- 脂質の種類とその主な合成メカニズム
- -脂肪酸の合成
- マロニルCoA形成
- -エイコサノイドの合成
- プロスタグランジン
- トロンボキサン
- -トリアシルグリセロールの合成
- -リン脂質合成
- 反応ステップ
- -コレステロールの合成
- 参考文献
脂質の合成は、一連の酵素反応で構成され、これにより、短鎖炭化水素が凝縮して、その後にさまざまな化学修飾を受けることができる長鎖分子を形成します。
脂質は、すべての生きている細胞によって合成される非常に多様な生体分子のクラスであり、細胞の生命維持に不可欠な複数の機能に特化しています。
一般的な脂質の例：グリセロリン脂質、ステロール、グリセロ脂質、脂肪酸、スフィンゴ脂質、およびプレノールfdl-1.2.html）コモンズ経由、Raquel Paradaにより改造）
脂質は生体膜の主要な構成要素であり、環境から隔離された実体として細胞が存在するための基本的な分子です。
一部の脂質は、色素、補因子、トランスポーター、界面活性剤、ホルモン、細胞内外のメッセンジャー、膜タンパク質の共有アンカーなどの特殊な機能も備えています。したがって、さまざまな種類の脂質を合成する能力は、すべての生物の生存にとって重要です。
この化合物の大きなグループは、伝統的にいくつかのカテゴリまたはサブグループに分類されます：脂肪酸（飽和および不飽和）、グリセリド（ホスホグリセリドおよび中性グリセリド）、非グリセリド脂質（スフィンゴ脂質（スフィンゴミエリンおよび糖脂質）、ステロイドおよびワックス）、および複雑な脂質（リポタンパク質）。
脂質の種類とその主な合成メカニズム
脂質生合成経路のすべての反応シーケンスは、エンダーゴニックで還元的です。言い換えれば、それらはすべてエネルギー源としてATPを使用し、還元力としてNADPHなどの還元電子キャリアを使用します。
次に、脂質の主要な種類、すなわち脂肪酸とエイコサノイド、トリアシルグリセロールとリン脂質、およびステロール（コレステロール）の生合成経路の主要な反応について説明します。
-脂肪酸の合成
脂肪酸は、細胞内で最も関連性の高い脂質の一部であるため、脂質の観点から非常に重要な分子です。この点に関する最初の研究で多くの科学者が考えていたのとは対照的に、その合成は、β酸化の逆の経路で構成されていません。
実際、この代謝経路はさまざまな細胞区画で発生し、酸化に必要のないマロニル-CoAとして知られる3炭素中間体の関与を必要とします。
マロニル-CoA。NEUROtiker /パブリックドメイン
さらに、それは、アシル担体タンパク質（ACP、English Acyl Carrier Proteins）として知られるタンパク質のスルフヒドリル基と密接に関連しています。
一般的なラインでは、脂肪酸、特に長鎖の合成は、「ターン」ごとに4つのステップが繰り返される順次プロセスであり、各ターンの間に、次の基質となる飽和アシル基が生成されます。これは、新しいマロニル-CoA分子との別の縮合を伴います。
反応の各ターンまたはサイクルで、脂肪酸鎖は2つの炭素を拡張し、16原子（パルミチン酸）の長さに達するまで続きます。その後、サイクルを離れます。
マロニルCoA形成
この3つの炭素原子の中間体は、酵素Co-カルボキシラーゼの作用により、不可逆的にアセチルCoAから形成されます。これは、酵素に共有結合し、この触媒作用に関与するビオチンの補欠分子族を持っています2つのステップ。
この反応では、重炭酸分子（HCO3-）に由来するカルボキシル基がATP依存的にビオチンに移動し、ビオチニル基が分子の「一時的なトランスポーター」として機能し、アセチルCoaに移動します。 、マロニルCoAを生成します。
脂肪酸合成シーケンスでは、使用される還元剤はNADPHであり、活性化基は脂肪酸合成酵素と呼ばれる多酵素複合体の一部である2つのチオール基（-SH）であり、これは触媒作用で最も重要です合成。
脊椎動物では、脂肪酸シンターゼ複合体は単一の大きなポリペプチド鎖の一部であり、合成経路の7つの特徴的な酵素活性と、中間体の終わりに中間体を放出するのに必要な加水分解活性が示されています合成。
脂肪酸シンターゼ酵素の構造（出典：Boehringer Ingelheim / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）経由Wikimedia Commons）
この複合体の7つの酵素活性は次のとおりです。ケトアシルACPレダクターゼ（KR）、β-ヒドロキシアシルACPデヒドラターゼ（HD）、およびエノイルACPレダクターゼ（ER）。
縮合反応が発生して脂肪酸鎖が組み立てられる前に、酵素複合体の2つのチオール基がアシル基で「帯電」します。最初に、アセチル-CoAが複合体のβ-ケトアシル-ACPシンターゼ部分のシステイン、酵素アセチル-CoA-ACPトランスアセチラーゼ（AT）によって触媒される反応
続いて、マロニル基がマロニル-CoA分子から酵素複合体のアシル基トランスポーター部分（ACP）の-SHグループに移動します。この反応は、マロニル-CoA-ACPトランスフェラーゼ（MT）酵素によって触媒されます。それは脂肪酸シンターゼ複合体の一部です。
反応サイクルの「ターン」ごとの4つの反応のシーケンスは次のとおりです。
- 凝縮：酵素の「帯電した」アセチル基とマロニル基が縮合してアセトアセチル-ACP分子を形成し、-SH基を介してACP部分に結合します。このステップでは、CO2分子が生成され、β-ケトアシル-ACPシンターゼによって触媒されます（アセチル基はアセトアセチル-ACP複合体の「末端メチル」位置を占めます）。
- カルボニル基の還元：アセトアセチル-ACPのC3位置のカルボニル基が還元されて、D-β-ヒドロキシブチリル-ACPが形成されます。これは、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す。
- 脱水：D-β-ヒドロキシブチリル-ACPのC2およびC3炭素には水分子がなく、二重結合を形成して新しい化合物trans-Δ2-ブテノイル-ACPの生成で終わります。このプロセスは、β-ヒドロキシアシル-ACPデヒドラターゼ（HD）酵素によって媒介されます。
- 二重結合還元：脱水工程で形成された化合物の二重結合が飽和（還元）し、NADPHを還元剤として使用する酵素エノイルACPレダクターゼ（ER）によって触媒される反応によりブチリルACPが生成されます。
合成反応は、パルミチン酸（16炭素原子）の分子が形成されるまで起こります。これは、酵素複合体から加水分解され、伸長システムによって生成されるより長い鎖の脂肪酸の前駆体として放出されます。小胞体の滑らかな部分とミトコンドリアにある脂肪酸の。
これらの分子が受けることができる他の修飾、例えば不飽和化は、例えば、滑らかな小胞体で一般的に起こる異なる酵素によって触媒される。
-エイコサノイドの合成
エイコサノイドは、「短距離」メッセンジャー分子として機能する細胞脂質であり、隣接する組織の細胞と通信するために一部の組織によって生成されます。これらの分子は、20個の炭素原子の多価不飽和脂肪酸から合成されます。
プロスタグランジン
ホルモン刺激に応答して、酵素ホスホリパーゼAは膜リン脂質を攻撃し、2炭素グリセロールからアラキドン酸を放出します。この化合物は、シクロオキシゲナーゼ（COX）またはプロスタグランジンH2シンターゼという二機能性の活性を持つ滑らかな小胞体の酵素により、プロスタグランジンに変換されます。
トロンボキサン
血小板（血小板）に存在するトロンボキサン合成酵素により、プロスタグランジンはトロンボキサンに変換されます。これらの分子は、血液凝固の初期段階に関与します。
-トリアシルグリセロールの合成
脂肪酸は、トリアシルグリセロールや膜脂質グリセロリン脂質（細胞の代謝ニーズに依存するプロセス）など、細胞内の他のより複雑な化合物を合成するための基本的な分子です。
動物は、2つの一般的な前駆体である脂肪アシルCoAとL-グリセロール3-リン酸からトリアシルグリセロールとグリセロリン脂質を生成します。脂肪アシルCoAは、β酸化に関与するアシルCoAシンテターゼによって生成されますが、L-グリセロール3-リン酸は、解糖作用と2つの代替酵素の作用によって得られます。グリセロール3-リン酸デヒドロゲナーゼおよびグリセロールキナーゼ。
トリアシルグリセロールは、脂肪アシルCoAの2つの分子とジアシルグリセロール3-リン酸の1つの分子の間の反応によって形成されます。これらの転移反応は、特定のアシルトランスフェラーゼによって触媒されます。
この反応では、最初にホスファチジン酸が生成され、これは酵素ホスファチジン酸ホスファターゼによって脱リン酸化されて、1,2-ジアシルグリセロールが生成されます。
-リン脂質合成
リン脂質は非常に多様な分子です。なぜなら、多くの異なるものは、脂肪酸とそれらを特徴付けるグリセロール（グリセロリン脂質）またはスフィンゴシン（スフィンゴ脂質）スケルトンと異なる「ヘッド」グループの組み合わせによって形成されるからです。
これらの分子の一般的な組み立てには、グリセロールまたはスフィンゴシンバックボーンの合成、エステル化またはアミド化による対応する脂肪酸との結合、ホスホジエステル結合による親水性「頭」基の追加、および必要に応じて、後者のグループの変更または交換。
真核生物では、このプロセスは滑らかな小胞体とミトコンドリア内膜で発生します。ミトコンドリア内膜では、無期限に、または他の場所に移動することができます。
反応ステップ
グリセロール3-リン酸の分子が炭素1と2で脂肪酸の2つの分子にエステル化されてホスファチジン酸を形成するため、グリセロリン脂質の合成反応の最初のステップは、トリアシルグリセロールの生成のステップと同等です。グリセロールのC1で飽和し、C2で不飽和の脂肪酸を持つリン脂質を見つけることは一般的です。
ホスファチジン酸は、すでに合成された、または「リサイクルされた」ジアシルグリセロール分子のリン酸化によって生成することもできます。
これらの分子の極性「頭」基は、ホスホジエステル結合を介して形成されます。このプロセスが正しく行われるために最初に発生する必要があるのは、他のグループによって求核置換されたシチジン二リン酸（CDP）などのヌクレオチドに結合することにより、プロセスに参加するヒドロキシル基の1つの「活性化」です。反応に参加するヒドロキシル。
この分子がジアシルグリセロールに結合すると、CDP-ジアシルグリセロール（ホスファチジン酸の「活性化」型）が形成されますが、これは「ヘッド」基のヒドロキシル基でも発生する可能性があります。
例えば、ホスファチジルセリンの場合、ジアシルグリセロールは、ホスファチジン酸分子とシチジン三リン酸（CTP）分子との縮合によって活性化され、CDP-ジアシルグリセロールを形成してピロリン酸を除去します。
CMP（シチジン一リン酸）の分子が、セリンの水酸基またはグリセロール3-リン酸の1炭素の水酸基の求核攻撃によって置換されると、ホスファチジルセリンまたはホスファチジルグリセロール3-リン酸が放出され、リン酸モノエステルが放出され、ホスファチジルグリセロールを生成します。
このようにして生成された両方の分子は、他の膜脂質の前駆体として機能し、それらはしばしば互いに生合成経路を共有します。
-コレステロールの合成
コレステロールは、細胞が合成できる動物にとって必須の分子であるため、日常の食事には必須ではありません。この27個の炭素原子を持つ分子は、前駆体である酢酸塩から生成されます。
この複雑な分子は、4つの主要な段階でアセチルCoAから形成されます。
- 3つのアセテート単位が縮合して6炭素中間分子であるメバロン酸を形成します（最初にアセトアセチル-CoAの分子が2つのアセチル-CoA（チオラーゼ酵素）で形成され、次に別のβ-ヒドロキシ-β-メチルグルタリル-CoA（ HMG-CoA）（HMG-CoAシンセターゼ酵素）メバロン酸はHMG-CoAから形成され、酵素HMG-CoAレダクターゼのおかげです。
- メバロン酸のイソプレン単位への変換。最初の3つのリン酸基が3つのATP分子からメバロン酸に移動します。リン酸の1つが隣接するカルボニル基とともに失われ、異性化してジメチルアリルピロリン酸を生成するΔ3-イソペンテニルピロリン酸が形成されます。
- 6つのC 5イソプレン単位の重合または縮合によるC 30スクアレン（線状分子）の形成。
- コレステロールのステロイド核の4つの環を形成するためのスクアレン環化とその後の化学変化：酸化、メチル基の移動と除去など、コレステロールを生成します。
参考文献
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