Мультиферментный синтетазный комплекс жирных кислот

Все ферменты биосинтеза жирных кислот образуют единый агрегат — мультиферментный комплекс, получивший название синтетазы жирных кислот. Комплекс синтетазы животных тканей и дрожжей — это димер, состоящий из двух идентичных мономеров, каждый из которых представляет полипсптидную цепь, включающую шесть активных центров ферментов и ацил-переносящий белок (HS-АПБ). Эти ферменты образуют настолько компактную структуру, что они не поддаются фракционированию и все попытки выделить их в индивидуальном виде не увенчались успехом.

Другой тип структурной организации ферментов синтеза жирных кислот встречается у микроорганизмов и растений, из которых отдельные ферменты могут быть выделены методами белкового фракционирования.

Структура мономера синтетазы жирных кислот.

В состав синтетазы входит ацил-переносящий белок (HS-АПБ). Он имеет молекулярную массу около 10 kDa; сравнительно термостабилен; содержит фосфорилированную пантотеновую кислоту (витамин В₃) и тиоэтиламин, ковалентно присоединенные к полипептидной цепи АП Б через сериновый остаток фосфоэфирной связью. Следует отметить, что та же самая группировка входит в состав HS-KoA:

Реакционной группой АП Б является HS-группа, поэтому его принято обозначать в виде HS-АПБ. В синтетазной системе этот белок выполняет функцию, сходную с HS-KoA, т. е. участвует в передаче ацильных радикалов от одного фермента к другому.

Ферменты синтетазного комплекса (в скобках обозначены номера катализируемых ими реакций) приведены ниже:

• • ацетил (или ацил)-АПБ-трансфераза (1);
• • малонил-АПБ-трансфераза (2);
• • р-кетоацил-АПБ-синтаза (конденсирующий фермент) (3);
• • р-кетоацил-АПБ-рсдуктаза (4);
• • р-гидрокси-АПБ-дегидратаза (5);
• • еноил-АПБ-редуктаза (6).

В процессе биосинтеза жирных кислот для проявления синтетазной активности необходимо участие двух сульфгидрильных групп комплекса. Одна реакционная HS-группа принадлежит HS-АПБ одного мономера, другая — остатку цистеина, входящего в состав р-кетоацил-АПБ-синтазы другого мономера, которые расположены в непосредственной близости друг от друга. В связи с этим синтетазный комплекс активен только в виде димера. Поскольку каждый из мономеров включает все ферменты синтетазного комплекса, одновременно на димере идет синтез двух молекул жирных кислот. В приведенных ниже реакциях этот комплекс схематически может быть изображен следующим образом:

Центральную роль в синтезе жирных кислот в цитозоле при участии ферментов синтстазного комплекса играет синтез пальмитиновой кислоты СН₃(СН₂)_]4СООН, поскольку последующее наращивание цепи насыщенной жирной кислоты происходит в митохондриях путем обращения реакций (3-окисления.

Рис. 23.15. Последовательность реакций синтеза бутирил-АПБ.

В реакции 1 (рис. 23.15) идет перенос ацетила на сульфгидрильную группу цистеина, малонил же взаимодействует с соседней HS-группой АП Б, локализованного на другом мономере (реакция 2). Центральной реакцией является реакция конденсации (3) ацетила с метиленовой группой малонила, сопровождающаяся отщеплением С0₂. В результате происходит образование четырехуглеродного ацильного остатка и высвобождение HS-группы цистеина, ранее занятой ацетильной группой. Декарбоксилирование в этой реакции имеет энергетическое значение, позволяет реакции пройти до конца и, таким образом, является движущей силой биосинтеза. В последующем идет восстановление р-кетоацильной группы (реакция 4), затем дегидратация (реакция 5) и вновь восстановление ненасыщенного /я/?л//с-еноил-АПБ, в результате чего образуется насыщенный ацил-АПБ (реакция 6). Три последние реакции сходны с соответствующими обратными реакциями р-окисления, отличаются образованием в четвертой реакции D-изомера p-гидроксикислоты, а не L-изомера, а также тем, что восстановителем является НАДФН, а не НАДН. Завершается первый этап синтеза перемещением насыщенного ацильного радикала на свободную HS-группу цистеина, а новая молекула малонил-КоА взаимодействует с HS-АПБ, цикл реакций повторяется еще шесть раз, и каждый новый остаток малоната, декарбоксилируясь, встраивается в углеродную цепь до тех пор, пока не образуется 16-углеродный пальмитоил-АПБ (рис. 23.16). Завершается синтез кислоты гидролитическим отщеплением HS-АПБ от пальмитоил-АПБ при действии фермента деацилазы, не входящей в состав комплекса синтазы жирной кислоты.