Lipogenezy jest głównym szlakiem metabolicznym, w którym kwasy tłuszczowe o długim łańcuchu syntetyzowane z węglowodanów spożywane w nadmiarze w diecie. Te kwasy tłuszczowe można włączać do trójglicerydów poprzez ich estryfikację do cząsteczek glicerolu.
W normalnych warunkach lipogeneza zachodzi w wątrobie i tkance tłuszczowej i jest uważana za jedną z głównych przyczyn utrzymania homeostazy trójglicerydów w surowicy krwi.
Struktura ludzkiej syntazy kwasów tłuszczowych (FASN) (źródło: Emw
via
Wikimedia Commons)
Triglicerydy są głównym rezerwuarem energii w organizmie, a energia w nich zawarta jest pozyskiwana dzięki procesowi zwanemu lipolizą, która w przeciwieństwie do lipogenezy polega na oddzieleniu i uwolnieniu do krwiobiegu cząsteczek glicerolu i kwasów tłuszczowych.
Uwolniony glicerol służy jako substrat dla szlaku glukoneogennego, a kwasy tłuszczowe mogą być transportowane do innych przedziałów skompleksowanych z albuminą surowicy.
Te kwasy tłuszczowe są pobierane przez prawie wszystkie tkanki z wyjątkiem mózgu i erytrocytów, a następnie są ponownie estryfikowane do triacylogliceroli w celu utlenienia jako paliwa lub magazynowania jako rezerwa energii.
Diety wysokotłuszczowe są główną przyczyną otyłości, ponieważ nadmiar kalorii musi być magazynowany, a tkanka tłuszczowa musi rozszerzać się, aby pomieścić zarówno nadmiar spożywanych lipidów, jak i te, które są syntetyzowane endogennie.
Cechy i funkcje
Na przykład w organizmie człowieka kwasy tłuszczowe powstają w wyniku procesów biosyntetycznych acetylo-CoA lub jako produkt hydrolitycznej obróbki tłuszczów i fosfolipidów błonowych.
Wiele ssaków nie jest w stanie syntetyzować niektórych kwasów tłuszczowych, co czyni je niezbędnymi składnikami ich diety.
Główna funkcja lipogenezy wiąże się z magazynowaniem energii w postaci tłuszczów (lipidów), które występuje przy spożywaniu większej ilości węglowodanów niż potrzebuje organizm, nawet przekraczając wątrobowe zdolności magazynowania glikogenu.
Lipidy syntetyzowane tą drogą są przechowywane w białej tkance tłuszczowej, głównym miejscu magazynowania lipidów w organizmie.
Lipogeneza zachodzi we wszystkich komórkach organizmu, jednak głównymi miejscami syntezy są tkanki tłuszczowe i wątroba. Szlak ten zachodzi w cytoplazmie komórki, podczas gdy utlenianie kwasów tłuszczowych zachodzi w przedziałach mitochondrialnych.
Po lipogenezie i późniejszej syntezie trójglicerydów następuje synteza i wydzielanie cząsteczek lipoprotein o bardzo małej gęstości, znanych jako cząsteczki VLDL (lipoproteiny o bardzo małej gęstości), które są zdolne do przedostania się do krwiobiegu.
Zarówno cząsteczki VLDL, jak i trójglicerydy mogą ulegać hydrolizie w naczyniach włosowatych tkanek pozawątrobowych, głównie w tkankach mięśniowych i tłuszczowych w celu uwolnienia lub magazynowania energii.
Reakcje
Przepływ atomów węgla z glukozy zawartej w węglowodanach do kwasów tłuszczowych jest modulowany przez lipogenezę i obejmuje szereg doskonale skoordynowanych reakcji enzymatycznych.
1-Szlak glikolityczny w cytozolu komórek jest odpowiedzialny za przetwarzanie glukozy, która dostaje się z krwiobiegu do produkcji pirogronianu, który jest przekształcany w acetylo-CoA, zdolny do wejścia w cykl Krebsa w mitochondriach, gdzie wytwarzany jest cytrynian .
2-Pierwszy etap szlaku lipogenicznego polega na przekształceniu cytrynianu, który opuszcza mitochondria, w acetylo-CoA w wyniku działania enzymu znanego jako liaza ATP-cytrynianowa (ACLY).
3-Powstały acetylo-CoA jest karboksylowany z wytworzeniem malonylo-CoA, reakcji katalizowanej przez karboksylazę acetylo-CoA (ACACA).
4-Trzecia reakcja to reakcja, która narzuca etap graniczny całej drogi, czyli najwolniejszą reakcję i polega na konwersji malonylo-CoA do palmitynianu przez enzym syntazę kwasów tłuszczowych (FAS).
5-Inne dalsze reakcje pomagają przekształcić palmitynian w inne, bardziej złożone kwasy tłuszczowe, jednak palmitynian jest głównym produktem lipogenezy de novo.
Synteza kwasów tłuszczowych
Synteza kwasów tłuszczowych u ssaków rozpoczyna się od kompleksu syntazy kwasów tłuszczowych (FAS), wielofunkcyjnego i multimerycznego kompleksu w cytozolu, który syntetyzuje palmitynian (nasycony 16-węglowy kwas tłuszczowy). Do tej reakcji wykorzystuje, jak już wspomniano, malonylo-CoA jako donor węgla i NADPH jako kofaktor.
Podjednostki homodimeru FAS katalizują syntezę i wydłużanie kwasów tłuszczowych o dwa atomy węgla na raz. Podjednostki te mają sześć różnych aktywności enzymatycznych: transferazy acetylowej, syntazy B-ketoacylowej, transferazy malonylowej, reduktazy B-ketoacylowej, dehydratazy B-hydroksyacylowej i reduktazy enoilowej.
Za wydłużanie kwasów tłuszczowych wytwarzanych przez FAS odpowiedzialni są różni członkowie rodziny białek wydłużających kwasy tłuszczowe o bardzo długich łańcuchach (Elovl). Dalej znajdują się inne enzymy odpowiedzialne za wprowadzenie podwójnych wiązań (desaturacja) w łańcuchach kwasów tłuszczowych.
Rozporządzenie
Liczne stany patofizjologiczne wiążą się z wadliwą regulacją szlaku lipogennego, ponieważ nieprawidłowości w nim zakłócają homeostazę lipidów organizmu.
Dieta bogata w węglowodany aktywuje lipogenezę wątroby, ale wykazano, że to nie tylko ilość spożytych węglowodanów, ale także rodzaj węglowodanów.
Dane eksperymentalne pokazują na przykład, że cukry proste, takie jak fruktoza, mają znacznie silniejszy wpływ na aktywację lipogenezy wątroby niż inne, bardziej złożone węglowodany.
Glukolityczny metabolizm glukozy stanowi doskonałe źródło węgla do syntezy kwasów tłuszczowych.
Glukoza indukuje również ekspresję enzymów biorących udział w szlaku lipogennym za pośrednictwem białek, które wiążą elementy odpowiedzi węglowodanowej.
Poziom glukozy we krwi stymuluje również ekspresję tych enzymów poprzez stymulację wydzielania insuliny i hamowanie uwalniania glukagonu w trzustce. Efekt ten jest kontrolowany przez białko 1 wiążące element regulatorowy sterolu (SREBP-1) w komórkach wątroby i adipocytach.
Inne szlaki regulacyjne mają wiele wspólnego z układem hormonalnym i różnymi hormonami pośrednio związanymi z ekspresją wielu enzymów lipogennych.
Bibliografia
- Ameer, F., Scandiuzzi, L., Hasnain, S., Kalbacher, H. i Zaidi, N. (2014). Lipogeneza de novo w zdrowiu i chorobie. Metabolizm, 0–7.
- Lodhi, IJ, Wei, X. i Semenkovich, CF (2011). Lipoexpediency: lipogeneza de novo jako przekaźnik sygnału metabolicznego. Trends in Endocrinology & Metabolism, 22 (1), 1–8.
- Mathews, C., van Holde, K. i Ahern, K. (2000). Biochemistry (3rd ed.). San Francisco, Kalifornia: Pearson.
- Nelson, DL i Cox, MM (2009). Zasady Lehningera biochemii. Omega Editions (wyd. 5).
- Samuel, VT (2011). Lipogeneza indukowana fruktozą: od cukru do tłuszczu po insulinooporność. Trends in Endocrinology & Metabolism, 22 (2), 60–65.
- Scherer, T., Hare, JO, Diggs-andrews, K., Schweiger, M., Cheng, B., Lindtner, C.,… Buettner, C. (2011). Kontrola insuliny w mózgu Lipoliza i lipogeneza tkanki tłuszczowej. Cell Metabolism, 13 (2), 183–194.
- Schutz, Y. (2004). Tłuszcz w diecie, lipogeneza i bilans energetyczny. Physiology & Behavior, 83, 557–564.
- Strable, MS i Ntambi, JM (2010). Kontrola genetyczna lipogenezy de novo: rola w otyłości wywołanej dietą. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 45 (3), 199–214.
- Zaidi, N., Lupien, L., Kuemmerle, NB, Kinlaw, WB, Swinnen, J. V i Smans, K. (2013). Lipogeneza i lipoliza: szlaki wykorzystywane przez komórki rakowe do pozyskiwania kwasów tłuszczowych, kwasów tłuszczowych. Progress in Lipid Research, 52 (4), 585–589.