2023年11月17日

脂肪酸从头合成可以在线粒体中进行吗

作者 admin

脂肪酸在细胞中发挥多种作用,包括为膜磷脂提供疏水尾部、以甘油三酯的形式储存能量以及充当细胞信号分子。 对于动物来说,它们可以从头合成所有非必需脂肪酸,但两种必需脂肪酸——亚油酸和α-亚麻酸无法合成,必须从食物中补充。

今年,全国中学生生物联盟做了一个与脂肪酸相关的测试(第20题),其中询问线粒体中可以发生哪些过程? 一种选择是脂肪酸合成。 我想这里的脂肪酸合成一定是从头合成。 那么脂肪酸可以在线粒体中从头合成吗?

粒线体的作用_粒线体和线粒体_线粒体/

如果你看现在市面上大部分的生物化学书籍,包括我自己的《生物化学原理》和《基础生物化学原理》,说到脂肪酸的合成,他们都会强调它发生在细胞质基质中,而是由脂肪酸合酶(Fattyacidsynthase)控制的。 ,FAS)催化。 当然,植物细胞会主要强调质体,但也会提到线粒体可以延长脂肪酸碳链。

那么,线粒体中是否存在从头合成脂肪酸的代谢途径呢? 事实上,2018年就有人报道说是有的。 根据 Sara M. Nowinski 等人发表的评论。 在《当代生物学》中,线粒体具有鲜为人知的空间和遗传上独特的脂肪酸合成途径,由线粒体基质中的脂肪酸合酶(mtFAS)催化。 但与FAS这种一条肽链含有多个结构域并包含FAS所需的所有酶活性的多功能蛋白相比,mtFAS途径至少由六种酶组成,所有酶均由不同的核基因编码组成。 这些酶依次催化连续反应,以实现不断增长的酰基链上的二碳加成循环。

线粒体_粒线体的作用_粒线体和线粒体/

那么,这两个系统的最终产品和功能有何差异? 以哺乳动物细胞为例,FAS合成的最终产物是棕榈酸或棕榈酸。 棕榈酸释放后,可以进一步修饰或延伸形成其他脂肪酸。 mtFAS 的最终产物是八碳饱和脂肪酸辛酸,随后转化为硫辛酸,硫辛酸是许多重要线粒体酶催化活性的必要辅助因子,例如丙酮酸脱氢酶系统和 α-酮戊二酸。 脱氢酶系统还包括支链氨基酸脱氢酶、甘氨酸裂解系统的H蛋白和2-氧代己二酸脱氢酶。

线粒体_粒线体的作用_粒线体和线粒体/

关于mtFAS系统的另一个功能,Nowinski等人发表的一篇题​​为“Mitochondrial Fatty Acid Synthesis Coordinator Oxidation Metabolism in哺乳动物线粒体”的研究论文。 eLife 2020 年 8 月发表的文章显示,mtFAS 突变小鼠骨骼成肌细胞系显示出电子传递链复合物(ETC)的严重缺失,并表现出补偿性代谢活动,包括还原羧化。 mtFAS损伤可阻断体外骨骼肌成肌细胞的分化。

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他们利用基因组编辑技术对哺乳动物细胞中 mtFAS 途径中的三种酶的编码基因进行突变。 实验发现,与“正常”细胞相比,突变细胞的 ETC 较少,而且分解脂肪和其他分子的能力似乎较差。 此外,ETC 组装因子家族在突变细胞中不太稳定。 这些发现表明 mtFAS 通路控制线粒体如何组装 ETC。 进一步的实验表明硫辛酸不参与ETC的组装。 我们的研究结果表明,哺乳动物中的 ETC 活性受到 mtFAS 功能的深度调节,从而将脂肪酸合成与碳燃料的氧化联系起来。

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此外,MEPAN 综合征是一种罕见的神经系统疾病,会导致儿童进行性运动控制丧失、言语不清和视力受损。 患有这种综合征的患者具有影响 mtFAS 通路组成部分的基因突变,因此更好地了解该通路的工作原理可能有助于研究人员在未来开发新的治疗方法。

由此看来,线粒体和细胞质基质都可以从头合成脂肪酸,但最终产物和功能是不同的! 这一点将在我的新书(第四版)《生物化学原理》中介绍! 朋友们,敬请关注!