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次
碳數	4	6	8	10	12	14	16	每次增加2C
使用 ATP數	1	1	1	1	1	1	1	共7個
使用 NADPH數	2	2	2	2	2	2	2	共14個
Acetyl-CoA	2	1	1	1	1	1	1	共8個

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