《脂肪酸的生物合成》ppt課件

1、.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)一種能量儲存方式細(xì)胞內(nèi)一種能量儲存方式 3. 3. 細(xì)胞內(nèi)一些特殊的營養(yǎng)成分細(xì)胞內(nèi)一些特殊的營養(yǎng)成分 和信號物質(zhì)和信號物質(zhì) 植物油深海魚油三酸甘油酯多不飽和脂肪酸 DHA EPA.脂肪酸合成的異常會引起機(jī)體很多問題：脂肪酸合成的異常會引起機(jī)體很多問題：1. 1. 肥胖肥胖2. 2. 脂肪肝脂肪肝3. 3. 生長發(fā)育緩慢、智力妨礙等生長發(fā)育緩慢、智力妨礙等問題問題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身還有能夠做什么用？還有能夠做什么用？.脂肪酸合成

2、體系的兩種方式脂肪酸合成體系的兩種方式 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(xì)胞質(zhì)中該系統(tǒng)主要存在于真菌以及高等動物的細(xì)胞質(zhì)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(dú)立的蛋白每個的催化功能單元都是一個獨(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酶大腸桿菌脂肪酸合成的各個酶.大腸桿菌大腸桿菌IIII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

3、化酶由由Acetyl-CoAAcetyl-CoA合成合成Malonyl-CoAMalonyl-CoAACPACP：酰基載體蛋白：?；d體蛋白整個反響的整個反響的“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-CoA:ACP malonyl-CoA:ACP 轉(zhuǎn)?；皋D(zhuǎn)酰基酶(MAT)(MAT)將將Malonyl-CoAMal

4、onyl-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) 擔(dān)任擔(dān)任Malonyl-ACPMalonyl-ACP與與Acetyl-CoAAcetyl-CoA的縮合的縮合.大腸桿菌大腸桿菌IIII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: -Ketoacyl-ACP synthase I/II FabB/FabF: -Ketoacyl-ACP synthase I/II 擔(dān)任后續(xù)的碳碳鍵合成擔(dān)任后續(xù)的碳碳鍵合成, K

5、S, KSFabG: -Ketoacyl-ACP reductaseFabG: -Ketoacyl-ACP reductase酮基復(fù)原酶酮基復(fù)原酶, KR, KRFabA/Z: 3(R)-Hydroxyacyl-ACP DehydrataseFabA/Z: 3(R)-Hydroxyacyl-ACP Dehydratase脫水酶脫水酶, DH, DHFabI: Enoyl-ACP Reductase FabI: Enoyl-ACP Reductase 烯基復(fù)原酶烯基復(fù)原酶, ER, ER.脂肪酸合成前的預(yù)備任務(wù)：Acyl Carrier Protein的活化修飾 ACP: 體內(nèi)數(shù)量最多的蛋白之一

6、，活性位點(diǎn)為絲氨酸AcpS 屬于phosphopantetheinyl transferase protein superfamily它是以三聚體的方式任務(wù)，同時它的催化需求鎂離子做為輔助, 將apo- ACP變?yōu)閔olo-ACPPhosphopantetheinyl arm 20 from CoA and ACP.脂肪酸合成的底物預(yù)備：乙酰輔酶A羧化酶 (Acetyl-CoA Carboxylase)總反響式：總反響機(jī)理：Association of acetyl-CoA carboxylase protomers.脂肪酸合成的第一步：加載MALONYL-CoA:ACP TRANSACYLA

7、SE (FabD)H3CCOSCoACCOSCoACOOHHHS-ACPHS-ACPHS-CoAHS-CoAH3CCOSACPCCOSACPCOOHHacetyl-CoAacetyl-ACPmalonyl-CoAmalonyl-ACPacetyl-CoA:ACPtransacylasemalonyl-CoA:ACPtransacylaseMAT.脂肪酸合成的第二步：起始縮合FabH：-Ketoacyl-ACP synthase III.脂肪酸合成的第三步：復(fù)原 FabG: -Ketoacyl-ACP reductase酮基復(fù)原酶, KRCCOSACPCHHOH3CNADP+CCOSACPCHH

8、OHH3CHacetoacetyl-ACP -hydroxybutyryl-ACPNADPH + H+Ketoacyl-ACP Reductase.脂肪酸合成的第三步：復(fù)原FabA/Z: 3(R)-Hydroxyacyl-ACP Dehydratase脫水酶, DHCCOSACPCHtrans-enoyl-ACPH3CHH20 -hydroxyacyl-ACPdehydraseCCOSACPCHH -hydroxyacyl-ACPOHH3CH.脂肪酸合成的第三步：復(fù)原 FabI: Enoyl-ACP Reductase 烯基復(fù)原酶, ERCCOSACPCHH3CHNADP+CCOSACPCHH

9、3CHHHtrans-enoyl-ACPenoyl-ACP reductaseNADPH + H+trans-enoyl-ACP.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 Acid14ThioesteraseATP + HS-CoAPalmitoyl-CoA.讓我們再次回想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 FAS 鏈酵母 FAS 鏈.我們以酵母中的我們

10、以酵母中的I I型脂肪酸合成系統(tǒng)為例對這種高度整合的復(fù)合蛋白進(jìn)展闡明型脂肪酸合成系統(tǒng)為例對這種高度整合的復(fù)合蛋白進(jìn)展闡明 該動畫由耶魯大學(xué)Prof. Xiong Yong 提供.脂肪酸合成的調(diào)理機(jī)制乙酰輔酶A羧化酶是“重兵把守的位置. 利用生物化學(xué)的傳統(tǒng)方法在體外重建代謝途徑，更清楚的研討脂肪酸合成。Step 1：體外途徑系統(tǒng)的構(gòu)建Step 2：體外酶反響以及動力學(xué)分析Step 3：提煉信息并提供量化的數(shù)據(jù)Step 4：指點(diǎn)體內(nèi)的遺傳改造Liu T. et. al. ME 2021.體外途徑重建系統(tǒng)可以協(xié)助我們快速找到途徑中各元件的體外途徑重建系統(tǒng)可以協(xié)助我們快速找到途徑中各元件的的最正確比例

11、的最正確比例Yu X. and Liu T. et. al. PNAS 2021Reference: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesAReference: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesA 1:1:1:1:1:1:1:1:10:10 1:1:1:1:1:1:1:1:10:10Optimized: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesAOptimized: FabA:FabB:Fab

12、D:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesA 1:1:1:1:1:1:10:10:30:30 1:1:1:1:1:1:10:10:30:30在優(yōu)化體系中每個酮基羧化酶在優(yōu)化體系中每個酮基羧化酶每秒可以催化合成每秒可以催化合成1.61.6個個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)這一個過程我們只改動實(shí)現(xiàn)這一個過程我們只改動了整個系統(tǒng)中四種酶的比例了整個系統(tǒng)中四種酶的比例.脂肪酸合成途徑還能協(xié)助我們處理生活中很多問題脂肪酸合成途徑還能協(xié)助我們處理生活中很多問題Liu T. and Kho

13、sla C. Annual Review of Genetics, 2021.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, 2021,2021; Nature, 2021Science, 2021 ; Annual Review of Genetics, 2021.大家能否知道這些藥物的生物合成機(jī)制？大家能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.聚酮合酶與脂肪酸合成酶是一對孿生兄弟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構(gòu)造更加多變：聚酮合酶合

14、成的化合物構(gòu)造更加多變：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.各構(gòu)造單元參與的程度不同各構(gòu)造單元參與的程度不同.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合成酶中的各構(gòu)造域組成合成酶中的各構(gòu)造域組成和相應(yīng)的拓?fù)錁?gòu)造以及每步催化的反響和相應(yīng)的拓?fù)錁?gòu)造以及每步催化的反響最經(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.反復(fù)運(yùn)用的反復(fù)運(yùn)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.本節(jié)小結(jié)：本

15、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, DH, ER, TE KS, 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)理的重點(diǎn)羧化酶是脂肪酸合成調(diào)理的重點(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，只是添加更多變量合成完全類似，只是添加更多變量.作業(yè)與思索題：作業(yè)與思索題：1. 1. 脂肪酸分子的合成能否可以不依賴于脂

16、肪酸分子的合成能否可以不依賴于ACPACP的合成？能否可以靠銜接在的合成？能否可以靠銜接在輔酶輔酶A A上進(jìn)展？在聚酮合酶中有沒有這種能夠？上進(jìn)展？在聚酮合酶中有沒有這種能夠？Engineered reversal of the -oxidationcycle for the synthesis of fuels andEngineered reversal of the -oxidationcycle for the synthesis of fuels andchemicals.chemicals.Dellomonaco C,Clomburg JM,Miller EN,Gonzalez R.Dellomonaco C,Clomburg JM,Miller EN,Gonzalez R.Nature.2021Aug 10;476