Классификация липидов и строение жирных кислот
Липиды объединяют три большие группы: триацилглицеролы (нейтральные жиры), фосфолипиды и стероиды. Триацилглицерол построен на остатке глицерина, к которому присоединены три остатка жирных кислот. Фосфолипид имеет аналогичный кор из глицерина с двумя остатками жирных кислот, но в третьем положении находится остаток фосфорной кислоты, связанный с положительно заряженной головкой (серин, холин, этаноламин, инозитол).
Триацилглицеролы выполняют энергетическую, теплоизоляционную и механическую защитную функции, депонируясь в подкожной жировой ткани. Фосфолипиды благодаря амфифильности (гидрофильная головка и гидрофобные хвосты) формируют бислой биологических мембран.
Жирные кислоты делят на насыщенные (без двойных связей) и ненасыщенные — моноеновые (одна двойная связь) и полиеновые (несколько двойных связей). Запись включает число атомов углерода и через двоеточие число двойных связей; положение двойной связи указывается значком Δ от карбоксильной группы либо ω — от метильного конца. Ключевые представители: пальмитиновая, стеариновая (насыщенные); олеиновая, пальмитолеиновая (моноеновые); линолевая, линоленовая, арахидоновая, эйкозапентаеновая (полиеновые).
Ацил-КоА и ацетил-КоА: разграничение понятий
Ацетил-КоА — двухуглеродный субстрат, образующийся из пирувата и поступающий в цикл Кребса. Ацил-КоА — это активированный остаток жирной кислоты с длинным углеродным радикалом, связанный с коферментом А (R–CO–S-КоА). Различают также понятия «жиры» (триацилглицеролы) и «жирные кислоты» — это не синонимы: жирные кислоты входят в состав жиров наряду с глицеролом.
Получение глицерол-3-фосфата
Для синтеза триацилглицеролов необходимы два субстрата: ацил-КоА и глицерол-3-фосфат. Глицерол-3-фосфат образуется двумя путями.
- Из глицерина путём фосфорилирования за счёт АТФ; фермент — глицеролкиназа. АТФ переходит в АДФ.
- Из глюкозы через гликолитический промежуточный продукт — дигидроксиацетонфосфат, который восстанавливается с участием НАДН до глицерол-3-фосфата; фермент — глицерол-3-фосфатдегидрогеназа.
В печени работают оба пути. В жировой ткани глицеролкиназа отсутствует, поэтому глицерол-3-фосфат синтезируется только из глюкозы — это объясняет жёсткую связь липогенеза с поступлением углеводов.
Синтез триацилглицеролов
К глицерол-3-фосфату последовательно присоединяются остатки жирных кислот.
- Перенос первого ацильного остатка с ацил-КоА в положение 1; высвобождается КоА.
- Перенос второго ацильного остатка в положение 2 — образуется фосфатидная кислота (фосфатидат) — ключевой промежуточный продукт, общий для жиров и фосфолипидов.
- Гидролитическое отщепление фосфатной группы фосфатидата ферментом фосфатазой с образованием диацилглицерола.
- Присоединение третьего ацильного остатка от ацил-КоА — образуется триацилглицерол.
Реакции переноса ацильных остатков катализируют ацил-КоА-трансферазы. Этот участок пути одинаков в печени и жировой ткани; различия касаются только источника глицерол-3-фосфата.
Глицерофосфолипиды: две стратегии биосинтеза
Глицерофосфолипиды (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол) различаются только полярной головкой. У эукариот используются две стратегии активации с помощью ЦТФ (цитидинтрифосфата).
- Стратегия 1. ЦТФ присоединяется к фосфатидной кислоте с образованием ЦДФ-диацилглицерола; затем к нему присоединяется свободная головка, ЦМФ отщепляется.
- Стратегия 2. ЦТФ активирует головку (ЦДФ-холин, ЦДФ-этаноламин), которая затем переносится на свободный диацилглицерол с отщеплением ЦМФ.
Фосфатидилинозитол синтезируется по первой стратегии: ЦДФ-диацилглицерол реагирует со свободным инозитолом при участии инозитолсинтазы. Фосфатидилэтаноламин и фосфатидилхолин образуются по второй стратегии — из ЦДФ-этаноламина или ЦДФ-холина и диацилглицерола.
Взаимопревращения фосфолипидов
Фосфатидилсерин у эукариот не синтезируется напрямую ни по одной из двух стратегий. Он образуется путём обмена головки: серин вытесняет этаноламин или холин из готовых фосфатидилэтаноламина или фосфатидилхолина. Реакции обратимы, что обеспечивает гибкое перераспределение фосфолипидных пулов.
Фосфатидилэтаноламин и фосфатидилхолин также связаны между собой. Перенос трёх метильных групп от S-аденозилметионина на аминогруппу этаноламина ферментом метилтрансферазой превращает фосфатидилэтаноламин в фосфатидилхолин. Обратно, фосфатидилэтаноламин может образоваться из фосфатидилсерина путём декарбоксилирования (фермент — декарбоксилаза), поскольку эти молекулы различаются только наличием карбоксильной группы у серина.
Ключевые моменты
- Субстратами синтеза триацилглицеролов служат ацил-КоА и глицерол-3-фосфат.
- Глицерол-3-фосфат образуется из глицерина (глицеролкиназа) или из дигидроксиацетонфосфата (глицерол-3-фосфатдегидрогеназа, НАДН).
- В жировой ткани отсутствует глицеролкиназа, поэтому липогенез зависит от глюкозы.
- Фосфатидная кислота — общий предшественник триацилглицеролов и глицерофосфолипидов.
- Активация субстратов глицерофосфолипидов идёт через ЦТФ по двум стратегиям: ЦДФ-диацилглицерол или ЦДФ-головка.
- Фосфатидилинозитол синтезируется по первой стратегии, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилхолин — по второй.
- Фосфатидилсерин образуется обменом головок с фосфатидилэтаноламином или фосфатидилхолином.
- Фосфатидилхолин может образовываться метилированием фосфатидилэтаноламина с участием S-аденозилметионина.