LIPID METABOLISM อ. ชัยวัฒน์ วามวรรัตน์ - KETOGENESIS - TRIACYLGLYCEROL SYNTHESIS อ. ชัยวัฒน์ วามวรรัตน์

KETOGENESIS เกิดขึ้นเมื่อปริมาณ acetyl CoA เพิ่มสูงมากเกินกว่าที่จะ - ถูกออกซิไดซ์ - สร้างเป็นกรดไขมัน - สังเคราะห์สารประกอบ isoprenoid **ปกติ ไม่ค่อยเหลือ acetyl CoA มากๆ** ****ketogenesis เกิดขึ้นต่ำมาก**** เมื่ออดอาหาร ( ขาดคาร์โบไฮเดรต ) กระบวนการนี้จะมีความสำคัญ เป็นการสร้างแหล่งพลังงานในรูปของ ketone bodies - เกิดขึ้นที่ตับ บริเวณ matrix เนื่องจากมีระดับ HMG-CoA synthase สูง ในเนื้อเยื่อนี้

KETOGENESIS ปฏิกิริยาที่ 1 : condensation : ย้อนทวนปฏิกิริยาสุดท้ายของ -oxidation โดยการทำงานของเอนไซม์ตัวเดียวกัน : ในร่างกาย acetyl-CoA และ acetoacetyl-CoA อยู่ในสมดุลกันและกัน : ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าเกิดเป็น acetoacetyl-CoA ต้องมีปริมาณ acetyl-CoA สูงมากๆ

KETOGENESIS ปฏิกิริยาที่ 2 : condensation : acetyl-CoA โมเลกุลที่ 3 ถูกใช้ในการสร้าง HMG-CoA โดยการทำงานของ HMG-CoA synthase ปฏิกิริยาที่ 3 : การสร้าง acetoacetate : โดยการทำงานของ HMG-CoA lyase ปฏิกิริยาที่ 4 : การสร้าง -hydroxybutyrate และ acetone จาก acetoacetate

KETOGENESIS - acetoacetate ถูกรีดิวซ์เป็น -hydroxybutyrate โดยการทำงานของ -hydroxybutyrate dehydrogenase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่อยู่ใน inner mitochondrial membrane - ในกระแสเลือด acetoacetate เกิด nonenzymatic decarboxylation เป็น acetone และ CO2

Ketone bodies ประกอบด้วย -hydroxybutyrate acetoacetate และ acetone - ค่อนข้างเป็นกรดแก่ - ทำให้ pH ของเลือดต่ำลง ส่งผลต่อการจับของhemoglobinกับO2 - ขับออกทางปัสสาวะ - คนเป็นเบาหวานอาจสูงถึง 90 mg/dl - -hydroxybutyrate และ acetoacetate ถูกขนส่งออกสู่กระแสเลือดไปสู่เนื้อเยื่ออื่นๆในร่างกาย เป็นรูปที่ใช้ขนส่งกรดไขมันได้ดี โดยที่ไม่ต้องจับกับโมเลกุลตัวพาต่างๆ และไม่ถูกควบคุมการขนส่งเข้าเซลล์โดยฮอร์โมน

การใช้ ketone bodies เป็นแหล่งพลังงานในเนื้อเยื่ออื่นๆ - เซลล์เนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ กล้ามเนื้อหัวใจ สมอง ยกเว้นเซลล์ตับ ใช้ ketone bodies เป็นแหล่งงานได้ - ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย - เซลล์ตับไม่สามารถใช้ได้เพราะขาด -ketoacyl-CoA transferase

FATTY ACID BIOSYNTHESIS เกิดขึ้นเมื่อ 1. อาหารที่รับประทานมีไขมันน้อย หรือ 2. อาหารมีคาร์โบไฮเดรตหรือโปรตีนสูง ซึ่งส่วนใหญ่กรดไขมันถูกสังเคราะห์จากกลูโคสที่ได้จากอาหาร เกิดมากที่ เซลล์ตับ adipocyte บริเวณ cytosol เซลล์อื่นๆอาจเกิดขึ้นได้น้อย นอกจากสภาวะจำเพาะ เช่น ระหว่างการเกิด lactation ใน mammary gland

FATTY ACID BIOSYNTHESIS การสังเคราะห์กรดไขมันเป็นชุดปฏิกิริยาที่มีแนวทางต่างจากการเกิดออกซิเดชั่นของกรดไขมันอยู่หลายๆ ประการ คือ 1. สารมัธยันตร์ที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ไขมันถูกเชื่อมต่อด้วยพันธะโควาเลนท์เข้าที่หมู่ sulfhydryl ของโปรตีนที่เรียกว่า acyl carrier protein (ACP) ต่างจากสารมัธยันตร์ที่เกิดระหว่างการออกซิเดชั่นกรดไขมันซึ่งเชื่อมอยู่กับหมู่ sulfhydryl ของ coenzyme A

FATTY ACID BIOSYNTHESIS 2. การสังเคราะห์กรดไขมันเกิดขึ้นที่ cytosol ขณะที่การเกิดออกซิเดชั่นเกิดขึ้นที่ mitochondria 3. ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เอนไซม์ต่างๆที่ใช้ในการสังเคราะห์กรดไขมันรวมอยุ่ในพอลิเพปไทด์สายยาวสายเดียว ที่เรียก fatty acid synthase ขณะที่เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเกิดออกซิเดชั่นกรดไขมันต่างอยู่แยกกัน ในพืชและแบคทีเรียนั้น เอนไซม์ที่ใช้ในการสังเคราะห์กรดไขมันต่างอยู่แยกกัน 4. โคเอนไซม์ที่ใช้ในการสังเคราะห์กรดไขมัน คือ NADP+/NADPH ขณะที่การเกิดออกซิเดชั่นกรดไขมัน คือ NAD+/NADH 5. ...................................................................................................... 6. .....................................................................................................

FATTY ACID BIOSYNTHESIS ในสัตว์ ปฏิกิริยาแบ่งเป็น 3 ขั้นตอน 1. การขนส่ง mitochondrial acetyl-CoA สู่ cytosol ในรูปของ citrate 2. การสร้าง malonyl-CoA จาก acetyl-CoA โดยปฏิกิริยา carboxylation 3. การสร้างสายโซ่ของกรดไขมันโดยการทำงานของ fatty acid synthase

CITRATE TRANSPORT SYSTEM หรือ CITRATE-MALATE-PYRUVATE SHUTTLE

CITRATE-MALATE-PYRUVATE SHUTTLE

FORMATION OF MALONYL-CoA - เป็นปฏิกิริยาแรกของการสังเคราะห์กรดไขมัน และผันกลับไม่ได้ - โดยการทำงานของเอนไซม์ acetyl-CoA carboxylase (ACC) ซึ่งต้องการ biotin เป็น cofactor และ ATP - ใน E. coli ACC ประกอบด้วย 3 subunit คือ Biotin carboxyl carrier protein Biotin carboxylase 3. Transcarboxylase

EUKARYOTIC ACC ทั้งสามรวมเข้าด้วยกันอยู่ในรูปของ Biotin carboxyl carrier protein, Biotin carboxylase และ Transcarboxylase ทั้งสามรวมเข้าด้วยกันอยู่ในรูปของ single multifunctional polypeptide chain

MT = malonyl transferase AT = acetyl transferase KR = ketoacyl-ACP reductase ACP = acyl carrier protein ER = enoyl-ACP reductase KAS = ketoacyl-ACP synthase DH = hydroxyacyl-ACP dehydrase TE = thioesterase

FATTY ACID SYNTHASE ในสัตว์ : Homodimer multienzyme complex แต่ละ monomer มี 1 ACP ACP เป็นตัวพา acyl chain ไปยัง active site ต่างๆ โดยมีส่วน 4 - phosphopantetheine ซึ่งมีหมู่ -SH เป็นจุดเกาะของacyl chain ได้ กรดไขมัน 2 โมเลกุล ต่อ 1 โมเลกุลเอนไซม์

FATTY ACID BIOSYNTHESIS

1. LOADING

3. REDUCTION 4.DEHYDRATION 5.REDUCTION

CONDENSATION STEP FOR THE NEXT ROUNDS OF FATTY ACID BIOSYNTHESIS

ในพืช มีเอนไซม์ Ketoacyl-ACP synthase (KAS) 3 ชนิด C6-ACP ถึง C16-ACP KAS I : เติม 2 หน่วยคาร์บอนเข้าที่สายเอซิล จนได้ C6-ACP ถึง C16-ACP KAS II : เพิ่มความยาวสายเอซิลจาก palmitoyl-ACP เป็น stearoyl-ACP KAS III : short chain condensing enzyme

FATTY ACID BIOSYNTHESIS

OVERALL REACTION FROM ACETYL-CoA TO PALMITIC ACID 8 Acetyl-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 7 H+  Palmitoyl-CoA + 14 NADP+ + 7 CoASH + 7 ADP + 7 Pi

ELONGATION เกิดขึ้นได้ที่ mitochondria และ ผิวของ ER ใน mitochondria เริ่มต้นด้วยการทำงานของเอนไซม์ thiolase ตามด้วย 3 ปฏิกิริยาที่ย้อนทวน บีตาออกซิเดชั่น ความยาวสายโซ่ ยาวขึ้น 2 หน่วยคาร์บอน CoASH เป็น acyl carrier แทน ACP

DESATURATION ใน eukaryote จะไม่เกิดขึ้นจนกว่าจะได้ความยาวสายโซ่ 16-18 C เป็น aerobic pathway เกิดขึ้นที่ ER ปฏิกิริยามีการขนส่งอิเล็คตรอน โดยมี O2 เป็นตัวรับอิเล็คตรอนตัวสุดท้าย และมีน้ำเกิดขึ้น 2 โมเลกุล ดังนั้นต้องมี 4 อิเล็คตรอนที่ถูกขนส่ง โดย 2 อิเล็คตรอนมาจาก NADH และอีก 2 มาจาก fatty acyl CoA

DESATURATION เป็น non-heme iron containing enzyme Fatty acyl CoA desaturase เป็น non-heme iron containing enzyme ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม มี 4 ชนิด คือ 4, 5, 6, 9, desaturase ดังนั้น การเติมพันธะคู่จึงไม่เกินตำแหน่ง 9 จึงไม่สามารถสังเคราะห์กรดไขมันที่จำเป็น เช่น linoleate, linolenate ในสัตว์ พันธะคู่พันธะแรกที่เติมให้กับ saturated acyl-CoA คือ 9 ในพืช มี desaturase ชนิด 9, 12, 15 จึงสังเคราะห์กรดไขมันที่จำเป็นได้ และสามารถใช้ complex lipid เช่น phospholipid เป็นสับสเตรทได้ *****E.coli ไม่มีกรดไขมันไม่อิ่มตัว******

ARACHIDONIC ACID SYNTHESIS

TRIACYLGLYCEROL SYNTHESIS KENNEDY ‘S PATHWAY ใน adipose tissue Building block : dihydroxyacetone phosphate เพราะขาด glycerol kinase ในเซลล์เนื้อเยื่ออื่นๆ : glycerol-3-phosphate เป็นส่วนใหญ่