HOOFDSTUK 16 - VETZUURSYNTHESE

1

HOOFDSTUK 16 - VETZUURSYNTHESE

Katabolisme: glycolyse, vetzuuroxidatie

Anabolisme: gluconeogenese, vetzuursynthese

INLEIDING

• Cellulaire functie van lipiden

o Opslag: triacylglycerolen

• Structurele componenten van membranen
• Gespecialiseerde lipiden (pigmenten, hormonen, …)

• Primaire componenten: vetzuren

• Vetzuursynthese: strategie van de cel om energie op te slaan in een wateronoplosbare vorm door gebruik te maken van moleculen die zelf wel wateroplosbaar zijn. Het is een conversie van wateroplosbaar naar wateronoplosbaar. Het is een wateronoplosbare opslagvorm van energie (een vet). Moeten gesynthetiseerd worden obv kleinere wel wateroplosbare bouwmoleculen.

Belangrijk dat een cel vetzuren kan synthetiseren en later ook kan modificeren. Een cel moet dus een vetzuur kunnen aanmaken om deze later te kunnen gebruiken in allerhande vetten.

De bèta-oxidatie (afbraak) en vetzuursynthese zijn 2 totaal verschillende processen. Ook heel belangrijk dat die twee processen doorgaan in een verschillend celcompartiment. De bèta- oxidatie in de mitochondriën en de vetzuursynthese gaat door in het cytosol.

Er is wel een gelijkenis: de bèta-oxidatie is een

cyclisch proces en per cyclus worden 2 koolstofatomen (acetyl coA) afgesplitst van die staart waardoor de staart steeds korter wordt.De vetzuursynthese is ook een cyclisch proces waarbij er steeds 2 koolstofatomen worden toegevoegd aan de staart. Voor de rest houd de gelijkenis op.

VERGELIJKING BIOSYNTHESE EN AFBRAAK VAN VETZUREN :

• Synthese:

• Opeenvolgend aanhechten van 2C-elementen, ook cyclisch

• Vetzuuroxidatie:

• Opeenvolgend afsplitsen van 2C-elementen

• Nochtans:

• Verschillende pathways
• Verschillende enzymen
• Verschillende delen van de cel
• / 8

2

ALGEMENE KENMERKEN BIOSYNTHESE VAN VETZUREN

• Endergonisch = kost energie. ATP is nodig om complexere structuren te maken.

o ATP als metabole energiebron: er is energie nodig om een vetzuur te maken.

• Vind plaats in cytosol
• Reductief: er is een volledig verzadigd koolwaterstofketen. De cofactor die hier voor

nodig is is NADPH.▪ NADPH als reductant ▪ NADPH wordt dus verbruikt ▪ Glycolyse + vetzuursynthese allebei in cytosol ▪ Glucose → pyruvaat → Acetyl-CoA → VZ: vetzuren gesynthetiseerd op basis van koolhydraten • Van Acetyl-CoA → VZ = anabool; hier wordt NADPH verbruikt • Van glucose → pyruvaat = katabool; hier wordt NAD+ verbruikt

Belangrijkste proces voor NADPH is PPP, dit gaat door in het cytosol. (Dus vetzuursynthese ook in cytosol). Er is geen bijkomend transport nodig van NADPH.

Beide gaan wel door in het cytosol! Op hetzelfde moment, in hetzelfde celcompartiment moet een cel, conceptueel, twee tegenovergestelde dingen doen: iets oxidatief/iets reductiefs; iets katabool/anabool. Dit is een uitdaging waarvoor de cel staat en dit is biochemisch niet zo gemakkelijk op te lossen.

Een cel slaagt erin om deze twee processen te doen door twee verschillende cofactoren. De vetzuursynthese maakt dus gebruik van NADPH! Hierdoor kunnen dus katabole en anabole processen tegelijk doorgaan.

VOORBEREIDENDE FASE

• Vetzuursynthese: een repetitieve reactie-sequentie = proces dat zichzelf herhaalt (cyclisch proces).

• Herhalende vier-stapssequentie gekatalyseerd door een multi-enzymencomplex:

vetzuursynthase complex (afzonderlijke 4 namen niet kennen, stappen en intermediairen ook niet kennen).

• Basisbouwstenen:

• Acetyl-CoA (2C) uit glycolyse is het startpunt van

vetzuursynthese (of naar CZC).

• Malonyl-CoA (3C)

• Per cyclus 2 C-atomen toegevoegd • 16C (palmitaat, 16:0) verlaat de cyclus: is het basissynthese product van de vetzuursynthese. 2C van palmitaat is opgebouwd uit acetyl- coA en de andere 14C zijn afkomstig van malonyl-CoA. (maar malonyl was ook al opgebouwd uit acetyl-coA dus dit blijft altijd wel de universele precursor).

Alle AcCoA op 1 na worden omgezet naar Malonyl-CoA. Het is een acetylgroep met CO2 eraan.

Koolstofatomen worden toegevoegd als Malonyl-CoA: 1 koolstofatoom meer dan Acetyl-CoA (AcCoA). AcCoA wordt eigenlijk omgezet naar Malonyl-CoA en Malonyl-CoA wordt gebruikt in de vetzuursynthese. 2 / 8

3

• Nodig: acetyl-CoA en malonyl-CoA (waar komt de acetyl-coA vandaan en hoe wordt deze ter beschikking gesteld voor de VZS? & hoe en waar wordt acetyl-coA omgezet naar malonyl-CoA? = voorbereidende fase) • Malonyl-CoA gevormd uit acetyl-CoA

• Bronnen acetyl-CoA: in mitochondria

• Acetyl-CoA voor synthese in mitochondriën gevormd
• Oxidatie van pyruvaat (= afbraak koolhydraten, wordt omgezet naar acetyl-coA via

pyruvaatdehydrogenase) en katabolisme aminozuren

o Acetyl-CoA van vetzuuroxidatie (b-oxidatie) geen bron: reciproke regulatie

vetzuursynthese en afbraak (= als de vetzuursynthese actief is wordt de B-oxidatie geïnhibeerd en omgekeerd). (Anders zou je een vetzuur afbreken met als bedoeling een vetzuur te maken.)

• Vetzuursynthese in cytosol: transport acetyl-CoA

Bron van AcCoA zijn suikers en aminozuren (AZ). De Acetyl-CoA die afkomstig is van de bèta- oxidatie is geen bron voor de vetzuursynthese. Dit zou een futile cycle zijn. Vetzuren kunnen dus gesynthetiseerd worden op basis van de suikers en op basis van de AZ.

• Vetzuur wordt gevormd vanuit 2C-units

• Afkomstig van acetyl-CoA
• Acetyl-CoA moet eerst worden geactiveerd door conversie naar malonyl-CoA

• Malonyl-CoA gevormd uit acetyl-CoA en bicarbonaat ion (vorm van CO2)

• Irreversibel
• Gekatalyseerd door acetyl-CoA-carboxylase. Dit is de belangrijkste regulatorische

stap van de vetzuursynthese. Zowel allosterisch als hormonaal. Carboxylase betekend het toevoegen van een C-atoom.

AcCoA wordt eerst omgezet naar malonyl-CoA = activeren van AcCoA. Het enzym dat tot die activatie aanzet = Acetyl-CoA carboxylase (carboxyleren = koolstofatoom toevoegen). Dus het carboxyleren van een acetylgroep wil zeggen dat er een extra C-atoom ontstaat. Dit enzym is het belangrijkste regulatorische enzym van die pathyway. Ter hoogte van dit enzym wordt de gehele vetzuursynthese geregeld. Deze reactie kost dus al ATP. Voor de activatie van die acetylgroepen.

• Acetyl-CoA carboxylase is een multi-enzymencomplex Acetyl-CoA + ATP + CO2 → malonyl-CoA • Acetyl-CoA-carboxylase is controlerende stap in synthese • Acetyl-CoA-carboxylase wordt allosterische gereguleerd (zie regulatie)

Palmitaat: 16C: 2C rechtstreeks uit acetyl-CoA. 14 afkomstig van 7 malonyl-coA , kost 7 ATP voor 1 molecuul palmitaat. Ookal is malonyl-CoA 3C, er komen er maar 2C bij in de vetzuurstaart. Niet denken dat het groeit met 3C.

• / 8

4

VETZUURSYNTHESE

• 4-staps reactiesequentie • Binden acetyl-CoA/malonyl-CoA aan vetzuursynthase (figuur rechts)

• Condensatie
• Reductie
• Dehydratatie
• Reductie

Het toevoegen van koolstofatomen gebeurd in deze vier stappen. Hierbij wordt NADPH verbruikt. Dus per 2 koolstofatomen die toegevoegd worden wordt er 2 NADPH verbruikt.Eigenlijk een enzymcomplex die allemaal aan elkaar verankerd zijn. Al die enzymen hebben een eigen naam (niet onthouden!). Enkel onthouden dat dit vetzuursynthase is.

Boven stap 1 zijn er 2 S plekken beschikbaar. Deze plaatsen worden gebruikt om de volgende 2C op het complex te laden om daarna toe te voegen aan het vetzuur. In stap 1 verdwijnt de CO2 al. Er ontstaat een molecuul van 4C. Er is ATP gebruikt om de CO2 toe te voegen en die verdwijnt daarna meteen. De cel heeft het ATP gebruikt om een C-C binding te maken na stap 1.

• / 8