ACC و تولید مالونیلکوآ
سنتز از نو اسیدهای چرب در سیتوزول انجام میشود و محصول اصلی آن در بیشتر بافتها پالمیتات با ۱۶ کربن است. کبد، بافت چربی، غده پستانی شیرده، کلیه، مغز و ریه از بافتهاییاند که میتوانند این مسیر را انجام دهند. مواد لازم شامل استیلکوآ، ATP، HCO3−، بیوتین، Mn2+ و NADPH هستند.
نخستین مرحله، تبدیل استیلکوآ به مالونیلکوآ است. این واکنش توسط استیلکوآ کربوکسیلاز یا ACC انجام میشود و هم مرحله آغازین و هم مهمترین مرحله تنظیمی لیپوژنز است.
| جزء ACC | نقش |
|---|---|
| بیوتین کربوکسیلاز | مصرف ATP و اتصال CO2 به بیوتین |
| بیوتین پروتئین حامل یا BCP | حمل بیوتین متصلشده بهصورت کووالانسی میان دو جایگاه آنزیمی |
| کربوکسیلترانسفراز | انتقال گروه کربوکسیل از کربوکسیبیوتین به استیلکوآ |
| جایگاه آلوستریک | دریافت پیامهایی مانند سیترات و زنجیرهبلند آسیلکوآ |
چرا مالونیلکوآ ضروری است؟
استیلکوآ بهتنهایی برای طویلکردن زنجیره مناسب نیست. دکربوکسیلاسیون مالونیل، نیروی ترمودینامیکی لازم برای تراکم و افزودن دو کربن را فراهم میکند.
بیوتین چه نقشی دارد؟
بیوتین یک حامل متحرک CO2 است. این ویتامین ابتدا کربوکسیله میشود و سپس گروه کربوکسیل را به استیلکوآ تحویل میدهد.
کلید این بخش
ACC: استیلکوآ + CO2 + ATP → مالونیلکوآ؛ مرحله تعهدی و تنظیمی لیپوژنز.
مجموعه FAS و ساخت پالمیتات
پس از تشکیل مالونیلکوآ، مجموعه اسید چرب سنتاز یا FAS زنجیره اسید چرب را میسازد. FAS پستانداران یک همودیمر است؛ یعنی از دو زنجیره پلیپپتیدی یکسان تشکیل شده و هر زنجیره شش فعالیت آنزیمی بههمراه ACP دارد.
| جزء FAS | کارکرد |
|---|---|
| مالونیل/استیل ترانسآسیلاز | بارگذاری استیل و مالونیل روی گروههای SH مجموعه |
| 3-کتوآسیل سنتاز | تراکم و آزادسازی CO2 |
| 3-کتوآسیل ردوکتاز | کاهش گروه کتو با NADPH |
| دهیدراتاز | برداشت H2O و ایجاد پیوند دوگانه |
| انوئیل ردوکتاز | کاهش پیوند دوگانه با NADPH و ایجاد زنجیره اشباع |
| تیواستراز | آزادکردن پالمیتات پس از تکمیل زنجیره ۱۶ کربنی |
| ACP | حمل واسطههای آسیل با بازوی 4′-فسفوپانتتئین مشتق از اسید پانتوتنیک |
| مرحله چرخه | اتفاق | عامل مصرفی یا محصول |
|---|---|---|
| بارگذاری آغازگر | استیل از استیلکوآ به Cys-SH منتقل میشود. | CoA آزاد میشود. |
| بارگذاری مالونیل | مالونیل به SH موجود در ACP متصل میشود. | CoA آزاد میشود. |
| تراکم | استیل به کربن متیلن مالونیل حمله میکند. | CO2 آزاد و 3-کتوآسیل-ACP ساخته میشود. |
| احیا اول | گروه کتو به هیدروکسیل تبدیل میشود. | NADPH → NADP+ |
| دهیدراتاسیون | آب جدا و انوئیل-ACP تشکیل میشود. | H2O آزاد میشود. |
| احیا دوم | پیوند دوگانه اشباع میشود. | NADPH → NADP+ |
| انتقال و تکرار | آسیل به Cys منتقل و مالونیل جدید روی ACP بارگذاری میشود. | دو کربن دیگر افزوده میشود. |
CO2 وارد محصول نمیماند
CO2 در ساخت مالونیلکوآ مصرف میشود، اما همان CO2 هنگام تراکم آزاد میگردد. نقش آن فعالکردن دهنده دوکربنی است، نه افزودن کربن دائمی به پالمیتات.
محصول اصلی چرا پالمیتات است؟
تیواستراز معمول FAS بیشترین تمایل را به پالمیتوئیل-ACP دارد. پس از آزادشدن، پالمیتات میتواند طویل، غیراشباع یا وارد TAG، فسفولیپید و کلستریلاستر شود.
انتقال سیترات، منابع NADPH و طویلسازی زنجیره
استیلکوآ حاصل از پیرووات در ماتریکس میتوکندری ساخته میشود، اما غشای داخلی را مستقیماً عبور نمیکند. برای انتقال واحد استیل به سیتوزول، ابتدا با OAA ترکیب و به سیترات تبدیل میشود. سیترات از ناقل تریکربوکسیلات خارج و در سیتوزول توسط ATP-سیترات لیاز شکسته میشود.
| منبع NADPH | اهمیت |
|---|---|
| مسیر اکسیداتیو پنتوز فسفات | منبع اصلی در کبد، بافت چربی و غده پستانی شیرده |
| آنزیم مالیک | تبدیل مالات به پیرووات همراه تولید NADPH |
| ایزوسیترات دهیدروژناز سیتوزولی | منبع مکمل؛ در نشخوارکنندگان اهمیت بیشتری دارد. |
| مرحله | محل | کارکرد |
|---|---|---|
| FAS | سیتوزول | ساخت کامل پالمیتات از استیلکوآ و مالونیلکوآ |
| طویلسازی میکروزومی | ER | افزودن واحدهای دوکربنی به آسیلکوآهای C10 به بالا با مالونیلکوآ و NADPH |
| پردازش پراکسیزومی | پراکسیزوم | در برخی PUFAهای بسیار بلند، کوتاهسازی نهایی پس از طویلسازی |
شاتل سیترات فقط انتقال کربن نیست
این چرخه هم استیلکوآ سیتوزولی فراهم میکند و هم از طریق آنزیم مالیک قدرت احیایی NADPH تولید میکند.
رابطه با وضعیت انرژی
سیترات زمانی از میتوکندری خارج میشود که چرخه TCA از سوبسترا و انرژی اشباع باشد. بنابراین سیترات هم حامل کربن و هم پیام وفور انرژی است.
تنظیم کوتاهمدت و بلندمدت لیپوژنز
لیپوژنز در حالت حالت تغذیه و رژیم پرکربوهیدرات افزایش مییابد و در ناشتایی، محدودیت کالری، رژیم پرچرب و کمبود انسولین کاهش پیدا میکند. ساکاروز میتواند از گلوکز لیپوژنیکتر باشد، زیرا فروکتوز از مرحله تنظیمی PFK-1 در گلیکولیز عبور میکند و جریان کربن را سریعتر به سمت استیلکوآ و TAG میفرستد.
| تنظیمکننده ACC | اثر | منطق متابولیک |
|---|---|---|
| سیترات | فعالسازی آلوستریک و پلیمریزاسیون | نشانه فراوانی استیلکوآ و انرژی |
| پالمیتوئیلکوآ و زنجیرهبلند آسیلکوآ | مهار بازخورد و کمک به دپلیمریزاسیون | وقتی محصول یا FFA زیاد است، ساخت جدید کاهش مییابد. |
| فسفریلاسیون | غیرفعالسازی | در انرژی پایین یا اثر گلوکاگون و اپینفرین |
| دفسفریلاسیون | فعالسازی | در اثر انسولین و حالت حالت تغذیه |
| هورمون یا وضعیت | مسیر پیامرسانی | نتیجه روی ACC |
|---|---|---|
| انسولین | دفسفریلاسیون و افزایش بیان ژنهای لیپوژنیک | فعال |
| گلوکاگون | cAMP/PKA و فعالشدن کینازهای مهارکننده | غیرفعال |
| اپینفرین | افزایش cAMP و فسفریلاسیون | غیرفعال |
| AMP بالا | فعالشدن AMPK | فسفریلاسیون و مهار ACC |
| زنجیرهبلند آسیلکوآ بالا | مهار مستقیم و تقویت پیام کمبود نیاز به سنتز | غیرفعالتر |
| تنظیم بلندمدت | اثر |
|---|---|
| انسولین و رژیم پرکربوهیدرات | افزایش بیان ACC، FAS، ATP-سیترات لیاز و آنزیمهای گلیکولیز و PPP |
| گلوکاگون و گرسنگی طولانی | کاهش سنتز آنزیمهای لیپوژنیک |
| رژیم پرچرب و PUFA | کاهش هماهنگ بیان آنزیمهای گلیکولیتیک و لیپوژنیک |
| نوع 1 دیابت | کاهش فعالیت و مقدار آنزیمهای لیپوژنز |
دو اثر مالونیلکوآ
مالونیلکوآ هم دهنده دوکربنی FAS است و هم CPT-I را مهار میکند. بنابراین وقتی سنتز روشن است، ورود اسید چرب زنجیرهبلند به میتوکندری خاموش میشود.
بازخورد زنجیرهبلند آسیلکوآ
این مولکولها ACC و ناقل سیترات را مهار میکنند و با افزایش نسبتهای استیلکوآ/CoA و NADH/NAD+ میتوانند PDH را نیز غیرمستقیم خاموش کنند.
اسیدهای چرب ضروری، غیراشباعسازی و طویلسازی
انسان میتواند با دساتوراز Δ۹ در ER، پیوند دوگانه در موقعیت Δ9 ایجاد کند و خانواده ω9 را بسازد؛ اما توانایی افزودن پیوند دوگانه در Δ12 و Δ15 را ندارد. به همین علت اسید لینولئیک از خانواده ω6 و اسید α-لینولنیک یا ALA از خانواده ω3 باید از رژیم غذایی دریافت شوند.
| خانواده | پیشساز اصلی | محصولهای مهم | وضعیت تغذیهای |
|---|---|---|---|
| ω9 | اسید اولئیک | ایکوزاتریانوئیک اسید و PUFAهای ω9 | غیراساسی؛ بدن از اسید چرب اشباع میسازد. |
| ω6 | اسید لینولئیک | GLA، دیهومو-گاما-لینولنیک اسید و اسید آراشیدونیک | لینولئیک ضروری؛ آراشیدونیک در انسان معمولاً قابل ساخت است. |
| ω3 | ALA | EPA و DHA | ALA ضروری؛ تبدیل به EPA و DHA محدود است. |
| بافت یا مولکول | اهمیت EFA و PUFA |
|---|---|
| غشای سلول و میتوکندری | حفظ سیالیت و یکپارچگی ساختمانی |
| اسید آراشیدونیک | ۵ تا ۱۵٪ اسیدهای چرب فسفولیپید و پیشساز ایکوزانوئیدهای سری ۲ و ۴ |
| DHA | فراوان در شبکیه، مغزی قشر، بیضه و اسپرم؛ ضروری برای رشد مغز و شبکیه |
| جفت و شیر | انتقال DHA به جنین و نوزاد |
| کمبود EFA | اختلال رشد و تولیدمثل، ضایعات پوستی و اختلال انتقال لیپید |
نشانگر کمبود EFA
در کمبود EFA، اسیدهای چرب ω9 جای PUFAهای ضروری را میگیرند و 20:3 ω9 افزایش مییابد. نسبت تریان/تترائن برای ارزیابی شدت کمبود استفاده میشود.
یک استثنای جانوری
گربهها Δ6 دساتوراز کافی ندارند و نمیتوانند اسید لینولئیک را به مقدار لازم به اسید آراشیدونیک تبدیل کنند؛ بنابراین اسید آراشیدونیک برای آنها رژیمی ضروری است.
ترانس اسید چرب
اسیدهای چرب ترانس صنعتی با EFA رقابت میکنند، ساختمان خطیتری شبیه اسیدهای چرب اشباع دارند و میتوانند هیپرکلسترولمی و آترواسکلروز را تشدید کنند.
منشأ و طبقهبندی ایکوزانوئیدها
ایکوزانوئیدها میانجیهای بسیار فعال و کوتاهعمر مشتق از PUFAهای ۲۰ کربنیاند و بیشتر بهصورت هورمون موضعی عمل میکنند. مهمترین خانوادهها PG، PGI، TX، LT و LX هستند.
اسید آراشیدونیک معمولاً در موقعیت sn-2 فسفولیپید غشا ذخیره میشود و با فعالشدن فسفولیپاز A2 آزاد میگردد. سپس مسیر COX و LOX برای استفاده از این سوبسترا با هم رقابت میکنند.
| پیشساز C20 | خانواده | محصولهای اصلی |
|---|---|---|
| دیهومو-گاما-لینولنیک اسید؛ ω6 | سری ۱ | PG1 و TX1 |
| اسید آراشیدونیک؛ ω6 | سری ۲ و ۴ | PG2، PGI2، TX2 و نیز LT4 و LX4 |
| EPA؛ ω3 | سری ۳ و ۵ | PG3، PGI3، TX3 و LT5 |
| گروه | مسیر | اثرهای مهم |
|---|---|---|
| PG | COX | التهاب، درد، تب، انقباض عضله صاف، تولیدمثل و تنظیم خواب |
| PGI یا پروستاسیکلین | COX؛ بیشتر در اندوتلیوم | گشادی عروق و مهار تجمع پلاکت |
| TX | COX؛ بیشتر در پلاکت | تنگی عروق و تحریک تجمع پلاکت |
| LT | 5-LOX | تنگی برونش، افزایش نفوذپذیری عروق و جذب لکوسیت |
| LX | همکاری چند LOX | اثرات ضدالتهابی و کمک به خاتمه پاسخ ایمنی |
شماره زیرنویس چه میگوید؟
زیرنویس PG، TX یا LT تعداد پیوندهای دوگانه محصول و سری آن را نشان میدهد؛ برای مثال اسید آراشیدونیک، PG2 و LT4 میسازد.
اثر رژیم ω3
EPA تولید PGI3 را ممکن میکند که ضدتجمع پلاکتی قوی است، اما TXA3 از TXA2 تجمعدهندگی ضعیفتری دارد؛ بنابراین تعادل به سمت کاهش فعالیت پلاکتی میرود.
مسیرهای COX و LOX و نکات دارویی
مسیر COX و پروستانوئیدها
COX که پروستاگلاندین H سنتاز نیز نامیده میشود، دو فعالیت سیکلواکسیژناز و پراکسیداز دارد و با مصرف دو مولکول O2، اسید آراشیدونیک را به اندوپراکسیدهای PGG2 و PGH2 تبدیل میکند. سپس هر بافت با آنزیم اختصاصی خود PG، PGI یا TX غالب را میسازد.
| ایزوآنزیم | ویژگی | اهمیت |
|---|---|---|
| COX-1 | در بسیاری از بافتها بهصورت دائمی بیان میشود. | حفاظت مخاط معده، عملکرد پلاکت و همئوستاز طبیعی |
| COX-2 | با سیتوکین و التهاب القا میشود، هرچند در برخی بافتها بیان پایه دارد. | تولید پروستانوئیدهای التهابی و درد؛ هدف کوکسیبها |
| پروستانوئید | منبع شاخص | اثر غالب |
|---|---|---|
| TXA2 | پلاکت | تنگی عروق و تجمع |
| PGI2 | دیواره عروق | گشادی عروق و مهار تجمع |
| PGE2 | بافتهای متعدد | درد، تب، التهاب، انقباض یا شلشدن عضله صاف بسته به گیرنده |
| PGD2 | ماستسل و CNS | واکنشهای آلرژیک و اثر خوابآور |
| PGF2α | رحم و بافتهای دیگر | انقباض عضله صاف و نقش تولیدمثلی |
مهار COX با داروها
| دارو یا گروه | مکانیسم | نکته بالینی |
|---|---|---|
| آسپیرین | استیلاسیون غیرقابلبرگشت COX-1 و COX-2 | پلاکت هسته ندارد و نمیتواند COX جدید بسازد؛ دوز پایین TXA2 را طولانیمدت کاهش میدهد. |
| ایبوپروفن و ایندومتاسین | مهار برگشتپذیر و رقابتی COX | کاهش درد، تب و التهاب؛ عوارض گوارشی بهویژه با مهار COX-1 |
| کوکسیبها | مهار انتخابیتر COX-2 | کاهش آسیب معده، اما برخی داروها خطر قلبیعروقی را افزایش دادهاند. |
| کورتیکواستروئید | کاهش رونویسی COX-2 و مهار آزادسازی آراشیدونات از طریق مسیرهای ضدالتهابی | اثری بالاتر از NSAID در زنجیره التهاب |
مسیر LOX، لوکوترین و لیپوکسین
5-LOX، 12-LOX و 15-LOX اکسیژن را در موقعیتهای مختلف اسید آراشیدونیک وارد میکنند و HPETE میسازند. فقط 5-LOX مسیر لوکوترینها را آغاز میکند. لیپوکسینها با همکاری بیش از یک LOX ساخته میشوند.
| محصول | اثر اصلی |
|---|---|
| LTB4 | کموتاکسی و فعالسازی نوتروفیل |
| LTC4، LTD4 و LTE4 | اجزای SRS-A؛ تنگی برونش قوی و افزایش نفوذپذیری عروقی |
| LXA4 و سایر لیپوکسینها | مهار فراخوانی التهابی و کمک به رفع |
SRS-A چیست؟
ترکیبی از LTC4، LTD4 و LTE4 است و یکی از قویترین عوامل انقباض عضلات راه هوایی در واکنشهای آلرژیک و آسم محسوب میشود.
خاموششدن پروستاگلاندین
COX خاصیت خودغیرفعالسازی یا خودکشی آنزیم دارد و پروستاگلاندینها نیز بهسرعت توسط 15-هیدروکسیپروستاگلاندین دهیدروژناز غیرفعال میشوند؛ بنابراین اثرشان کوتاه و موضعی است.
EFA فقط برای ایکوزانوئید نیست
نقش EFA در ساختمان غشا مستقل از تولید پروستاگلاندین است؛ مهار COX بهتنهایی علائم کمبود EFA ایجاد نمیکند و دادن پروستاگلاندین نیز کمبود ساختمانی غشا را جبران نمیکند.
مرور عمیق و جمعبندی دامهای امتحانی
| کلیدواژه سؤال | پاسخ | چرا؟ |
|---|---|---|
| استیلکوآ + HCO3− + ATP | مالونیلکوآ | واکنش ACC و وابسته به بیوتین است. |
| مرحله تعهدی لیپوژنز | ACC | تولید مالونیلکوآ را کنترل میکند. |
| بازوی حامل FAS | 4′-فسفوپانتتئین در ACP | واسطههای آسیل را میان دومینها جابهجا میکند. |
| آغازگر سنتز پالمیتات | استیلکوآ | کربنهای انتهایی ۱۵ و ۱۶ را میسازد. |
| دهنده دوکربنی هر چرخه | مالونیلکوآ | با دکربوکسیلاسیون، تراکم را پیش میبرد. |
| تعداد چرخه برای پالمیتات | ۷ | هر چرخه دو کربن به آغازگر دوکربنی اضافه میکند. |
| تعداد NADPH برای پالمیتات | ۱۴ | دو احیا در هر یک از هفت چرخه |
| آزادکننده محصول FAS | تیواستراز | پالمیتات را از ACP جدا میکند. |
| شکستن سیترات در سیتوزول | ATP-سیترات لیاز | استیلکوآ و OAA میسازد. |
| فعالسازی ACC در حالت تغذیه | سیترات، انسولین و دفسفریلاسیون | ذخیره کربن اضافی بهصورت چربی را ممکن میکند. |
| خاموشی ACC در ناشتایی | AMPK و فسفریلاسیون | ATP پایین است و ساخت چربی متوقف میشود. |
| رابط سنتز و β-اکسیداسیون | مالونیلکوآ | CPT-I را مهار میکند. |
| محدودیت دساتوراز انسان | عدم ایجاد پیوند فراتر از Δ9 | Δ12 و Δ15 وجود ندارند. |
| نشانگر کمبود EFA | افزایش تریان/تترائن نسبت | 20:3 ω9 جای اسید آراشیدونیک را میگیرد. |
| پیشساز PG2 و TX2 | اسید آراشیدونیک | از مسیر COX وارد پروستانوئیدهای سری ۲ میشود. |
| پیشساز LT4 | اسید آراشیدونیک | 5-LOX آن را به لوکوترینهای سری ۴ میبرد. |
| ضد تجمع پلاکت عروقی | PGI2 | در اندوتلیوم تولید میشود. |
| محرک تجمع پلاکت | TXA2 | در پلاکت ساخته میشود. |
| مهار برگشتناپذیر COX | آسپیرین | COX را استیلهکردن میکند. |
| تنگکننده برونشهای SRS-A | LTC4، LTD4 و LTE4 | لوکوترینهای سیستئینیل هستند. |
زنجیره حفظی FAS
بار → متراکمکردن → احیا → دهیدراتهکردن → احیا → انتقال. دو احیا با NADPH انجام میشوند.
زنجیره حفظی ایکوزانوئید
غشا فسفولیپید → PLA2 → اسید آراشیدونیک → COX یا LOX. COX، PG/PGI/TX و LOX، LT/LX میسازد.
جمعبندی یکخطی فصل
در حالت حالت تغذیه، سیترات و انسولین، ACC را فعال میکنند؛ مالونیلکوآ ساخته میشود و FAS با یک استیل آغازگر، هفت مالونیلکوآ و ۱۴ NADPH، پالمیتات میسازد. PUFAهای ضروری با الونگاز و دساتوراز به پیشسازهای ایکوزانوئید تبدیل میشوند و اسید آراشیدونیک از مسیر COX یا LOX، پروستانوئیدها، لوکوترینها و لیپوکسینها را ایجاد میکند.