Taukskābju sintāze un tauku veidošana šūnā

Baktērijās katru sintēzes soli veic atsevišķs ferments. Zīdītājiem evolūcija visus šos fermentus ir salikusi vienā garā olbaltumvielu ķēdē, un divas šādas ķēdes strādā kopā kā pāris.

Šādai uzbūvei ir skaidrs ieguvums. Augošā ķēde neatstāj fermentu komplektu, bet tiek turēta pie īpašas kustīgas rokas, ko sauc par acilu pārnesošo olbaltumvielu, un tā piedāvā ķēdi vienam centram pēc otra. Starpprodukti nekad nenonāk brīvi šūnā, tāpēc nekas nenoklīst un nesabojājas.

Šis pats princips izskaidro, kāpēc ferments praktiski nekad neražo kaut ko citu par gatavu taukskābi. Ķēde tiek atbrīvota tikai tad, kad pēdējais centrs to nogriež, un tas notiek pie noteikta garuma.

Pats ferments ir viena no lielākajām olbaltumvielām šūnā, un elektronu mikroskopijā tas izskatās kā divas savstarpēji savītas X veida struktūras. Tā salikšana prasa šūnai ievērojamus resursus, un tieši tāpēc tā daudzums tiek regulēts nevis no mirkļa uz mirkli, bet gan gēnu pārrakstīšanas līmenī, tātad stundu un dienu mērogā.

Visi ogleklis, kas nonāk taukskābē, nāk no acetil-KoA. Taču acetil-KoA rodas mitohondrijos, bet sintēze notiek citoplazmā, un mitohondrija membrāna to cauri nelaiž. Šo problēmu šūna atrisina ar apvedceļu.

Mitohondrijā acetil-KoA tiek savienots ar oksaloacetātu par citrātu, citrāts iznāk citoplazmā, un tur atkal tiek sadalīts atpakaļ. Tas nav tikai transports: citrāta parādīšanās citoplazmā vienlaikus kalpo par signālu, ka enerģijas ir pārpilnībā un uzkrāšanu var sākt.

1. Citrāts iznāk no mitohondrija un citoplazmā atkal sašķeļas par acetil-KoA un oksaloacetātu.
2. Ferments acetil-KoA karboksilāze pievieno acetil-KoA oglekļa dioksīdu un izveido malonil-KoA, un tieši šis solis ir visa procesa ātrumu ierobežojošais.
3. Šim fermentam darbam nepieciešams biotīns, tas ir, viens no B grupas vitamīniem.
4. Reducēšanai vajadzīgo NADPH šūna iegūst galvenokārt pentožu fosfātu ceļā un no oksaloacetāta pārvērtēm.
5. Tikai tad, kad ir gan acetil-KoA, gan malonil-KoA, gan NADPH, taukskābju sintāze sāk strādāt.

Taukskābju sintāze ir atrodama praktiski visās šūnās, taču tās daudzums un noslodze dažādos audos atšķiras vairākkārt. Visaktīvāk tā strādā aknās, kas ir organisma galvenā vielmaiņas pārstrādes vieta, un taukaudos, kur izveidotais tiek uzreiz noglabāts.

Trešā svarīgā vieta ir piena dziedzeris zīdīšanas laikā. Tur ferments tiek ieslēgts ļoti spēcīgi, jo mātes pienā tauki ir galvenais enerģijas nesējs, un lielu daļu no tiem dziedzeris izgatavo pats uz vietas, nevis tikai pārņem no asinīm.

Atsevišķa un bieži aizmirsta vieta ir plaušas. Plaušu pūslīšu šūnas izmanto pašu izgatavotas taukskābes, lai veidotu virsmas aktīvo vielu, kas neļauj pūslīšiem salipt izelpas beigās. Tieši tāpēc priekšlaikus dzimušam bērnam ar nepietiekami nobriedušu šo sistēmu elpošana ir apgrūtināta.

Nervu audos ferments ir vajadzīgs mielīna apvalka uzturēšanai, jo mielīns pēc sastāva ir taukiem ļoti bagāts. Smadzenes turklāt daudzas taukskābes nevar viegli saņemt no asinīm, tāpēc uz vietas notiekošai sintēzei tur ir lielāka nozīme nekā citos orgānos.

Sintāze atkārto vienu un to pašu četru reakciju ciklu. Katrā apgriezienā ķēdei pievienojas divi oglekļa atomi, un kopā tiek patērētas divas NADPH molekulas.

Viena smalkumu ir vērts atzīmēt: malonil-KoA ienes trīs oglekļus, bet viens no tiem reakcijas laikā tiek atbrīvots kā oglekļa dioksīds. Tas nav izšķērdība, bet gan triks, kas padara savienošanās reakciju enerģētiski izdevīgu.

• Kondensācija: malonil grupa pievienojas augošajai ķēdei, atbrīvojot oglekļa dioksīdu.
• Pirmā reducēšana: keto grupa pārvēršas par hidroksilgrupu, patērējot NADPH.
• Dehidratācija: tiek atšķelts ūdens un rodas dubultsaite.
• Otrā reducēšana: dubultsaite tiek piesātināta, patērējot vēl vienu NADPH.
• Cikls sākas no jauna, līdz ķēde ir izaugusi līdz sešpadsmit oglekļiem un tiek nogriezta.

Taukskābju veidošana un taukskābju sadedzināšana notiek vienā un tajā pašā organismā, bet nekad vienlaikus vienā un tajā pašā vietā. Šī nodalīšana ir viens no skaistākajiem piemēriem tam, kā šūna izvairās no bezjēdzīgas cikliskas enerģijas dedzināšanas.

Galvenais regulācijas punkts ir nevis pati sintāze, bet gan ferments pirms tās, kas veido malonil-KoA. Malonil-KoA vienlaikus ir arī signāls, kas bloķē taukskābju ievadīšanu mitohondrijos, tāpēc viena molekula uzreiz ieslēdz uzkrāšanu un aptur dedzināšanu.

• Insulīns pēc ēdienreizes pastiprina gan fermentu aktivitāti, gan to gēnu pārrakstīšanu.
• Glikagons un badošanās to nomāc, un organisms pāriet uz tauku izmantošanu.
• Citrāta pārpilnība citoplazmā aktivē ātrumu ierobežojošo fermentu.
• Enerģijas trūkuma sensors šūnā šo fermentu fosforilē un izslēdz, un tieši caur to daļēji darbojas fiziskā slodze.
• Pati gatavā taukskābe kavē savu ražošanu, veidojot vienkāršu atgriezenisko saiti.

Taukskābju sintāzes darbs beidzas ar piesātinātu sešpadsmit oglekļu ķēdi. Viss pārējais taukskābju klāsts organismā rodas, šo ķēdi pārveidojot endoplazmatiskajā tīklā: to pagarina ar papildu fermentiem un ievieto tajā dubultsaites.

Cilvēka fermenti dubultsaiti prot ievietot tikai noteiktā attālumā no skābā gala. Tieši tāpēc mēs nespējam izgatavot linolskābi un alfa linolēnskābi, un tās jāuzņem ar uzturu. Šīs sauc par neaizvietojamām taukskābēm, un no tām organisms tālāk izveido garākas omega trešās un omega sestās rindas taukskābes.

Gatavās taukskābes reti paliek brīvas. Pārsvarā tās tiek piesaistītas glicerīnam un pārvērstas par triglicerīdiem, kurus aknas iepako lipoproteīnos un izsūta asinīs, vai arī ievietotas membrānu fosfolipīdos.

Pašizgatavoto tauku ieguldījums parastā uzturā ir salīdzinoši neliels, jo lielāko daļu tauku organisms saņem gatavā veidā. Tomēr, ja uzturā ilgstoši ir daudz ātri uzsūcošos ogļhidrātu, aknās šis ceļš strauji aktivizējas, un aknu šūnās sāk uzkrāties tauki.

Tā rodas vielmaiņas izraisīta taukainā aknu slimība. Sākumā tā nedod nekādas sūdzības un atklājas nejauši ultrasonogrāfijā vai pēc paaugstinātiem aknu rādītājiem asinīs. Daļai cilvēku tā gadu gaitā attīstās par aknu iekaisumu un rētošanos, un tieši tāpēc atradi nedrīkst uzskatīt par nenozīmīgu.

Otra joma ir onkoloģija. Daudzos audzējos taukskābju sintāzes daudzums ir daudz lielāks nekā apkārtējos veselajos audos, jo strauji dalīgām šūnām nepārtraukti vajadzīgs membrānu materiāls. Šī atšķirība padara fermentu par pētniecības interesi zāļu izstrādē.

Ar taukaino aknu slimību ikdienā strādā ģimenes ārsts, gastroenterologs vai hepatologs, un blakusslimību dēļ bieži arī endokrinologs. Ja parādās dzeltenums, ilgstošs vājums vai vēdera pietūkums, izmeklēšanu atlikt nedrīkst.

Biežākā sajaukšana ir starp taukskābju sintēzi un taukskābju oksidāciju. Jaundzimušo skrīningā meklētie taukskābju vielmaiņas defekti gandrīz visi skar noārdīšanu mitohondrijos, nevis sintēzi. Tāpēc šo slimību raksturīgā pazīme ir bīstami zems cukura līmenis badošanās vai slimības laikā, nevis tauku trūkums organismā.

Otra sajaukšana ir starp piesātinātām un nepiesātinātām taukskābēm attiecībā uz uztura ieteikumiem. Organisms pats izgatavo tieši piesātinātu taukskābi, un nepiesātinātās veidojas tikai vēlākā pārveides posmā, turklāt daļu no tām neveido vispār.

Mazāk zināms ir tas, ka zīdīšanas laikā piena dziedzerī tas pats ferments darbojas citādi. Tur klāt nāk papildu atbrīvojošais ferments, kas ķēdi nogriež agrāk, un tādēļ mātes pienā ir ievērojama daļa īsāku un vidēji garu taukskābju, kas zīdaiņa zarnās uzsūcas vieglāk nekā garās.

Un vēl viena nianse, kas izskaidro daudz: fruktoze aknās apiet galveno ogļhidrātu vielmaiņas regulācijas punktu un tāpēc sasniedz taukskābju sintēzes ceļu daudz tiešāk nekā glikoze. Tieši šis mehānisms ir iemesls, kāpēc cukurotie dzērieni tiek atsevišķi izdalīti sarunā par aknu taukainību.