脂肪酸的生物合成課件

劉天罡藥學院2021年9月18日?生物化學?——脂肪酸的合成

FattyAcidBiosynthesis脂肪酸在生物體內的功能：

1.細胞膜的重要組成成分2.細胞內一種能量儲存形式

3.細胞內一些特殊的營養(yǎng)成分

和信號物質

植物油深海魚油三酸甘油酯多不飽和脂肪酸DHAEPA脂肪酸合成的異常會引起機體很多問題：1.肥胖2.脂肪肝3.生長發(fā)育緩慢、智力障礙等問題1：脂肪酸或者是脂肪酸衍生物本身還有可能做什么用？脂肪酸合成體系的兩種形式

I型脂肪酸合成系統(tǒng)多個的催化功能單元在一條肽鏈上該系統(tǒng)主要存在于真菌以及高等動物的細胞質中

II型脂肪酸合成系統(tǒng)每個的催化功能單元都是一個獨立的蛋白該系統(tǒng)主要存在于細菌、植物以及高等生物的線粒體中酵母FASα鏈酵母FASβ鏈大腸桿菌脂肪酸合成的各個酶大腸桿菌II型脂肪酸合成系統(tǒng)的起始步驟ACC：乙酰輔酶A羧化酶由Acetyl-CoA合成Malonyl-CoAACP：?；d體蛋白整個反響的“ShuttleBus〞AcpS：ACP合成酶〔PPTase)將輔酶A的phosphopantetheine基團加載到ACP蛋白上，使ACP活化FabD：malonyl-CoA:ACP轉酰基酶(MAT)將Malonyl-CoA加載到活化的ACP蛋白上FabH：β-Ketoacyl-ACPsynthaseIII(KS)

負責Malonyl-ACP與Acetyl-CoA的縮合大腸桿菌II型脂肪酸合成系統(tǒng)的延伸步驟FabB/FabF:β-Ketoacyl-ACPsynthaseI/II〔負責后續(xù)的碳碳鍵合成,KS〕FabG:β-Ketoacyl-ACPreductase〔酮基復原酶,KR〕FabA/Z:3(R)-Hydroxyacyl-ACPDehydratase〔脫水酶,DH〕FabI:Enoyl-ACPReductase〔烯基復原酶,ER〕脂肪酸合成前的準備工作：AcylCarrierProtein的活化修飾

ACP:體內數(shù)量最多的蛋白之一，活性位點為絲氨酸AcpS屬于phosphopantetheinyltransferaseproteinsuperfamily它是以三聚體的形式工作，同時它的催化需要鎂離子做為輔助,將apo-ACP變?yōu)閔olo-ACPPhosphopantetheinylarm20?fromCoAandACP脂肪酸合成的底物準備：乙酰輔酶A羧化酶(Acetyl-CoACarboxylase)總反響式：總反響機理：Associationofacetyl-CoAcarboxylaseprotomers脂肪酸合成的第一步：加載MALONYL-CoA:ACPTRANSACYLASE(FabD)MAT脂肪酸合成的第二步：起始縮合FabH：β-Ketoacyl-ACPsynthaseIII脂肪酸合成的第三步：復原①FabG:β-Ketoacyl-ACPreductase〔酮基復原酶,KR〕脂肪酸合成的第三步：復原②FabA/Z:3(R)-Hydroxyacyl-ACPDehydratase〔脫水酶,DH〕脂肪酸合成的第三步：復原③FabI:Enoyl-ACPReductase〔烯基復原酶,ER〕脂肪酸合成的最后一步：產物的釋放Thioesterase硫酯酶:TETesA讓我們再次回憶一下大腸桿菌脂肪酸合成的過程真菌、高等生物中的脂肪酸合成系統(tǒng)是另一種高度的整合方式酵母FASα鏈酵母FASβ鏈我們以酵母中的I型脂肪酸合成系統(tǒng)為例對這種高度整合的復合蛋白進行說明

該動畫由耶魯大學Prof.XiongYong提供脂肪酸合成的調節(jié)機制乙酰輔酶A羧化酶是“重兵把守〞的位置本課題組工作——脂肪酸代謝途徑的體外重建

利用生物化學的傳統(tǒng)方法在體外重建代謝途徑，更清楚的研究脂肪酸合成。Step1：體外途徑系統(tǒng)的構建Step2：體外酶反響以及動力學分析Step3：提煉信息并提供量化的數(shù)據(jù)Step4：指導體內的遺傳改造LiuT.et.al.ME2021體外途徑重建系統(tǒng)可以幫助我們快速找到途徑中各元件的的最正確比例YuX.andLiuT.et.al.PNAS2021Reference:FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesA1:1:1:1:1:1:1:1:10:10Optimized:FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesA1:1:1:1:1:1:10:10:30:30在優(yōu)化體系中每個酮基羧化酶每秒可以催化合成1.6個C16的脂肪酸分子,這是我們第一次看到該途徑如此高效。實現(xiàn)這一個過程我們只改變了整個系統(tǒng)中四種酶的比例脂肪酸合成途徑還能幫助我們解決生活中很多問題LiuT.andKhoslaC.AnnualReviewofGenetics,2021合成生物學中的經典案例MetabolicEngineering,2021,2021;Nature,2021Science,2021;AnnualReviewofGenetics,2021大家是否知道這些藥物的生物合成機制？抗菌藥物紅霉素降血脂藥物辛伐他汀抗癌藥物多柔比星聚酮合酶與脂肪酸合成酶是一對孿生兄弟聚酮合酶合成的化合物結構更加多變：起始單位不同3.循環(huán)數(shù)不同延伸單位不同4.釋放和環(huán)化的位置不同5.各結構單元參與的程度不同紅霉素前體：6-脫氧紅霉內酯B合成酶中的各結構域組成

和相應的拓撲結構以及每步催化的反響最經典的I型聚酮合酶：紅霉素內酯的生物合成像一條嚴謹有序的裝配線重復使用的I型聚酮合酶的代表例子辛伐他汀的前體合成本節(jié)小結：1.脂肪酸合成系統(tǒng)分為I型和II型兩類2.脂肪酸合成系統(tǒng)包括KS,MAT,ACP,KR,DH,ER,TE

3.乙酰輔酶A羧化酶是脂肪酸合成調節(jié)的重點4.聚酮合酶是天然藥物合成的重要局部，其合成機理與脂肪酸合成完全類似，只是增加更多變量作業(yè)與思考題：1.脂肪酸分子的合成是否可以不依賴于ACP的合成？是否可以靠連接在輔酶A上進行？在聚酮合酶中有沒有這種可能？Engineeredreversaloftheβ-oxidation

cycleforthesynthesisoffuelsandchemicals.DellomonacoC,

ClomburgJM,

MillerEN,

GonzalezR.Nature.

2021

Aug10;476(7360):355-9