Kas ir taukskābju biosintēze?

Taukskābju biosintēze nav pastāvīgi ieslēgta. Tā ir sātas stāvokļa norise, kas aktivizējas pēc ēšanas, kad insulīna līmenis ir augsts un šūnā ir gan acetil-CoA, gan NADPH pārpilnība.

Aktivitāte dažādos audos atšķiras. Aknas ir galvenā vieta, kur no ogļhidrātu pārpalikuma top jaunas taukskābes, kas pēc tam tiek iepakotas triglicerīdos un ar lipoproteīnu palīdzību izvadītas asinīs. Taukaudos sintēze notiek mazākā mērā, bet tur notiek galvenā uzglabāšana. Zīdīšanas laikā piena dziedzeris kļūst par ievērojamu sintēzes vietu, jo pienā esošās taukskābes daļēji tiek uzbūvētas tieši tur.

• Aknas: galvenā jaunu taukskābju ražošanas vieta un izejas punkts to izplatīšanai organismā.
• Taukaudi: uzglabāšana triglicerīdu veidā un daļēja pašu sintēze.
• Piena dziedzeris zīdīšanas laikā: īsāku un vidēji garu taukskābju veidošana.
• Nieru garoza un smadzenes: sintēze mazākā apjomā, galvenokārt vietējām vajadzībām.
• Šūnas iekšienē: citoplazma sintēzei, mitohondrijs sadalīšanai, endoplazmatiskais tīkls ķēdes pagarināšanai un dubultsaišu ieviešanai.

Taukskābju sintāze ir nevis viens ferments, bet gan vairāku katalītisku centru komplekss, kur augošā ķēde tiek nodota no viena centra otram, paliekot piesaistīta pārnēsātājam. Vienu apgriezienu var aprakstīt šādi.

1. Acetil-CoA ar acetil-CoA karboksilāzes palīdzību tiek pārvērsts malonil-CoA; šim solim nepieciešams biotīns un ATF.
2. Sākuma fragments un malonil grupa tiek piesaistīti taukskābju sintāzes kompleksam.
3. Notiek kondensācija: malonil grupa zaudē oglekļa dioksīdu un pievienojas ķēdei, pagarinot to par diviem oglekļa atomiem.
4. Pirmā reducēšana: ketogrupa tiek pārvērsta par hidroksilgrupu, izmantojot NADPH.
5. Dehidratācija: tiek atšķelta ūdens molekula un rodas dubultsaite.
6. Otrā reducēšana: dubultsaite tiek likvidēta, atkal izmantojot NADPH, un ķēde kļūst piesātināta.
7. Cikls atkārtojas, līdz ķēdē ir sešpadsmit oglekļa atomi, un palmitīnskābe tiek atbrīvota no kompleksa.

Bieži tiek teikts, ka taukskābju sintēze ir vienkārši to sadalīšana atpakaļgaitā. Kopējais virziens tiešām ir pretējs, bet praktiski tie ir divi atsevišķi ceļi ar atšķirīgu atrašanās vietu, atšķirīgiem fermentiem un atšķirīgiem kofaktoriem. Tieši tāpēc organisms abus var regulēt neatkarīgi.

Galvenā regulācijas vieta ir acetil-CoA karboksilāze, un tieši tāpēc, ka tas ir ceļa pirmais un neatgriezeniskais solis. Šo fermentu ietekmē gan vielmaiņas produkti, gan hormoni.

Citrāts, kas citoplazmā uzkrājas tieši tad, kad mitohondrijā enerģijas ir pārpilnībā, fermentu aktivizē. Gatavā produkta acil atvasinājumi to, gluži otrādi, nomāc, kas ir tipiska atgriezeniskā saite. Enerģijas trūkuma sensors, kas šūnā ieslēdzas pie zemas enerģijas līmeņa, fermentu izslēdz, pievienojot tam fosfātu grupu.

Hormonālā regulācija ir tikpat skaidra. Insulīns sintēzi veicina, bet glikagons un adrenalīns to bremzē. Bez tam ilgstošs uztura režīms maina pašu fermentu daudzumu: ogļhidrātiem bagāts uzturs palielina attiecīgo fermentu ražošanu, bet badošanās to samazina.

Taukskābju sintāze saražo tikai vienu produktu, piesātinātu sešpadsmit oglekļa ķēdi. Visa pārējā taukskābju daudzveidība rodas turpmākajā apstrādē endoplazmatiskajā tīklā.

Pagarināšanas fermenti ķēdi padara garāku, pievienojot vēl divu oglekļa atomu posmus. Desaturāzes ievieš ķēdē dubultsaites un tādējādi no piesātinātām taukskābēm izveido nepiesātinātas. Cilvēka desaturāzes tomēr spēj ievietot dubultsaiti tikai noteiktā attālumā no karbonskābes gala, un tālāk par to tās netiek.

Tieši šis ierobežojums rada jēdzienu par neaizstājamām taukskābēm. Linolskābi un alfa linolēnskābi, kurām dubultsaite atrodas ķēdes tālākajā daļā, cilvēks uzbūvēt nespēj, tāpēc tās obligāti jāuzņem ar uzturu. No tām organisms pats var izveidot garākas nepiesātinātās taukskābes, kaut arī šī pārvēršana ir ierobežota.

Pati par sevi taukskābju biosintēze ir normāla norise, un slimību rada nevis tās esamība, bet gan ilgstoši pārmērīga aktivitāte vai tās produktu uzkrāšanās nepiemērotā vietā.

Ja aknās ilgstoši veidojas vairāk tauku, nekā tiek izvadīts, attīstās aknu taukainā deģenerācija. Tā ilgi norit bez simptomiem un bieži tiek atklāta nejauši ultrasonogrāfijā vai pēc paaugstinātiem aknu rādītājiem asins analīzēs. Daļai cilvēku tai pievienojas iekaisums, un ilgtermiņā iespējama aknu rētošanās.

Otra bieža izpausme ir paaugstināts triglicerīdu līmenis asinīs, kas saistīts ar ogļhidrātiem un alkoholam bagātu uzturu un ar insulīna rezistenci. Retos gadījumos problēma ir pretēja un iedzimta: ja trūkst biotīna vai ir bojāti no tā atkarīgie fermenti, cieš gan taukskābju sintēze, gan vairākas citas vielmaiņas norises.

Ar šiem stāvokļiem strādā ģimenes ārsts, gastroenterologs vai hepatologs un endokrinologs. Ilgstošs nogurums, smaguma sajūta labajā paribē, neizskaidrojama svara maiņa vai izmaiņas aknu analīzēs ir pietiekams iemesls ārsta apmeklējumam.

Pašu sintēzes ātrumu ikdienas medicīnā nemēra, jo tam būtu nepieciešami īpaši izotopu pētījumi. Novērtē tā sekas.

• Lipīdu profils asinīs: triglicerīdi, kopējais holesterīns un tā frakcijas.
• Aknu rādītāji asinīs un glikozes vielmaiņas rādītāji.
• Vēdera dobuma ultrasonogrāfija: parāda tauku uzkrāšanos aknās.
• Elastogrāfija: novērtē aknu audu stingrību un rētošanās pakāpi bez punkcijas.
• Magnētiskā rezonanse ar tauku daudzuma noteikšanu: precīzākā neinvazīvā metode.
• Retos gadījumos aknu biopsija vai specifiski vielmaiņas izmeklējumi iedzimtu traucējumu diagnostikā.

Vārds „tauki“ apzīmē vairākas pavisam atšķirīgas ķīmiskas norises, kuras bieži tiek sajauktas savā starpā.

• Taukskābju biosintēze veido pašas taukskābju ķēdes; triglicerīdu sintēze tās tikai piesaista glicerīnam.
• Holesterīna sintēze arī sākas no acetil-CoA, bet ved pavisam citā virzienā un veido gredzenveida molekulu.
• Ketonvielu veidošanās notiek mitohondrijā badošanās laikā un ir taukskābju sadalīšanas, nevis sintēzes sekas.
• Uztura tauku uzsūkšanās zarnās nav sintēze; tajā gatavas taukskābes tiek tikai pārvietotas un pārpakotas.
• Rūpnieciskā tauku hidrogenēšana ir tehnoloģisks process ārpus organisma, kurā rodas transtaukskābes; ķermeņa desaturāzes strādā pretējā virzienā.

Ja taukskābes vienlaikus tiktu gan būvētas, gan sadalītas, šūna tikai bezjēdzīgi tērētu enerģiju. Organisms šo risku novērš ar vienu ļoti veiklu risinājumu.

Malonil-CoA, kas ir sintēzes pirmais starpprodukts, vienlaikus nomāc fermentu, kas taukskābes ieved mitohondrijā sadedzināšanai. Tas nozīmē, ka pats sintēzes sākums automātiski aizslēdz durvis sadalīšanai. Kad sintēze apstājas un malonil-CoA līmenis krīt, durvis atkal atveras un taukskābes var tikt sadedzinātas.

Šis mehānisms izskaidro daudz vairāk nekā tikai bioķīmisku sīkumu. Tas parāda, kāpēc vienlaicīgi uzņemts liels ogļhidrātu daudzums samazina tauku sadedzināšanu, un kāpēc pāreja no sātas uz badošanās stāvokli notiek nevis lēni, bet ar skaidru pārslēgšanos. Tas pats izskaidro, kāpēc fiziskas slodzes laikā, kad enerģijas sensors izslēdz acetil-CoA karboksilāzi, tauku izmantošana palielinās gandrīz uzreiz.