การสังเคราะห์กรดไขมัน

                วิถีการสังเคราะห์กรดไขมันเป็นวิถีที่ไม่ใช้วิถีย้อนกลับของการสลายกรดไขมัน แต่ประกอบด้วยปฏิกิริยา
ที่ต่างจากปฏิกิริยาการสลาย หรือปฏิกิริยาออกซิเดชันของกรดไขมัน

ตารางแสดงความแตกต่างระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ และกระบวนการออกซิเดชันของกรดไขมัน


 
กระบวนการสังเคราะห์
กระบวนการออกซิเดชัน

ตำแหน่งที่เกิดภายในเซลล์
ไซโทพลาซึม
เมทริกซ์ของไมโทคอนเดรีย
พาหะของหมู่เอซิล
ACP
CoASH
หน่วย C 2 อะตอมที่เข้าไปเกี่ยวข้อง
มาโลนิลโคเอเป็นตัว
ให้หน่วย C 2 อะตอม
อะซีติลโคเอ เป็นผลผลิตที่มีหน่วย C 2 อะตอม

สเตอริโอไอโซเมอร์ของหมู่
แอลฟา-ไฮดรอกซีเอซิล

หมู่ D-แอลฟา-ไฮดรอกชีเอซิล
หมู่ L-แอลฟา-ไฮดรอกซีเอซิล
ตัวให้และตัวรับอิเล็กตรอน
NADPH
FAD , NAD+
การเข้าร่วมของ CO2
+
-

ACP = acyl carrier protein


                การสังเคราะห์กรดไขมันชนิดปาลมิติก (C 16 อะตอม) ใช้หมู่มาโลนิลที่มี C 3 อะตอมเป็นสารต้นตอของหน่วย C 2 อะตอมของกรดปาลมิติก ส่วนโมเลกุลของอะซีติลโคเอใช้เป็นหน่วยเริ่มต้นของการสังเคราะห์ และเป็นตัวให้ C ตำแหน่งที่ 16 จากหมู่เมธิล และ C ตำแหน่งที่ 15 จากหมู่คาร์บอกซิล การต่อสายโซ่ของกรดไขมันให้มีความยาวขึ้นนั้น ใช้หน่วยอะซีติล ที่มาจากมาโลนิลโคเอ โดยมีทิศทางจากหมู่เมธิลไปยังหมู่คาร์บอกซิล แต่ทุก C อะตอมของกรดไขมันก็มาจากอะซีติลโคเอ เนื่องจากมาโลนิลโคเอ ถูกสร้างมาจากอะซีติลโคเอ และ CO2


ที่มา : http://www.biocarta.com/genes/index.asp

                ในการสังเคราะห์กรดไขมันหน่วย C 2 อะตอมมาจากมาโลนิลโคเอ ซึ่งสร้างมาจากอะซีติลโคเอ ในไซโทพลาซึม และอะซีติลโคเอ ในไซโทพลาซึมนี้ก็มาจากอะซีติลโคเอในไมโทคอนเดรียซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการออกซิเดชันของกรดไขมัน และจากการสลายโครงร่าง C (C-skeleton)ของกรดอะมิโน เช่น Phe Tyr Leu Lys และ Trp แต่อะซีติลโคเอ นี้ไม่สามารถผ่านเมมเบรนของไมโทคอนเดรียออกสู่ไซโทพลาซึมได้ ต้องอาศัยชัตเติลของหมู่อะซีติล (acetyl group shuttle) หรือระบบการขนส่งไตรคาร์บอกซีเลต (tricarboxylate transport system หรือ tricarboxylate anion carrier) ขนส่ง หมู่อะซีติลผ่านเมมเบรนของไมโทคอนเดรียหรืออะซีติลโคเอออกสู่ไซโทพลาซึมในรูปซิเตรต จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่าซิเตรตชัตเติล เมื่ออะซีติลโคเอ ถูกสร้างขึ้นในไซโทพลาซึม ก็จะถูกนำไปสร้างมาโลนิลโคเอ โดยปฏิกิริยาที่ผันกลับไม่ได้ ปฏิกิริยาคาร์บอกซีเลชัน (carboxylation) นี้เร่งโดยเอนไซม์อะซีติลโคเอคาร์บอกซีเลส (acetyl CoA carboxylase) ซึ่งมีไบโอติน เป็นหมู่พรอสเธติก หมู่คาร์บอกซิลของไบโอตินจะเชื่อมด้วยพันธะโควาเลนท์ กับหมู่ แอลฟา-อะมิโนของหน่วยไลซีน ของเอนไซม์ เช่นเดียวกับเอนไซม์ไพรูเวต คาร์บอกซีเลส (pyruvate carboxylase) หมู่ CO2 ของสารตัวกลางจะถูกถ่ายทอดให้กับอะซีติลโคเอ เกิดเป็นมาโลนิลโคเอ

                ในพวกยูคาริโอติกเซลล์เอนไซม์อะซีติลโคเอ คาร์บอกซีเลส เป็นเอนไซม์ควบคุมทำหน้าที่ควบคุมการสังเคราะห์กรด ไขมันในเนื้อเยื่อสัตว์ มีตัวกระตุ้นคือ ซิเตรต และมีปาลมิโตอิลโคเอซึ่งเป็นผลผลิตของการสังเคราะห์กรดไขมันเป็นตัวยับยั้ง เมื่อความเข้มข้นของซิเตรตในไมโทคอนเดรียเพิ่มขึ้น และในไมโทคอนเดรียมีการสร้างอะซีติลโคเอ และ ATP ในปริมาณสูง ซิเตรตจะออกสู่ไซโทพลาซึม แล้วทำหน้าที่เป็นสารต้นตอของอะซีติลโคเอในไซโทพลาซึม และเป็นสัญญาณแบบอัลโลสเตริก (allosteric signal) ในการทำให้เอนไซม์ชนิดนี้แอกตีฟ นอกจากนี้เอนไซม์อะซีติลโคเอคาร์บอกซีเลสยังถูกควบคุม โดยปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชันที่ผันกลับได้ (reversible phosphorylation) เหมือนกับเอนไซม์ไกลโคเจนซินเธสซึ่งสามารถ ถูกเปลี่ยนไปเป็นรูปที่ไม่แอกตีฟโดยปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชัน เมื่อระดับของน้ำตาลกลูโคสในเลือดต่ำกลูคากอนจะถูกหลั่งออกมา การจับของกลูคากอนกับตัวรับ (receptor) บนพลาสมาเมมเบรนของเซลล์ตับก่อให้เกิดการสร้าง cAMP ซึ่งมีผลทำให้โปรตีน ไคเนส (protein kinase) แอกตีฟ ดังนั้นเมื่อระดับของน้ำตาลกลูโคสในเลือดต่ำการสร้างกรดไขมันจะไม่เกิดขึ้น สำหรับอินซูลินมีผลตรงกันข้ามกับกลูคากอน นั่นคือเพิ่มการสร้างกรดไขมัน ส่วนในพวกโปรคาริโอติกเซลล์ การควบคุมจะ แตกต่างออกไป ซิเตรตไม่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์ใน E. coli กรดไขมันในแบคทีเรียทำหน้าที่เป็นสารต้นตอ ของฟอสโฟลิพิดมากกว่าทำหน้าที่เป็นสารสะสม

                การสังเคราะห์กรดไขมันใน E.coli โดยคอมเพลกซ์ของแฟตตีแอสิดซินเธส (fatty acid synthase complex) ประกอบด้วยปฏิกิริยาดังต่อไปนี้คือ

1. ปฏิกิริยาการสร้างอะซีติล-ACP และมาโลนิล-ACP โดยเอนไซม์อะซีติลทรานส์เฟอเรส หรืออะซีติลทรานส์เอซิเลส (acetyl transacylase) และมาโลนิล ทรานส์เฟอเรสหรือมาโลนิลทรานส์ เอซิเลส (malonyl transacylase)

อะซีติล-CoA + ACP อะซีติล-ACP + CoA
มาโลนิล-CoA + ACP มาโลนิล-ACP + CoA

เอนไซม์มาโลนิล ทรานส์เฟอเรสมีความจำเพาะมาก ส่วนอะซีติล ทรานส์เฟอเรสสามารถถ่ายทอดหมู่เอซิลอื่น ๆ ได้นอกเหนือจากหมู่อะซีติล กรดไขมันที่มีCอะตอมเป็นจำนวนเลขคี่มีการสังเคราะห์เริ่มจากโปรปิโอนิล-ACP ที่ได้จากโปรปิโอนิลโคเอ โดยการทำงานของเอนไซม์อะซีติล ทรานส์เฟอเรส

2. ปฏิกิริยาการรวมกันระหว่างอะซีติล-ACP และมาโลนิล-ACP เกิดเป็นอะซีโตอะซีติล-ACP โดยเอนไซม์ เอซิล-มาโลนิล-ACP คอนเดนซิงเอนไซม์ (acyl-malonyl-ACP condensing enzyme) หรือ 3-คีโตเอซิล ซินเธส (3-ketoacyl synthase) หมู่คีโตของ C อะตอมที่ 3 หรือ แอลฟา จะถูกรีดิวซ์ไปเป็นหมู่เมธิลีน (methylene group) โดยใช้ปฏิกิริยา 3 ปฏิกิริยา

3. ปฏิกิริยารีดักชันของอะซีโตอะซีติล-ACP ไปเป็น D-3-ไฮดรอกซีบิวไทริล-ACP (D-3-hydroxybutyryl-ACP) ปฏิกิริยานี้ต่างจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของกรดไขมันตรงที่เกิด D-ไอโซเมอร์ ไม่ใช่L-ไอโซเมอร์ และใช้ NADPH แทน NAD+ เอนไซม์ที่ใช้คือ 3-คีโตเอซิล-ACP-รีดัก เทส (3-ketoacyl-ACP-reductase)

4. ปฏิกิริยาการสูญเสียน้ำจาก D-3-ไฮดรอกซีบิวไทริล-ACP เกิดเป็นทรานส์- 2- อีนออิล-ACP หรือโครโตนิล-ACP (crotonyl-ACP) หรือทรานส์-2-บิวทีนิล-ACP (trans-2-butenyl-ACP) โดยการทำงานของ 3-ไฮดรอกซีเอซิล-ACP-ดีไฮดราเทส (3-hydroxyacyl-ACP-dehydratase)

5. ปฏิกิริยาสุดท้ายของวัฏจักร โครโตนิล-ACP ถูกรีดิวซ์ไปเป็นบิวไทริล-ACP ซึ่งเร่งโดย เอนไซม์อีนออิล-ACP รีดักเทส ซึ่งมี NADPH เป็นตัวรีดิวซ์

                ในรอบที่ 2 ของวัฏจักรการสังเคราะห์กรดไขมัน เกิดการรวมกันระหว่างบิวไทริล ACP และมาโลนิล-ACP เกิดเป็น 3-คีโตเอซิล-ACPที่มี C 6 อะตอม แล้วจะดำเนินไปตามปฏิกิริยาต่างๆในวัฏจักรจนกระทั่งถึงผลผลิต C16-เอซิล-ACP ซึ่งไม่ สามารถเป็นสับสเตรทของเอนไซม์ ในปฏิกิริยาที่ 2 ได้จึงสลายไปเป็นปาลมิเตต และ ACP โดยการทำงานของไธโอเอสเตอร ์ไฮโดรเลส    สมการการสังเคราะห์กรดไขมันเขียนได้ดังนี้ คือ

อะซีติลโคเอ + 7 มาโลนิลโคเอ + 14 NADPH + 7 H+
ปาลมิเตต + 7 CO2+ 14 NADP+ + 8 CoA + 6 H2O

การสร้างมาโลนิลโคเอ เขียนสมการได้ดังนี้คือ

7 อะซีติลโคเอ + 7CO2 + 7ATP
7 มาโลนิลโคเอ + 7ADP + 7Pi + 7H+

เมื่อรวมทั้ง 2 สมการจะได้สมการรวมการสังเคราะห์ปาลมิเตตดังนี้คือ

8 อะซีติลโคเอ + 7ATP + 14NADPH
ปาลมิเตต + 14NADP++ 8CoA + 6H2O + 7ADP + 7Pi

HOME
NEXT