التمثيل الغذائي الوسيط
حمض البانتوثينيك، في شكل أنزيم A ، يشارك في تفاعلات متعددة في التمثيل الغذائي الوسيط. وهذا يشمل استقلاب الطاقة والكربوهيدرات والدهون والأحماض الأمينية. يتميز بمسارات التمثيل الغذائي التي تحدث في واجهات التمثيل الغذائي الابتنائي والتقويضي. تشمل عمليات البناء الابتنائية التركيب الأنزيمي لمكونات الخلايا ذات الجزيء الكبير ، مثل الكربوهيدرات, البروتينات والدهون من الأصغر الجزيئات بمساعدة ATP. تتميز التفاعلات التقويضية - المتحللة - بالتحلل التأكسدي لمغذيات كبيرة الجزيئات، مثل الكربوهيدراتوالدهون و البروتينات، إلى أصغر أبسط الجزيئات، مثل pentoses أو hexoses ، الأحماض الدهنية, الأحماض الأمينية, كربون ثاني أكسيد و ماء. يرتبط بالهدم هو إطلاق الطاقة في شكل ATP ، والوظيفة الأساسية للأنزيم المساعد A هي نقل مجموعات الأسيل. في هذه العملية ، ينشئ CoA ، من ناحية ، اتصالًا ببقايا الأسيل التي سيتم نقلها ، ومن ناحية أخرى ، وصلات إلى الانزيمات الأيض الوسيط. بهذه الطريقة ، كل من مجموعات الأسيل و الانزيمات يتم تنشيطها ، مما يمكنها من الخضوع لتفاعلات كيميائية معينة في الجسم بمعدل كافٍ. بدون الإنزيم المساعد A ، سيكون شركاء الربط أكثر تفاعلًا. يتم نقل مجموعة الأسيل بواسطة الإنزيم المساعد A على النحو التالي. في الخطوة الأولى ، يأخذ الإنزيم المساعد A ، المرتبط بشكل غير محكم بأحد الإنزيم - جزء بروتيني من الإنزيم - مجموعة أسيل من متبرع مناسب ، مثل البيروفات، ألكان أو الأحماض الدهنية. تحدث الرابطة بين CoA و acyl بين مجموعة SH (مجموعة thiol) لبقايا السيستامين لجزيء الإنزيم المساعد A ومجموعة الكربوكسيل (COOH) للأسيل. هذه الرابطة تسمى رابطة thioester. إنه عالي الطاقة ولديه قدرة عالية على نقل المجموعة. روابط thioester المعروفة هي ، على سبيل المثال ، acetyl- و propionyl- و malonyl-CoA بالإضافة إلى ثيوستر الأحماض الدهنية CoA. أخيرًا ، تمثل مجموعة SH من الإنزيم المساعد A مجموعتها التفاعلية ، ولهذا السبب غالبًا ما يتم اختصار الإنزيم A إلى CoA -SH في الخطوة الثانية ، ينفصل الإنزيم المساعد A من إنزيم واحد فيما يتعلق ببقايا الأسيل مثل أسيل- CoA وينتقل إلى إنزيم آخر. في خطوة أخيرة ، ينقل CoA المرتبط بالإنزيم مجموعة الأسيل إلى متقبل مناسب ، مثل oxaloacetate أو سينسيز الأحماض الدهنية. يمكن أيضًا حدوث العديد من التفاعلات المحفزة بالإنزيم بين اكتساب مجموعة الأسيل وإطلاقها بواسطة CoA. على سبيل المثال ، قد يتم تغيير بنية مجموعة الأسيل أثناء الارتباط بالإنزيم المساعد أ - على سبيل المثال ، التحويل الأنزيمي لحمض البروبيونيك إلى سكسينات ، مساهمة حمض البانتوثينيك في صورة أنزيم أ في استقلاب الأحماض الأمينية ، والتخليق الأنزيمي لما يلي:
- ليسين, أرجينين, الميثيونين و يسين.
التحلل الأنزيمي لما يلي:
- إيزولوسين ، يسين و التربتوفان إلى acetyl-CoA.
- فالين إلى ميثيل مالونيل كو أ
- Isoleucine إلى propionyl-CoA
- فينيل ألانين ، تيروزين ، ليسين وتريبتوفان إلى أسيتو أسيتيل CoA
- ليسين إلى 3-هيدروكسي -3 ميثيل جلوتاريل- CoA
يستمر حمض البانتوثينيك في لعب دور مركزي في
تعديل الخلوية البروتينات. يمكن أن تؤثر تفاعلات الأسيل والأسيتيل ، على التوالي ، بقوة على نشاط البروتينات وهيكلها وتوطينها. التعديل الأكثر شيوعًا هو نقل مجموعة الأسيتيل بواسطة CoA إلى النهاية الطرفية N لسلسلة الببتيد ، عادةً إلى الميثيونين, ألانين أو سيرين كدالة محتملة لهذا الأسيتيل ، فإن حماية البروتينات الخلوية ضد التحلل البروتيني قيد المناقشة. أستيل, حمض البانتوثنيك ضروري لتشكيل التورين و 2-aminoethanesulfonic acid ، على التوالي. توراين هو منتج نهائي مستقر في عملية التمثيل الغذائي لل كبريت-تحتوي الأحماض الأمينية السيستين و الميثيونين. يعمل المركب الشبيه بالأحماض الأمينية من ناحية على أنه a ناقل عصبي (مادة رسول) ومن ناحية أخرى تعمل على استقرار السائل تحقيق التوازن في الخلايا. بالإضافة الى، التورين يشارك في صيانة الجهاز المناعي ويمنع الالتهابات.
أنزيم أسيتيل أ
لعملية التمثيل الغذائي الوسيطة ، والأكثر أهمية الاستر تم تنشيط الإنزيم المساعد أ حمض الاسيتيك، acetyl-CoA إنه المنتج النهائي للكربوهيدرات التقويضية والدهون والأحماض الأمينية أو التمثيل الغذائي للبروتين. يتكون Acetyl-CoA من الكربوهيدرات، يمكن إدخال الدهون والبروتينات في دورة السترات عن طريق نقل مجموعة الأسيتيل إلى oxaloacetate بواسطة سينسيز سترات تعتمد على CoA لتكوين سترات ، حيث يمكن أن تتحلل تمامًا إلى كربون ثاني أكسيد و ماء لإنتاج الطاقة في شكل ATP. المشتق الرئيسي لـ CoA في دورة السترات هو حمض السكسينيك المنشط ، succinyl-CoA. يتكون من alpha-ketoglutarate نتيجة تفاعل نزع الكربوكسيل بواسطة هيدروجيناز alpha-ketoglutarate المعتمد على CoA. من خلال عمل إنزيم آخر معتمد على CoA ، يؤدي تفاعل succinyl-CoA مع الجلايسين إلى تكوين حمض دلتا أمينوليفولينك. هذا الأخير هو مقدمة من حلقة الارتباط في فيتامين B12 وحلقة البورفيرين في السيتوكرومات وكذلك بروتينات الهيم ، مثل الهيموغلوبين. في حمض البانتوثنيك نقص، الأنيميا (فقر الدم) يحدث في التجارب على الحيوانات بسبب نقص الهيموغلوبينبالإضافة إلى عمليات التمثيل الغذائي التقويضي ، يشارك acetyl-CoA في التركيبات التالية:
- الأحماض الدهنية, الثلاثيةو الفوسفورية.
- أجسام الكيتون - أسيتو أسيتات ، الأسيتون وحمض بيتا هيدروكسي بيوتريك.
- المنشطات ، مثل كولسترول, الأحماض الصفراوية، إرغوستيرول - مقدمة لإرغوكالسيفيرول وفيتامين د 2 ، على التوالي ، الغدة الكظرية والجنس هرمونات.
- جميع المكونات المكونة من وحدات isoprenoid ، مثل ubiquinone و coenzyme Q ، على التوالي ، مع سلسلة جانبية isoprenoid محبة للدهون - حمض الميفالونيك هو مقدمة isoprenoid ويتكون عن طريق تكثيف ثلاثة جزيئات acetyl-CoA.
- Heme - مركب بورفيرين يحتوي على الحديد ويوجد كمجموعة صناعية في بروتينات تعرف باسم السيتوكرومات ؛ تشمل بروتينات الدم المشتقة الرئيسية الهيموجلوبين (صبغة الدم) ، والميوغلوبين ، والكرومات السيتوكرومية في السلسلة التنفسية للميتوكوندريا والأنظمة المهينة للأدوية - P450
- أستيل، أحد أهم الناقلات العصبية في الدماغ - على سبيل المثال ، يتوسط انتقال الإثارة بين العصب والعضلات في الصفيحة النهائية العصبية والعضلية والانتقال من الأول إلى الثاني من الخلايا العصبية المتصلة في سلسلة في اللاإرادي الجهاز العصبي، أي في كل من الجهاز العصبي السمبثاوي والجهاز السمبتاوي
- تكوين السكريات من المكونات الهامة للبروتينات السكرية والجليكوليبيدات ، مثل N-acetylglucosamine و N-acetylgalactosamine و N-acetylneuroamic acid - تعمل البروتينات السكرية ، على سبيل المثال ، كمكونات هيكلية لأغشية الخلايا ، والمخاط (المخاط) لمختلف الأغشية المخاطية الهرمونات مثل الثيروتروبين ، والغلوبولين المناعي والإنترفيرون ، وللتفاعل الخلوي من خلال بروتينات الغشاء ؛ تشارك الجليكوليبيدات أيضًا في بناء أغشية الخلايا
علاوة على ذلك ، يتفاعل أسيتيل CoA مع المخدرات، مثل السلفوناميدات، والتي يجب استيلها لإفرازها في كبد. وبالتالي ، يساهم أسيتيل CoA في تخلص من السموم of المخدرات.استلة الببتيد هرمونات أثناء انشقاقهم من سلائف عديد الببتيد يؤثر على نشاطهم بطرق مختلفة. على سبيل المثال ، يتم تثبيط الأدرينالين في نشاطه نتيجة لنقل مجموعة الأسيتيل إلى الطرف N- الطرف من سلسلة الببتيد ، في حين يتم تنشيط هرمون تحفيز الخلايا الصباغية- MHS عن طريق الأستلة. أمثلة على الإنزيمات الوسيطة المعتمدة على CoA التمثيل الغذائي المشاركة في تكوين وتحلل أسيتيل CoA:
- البيروفات نازعة الهيدروجين - بعد تحلل السكر (جلوكوز الانهيار) ، يؤدي مجمع الإنزيم هذا إلى نزع الكربوكسيل المؤكسد من البيروفات إلى أسيتيل CoA.
- Acetyl-CoA carboxylase - تحويل أسيتيل CoA إلى malonyl-CoA لتخليق الأحماض الدهنية.
- نازعة هيدروجين أسيل- CoA ، تي إنول- CoA هيدراتاز ، بيتا هيدروكسي أسيل- CoA ديهيدروجينيز ، ثيولاز - تحلل الأحماض الدهنية المشبعة في إطار أكسدة بيتا إلى أسيتيل CoA ؛ في أكسدة بيتا ، يتم دائمًا فصل ذرتين من الكربون من حمض دهني على التوالي في شكل أسيتيل CoA - على سبيل المثال ، تحلل حمض البالمتيك المشبع - C16: 0 - يتم تكوين ثمانية جزيئات من أسيتيل CoA
- Thioloase ، 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase - HMG reductase - يؤدي الإنزيم السابق إلى تحويل acetyl-CoA إلى 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA ، والتي يمكن أن تتفاعل بشكل أكبر لتشكيل أجسام كيتونية ؛ يقلل HMG reductase من HMG-CoA إلى الميفالونات لتخليق المنشطات التي تنتمي إلى الدهون، مثل كولسترول.
أنزيم أسيل أ
Acyl-CoA هو الاسم الذي يطلق على بقايا الأحماض الدهنية المنشطة الأحماض خاملة نسبيًا ، يجب تنشيطها أولاً بواسطة CoA قبل أن تتمكن من الخضوع لردود الفعل. إن الإنزيم الأساسي للتنشيط هو مركب acyl-CoA synthetase ، المعروف أيضًا باسم ثيوكيناز ، وهو إنزيم معتمد على CoA. يؤدي الثيوكيناز إلى تكوين أسيل أدينيلات عن طريق إضافة ATP إلى مجموعة الكربوكسيل من الأحماض الدهنية مع انقسام اثنين فوسفات بقايا من ATP. في هذه العملية ، الأدينوساين ثلاثي الفوسفات يتحول إلى أدينوسين أحادي الفوسفات - AMP. بعد ذلك ، يتم شق AMP من الأسيل أدينيلات وتستخدم الطاقة المنبعثة في هذه العملية لأسترة جزء الأسيل باستخدام الإنزيم المساعد أ. يتم تحفيز هذه الخطوة أيضًا بواسطة الثيوكيناز. الأحماض قادرة على التفاعلات ، مثل أكسدة بيتا ، فقط في شكل مركب غني بالطاقة مع CoA لأكسدة بيتا - تحلل الدهون المشبعة الأحماض - يجب نقل أسيل CoA إلى مصفوفة الميتوكوندريا. لا يمكن للأحماض الدهنية طويلة السلسلة عبور غشاء الميتوكوندريا الداخلي إلا بمساعدة جزيء النقل L-carnitine. ينقل CoA مجموعة الأسيل إلى كارنيتين ، التي تنقل بقايا الأحماض الدهنية إلى مصفوفة الميتوكوندريا. هناك ، ترتبط مجموعة الأسيل بالإنزيم المساعد A ، بحيث يتواجد الأسيل- CoA مرة أخرى ، في مصفوفة الميتوكوندريا ، تبدأ أكسدة بيتا الفعلية. يحدث بشكل تدريجي في تسلسل متكرر من أربعة ردود فعل فردية. تشتمل منتجات سلسلة واحدة من التفاعلات الفردية الأربعة على جزيء حمض دهني يتكون من اثنين كربون ذرات أقصر في شكل acyl-CoA وبقايا أسيتيل مرتبطة بالإنزيم المساعد A ، والذي يتكون من ذرتين C من الأحماض الدهنية التي تم فصلها. الخطوة الأولى لأكسدة بيتا وتخضع للسمن المتجدد. يتكرر تسلسل التفاعل هذا حتى يبقى جزيئان من أسيتيل CoA في النهاية. يمكن أن تدخل هذه دورة السترات لمزيد من التحلل أو تستخدم في تخليق أجسام الكيتون أو الأحماض الدهنية. بالإضافة إلى نقل مجموعات الأسيتيل ، فإن نقل بقايا الأسيل بواسطة الإنزيم المساعد A مهم أيضًا. تحدث أسيلات مع حمض الميريستيك من الأحماض الدهنية المشبعة C14 بشكل متكرر ، حيث ترتبط بقايا الأسيل ببقايا جلايسين طرفي N من البروتين ، مثل اختزال السيتوكروم وبروتين كيناز. ينقل CoA أيضًا الأسيل من حمض النخليك الحمضي الدهني C16 إلى سيرين أو السيستين بقايا البروتينات ، مثل حديد ترانسفيرين مستقبلات الانسولين مستقبلات ، والبروتينات السكرية الغشائية لخلايا الجهاز المناعيمن المفترض أن تعمل هذه الأسيلات على السماح للبروتين بالارتباط بالأغشية الحيوية. علاوة على ذلك ، تمت مناقشة أن نقل مجموعة الأسيل يؤثر على قدرة البروتين على المشاركة في الخطوات التنظيمية لنقل الإشارة.
4́-Phosphopantetheine باعتباره أنزيم من سينثيز الأحماض الدهنية
بالإضافة إلى أهميته كعنصر أساسي في الإنزيم المساعد A ، فإن حمض البانتوثينيك في شكل فوسفوبانتثين له وظيفة مهمة كمجموعة صناعية من البروتين الناقل للأسيل (ACP) من سينسيز الأحماض الدهنية. يمثل سينسيز الأحماض الدهنية بروتينًا متعدد الوظائف ينقسم إلى أقسام مكانية مختلفة عن طريق الطي. كل قسم من هذه الأقسام يمتلك واحدًا من إجمالي سبعة أنشطة إنزيمية. يتكون أحد هذه الأقسام من بروتين حامل الأسيل ، والذي يحتوي على مجموعة SH الطرفية المكونة من بقايا السيستينيل ومجموعة SH المركزية. تشكل 4́-Phosphopantetheine المجموعة المركزية SH من خلال الارتباط التساهمي معها فوسفات المجموعة إلى بقايا السيرين من ACP. يستمر التخليق الحيوي للأحماض الدهنية المشبعة في تسلسل دوري منظم ، مع تقديم الأحماض الدهنية المراد تصنيعها بدورها إلى أقسام الإنزيم الفردية لتصنيع الأحماض الدهنية. أثناء التوليف ، يكون لمجموعة SH الطرفية لـ 4́-phosphopantetheine دور متقبل لبقايا malonyl التي يجب تناولها أثناء كل معالجة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو بمثابة ناقل للأحماض الدهنية المتنامية ، ويشارك الإنزيم A أيضًا في تكوين الأحماض الدهنية ودمجها ، على سبيل المثال ، السفينجوليبيدات أو الفوسفورية [4 ، 10. السفينغوليبيدات هي لبنات بناء المايلين (غمد المايلين من الخلايا العصبية ، أي أ الخلايا العصبية) وبالتالي فهي مهمة لنقل الإشارات العصبية. الفوسفورية تنتمي إلى عائلة الغشاء الدهني وتشكل المكون الرئيسي للطبقة الدهنية الثنائية للغشاء الحيوي. لبدء التخليق الحيوي للأحماض الدهنية ، ينقل CoA مجموعة الأسيتيل إلى مجموعة SH الإنزيمية بالإضافة إلى بقايا مالونيل إلى الإنزيم المرتبط 4́- phosphopantetheine of fatty acid synthase. يحدث التكثف بين جذور الأسيتيل والمالونيل ، مما يؤدي إلى تكوين بيتا كيتواسيل ثيويستر مع إزالة of ثاني أكسيد الكربون. انخفاض، إزالة of ماء، ويؤدي الاختزال الآخر إلى acylthioester مشبع. مع كل دورة دورية ، يتم إطالة سلسلة الأحماض الدهنية بواسطة ذرتين من الكربون ، لتخليق مول واحد من الأحماض الدهنية C16 أو C18 ، يلزم استخدام مول واحد من acetyl-CoA كبداية وسبعة أو ثمانية مولات من malonyl-CoA كموردين لوحدات C2 إضافية.