脂肪酸合成(Fatty acid synthesis)

1. 合成位置:最主要合成脂肪酸的起始步驟位於細胞質(cytosol)
→接下來介紹的各種酵素都存在於細胞質
2. 合成脂肪酸的器官:肝臟、腎臟、大腦、肺臟、乳腺、脂肪組織
 3. 調控步驟
A. 輔因子:NADPH、 ATP、 Mn2+、生物素(biotin)、HCO3-
*複習:生物素(biotin):Vit B7,水溶性維生素,為轉移CO2酵素的輔基,富含於肝、卵黃和酵母
B. 酵素: a. Acetyl-CoA carboxylase(ACAC,乙醯輔酶A羧化酶)
˙ 特性:有不同的次單位,要很多的酵素結合在一起,為多酵素蛋白質(multienzyme protein)。其次單元為→生物素(biotin)、生物素羧化酶(biotin carboxylase)、生物素羧基攜帶蛋白(biotin carboxyl carrier)、轉羧基酶(transcarboxylase)、一個異位調節位(a regulatory allosteric site)
˙ 功能:為脂肪酸合成第一個步驟使用的酵素,催化乙醯輔酶A (Acetyl-CoA)加入CO2後合成丙二醯輔酶A(malonyl-CoA)

資料來源:新陳代謝資料庫

資料來源:維基百科
˙ 步驟一所需酵素為生物素羧化酶(biotin carboxylase)
˙ 步驟三所需酵素為轉羧基酶(transcarboxylase)
˙ ACAC為乙醯輔酶A羧化酶(Acetyl-CoA carboxylase)
˙ 若用放射線標示HCO3-中的碳,則反應結束後,會於Malonyl-CoA中偵測出放射線
b. 羧化酶(carboxylase):為一組酶,大多含生物素(biotin)輔基,催化羧基(COOH,COO-)附加在化合物上的反應
4. 脂肪酸合成酶複合體(Fatty acid synthase complex)
A. 特性:須為二聚體(dimer),兩組相同的蛋白質結合再一起才具有活性
B. 次單位:該酵素複合體由7個次單元組成,包含→醯基載體蛋白(acyl carrier protein,ACP)、β酮醯基還原酶(β-ketoacyl reductase)、烯醇還原酶(enoyl-reductase)、水解酶(hydratase)、轉醯酶(transacylase)、硫酯酶(thioesterase)、醯酮合成酶(ketoacyl synthase)
C. Fatty acid synthase complex圖示

資料來源:實驗室空間
a. 活性區:其中一個蛋白質的cysteine之中-SH和對應另一個蛋白質Phosphopantetheine端之-SH同時作用和成一個脂肪酸分子
b. 具有兩個獨立的活性區,因此可同時合成兩個脂肪酸分子
5. 長鏈脂肪酸合成步驟
Step1:loading
a. complex1:Acetyl-coA經過Acetyl Transacylase作用結合上ACP-HS-Pan,形成ACP-HS-Pan-Acetyl。
b. complex2:Malonyl-CoA經過Malonyl Transacylase作用結合上ACP-HS-Cys,形成ACP-HS-Cys- Malonyl。
Step2:condensation
a. 3-ketoacyl synthase接受來自ACP-HS-Pan-Acetyl的Acetyl,並釋出ACP-HS-Pan
b. 接著帶著Acetyl的ketoacyl synthase水解並轉移Acetyl給ACP-HS-Cys- Malonyl,形成ACP-HS-Cys-malonyl-acetyl(acetoacetyl enzyme),並釋出 CO2。
Step3:reduction1
acetoacetyl enzyme轉換成醇類,形成hydroxyacyl enzyme。(NADPH作為還原劑,由ketoacytyl reductase催化)
Step 4:dehydration hydroxyacyl enzyme移除一分子的水以形成雙鍵,產生反式的unsaturated acyl enzyme。(由hydratase催化)
Step5:reduction2
a. unsaturated acyl enzyme被第二個NADPH還原成acyl enzyme(由enoyl-reductase催化)
b. 脂肪酸的合成持續地重複Step2到Step5。而acyl enzyme會取代step1的acetyl,而進行下一次的condensation
※棕櫚酸(Palmatic)形成總整理:

次數
1
2
3
4
5
6
7
重複6
碳數
4
6
8
10
12
14
16
每次增加2C
使用
ATP
1
1
1
1
1
1
1
7
使用
NADPH
2
2
2
2
2
2
2
14
Acetyl-CoA
2
1
1
1
1
1
1
8

資料來源:大英百科全書
6. NADPH+H+的來源有三個(參見講義p.21)→與醣類代謝相關
A. 脫碳酸(Malic enzyme)
(S)-malate + NADP+ ↹ pyruvate + CO2 + NADPH
B. 五碳醣磷酸循環(PPP,Pentose phosphate pathway)

資料來源:美國洪堡州立大學
C. 異檸檬酸去氫酶(Isocitrate dehydrogenase)
NADPH的三個主要來源在下圖中以三個方框標示


* 脂肪酸的合成發生在細胞質,且脂肪酸的合成需要乙醯輔酶A(Acetyl-CoA),但是由丙酮酸合成出Acetyl-CoA時發生在粒線體基質,怎麼辦?
Ans.透過TCA cycle將Acetyl-CoA轉變成檸檬酸(citrate),粒線體膜上的citrate運輸蛋白可以將citrate運送到細胞質
7. 起始分子
A. 偶數碳的脂肪酸:20 頁的圖可以很清楚的知道作為起始分子的acetyl-CoA構成Palmitate中的第15、16C
B. 奇數碳的脂肪酸:Propionyl-CoA(丙醯輔酶A)
C. 哺乳類的肝和乳腺:Butyryl-CoA(丁醯輔酶A)
*除了起始分子,其餘陸續加入的2C都來自於malonyl-CoA

資料來源:大英百科全書
8. 問題與討論:
問:加同位素於製造脂肪酸的過程中的CO2(malonyl-CoA形成時所需的CO2),會不會在製造出來的脂肪酸偵測到?
答:不會,因為在製造脂肪酸的過程中,3-ketoacyl synthase會將含放射線的C以CO2的形式排除
9. Acetyl-CoA從粒線體基質到細胞質的過程: Acetyl-CoA轉變成citrate,經由citrate運輸蛋白進到細胞質,裂解酶(lyase)將其轉變成草醋酸(Oxaloacetate),再變成malate送回粒線體內,維持平衡

資料來源:bioinfo

資料來源:邁阿密大學
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3 意見:

  1. 不好意思~
    生物素(biotin)應該是Vit B7才對!

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    1. 謝謝您,已修正!!!
      歡迎多多回來糾錯~~~

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  2. 棕櫚酸(Palmatic)形成總整理表格最下方的acetyl-CoA應該只有第一次循環時加入,其餘循環都是加入malonyl-CoA才對

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