như hoạt động thủy phân cần thiết để giải phóng các chất trung gian ở cuối sự tổng hợp.

Cấu trúc của enzyme tổng hợp axit béo (Nguồn: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) qua Wikimedia Commons)

7 hoạt động enzym của phức hợp này là: protein vận chuyển nhóm acyl (ACP), acetyl-CoA-ACP transacetylase (AT), β-ketoacyl-ACP synthase (KS), malonyl-CoA-ACP transferase (MT), β- ketoacyl-ACP reductase (KR), β-hydroxyacyl-ACP mất nước (HD) và enoyl-ACP reductase (ER).

Trước khi các phản ứng ngưng tụ có thể xảy ra để lắp ráp chuỗi axit béo, hai nhóm thiol trong phức hợp enzyme trở nên "tích điện" với các nhóm acyl: đầu tiên, một acetyl-CoA được chuyển sang nhóm -SH của a cysteine ​​trong phần tổng hợp β-ketoacyl-ACP của phức hợp, một phản ứng được xúc tác bởi enzyme acetyl-CoA-ACP transacetylase (AT).

Sau đó, một nhóm malonyl được chuyển từ phân tử malonyl-CoA sang nhóm -SH của phần vận chuyển nhóm acyl (ACP) của phức hợp enzyme, một phản ứng được xúc tác bởi một enzyme malonyl-CoA-ACP transferase (MT), cũng Nó là một phần của phức hợp tổng hợp axit béo.

Trình tự của bốn phản ứng cho mỗi "lượt" của chu kỳ phản ứng như sau:

1. Sự ngưng tụ: Các nhóm acetyl và malonyl "tích điện" trên enzyme ngưng tụ để tạo thành phân tử acetoacetyl-ACP, được gắn vào gốc ACP thông qua nhóm -SH. Trong bước này, một phân tử CO2 được tạo ra và xúc tác bởi β-ketoacyl-ACP synthase (nhóm acetyl chiếm vị trí "methyl đầu cuối" của phức hợp acetoacetyl-ACP).
2. Sự khử nhóm cacbonyl: nhóm cacbonyl ở vị trí C3 của acetoacetyl-ACP bị khử để tạo thành D-β-hydroxybutyryl-ACP, một phản ứng được xúc tác bởi β-ketoacyl-ACP reductase, sử dụng NADPH làm chất cho điện tử.
3. Mất nước: các cacbon C2 và C3 của D-β-hydroxybutyryl-ACP không có phân tử nước, tạo thành một liên kết đôi kết thúc bằng việc tạo ra hợp chất mới trans -∆2-butenoyl-ACP. Quá trình này được thực hiện qua trung gian của một enzym β-hydroxyacyl-ACP khử nước (HD).
4. Giảm liên kết đôi: liên kết đôi của hợp chất được tạo thành trong bước khử nước được bão hòa (khử) để tạo ra butyryl-ACP thông qua phản ứng được xúc tác bởi enzyme enoyl-ACP reductase (ER), cũng sử dụng NADPH làm chất khử .

Các phản ứng tổng hợp xảy ra cho đến khi một phân tử palmitate (16 nguyên tử cacbon) được hình thành, được thủy phân từ phức hợp enzyme và được giải phóng như một tiền chất có thể có cho các axit béo có chuỗi dài hơn, được tạo ra bởi hệ thống kéo dài. của các axit béo nằm trong phần trơn của lưới nội chất và trong ti thể.

Các biến đổi khác mà các phân tử này có thể trải qua, chẳng hạn như khử muối, được xúc tác bởi các enzym khác nhau, thường xảy ra trong lưới nội chất trơn.

- Tổng hợp eicosanoid

Eicosanoids là lipid tế bào có chức năng như các phân tử truyền tin "tầm ngắn", được sản xuất bởi một số mô để giao tiếp với các tế bào ở các mô lân cận của chúng. Các phân tử này được tổng hợp từ các axit béo không bão hòa đa của 20 nguyên tử cacbon.

Prostaglandin

Để phản ứng với kích thích nội tiết tố, enzyme phospholipase A tấn công các phospholipid màng và giải phóng arachidonate từ glycerol 2 carbon. Hợp chất này được chuyển đổi thành các prostaglandin nhờ một loại enzym của lưới nội chất trơn có hoạt tính sinh học: cyclooxygenase (COX) hoặc prostaglandin H2 synthase.

Thromboxanes

Prostaglandin có thể được chuyển đổi thành thromboxan nhờ vào thromboxan synthase có trong các tiểu cầu trong máu (thrombocytes). Các phân tử này tham gia vào các bước ban đầu của quá trình đông máu.

- Tổng hợp triacylglycerol

Axit béo là phân tử cơ bản để tổng hợp các hợp chất phức tạp hơn khác trong tế bào, chẳng hạn như triacylglycerols hoặc chất béo màng glycerophospholipid (các quá trình phụ thuộc vào nhu cầu trao đổi chất của tế bào).

Động vật sản xuất triacylglycerol và glycerophospholipid từ hai tiền chất phổ biến: acyl-CoA béo và L-glycerol 3-phosphate. Acyl-CoA béo được tạo ra bởi các enzym tổng hợp acyl-CoA tham gia vào quá trình oxy hóa β, trong khi L-glycerol 3-phosphate thu được từ quá trình đường phân và do tác dụng của hai enzyme thay thế: glycerol 3-phosphate dehydrogenase và glycerol kinase.

Triacylglycerol được hình thành do phản ứng giữa hai phân tử acyl-CoA béo và một phân tử diacylglycerol 3-phosphate; Các phản ứng chuyển giao này được xúc tác bởi các acyl transferase cụ thể.

Trong phản ứng này, ban đầu, axit phosphatidic được tạo ra, được dephosphoryl hóa bởi enzym phosphatase axit phosphatidic để tạo ra 1,2-diacylglycerol, một lần nữa có khả năng chấp nhận phân tử thứ ba của acyl-CoA béo, tạo ra triacylglycerol.

- Tổng hợp phospholipid

Phospholipid là những phân tử rất biến đổi, vì nhiều phân tử khác nhau có thể được hình thành do sự kết hợp của các axit béo và các nhóm "đầu" khác nhau với bộ xương glycerol (glycerophospholipid) hoặc sphingosine (sphingolipid) đặc trưng cho chúng.

Sự lắp ráp chung của các phân tử này đòi hỏi sự tổng hợp của xương sống glycerol hoặc sphingosine, liên kết với các axit béo tương ứng, bằng cách ester hóa hoặc amid hóa, việc bổ sung nhóm "đầu" ưa nước thông qua liên kết phosphodiester và, nếu cần, thay đổi hoặc trao đổi các nhóm sau.

Ở sinh vật nhân thực, quá trình này xảy ra trong lưới nội chất trơn và cả trong màng trong ti thể, nơi chúng có thể tồn tại vô hạn hoặc từ nơi chúng có thể chuyển vị trí đến những nơi khác.

Các bước phản ứng

Các bước đầu tiên của phản ứng tổng hợp glycerophospholipid tương đương với phản ứng sản xuất triacylglycerol, vì một phân tử glycerol 3-phosphat được este hóa thành hai phân tử axit béo ở nguyên tử cacbon 1 và 2, tạo thành axit phosphatidic. Người ta thường tìm thấy các phospholipid có axit béo bão hòa ở C1 và không bão hòa ở C2 của glyxerol.

Axit photphatidic cũng có thể được sản xuất bằng cách phosphoryl hóa phân tử diacylglycerol đã được tổng hợp hoặc "tái chế".

Các nhóm "đầu" phân cực của các phân tử này được hình thành thông qua các liên kết phosphodiester. Điều đầu tiên phải xảy ra để quá trình này diễn ra chính xác là "kích hoạt" một trong các nhóm hydroxyl tham gia vào quá trình bằng cách liên kết với một nucleotide như cytidine diphosphate (CDP), được nucleophilic thay thế bởi nhóm kia. hydroxyl tham gia phản ứng.

Nếu phân tử này liên kết với diacylglycerol, thì CDP-diacylglycerol (dạng "hoạt hóa" của axit phosphatidic) được hình thành, nhưng điều này cũng có thể xảy ra trên nhóm hydroxyl của nhóm "đầu".

Trong trường hợp của phosphatidylserine, ví dụ, diacylglycerol được hoạt hóa bằng cách ngưng tụ phân tử axit phosphatidic với phân tử cytidine triphosphate (CTP), tạo thành CDP-diacylglycerol và loại bỏ pyrophosphate.

Nếu một phân tử của CMP (cytidine monophosphate) bị thay thế bởi sự tấn công nucleophin của hydroxyl của serine hoặc của hydroxyl ở 1-carbon của glycerol 3-phosphate, phosphatidylserine hoặc phosphatidylglycerol 3-phosphate có thể được giải phóng, từ đó monoester phốt phát có thể được giải phóng và sản xuất phosphatidylglycerol.

Cả hai phân tử được tạo ra theo cách này đều đóng vai trò là tiền chất cho các lipid màng khác, chúng thường chia sẻ con đường sinh tổng hợp với nhau.

- Tổng hợp cholesterol

Cholesterol là một phân tử cần thiết cho động vật có thể được tổng hợp bởi tế bào của chúng, vì vậy nó không cần thiết trong chế độ ăn hàng ngày. Phân tử 27 nguyên tử cacbon này được tạo ra từ một tiền chất: axetat.

Phân tử phức tạp này được hình thành từ acetyl-CoA trong bốn giai đoạn chính:

1. Sự ngưng tụ của ba đơn vị axetat để tạo thành mevalonat, một phân tử trung gian 6 cacbon (đầu tiên một phân tử axetoacetyl-CoA được tạo thành với hai axetyl-CoA (enzym thiolase) và sau đó là một phân tử khác của β-hydroxy-β-metylglutaryl-CoA ( HMG-CoA) (HMG-CoA synthetase enzyme) Mevalonate được hình thành từ HMG-CoA và nhờ vào enzyme HMG-CoA reductase.
2. Chuyển đổi mevalonate thành đơn vị isoprene. 3 nhóm photphat đầu tiên được chuyển từ 3 phân tử ATP sang mevalonat. Một trong các photphat bị mất cùng với nhóm cacbonyl liền kề và ∆3-isopentenyl pyrophosphat được hình thành, được đồng phân hóa để tạo ra dimethylallyl pyrophosphat
3. Trùng hợp hoặc ngưng tụ 6 C 5 đơn vị isopren để tạo thành C 30 squalene (một phân tử mạch thẳng).
4. Vòng tuần hoàn Squalene để tạo thành 4 vòng của hạt nhân steroid của cholesterol và những thay đổi hóa học sau đó: oxy hóa, di chuyển và loại bỏ các nhóm methyl, v.v., tạo ra cholesterol.

Người giới thiệu

1. Garrett, RH, & Grisham, CM (2001). Nguyên tắc hóa sinh: lấy con người làm trọng tâm. Công ty xuất bản Brooks / Cole.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Hóa sinh minh họa của Harper. Mcgraw-Hill.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
4. Jacquemyn, J., Cascalho, A., & Goodchild, RE (2017). Phần trong và ngoài của lưới nội chất - sinh tổng hợp lipid có kiểm soát. Báo cáo của EMBO, 18 (11), 1905-1921.
5. Ohlrogge, J., & Browse, J. (1995). Sinh tổng hợp lipid. Tế bào thực vật, 7 (7), 957.