脂肪酸的生物合成

1、精選ppt 2012年9月18日精選ppt脂肪酸在生物體內(nèi)的功能：脂肪酸在生物體內(nèi)的功能： 1. 1. 細(xì)胞膜的重要組成成分細(xì)胞膜的重要組成成分2. 2. 細(xì)胞內(nèi)一種能量?jī)?chǔ)存形式細(xì)胞內(nèi)一種能量?jī)?chǔ)存形式 3. 3. 細(xì)胞內(nèi)一些特殊的營(yíng)養(yǎng)成分細(xì)胞內(nèi)一些特殊的營(yíng)養(yǎng)成分 和信號(hào)物質(zhì)和信號(hào)物質(zhì) 植物油深海魚油三酸甘油酯多不飽和脂肪酸 DHA EPA精選ppt 脂肪酸合成的異常會(huì)引起機(jī)體很多問(wèn)題：脂肪酸合成的異常會(huì)引起機(jī)體很多問(wèn)題：1. 1. 肥胖肥胖2. 2. 脂肪肝脂肪肝3. 3. 生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、智力障礙等生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、智力障礙等問(wèn)題問(wèn)題1 1：脂肪酸或者是：脂肪酸或者是脂肪酸衍生物本身脂肪酸衍生物本

2、身還有可能做什么用？還有可能做什么用？精選ppt 脂肪酸合成體系的兩種形式脂肪酸合成體系的兩種形式 I I型脂肪酸合成系統(tǒng)型脂肪酸合成系統(tǒng)多個(gè)的催化功能單元在一條肽鏈上多個(gè)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(dòng)物的細(xì)胞質(zhì)中該系統(tǒng)主要存在于真菌以及高等動(dòng)物的細(xì)胞質(zhì)中 IIII型脂肪酸合成系統(tǒng)型脂肪酸合成系統(tǒng)每個(gè)的催化功能單元都是一個(gè)獨(dú)立的蛋白每個(gè)的催化功能單元都是一個(gè)獨(dú)立的蛋白該系統(tǒng)主要存在于細(xì)菌、植物以及高等生物的線粒體中該系統(tǒng)主要存在于細(xì)菌、植物以及高等生物的線粒體中酵母 FAS 鏈酵母 FAS 鏈大腸桿菌脂肪酸合成的各個(gè)酶大腸桿菌脂肪酸合成的各個(gè)酶精選ppt 大腸桿菌大腸

3、桿菌II型脂肪酸合成系統(tǒng)的起始步驟型脂肪酸合成系統(tǒng)的起始步驟ACCACC：乙酰輔酶：乙酰輔酶A A羧化酶羧化酶由由Acetyl-CoAAcetyl-CoA合成合成Malonyl-CoAMalonyl-CoAACPACP：?；d體蛋白：酰基載體蛋白整個(gè)反應(yīng)的整個(gè)反應(yīng)的“Shuttle Bus” Shuttle Bus” AcpSAcpS：ACPACP合成酶（合成酶（PPTase)PPTase)將輔酶將輔酶A A的的phosphopantetheine phosphopantetheine 基團(tuán)加載到基團(tuán)加載到ACPACP蛋白上，使蛋白上，使ACPACP活化活化FabDFabD：malonyl-C

4、oA:ACP malonyl-CoA:ACP 轉(zhuǎn)?；皋D(zhuǎn)酰基酶(MAT)(MAT)將將Malonyl-CoAMalonyl-CoA加載到活化的加載到活化的ACPACP蛋白上蛋白上 FabH FabH：-Ketoacyl-ACP synthase III-Ketoacyl-ACP synthase III (KS) (KS) 負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)Malonyl-ACPMalonyl-ACP與與Acetyl-CoAAcetyl-CoA的縮合的縮合精選ppt 大腸桿菌大腸桿菌II型脂肪酸合成系統(tǒng)的延伸步驟型脂肪酸合成系統(tǒng)的延伸步驟FabB/FabF: FabB/FabF: -Ketoacyl-ACP synth

5、ase I/II -Ketoacyl-ACP synthase I/II （負(fù)責(zé)后續(xù)的碳碳鍵合成（負(fù)責(zé)后續(xù)的碳碳鍵合成, KS, KS）FabG: FabG: -Ketoacyl-ACP reductase-Ketoacyl-ACP reductase（酮基還原酶（酮基還原酶, KR, KR）FabA/Z: 3(R)-Hydroxyacyl-ACP DehydrataseFabA/Z: 3(R)-Hydroxyacyl-ACP Dehydratase（脫水酶（脫水酶, DH, DH）FabI: Enoyl-ACP Reductase FabI: Enoyl-ACP Reductase （烯基還

6、原酶（烯基還原酶, ER, ER）精選ppt 脂肪酸合成前的準(zhǔn)備工作：Acyl Carrier Protein的活化修飾 ACP: 體內(nèi)數(shù)量最多的蛋白之一，活性位點(diǎn)為絲氨酸AcpS 屬于phosphopantetheinyl transferase protein superfamily它是以三聚體的形式工作，同時(shí)它的催化需要鎂離子做為輔助, 將apo- ACP變?yōu)閔olo-ACPPhosphopantetheinyl arm 20 from CoA and ACP精選ppt 脂肪酸合成的底物準(zhǔn)備：乙酰輔酶A羧化酶 (Acetyl-CoA Carboxylase)總反應(yīng)式：總反應(yīng)機(jī)理：Asso

7、ciation of acetyl-CoA carboxylase protomers精選ppt 脂肪酸合成的第一步：加載 MALONYL-CoA:ACP TRANSACYLASE (FabD)H3CCOSCoACCOSCoACOOHHHS-ACPHS-ACPHS-CoAHS-CoAH3CCOSACPCCOSACPCOOHHacetyl-CoAacetyl-ACPmalonyl-CoAmalonyl-ACPacetyl-CoA:ACPtransacylasemalonyl-CoA:ACPtransacylaseMAT精選ppt脂肪酸合成的第二步：起始縮合FabH：-Ketoacyl-ACP s

8、ynthase III精選ppt脂肪酸合成的第三步：還原 FabG: -Ketoacyl-ACP reductase（酮基還原酶, KR）CCOSACPCHHOH3CNADP+CCOSACPCHHOHH3CHacetoacetyl-ACP -hydroxybutyryl-ACPNADPH + H+Ketoacyl-ACP Reductase精選ppt脂肪酸合成的第三步：還原FabA/Z: 3(R)-Hydroxyacyl-ACP Dehydratase（脫水酶, DH）CCOSACPCHtrans-enoyl-ACPH3CHH20 -hydroxyacyl-ACPdehydraseCCOSAC

9、PCHH -hydroxyacyl-ACPOHH3CH精選ppt脂肪酸合成的第三步：還原 FabI: Enoyl-ACP Reductase （烯基還原酶, ER）CCOSACPCHH3CHNADP+CCOSACPCHH3CHHHtrans-enoyl-ACPenoyl-ACP reductaseNADPH + H+trans-enoyl-ACP精選ppt脂肪酸合成的最后一步：產(chǎn)物的釋放Thioesterase 硫酯酶: TE TesACCOSACPH3CHHHS-ACPCCOOH3CHHAMP + PPiCCOSH3CHHCoA14Palmitoyl-ACP14Palmitic Acid14

10、ThioesteraseATP + HS-CoAPalmitoyl-CoA精選ppt 讓我們?cè)俅位仡櫼幌麓竽c桿菌脂肪酸合成的過(guò)程精選ppt 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精選ppt酵母 FAS 鏈酵母 FAS 鏈精選ppt我們以酵母中的我們以酵母中的I I型脂肪酸合成系統(tǒng)為例對(duì)這種高度整合的復(fù)合蛋白進(jìn)行說(shuō)型脂肪酸合成系統(tǒng)為例對(duì)這種高度整合的復(fù)合蛋白進(jìn)行說(shuō)明明 該動(dòng)畫由耶魯大學(xué)Prof. Xiong Yong 提供精選ppt脂肪酸合成的調(diào)節(jié)機(jī)制乙酰輔酶A羧化酶是“重兵把守”的位置精選ppt 利用生物化學(xué)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。利用生物化學(xué)的傳

11、統(tǒng)方法在體外重建代謝途徑，更清楚的研究脂肪酸合成。Step 1：體外途徑系統(tǒng)的構(gòu)建Step 2：體外酶反應(yīng)以及動(dòng)力學(xué)分析Step 3：提煉信息并提供量化的數(shù)據(jù)Step 4：指導(dǎo)體內(nèi)的遺傳改造Liu T. et. al. ME 2010精選ppt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佳比例的最佳比例Yu X. and Liu T. et. al. PNAS 2011Reference: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:Reference: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:Fa

12、bI:FabZFabI:FabZ: :holoholo-ACP:TesA-ACP:TesA 1:1:1:1:1:1: 1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:10:1010:10Optimized: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:Optimized: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZFabI:FabZ: :holoholo-ACP:TesA-ACP:TesA 1:1:1:1:1:1: 1:1:1:1:1:1:10:10:10:10:30:3030:30在優(yōu)化體系中每個(gè)酮基羧化酶在優(yōu)化體系中每個(gè)酮基羧化酶每秒可以催化合成

13、每秒可以催化合成1.61.6個(gè)個(gè)C16C16的的脂肪酸分子脂肪酸分子, ,這是我們第一次看這是我們第一次看到該途徑如此高效。到該途徑如此高效。實(shí)現(xiàn)這一個(gè)過(guò)程我們只改變實(shí)現(xiàn)這一個(gè)過(guò)程我們只改變了整個(gè)系統(tǒng)中四種酶的比例了整個(gè)系統(tǒng)中四種酶的比例精選ppt 脂肪酸合成途徑還能幫助我們解決生活中很多問(wèn)題脂肪酸合成途徑還能幫助我們解決生活中很多問(wèn)題Liu T. and Khosla C. Annual Review of Genetics, 2010精選ppt 合成生物學(xué)中的經(jīng)典案例合成生物學(xué)中的經(jīng)典案例Metabolic Engineering, 2008,2010; Nature, 2010Scien

14、ce, 2010 ; Annual Review of Genetics, 2010精選ppt 大家是否知道這些藥物的生物合成機(jī)制？大家是否知道這些藥物的生物合成機(jī)制？抗菌藥物抗菌藥物 紅霉素紅霉素降血脂藥物降血脂藥物 辛伐他汀辛伐他汀抗癌藥物抗癌藥物多柔比星多柔比星精選ppt聚酮合酶與脂肪酸合成酶是一對(duì)孿生兄弟聚酮合酶與脂肪酸合成酶是一對(duì)孿生兄弟聚酮合酶合成的化合物結(jié)構(gòu)更加多變：聚酮合酶合成的化合物結(jié)構(gòu)更加多變： 起始單位不同起始單位不同 3. 3. 循環(huán)數(shù)不同循環(huán)數(shù)不同 延伸單位不同延伸單位不同 4. 4. 釋放和環(huán)化的位置不同釋放和環(huán)化的位置不同5.5.各結(jié)構(gòu)單元參與的程度不同各結(jié)構(gòu)單元

15、參與的程度不同精選ppt紅霉素前體：紅霉素前體：6-6-脫氧紅霉內(nèi)酯脫氧紅霉內(nèi)酯B B合成酶中的各結(jié)構(gòu)域組成合成酶中的各結(jié)構(gòu)域組成和相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及每步催化的反應(yīng)和相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及每步催化的反應(yīng)最經(jīng)典的最經(jīng)典的I I型聚酮合酶：紅霉素內(nèi)酯的生物合成型聚酮合酶：紅霉素內(nèi)酯的生物合成像一條嚴(yán)謹(jǐn)有序的裝配線精選ppt重復(fù)使用的重復(fù)使用的I I型聚酮合酶的代表例子型聚酮合酶的代表例子辛伐他汀的前體合成精選ppt本節(jié)小結(jié)：本節(jié)小結(jié)：1. 1. 脂肪酸合成系統(tǒng)分為脂肪酸合成系統(tǒng)分為I I型和型和IIII型兩類型兩類2. 2. 脂肪酸合成系統(tǒng)包括脂肪酸合成系統(tǒng)包括 KS, MAT, ACP, KR, D

16、H, ER, TEKS, MAT, ACP, KR, DH, ER, TE 3. 3. 乙酰輔酶乙酰輔酶A A羧化酶是脂肪酸合成調(diào)節(jié)的重點(diǎn)羧化酶是脂肪酸合成調(diào)節(jié)的重點(diǎn)4. 4. 聚酮合酶是天然藥物合成的重要部分，其合成機(jī)理與脂肪酸聚酮合酶是天然藥物合成的重要部分，其合成機(jī)理與脂肪酸 合成完全類似，只是增加更多變量合成完全類似，只是增加更多變量精選ppt作業(yè)與思考題：作業(yè)與思考題：1. 1. 脂肪酸分子的合成是否可以不依賴于脂肪酸分子的合成是否可以不依賴于ACPACP的合成？是否可以靠連接在的合成？是否可以靠連接在輔酶輔酶A A上進(jìn)行？在聚酮合酶中有沒(méi)有這種可能？上進(jìn)行？在聚酮合酶中有沒(méi)有這種可能？Engineered reversal of the Engineered reversal of the -oxidationcycle for the synthesis of fuels andoxidationcycle for the synthesis of fuels andchemicals.chemicals.Dellomonaco C,Clomburg JM,Miller EN,Gonzalez R.Nature.2011Aug 10;476(7360):355-9. doi: 10.103