Fettsyresyntese - Enzymene som deltar i biosyntesen av fettsyrer hos eukaryoter finnes i et stort enzymkompleks. Karbon til fettsyntese kommer fra fotosyntesen. Syntesen av fettsyrer skjer i stroma i kloroplasten, men enzymene som deltar i syntesen kodes fra cellekjernen. Første trinn starter med en karboksylering av acetyl-CoA for å lage malonyl-CoA. Reaksjonen trenger ATP og vitaminet biotin og er katalysert av acetyl-CoA karboksylase. Enzymet malonyl-CoA:ACP transacetylase erstatter CoA med et acylbærende protein (ACP). Metylenkarbonet i malonyl-ACP virker som en nukleofil og erstatter ACP fra acetyl-ACP og gir et beta-ketoacyl-ACP derivat katalysert av beta-ketoacyl-ACP-syntase. beta-ketoacyl-ACP blir deretter redusert til et hydroksyderivat katalysert av en NADPH-avhengig beta-ketoacyl-ACP reduktase. Videre følger en hydrering som gir en dobbeltbinding mellom karbonatom nummer 2 og 3 katalysert av beta-hydroksyacyl-ACP dehydrase. Det umettede acyl-ACP derivatet blir deretter redusert av en enoyl-ACP reduktase til mettet acyl-ACP. Acyl-ACP kjeden blir deretter forlenget i en serie med identiske reaksjoner hvor malonyl-ACP reagerer med karboksylenden av den voksende acyl-ACP kjeden. Produktene fra fettsyresyntesen nevnt ovenfor er vanligvis palmitinsyre og stearinsyre. Syntese av umettede fettsyrer skjer forskjellig hos aerobe eller anaerobe organismer. Anaerob syntese finnes bare hos prokaryoter. Den aerobe biosynteseveien bruker molekylært oksygen og NADPH katalysert av et oksidaseenzym kalt desaturase. Stearoyl-ACP gir oleoyl-ACP katalysert av en D9-desaturase. Oleoyl-ACP gir oljesyre katalysert av en thioesterase eller kan overføres til lipider ved en acyltransferase som acylerer glycerol-3-fosfat. Oljesyre kan omdannes til en thioester oleoyl-CoA av en acyl-CoA syntetase som sitter i kloroplastmembranen. Oleoyl-CoA fra kloroplasten og andre acyl-CoA forbindelser virker som substrater for fosfolipider katalysert av acyltransferaser i endoplasmatisk retikulum. Linolsyre lages av en delta-12-desaturase og linolensyre av en delta15-desaturase. Fettsyren som skal avmettes kan være bundet til et monogalaktosyldiacylglycerol eller inngår i fosfatidylcholin. Kjedeforlengelse av fettsyrer f.eks. erukasyre med 22 karbonatomer skjer i endoplasmatisk retikulum katalysert av elongaser.
Fettsyresyntese skjer både i plastider og endoplasmatisk retikulum. Malonyl-CoA blir laget både i plastider og cytoplasma.
Mer om fettsyresyntese
Lipider inneholder mye energi og fettsyntese krever mye energi. Syntesen av fett skjer i samarbeid mellom kloroplaster (plastider) og endoplasmatisk retikulum. De siste trinnene i syntesen av triglycerider skjer i endoplasmatisk retikulum og fettet akkumuleres mellom de to dobbeltlagene i enhetsmembranen. Biosyntese av fettsyrer skjer ved kondensering av C2-enheter fra acetyl-CoA. Dyr lager fettsyrer i cytosol, mens planter lager fettsyrer i plastider i et stort enzymkompleks, fettsyre syntase.
Kloroplastene er hovedsted for fettsyresyntese i blad med endeproduktene palmitinsyre og oljesyre. Disse fraktes deretter ut i cytosol hvor de omdannes videre til linolsyre og linolensyre. Utgangsmaterialet for biosyntese av fettsyrene er tokarbonthioesteren acetyl-CoA, laget fra importert acetat. Lavmolekylært ACP ("acyl carrier protein") hjelper til å koble malonyl-ACP til å forlenge acylkjeden. Malonyl-CoA lages fra acetyl-CoA + CO2 katalysert av acetyl-CoA karboksylase. Acyl er festet kovalent til ACP via en thioesterbinding. Fettsyrekjede bundet til ACP kalles acyl-ACP. Malonyl-CoA reagerer med ACP og danner malonyl-ACP:
acetyl-ACP + 7 malonyl-ACP → palmitoyl-ACP + 7 ACP + 7 CO2
Første trinnet i komplekset fettsyre syntase er at acetyl-CoA omdannes til malonyl-CoA i en ATP-avhengig karboksylering katalysert av acetyl-CoA karboksylase som er et av enzymene i komplekset fettsyre syntase. Først bindes karbondioksid til biotin for deretter å bli overført til acetyl-CoA:
acetyl-CoA + CO2 → malonyl-CoA
Malonylgruppen i malonyl-CoA overføres til et lavmolekylært surt acylbærer protein kalt ACP ("acyl carrier protein") og det dannes malonyl-ACP katalysert av malonyl-CoA:ACP transacylase. Acylkjeden er bundet med en thioesterbinding. Fra nå av skal det hektes på tokarbonenheter fra acetyl-CoA. Først overføres acetat fra acetyl-CoA til et kondenserende enzym kalt 3-ketoacyl-ACP syntase:
acetyl-CoA + malonyl-ACP → ketobutyrul-ACP + CoA + CO2
Ketogruppen ved karbonatom nummer 3 blir redusert via tre enzymer og det dannes butyryl-ACP med fire karbonatomer. Forlengelsen av fettsyrene katalyseres av de fire enzymene 3-ketoacyl-ACP syntase, 3-ketoacyl-ACP reduktase, 3-hydroksyacyl-ACP dehydrase og enoyl-ACP reduktase. Ketogruppen ved karbonatom 3 fjernes som karbondioksid. Det skjer en reduksjon av 3-ketogruppen katalysert av 3-ketoacyl-ACP reduktase og det dannes 3-hydroksybutyrul-ACP. Deretter skjer det en dehydrering katalysert av hydroksyacyl-ACP dehydratase og det dannes trans-Δ2-butenoyl-ACP. Ved en reduksjon av dobbeltbindingen katalysert av enoyl-ACP reduktase blir produktet butyryl-ACP med 4 karbonatomer. Deretter går butyrul-ACP inn i ny syklus hvor det på nytt hektes på to karbonatomer fra malonyl-ACP katalysert av kondenseringsenzym 3-ketoacyl-ACP syntase, og slik fortsetter det inntil kjeden består av 16 (palmitoyl-ACP) eller 18 (stearoyl-ACP) karbonatomer. De fleste umettede fettsyrene inneholder en dobbeltbinding ved karbonatom 9. C18:0-ACP omdannes til C18:1 katalysert av en desaturase. Stearoyl-ACP desaturase er et enzym som finnes i stroma i plastidene, trenger oksygen og bruker redusert ferredoksin eller NADPH som elektronkilde. Dette enzymet lager den første cis-dobbeltbindingen i fettsyrene, mellom karbon 9 og 10, og produktet blir oleoyl-ACP. Endring av acylkjeden via hydroksylering, avmetning og forlengelse skjer utenfor plastidene.
Petroselinsyre, som er en fettsyre det er mye av i frø fra skjermplantefamilien, er imidlertid en C18:1cisΔ6 fettsyre. Selv om fettsyresyntesen skjer i plastider er de fleste genene som koder for enzymene i biosynteseveien lokalisert til cellekjernen. Flere av enzymene som deltar i fettsyresyntesen finnes som isoenzymer og genene for disse finnes i multigenfamilier. Enzymet acyl-ACP thioesterase som fjerner ACP fra fettsyrene er med å bestemme hvor lange fettsyrene skal bli. Fettsyrene kan også bli modifisert etter at de er bundet til glycerol.