تخليق الدهون: الأنواع وآلياتها الرئيسية - مادة الاحياء - 2025

يتكون تخليق الدهون من سلسلة من التفاعلات الأنزيمية التي يتم بواسطتها تكثيف الهيدروكربونات قصيرة السلسلة لتشكيل جزيئات أطول سلسلة يمكن أن تخضع لاحقًا لتعديلات كيميائية مختلفة.

الدهون هي فئة من الجزيئات الحيوية المتنوعة للغاية التي تصنعها جميع الخلايا الحية والمتخصصة في وظائف متعددة ضرورية للحفاظ على الحياة الخلوية.

بعض الأمثلة على الدهون الشائعة: الجليسيروفوسفوليبيد ، الستيرولات ، الجلسرين ، الأحماض الدهنية ، السفينجوليبيدات والبرينول (المصدر: القائم بالتحميل الأصلي كان Lmaps في ويكيبيديا الإنجليزية. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/) fdl-1.2.html) عبر Commons ، مقتبس من Raquel Parada)

الدهون هي المكونات الرئيسية للأغشية البيولوجية ، وهي حقيقة تجعلها جزيئات أساسية لوجود الخلايا ككيانات معزولة عن بيئتها.

تحتوي بعض الدهون أيضًا على وظائف متخصصة مثل الأصباغ ، والعوامل المساعدة ، والناقلات ، والمنظفات ، والهرمونات ، والرسل داخل وخارج الخلايا ، والمثبتات التساهمية لبروتينات الغشاء ، إلخ. لذلك ، فإن القدرة على تصنيع أنواع مختلفة من الدهون أمر بالغ الأهمية لبقاء جميع الكائنات الحية.

تُصنف هذه المجموعة الكبيرة من المركبات تقليديًا إلى عدة فئات أو مجموعات فرعية: الأحماض الدهنية (المشبعة وغير المشبعة) ، الجلسريدات (الدهون الفوسفاتية والجليسيريدات المحايدة) ، الدهون غير الجليسيريد (الشحميات السفينجولية (السفينجوميلين والجليكوليبيدات) والمنشطات والشموع) ، و الدهون المعقدة (البروتينات الدهنية).

أنواع الدهون وآليات تركيبها الرئيسية

جميع تسلسلات التفاعل لمسارات التخليق الحيوي للدهون تكون مقلصة ومختزلة. بمعنى آخر ، يستخدمون جميعًا ATP كمصدر للطاقة وناقل إلكترون مخفض ، مثل NADPH ، كقوة مختصرة.

بعد ذلك ، سيتم وصف التفاعلات الرئيسية لمسارات التخليق الحيوي للأنواع الرئيسية للدهون ، أي الأحماض الدهنية والإيكوسانويدات ، وثلاثي الجلسرين والفوسفوليبيدات والستيرولات (الكوليسترول).

- تخليق الأحماض الدهنية

الأحماض الدهنية هي جزيئات مهمة للغاية من وجهة نظر الدهون ، لأنها جزء من الدهون الأكثر صلة في الخلايا. إن تركيبها ، على عكس ما اعتقده العديد من العلماء خلال الدراسات الأولى في هذا الصدد ، لا يتكون من المسار العكسي لأكسدة بيتا.

في الواقع ، يحدث هذا المسار الأيضي في أقسام خلوية مختلفة ويتطلب مشاركة وسيط ثلاثي الكربون يُعرف باسم malonyl-CoA ، وهو ليس ضروريًا للأكسدة.

مالونيل كوا. NEUROtiker / المجال العام

بالإضافة إلى ذلك ، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمجموعات البروتينات السلفهيدريل المعروفة باسم البروتينات الحاملة للأسيل (ACP ، من بروتينات Acyl Carrier الإنجليزية).

بشكل عام ، فإن تركيب الأحماض الدهنية ، وخاصة تلك ذات السلسلة الطويلة ، هو عملية متسلسلة حيث يتم تكرار أربع خطوات في كل "منعطف" ، وخلال كل منعطف يتم إنتاج مجموعة أسيل مشبعة تكون الركيزة التالية ، والذي يتضمن تكثيفًا آخر بجزيء malonyl-CoA الجديد.

في كل دورة أو دورة تفاعل ، تمد سلسلة الأحماض الدهنية ذرتين من الكربون ، حتى تصل إلى طول 16 ذرة (بالميتات) ، وبعد ذلك تترك الدورة.

تشكيل Malonyl-CoA

يتكون هذا الوسيط المكون من ثلاث ذرات كربون بشكل لا رجعة فيه من acetyl-CoA بفضل عمل إنزيم acetyl-CoA carboxylase ، والذي يحتوي على مجموعة صناعية من البيوتين مرتبطة تساهميًا بالإنزيم والتي تشارك في هذا التحفيز في خطوتين.

في هذا التفاعل ، يتم نقل مجموعة الكربوكسيل المشتقة من جزيء البيكربونات (HCO3-) إلى البيوتين بطريقة تعتمد على ATP ، حيث تعمل مجموعة البيوتينيل بمثابة "ناقل مؤقت" للجزيء أثناء نقله إلى acetyl-Coa. ، وإنتاج malonyl-CoA.

في تسلسل تخليق الأحماض الدهنية ، يكون عامل الاختزال المستخدم هو NADPH والمجموعات المنشطة عبارة عن مجموعتين من ثيول (-SH) التي تعد جزءًا من مركب متعدد الإنزيمات يسمى سينثيز الأحماض الدهنية ، وهو الأكثر أهمية في التحفيز. اصطناعي.

في الفقاريات ، يعتبر مركب سينثيز الأحماض الدهنية جزءًا من سلسلة واحدة كبيرة متعددة الببتيد ، حيث يتم تمثيل الأنشطة الأنزيمية المميزة السبعة لطريق التوليف ، بالإضافة إلى نشاط التحلل المائي الضروري لإطلاق المواد الوسيطة في نهاية نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة.

هيكل إنزيم سينثيز الأحماض الدهنية (المصدر: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) عبر Wikimedia Commons)

الأنشطة الأنزيمية السبعة لهذا المجمع هي: بروتين ناقل مجموعة الأسيل (ACP) ، أسيتيل CoA-ACP transacetylase (AT) ، سينسيز-ketoacyl-ACP (KS) ، ترانسفيراز malonyl-CoA-ACP (MT) ، β- اختزال ketoacyl-ACP (KR) ، β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD) و enoyl-ACP reductase (ER).

قبل أن تحدث تفاعلات التكثيف لتجميع سلسلة الأحماض الدهنية ، تصبح مجموعتي الثيول في مركب الإنزيم "مشحنتين" بمجموعات الأسيل: أولاً ، يتم نقل أسيتيل CoA إلى المجموعة -SH من a السيستين في الجزء synthase β-ketoacyl-ACP من المركب ، وهو تفاعل محفز بواسطة إنزيم acetyl-CoA-ACP transacetylase (AT).

بعد ذلك ، يتم نقل مجموعة malonyl من جزيء malonyl-CoA إلى المجموعة -SH من الجزء الناقل لمجموعة الأسيل (ACP) من مجمع الإنزيم ، وهو تفاعل محفز بواسطة إنزيم ترانسفيراز malonyl-CoA-ACP (MT) ، والذي أيضًا إنه جزء من مجمع سينثاز الأحماض الدهنية.

يكون تسلسل أربعة تفاعلات لكل "منعطف" من دورة التفاعل كما يلي:

1. التكثيف: تتكثف مجموعات الأسيتيل والمالونيل "المشحونة" على الإنزيم لتكوين جزيء acetoacetyl-ACP ، والذي يرتبط بشق ACP من خلال مجموعة a -SH. في هذه الخطوة ، يتم إنتاج جزيء ثاني أكسيد الكربون وتحفيزه بواسطة hase-ketoacyl-ACP synthase (تحتل مجموعة الأسيتيل موقع "الميثيل الطرفي" لمركب acetoacetyl-ACP).
2. تقليل مجموعة الكربونيل: يتم تقليل مجموعة الكربونيل في موضع C3 من acetoacetyl-ACP لتشكيل D-β-hydroxybutyryl-ACP ، وهو تفاعل محفز بواسطة اختزال β-ketoacyl-ACP ، والذي يستخدم NADPH كمانح إلكتروني.
3. الجفاف: تخلو كربون C2 و C3 من D-β-hydroxybutyryl-ACP من جزيئات الماء ، وتشكل رابطة مزدوجة تنتهي بإنتاج المركب الجديد trans -∆2-butenoyl-ACP. تتم هذه العملية بواسطة إنزيم β-hydroxyacyl-ACP dehydratase (HD).
4. اختزال الرابطة المزدوجة: الرابطة المزدوجة للمركب المتكون في خطوة التجفيف مشبعة (مخفضة) لإعطاء butyryl-ACP من خلال التفاعل المحفز بواسطة إنزيم enoyl-ACP reductase (ER) ، والذي يستخدم أيضًا NADPH كعامل اختزال.

تحدث تفاعلات التخليق حتى يتم تكوين جزيء بالميتات (16 ذرة كربون) ، والذي يتحلل بالماء من مركب الإنزيم ويطلق كسلائف محتملة للأحماض الدهنية ذات السلاسل الأطول ، والتي يتم إنتاجها بواسطة أنظمة الاستطالة. من الأحماض الدهنية الموجودة في الجزء الأملس من الشبكة الإندوبلازمية وفي الميتوكوندريا.

يتم تحفيز التعديلات الأخرى التي يمكن أن تخضع لها هذه الجزيئات ، مثل إزالة التشبع ، بواسطة إنزيمات مختلفة ، والتي تحدث بشكل عام في الشبكة الإندوبلازمية الملساء.

- تخليق الإيكوسانويدات

Eicosanoids هي دهون خلوية تعمل كجزيئات مرسال "قصيرة المدى" تنتجها بعض الأنسجة للتواصل مع الخلايا في الأنسجة المجاورة لها. يتم تصنيع هذه الجزيئات من الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة من 20 ذرة كربون.

البروستاجلاندين

استجابةً للتحفيز الهرموني ، يهاجم إنزيم فسفوليباز أ الغشاء الفسفوليبيد ويطلق الأراكيدونات من الجلسرين ثنائي الكربون. يتم تحويل هذا المركب إلى البروستاجلاندين بفضل إنزيم الشبكة الإندوبلازمية الملساء ذات النشاط ثنائي الوظيفة: إنزيمات الأكسدة الحلقية (COX) أو البروستاجلاندين H2 سينثيز.

ثرومبوكسانات

يمكن تحويل البروستاجلاندين إلى ثرموبوكسانات بفضل سينسيز الثرموبوكسان الموجود في الصفائح الدموية (الصفيحات الدموية). تشارك هذه الجزيئات في الخطوات الأولية لتخثر الدم.

- تخليق ثلاثي الجلسرين

الأحماض الدهنية هي جزيئات أساسية لتخليق مركبات أخرى أكثر تعقيدًا في الخلايا ، مثل ثلاثي الجلسرين أو الدهون الغشائية الجلسروفوسفوليبيدات (العمليات التي تعتمد على احتياجات التمثيل الغذائي الخلوي).

تنتج الحيوانات ثلاثي الجلسرين وجليسيروفوسفوليبيد من سلائف شائعة: أسيل- CoA الدهني ول-جلسرين 3-فوسفات. يتم إنتاج أسيل- CoA الدهني بواسطة تركيبات أسيل- CoA التي تشارك في أكسدة بيتا ، بينما يتم الحصول على L-glycerol 3-phosphate من تحلل الجلوكوز وعن طريق عمل إنزيمين بديلين: الجلسرين 3-فوسفات نازعة الهيدروجين وجليسيرول كيناز.

تتشكل Triacylglycerols عن طريق التفاعل بين جزيئين من acyl-CoA الدهني وجزيء واحد من diacylglycerol 3-phosphate ؛ يتم تحفيز تفاعلات النقل هذه بواسطة انتقالات أسيل معينة.

في هذا التفاعل ، يتم إنتاج حمض الفوسفاتيديك مبدئيًا ، والذي يتم نزع الفسفرة بواسطة إنزيم فوسفاتيز حمض الفوسفاتيديك لإنتاج 1،2-دياسيل جلسرين ، والذي يكون قادرًا مرة أخرى على قبول جزيء ثالث من أسيل- CoA الدهني ، مما يؤدي إلى إنتاج ثلاثي الجلسرين.

- تركيب الفوسفوليبيد

الفسفوليبيدات هي جزيئات شديدة التباين ، حيث يمكن تشكيل العديد من الجزيئات المختلفة عن طريق الجمع بين الأحماض الدهنية ومجموعات "الرأس" المختلفة مع الجلسرين (الجليسيروفوسفوليبيد) أو الهيكل العظمي السفينجوزين (السفينجوليبيد) الذي يميزها.

يتطلب التجميع العام لهذه الجزيئات تخليق الجلسرين أو العمود الفقري السفينجوزين ، والاتحاد مع الأحماض الدهنية المقابلة ، إما عن طريق الأسترة أو الوسط ، وإضافة مجموعة "رأس" محبة للماء من خلال رابطة فوسفوديستير و ، إذا لزم الأمر ، تغيير أو تبادل المجموعات الأخيرة.

تحدث هذه العملية في حقيقيات النوى في الشبكة الإندوبلازمية الملساء وأيضًا في غشاء الميتوكوندريا الداخلي ، حيث يمكن أن تبقى إلى أجل غير مسمى أو من حيث يمكن نقلها إلى أماكن أخرى.

خطوات رد الفعل

تعادل الخطوات الأولى لتفاعل تخليق الجلسرين فوسفوليبيد تلك الخاصة بإنتاج ثلاثي الجلسرين ، حيث يتم استرة جزيء الجلسرين 3-فوسفات إلى جزيئين من الأحماض الدهنية عند الكربون 1 و 2 ، مما يؤدي إلى تكوين حمض الفوسفاتيد. من الشائع العثور على الدهون الفوسفورية التي تحتوي على أحماض دهنية مشبعة في C1 وغير مشبعة في C2 من الجلسرين.

يمكن أيضًا إنتاج حمض الفوسفاتيديك عن طريق الفسفرة لجزيء دياسيل جلسرين مركب بالفعل أو "معاد تدويره".

تتشكل مجموعات "الرأس" القطبية لهذه الجزيئات من خلال روابط الفوسفوديستر. أول شيء يجب أن يحدث حتى تتم هذه العملية بشكل صحيح هو "تنشيط" إحدى مجموعات الهيدروكسيل التي تشارك في العملية من خلال الارتباط بالنيوكليوتيد مثل ثنائي فوسفات السيتدين (CDP) ، والذي تم تهجيره من قبل المجموعة الأخرى. الهيدروكسيل الذي يشارك في التفاعل.

إذا ارتبط هذا الجزيء بـ diacylglycerol ، فسيتم تكوين CDP-diacylglycerol (الشكل "المنشط" من حمض الفوسفاتيدك) ، ولكن يمكن أن يحدث هذا أيضًا في مجموعة الهيدروكسيل من مجموعة "الرأس".

في حالة الفوسفاتيديل سيرين ، على سبيل المثال ، يتم تنشيط دياسيل جلسرين عن طريق تكثيف جزيء حمض الفوسفاتيدك مع جزيء سيتدين ثلاثي الفوسفات (CTP) ، مما يؤدي إلى تكوين CDP-diacylglycerol وإزالة بيروفوسفات.

إذا تم إزاحة جزيء CMP (أحادي الفوسفات السيتدين) عن طريق هجوم محب للنواة من هيدروكسيل السيرين أو الهيدروكسيل عند 1-كربون من الجلسرين 3-فوسفات أو فوسفاتيديل سيرين أو فوسفاتيديل جلسرين 3-فوسفات يمكن إطلاقه ، حيث يمكن إطلاق الفوسفات وأحادي الإستر إنتاج الفوسفاتيديل الجلسرين.

يعمل كلا الجزيئين المنتجين بهذه الطريقة كسلائف للدهون الغشائية الأخرى ، والتي غالبًا ما تشترك في مسارات التخليق الحيوي مع بعضها البعض.

- تخليق الكوليسترول

يعتبر الكوليسترول جزيءًا أساسيًا للحيوانات يمكن تصنيعه بواسطة خلاياها ، لذا فهو ليس ضروريًا في النظام الغذائي اليومي. يتكون هذا الجزيء المكون من 27 ذرة كربون من سلائف: أسيتات.

يتكون هذا الجزيء المعقد من أسيتيل CoA في أربع مراحل رئيسية:

1. تكثيف ثلاث وحدات أسيتات لتكوين ميفالونات ، جزيء وسيط من 6 كربون (أولاً يتم تكوين جزيء أسيتو أسيتيل- CoA مع اثنين من أسيتيل CoA (إنزيم ثيولاز) ثم آخر من β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) (إنزيم سينثيتيز HMG-CoA) يتكون الميفالونات من HMG-CoA وبفضل إنزيم اختزال HMG-CoA.
2. تحويل الميفالونات إلى وحدات إيزوبرين. يتم نقل أول 3 مجموعات فوسفاتية من 3 جزيئات ATP إلى الميفالونات. يُفقد أحد الفوسفات جنبًا إلى جنب مع مجموعة الكاربونيل المجاورة ويتكون ∆3-isopentenyl pyrophosphate ، والذي يتشابه لإنتاج ثنائي ميثيل أليل بيروفوسفات
3. بلمرة أو تكثيف 6 C 5 وحدات أيزوبرين لتكوين C 30 سكوالين (جزيء خطي).
4. دوران السكوالين لتشكيل الحلقات الأربع لنواة الكوليسترول الستيرويدية والتغيرات الكيميائية اللاحقة: الأكسدة ، والهجرة والتخلص من مجموعات الميثيل ، وما إلى ذلك ، مما ينتج الكوليسترول.

المراجع

1. Garrett، RH، & Grisham، CM (2001). مبادئ الكيمياء الحيوية: مع التركيز على الإنسان. شركة بروكس / كول للنشر.
2. موراي ، آر كيه ، جرانر ، دي كيه ، مايز ، بنسلفانيا ، ورودويل ، فولكس فاجن (2014). الكيمياء الحيوية المصورة هاربر. ماكجرو هيل.
3. نيلسون ، DL ، Lehninger ، AL ، & Cox ، MM (2008). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. ماكميلان.
4. Jacquemyn، J.، Cascalho، A.، & Goodchild، RE (2017). خصوصيات وعموميات التخليق الحيوي للدهون التي تسيطر عليها الشبكة الإندوبلازمية. تقارير EMBO، 18 (11) ، 1905-1921.
5. Ohlrogge، J.، & Browse، J. (1995). تخليق الدهون. الخلية النباتية، 7 (7) ، 957.