脂肪酸の合成は、多くの非常に重要な細胞機能に関与する、細胞内の最も重要な脂質（脂肪酸）の基本的なコンポーネントが生成されるプロセスです。
脂肪酸は脂肪族分子です。つまり、脂肪酸は本質的に炭素原子と水素原子がほぼ直線的に結合したものです。それらは、一方の端にメチル基を、もう一方の端に酸性カルボン酸基を持ち、それらは「脂肪酸」と呼ばれます。
脂肪酸合成の概要（出典：Mephisto spa / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）via Wikimedia Commons）
脂質は、次のような他のより複雑な分子を形成するために、さまざまな細胞生合成システムによって使用される分子です。
- 膜リン脂質
- エネルギー貯蔵のためのトリグリセリドと
- 多くの種類の細胞（真核生物および原核生物）の表面に見られるいくつかの特別な分子のアンカー
これらの化合物は、線状分子（すべての炭素原子が水素分子で飽和されている）として存在できますが、直鎖および一部の飽和、つまり炭素原子間に二重結合があるものも観察できます。
飽和脂肪酸は分岐鎖にも見られ、その構造はわずかに複雑です。
脂肪酸の分子特性は、それらによって形成される分子の物理化学的特性の多く、特にその融点、パッケージングの度合い、および二重層を形成する能力に依存するため、それらの機能にとって重要です。
したがって、脂肪酸の合成は、多くの観点から細胞にとって重要な一連の連続したイベントであるため、高度に規制された問題です。
脂肪酸合成はどこで起こりますか？
ほとんどの生物では、脂肪酸の合成は細胞質内コンパートメントで起こりますが、その分解は主に細胞質ゾルとミトコンドリアの間で起こります。
このプロセスは、ATP結合に含まれるエネルギー、NADPHの還元力（通常はペントースリン酸経路に由来）、ビオチン補因子、重炭酸イオン（HCO3-）、マンガンイオンに依存します。
哺乳動物では、脂肪酸合成の主な器官は肝臓、腎臓、脳、肺、乳腺、脂肪組織です。
脂肪酸のデノボ合成の直接の基質はアセチル-CoAであり、最終生成物はパルミチン酸の分子です。
アセチル-CoAは解糖中間体の処理に直接由来するため、炭水化物を多く含む食事が脂質（脂質生成）エルゴ（脂肪酸も）の合成を促進する理由です。
関与する酵素
これらの分子のいくつかは、アセチルCoAのカルボキシル化によって形成されるマロニルCoA分子に連続的にリンクされているため、アセチルCoAは、脂肪酸の形成に使用される2炭素合成ブロックです。
経路の最初の酵素であり、その調節の観点から最も重要なものの1つは、複合体であるアセチル-CoAカルボキシラーゼ（ACC）として知られているアセチル-CoAのカルボキシル化を担当する酵素です。 4つのタンパク質で構成され、補因子としてビオチンを使用する酵素化合物。
ただし、異なる種間の構造的な違いにもかかわらず、脂肪酸合成酵素は主な生合成反応の原因です。
この酵素は、実際には、「出生」時の脂肪酸の伸長に必要な7種類の酵素活性を持つモノマーからなる酵素複合体です。
この酵素の7つの活動は、次のようにリストされます。
- ACP：アシル基キャリアタンパク質
- アセチル-CoA-ACPトランスアセチラーゼ（AT）
- βケトアシル-ACPシンターゼ（KS）
- マロニル-CoA-ACPトランスフェラーゼ（MT）
- βケトアシルACPレダクターゼ（KR）
- β -ヒドロキシ-ACPがターゼ（HD）
- エノイルACPレダクターゼ（ER）
たとえば、バクテリアなどの一部の生物では、脂肪酸シンターゼ複合体は互いに関連する独立したタンパク質で構成されていますが、異なる遺伝子によってコードされています（II型脂肪酸シンターゼシステム）。
酵母脂肪酸シンターゼ酵素（出典：Xiong、Y.、Lomakin、IB、Steitz、TA / Public domain、via Wikimedia Commons）
ただし、多くの真核生物と一部の細菌では、マルチ酵素には、1つ以上のポリペプチドで異なる機能ドメインに分離されているが、同じ遺伝子（I型脂肪酸シンターゼシステム）によってコード化できるいくつかの触媒活性が含まれています。
ステージと反応
脂肪酸の合成に関して行われた研究のほとんどは、細菌モデルで行われた発見を含みますが、真核生物の合成メカニズムもある程度深く研究されてきました。
タイプII脂肪酸シンターゼシステムの特徴は、すべての脂肪アシル中間体が、ある酵素から次の酵素に輸送するアシル輸送タンパク質（ACP）と呼ばれる小さな酸性タンパク質に共有結合していることです。
それどころか、真核生物では、ACP活性は同じ分子の一部であり、同じ酵素が中間体の結合と異なる触媒ドメインを介したそれらの輸送のための特別な部位を持っていると理解されています。
タンパク質またはACP部分と脂肪アシル基の間の結合は、これらの分子と、脂肪アシルのカルボキシル基と融合しているACPの補欠分子族4'-ホスホパンテテイン（パントテン酸）との間のチオエステル結合を介して発生します。
- 最初に、酵素のアセチル-CoAカルボキシラーゼ（ACC）は、脂肪酸の合成における「コミットメント」の最初のステップを触媒する役割を担っています。マロニルCoAとして知られている炭素原子。
脂肪酸シンターゼ複合体はアセチル基とマロニル基を受け取り、これらはその「チオール」部位を正しく「埋める」必要があります。
これは最初に、アセチル-CoA-ACPトランスアセチラーゼによって触媒される反応である酵素β-ケトアシル-ACPシンターゼのシステインのSHグループへのアセチル-CoAの転移によって起こります。
マロニル基は、マロニルCoAからACPタンパク質のSHグループに移動します。これは、マロニルCoA ACPトランスフェラーゼ酵素によって媒介されるイベントであり、マロニルACPを形成します。
- 出生時の脂肪酸の伸長の開始の段階は、マロニル-ACPとアセチル-CoA分子との縮合からなり、これは、β-ケトアシル-ACPシンターゼ活性を有する酵素によって導かれる反応です。この反応では、アセトアセチル-ACPが形成され、CO2分子が放出されます。
- 伸長反応は、2つの炭素原子が一度に追加されるサイクルで発生し、各サイクルは、凝縮、還元、脱水、および2番目の還元イベントで構成されます。
-縮合：アセチル基とマロニル基が縮合してアセトアセチル-ACPを形成
-カルボニル基の還元：アセトアセチル-ACPの炭素3のカルボニル基が還元され、NADPHを電子供与体として使用するβ-ケトアシル-ACP-レダクターゼによって触媒される反応であるD-β-ヒドロキシブチリル-ACPが形成されます。
-脱水：前の分子の炭素2と3の間の水素が取り除かれ、二重結合を形成して、トランス-Δ2-ブテノイル-ACPの生成で終わります。反応は、β-ヒドロキシアシル-ACPデヒドラターゼによって触媒されます。
-二重結合還元：trans-del2-butenoyl-ACP二重結合は、NADPHを還元剤として使用するエノイルACPレダクターゼの作用により、ブチリルACPを形成するように還元されます。
伸長を続けるには、新しいマロニル分子が脂肪酸シンターゼ複合体のACP部分に再び結合し、最初の合成サイクルで形成されたブチリル基との縮合から始まります。
パルミチン酸の構造（出典：Edgar181 /パブリックドメイン、Wikimedia Commons経由）
各伸長ステップで、新しいマロニルCoA分子を使用して2つの炭素原子に鎖を成長させ、適切な長さ（16炭素原子）に達するまでこれらの反応を繰り返します。その後、チオエステラーゼ酵素が放出されます。水和による完全な脂肪酸。
パルミチン酸は、その化学的特性を変更するさまざまな種類の酵素でさらに処理できます。つまり、不飽和を導入したり、長さを延長したりできます。
規制
多くの生合成経路または分解経路と同様に、脂肪酸合成はさまざまな要因によって制御されています。
-重炭酸イオン（HCO3-）、ビタミンB（ビオチン）、アセチル-CoA（経路の最初の段階で、カルボキシル化中間体によるアセチル-CoA分子のカルボキシル化を伴う）の存在に依存しますマロニル-CoAを形成するビオチンの）。
-細胞のエネルギー特性に応じて発生する経路です。十分な量の「代謝燃料」がある場合、過剰分は脂肪酸に変換され、エネルギー不足時に後続の酸化のために保存されます。
経路全体の制限段階を表す酵素アセチル-CoAカルボキシラーゼの調節に関して、それは合成の主産物であるパルミトイル-CoAにより阻害されます。
一方、そのアロステリック活性化因子はクエン酸塩であり、代謝を酸化から合成して貯蔵に導きます。
アセチル-CoAとATPのミトコンドリア濃度が増加すると、クエン酸塩はサイトゾルに輸送され、そこでアセチル-CoAのサイトゾル合成の前駆体とアセチル-CoAカルボキシラーゼのアロステリック活性化シグナルの両方になります。
この酵素は、グルカゴンとエピネフリンのホルモン作用によって引き起こされるイベントであるリン酸化によっても調節できます。
参考文献
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