Kyselina pantothenová (vitamin B5): Funkce

Intermediální metabolismus

kyselina pantotenová, ve formě koenzymu A, se podílí na mnoha reakcích v intermediárním metabolismu. To zahrnuje energii, metabolismus sacharidů, tuků a aminokyselin. Je charakterizován metabolickými cestami vyskytujícími se na rozhraní anabolického a katabolického metabolismu. anabolické procesy - budování - zahrnují enzymatickou syntézu velkomolekulárních buněčných složek, jako je např sacharidy, Proteinů a tuky, z menších molekuly pomocí ATP. Katabolické - degradační reakce jsou charakterizovány oxidačním rozkladem velké živiny molekuly, Jako sacharidy, tuky a Proteinů, na menší jednodušší molekuly, jako jsou pentózy nebo hexózy, mastné kyseliny, aminokyseliny, uhlík oxid uhličitý a voda. S katabolismem je spojeno uvolňování energie ve formě ATP. Základní funkcí koenzymu A je přenos acylových skupin. V tomto procesu CoA navazuje na jedné straně spojení s acylovým zbytkem, který má být převeden, a na druhé straně spojení s důležitými enzymy intermediárního metabolismu. Tímto způsobem jak acylové skupiny, tak i enzymy jsou aktivovány, což jim umožňuje podstoupit určité chemické reakce v těle dostatečnou rychlostí. Bez koenzymu A by vazební partneři byli mnohem reaktivnější. Přenos acylové skupiny koenzymem A probíhá následovně. V prvním kroku koenzym A, volně navázaný na apoenzym - proteinovou část enzymu - přebírá acylovou skupinu od vhodného dárce, jako je pyruvát, alkan nebo mastné kyseliny. Vazba mezi CoA a acylem nastává mezi SH skupinou (thiolovou skupinou) cysteaminového zbytku molekuly koenzymu A a karboxylovou skupinou (COOH) acylu. Tato vazba se nazývá thioesterová vazba. Má velmi vysoký obsah energie a má vysoký potenciál přenosu do skupiny. Známými thioesterovými vazbami jsou například acetyl-, propionyl- a malonyl-CoA a také thioester mastných kyselin-CoA. Nakonec skupina SH koenzymu A představuje jeho reaktivní skupinu, proto je koenzym A často zkrácen jako CoA. -SH. Ve druhém kroku se koenzym A štěpí z jednoho apoenzymu ve spojení s acylovým zbytkem jako acyl-CoA a přenáší se na další apoenzym. V posledním kroku přenáší CoA vázaný na enzym acylovou skupinu na vhodný akceptor, například na oxaloacetát nebo na syntázu mastných kyselin. Mezi získáním a uvolněním acylové skupiny pomocí CoA může také dojít k několika reakcím katalyzovaným enzymem. Například struktura acylové skupiny může být změněna během vazby na koenzym A - například enzymatická přeměna kyseliny propionové na sukcinát. Podíl kyseliny pantothenové jako koenzymu A na metabolismu aminokyselin Enzymatická syntéza:

Enzymatická degradace:

  • Isoleucin, leucin a tryptofan na acetyl-CoA.
  • Valin na methylmalonyl-CoA
  • Isoleucin k propionyl-CoA
  • Fenylalanin, tyrosin, lysin a tryptofan na acetoacetyl-CoA
  • Leucin až 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA

Kyselina pantothenová nadále hraje ústřední roli v

Modifikace buňky Proteinů. Acylové a acetylační reakce mohou silně ovlivnit aktivitu, strukturu a lokalizaci proteinů. Nejběžnější modifikací je přenos acetylové skupiny CoA na N-terminální konec peptidového řetězce, obvykle na methionin, alanin Jako možná funkce této acetylace je diskutována ochrana buněčných proteinů proti proteolytické degradaci. acetylcholin, kyselina pantothenová je nezbytný pro vznik taurin a 2-aminoethansulfonová kyselina. Taurin je stabilním konečným produktem v metabolismu síra-obsahující aminokyseliny cystein a methionin. Sloučenina podobná aminokyselině působí na jedné straně jako a neurotransmiter (poselská látka) a na druhé straně slouží ke stabilizaci tekutiny vyvážit v buňkách. Navíc, taurin podílí se na údržbě imunitní systém a předchází zánětu.

Acetyl koenzym A

Pro střední metabolismus je nejvýznamnější estery koenzymu A je aktivován octová kyselina, acetyl-CoA. Je to konečný produkt katabolického metabolismu sacharidů, tuků a aminokyselin nebo bílkovin. Acetyl-CoA vytvořený z sacharidy, tuky a bílkoviny mohou být zavedeny do citrátového cyklu přenosem acetylové skupiny na oxaloacetát pomocí CoA-dependentní citrátsyntázy za vzniku citrátu, kde může být zcela degradován na uhlík oxid a voda k získání energie ve formě ATP. Hlavním derivátem CoA v citrátovém cyklu je aktivovaná kyselina jantarová, sukcinyl-CoA. Je tvořen z alfa-ketoglutarátu jako výsledek dekarboxylační reakce CoA-závislou alfa-ketoglutarát dehydrogenázou. Působením jiného enzymu závislého na CoA vede reakce sukcinyl-CoA s glycinem k tvorbě kyseliny delta-aminolevulinové. Ten je předchůdcem corrinova prstence vitamin B12 a porfyrinový kruh v cytochromech i v hemových proteinech, jako je např hemoglobin, v kyselina pantothenová nedostatek, anémie (anémie) se vyskytuje při pokusech na zvířatech kvůli deficitu hemoglobinKromě katabolických metabolických procesů se acetyl-CoA účastní následujících syntéz:

  • Mastné kyseliny, triglyceridů, a Fosfolipidy.
  • Ketonová tělíska - acetoacetát, aceton a kyselina beta-hydroxymaslová.
  • Steroidy, jako např cholesterolu, žlučové kyseliny, ergosterol - prekurzor ergokalciferolu a vitaminu D2, v uvedeném pořadí, nadledvin a pohlaví hormonů.
  • Všechny složky složené z izoprenoidových jednotek, jako je ubichinon, respektive koenzym Q, s lipofilním isoprenoidovým postranním řetězcem - kyselina mevalonová je prekurzorem isoprenoidů a je tvořena kondenzací tří molekul acetyl-CoA.
  • Heme - komplex porfyrinu obsahující železo nalezený jako protetická skupina v proteinech známých jako cytochromy; hlavní odvozené hemoproteiny zahrnují hemoglobin (krevní barvivo), myoglobin a cytochromy mitochondriálního dýchacího řetězce a systémy degradující léky - P450
  • Acetylcholin, jeden z nejdůležitějších neurotransmiterů v mozek - například zprostředkovává přenos excitace mezi nervem a svalem na nervosvalové koncové desce a přenos z první do druhé ze dvou nervových buněk zapojených do série v autonomním nervový systémtj. v sympatickém i parasympatickém nervovém systému
  • Tvorba cukrů důležitých složek glykoproteinů a glykolipidů, jako je N-acetylglukosamin, N-acetylgalaktosamin a kyselina N-acetylneuroamová - glykoproteiny slouží například jako strukturní složky buněčných membrán, hlenu (hlenu) různých sliznic, hormony, jako je thyrotropin, imunoglobuliny a interferony, a pro buněčnou interakci prostřednictvím membránových proteinů; glykolipidy se také podílejí na konstrukci buněčných membrán

Dále acetyl-CoA reaguje s drogy, Jako sulfonamidy, které musí být acetylovány pro jejich vylučování v játra. Acetyl-CoA tedy přispívá k detoxikace of drogyAcetylace peptidu hormonů během jejich štěpení z polypeptidového prekurzoru ovlivňuje jejich aktivitu různými způsoby. Například adrenalin je inhibován ve své aktivitě v důsledku přenosu acetylové skupiny na N-terminální konec peptidového řetězce, zatímco hormon MHS stimulující melanocyty je aktivován acetylací. Příklady enzymů zprostředkovaných CoA metabolismus podílející se na tvorbě a degradaci acetyl-CoA:

  • Pyruvát dehydrogenáza - po glykolýze (glukóza tento enzymový komplex vede k oxidativní dekarboxylaci pyruvátu na acetyl-CoA.
  • Acetyl-CoA karboxyláza - přeměna acetyl-CoA na malonyl-CoA pro syntézu mastných kyselin.
  • Acyl-CoA dehydrogenáza, t-enol-CoA hydratáza, beta-hydroxyacyl-CoA dehydrogenáza, thioláza - degradace nasycených mastných kyselin v rámci beta-oxidace na acetyl-CoA; při beta-oxidaci se vždy dva atomy uhlíku postupně odštěpují od mastné kyseliny ve formě acetyl-CoA - například degradace nasycené kyseliny palmitové - C16: 0 - tvoří se osm molekul acetyl-CoA
  • Thioloáza, 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reduktáza - HMG reduktáza - bývalý enzym vede k přeměně acetyl-CoA na 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA, který může dále reagovat za vzniku ketonových tělísek; HMG reduktáza redukuje HMG-CoA na mevalonát pro syntézu steroidů patřících k lipidy, Jako cholesterolu.

Acyl koenzym A

Acyl-CoA je název aktivovaného zbytku mastné kyseliny. Protože mastný kyseliny jsou relativně inertní, musí být nejprve aktivovány CoA, než mohou podstoupit reakce. Enzym rozhodující pro aktivaci je acyl-CoA syntetáza, známá také jako thiokináza, což je enzym závislý na CoA. Thiokináza vede k tvorbě acyladenylátu přidáním ATP ke karboxylové skupině mastné kyseliny štěpením dvou fosfát zbytky z ATP. V tomto procesu adenosin trifosfát se převádí na adenosinmonofosfát - AMP. Následně se AMP odštěpí z acyladenylátu a energie uvolněná v tomto procesu se použije k esterifikaci acylové skupiny koenzymem A. Tento krok je také katalyzován thiokinázou. kyseliny jsou schopné reakcí, jako je beta-oxidace, pouze ve formě energeticky bohaté sloučeniny s CoA. Pro beta-oxidaci - degradaci nasycených mastných kyselin kyseliny - acyl-CoA musí být transportován do mitochondriální matrice. Mastné kyseliny s dlouhým řetězcem mohou procházet vnitřní mitochondriální membránou pouze pomocí transportní molekuly L-karnitinu. CoA přenáší acylovou skupinu na karnitin, který transportuje zbytek mastné kyseliny do mitochondriální matrice. Tam je acylová skupina vázána koenzymem A, takže je opět přítomen acyl-CoA. V mitochondriální matrici začíná skutečná beta oxidace. Vyskytuje se postupně v opakující se sekvenci čtyř jednotlivých reakcí. Produkty jedné sekvence ze čtyř jednotlivých reakcí zahrnují molekulu mastné kyseliny, která je dvě uhlík atomy kratší ve formě acyl-CoA a acetylový zbytek vázaný na koenzym A, který se skládá ze dvou atomů C mastné kyseliny, které byly odštěpeny. Mastná kyselina, která je o dva atomy C menší, se vrací do první krok beta-oxidace a prochází obnoveným zkrácením. Tato reakční sekvence se opakuje, dokud na konci nezůstanou dvě molekuly acetyl-CoA. Ty mohou vstoupit do citrátového cyklu pro další degradaci nebo mohou být použity pro syntézu ketonových tělísek nebo mastných kyselin. Kromě přenosu acetylových skupin je důležitý také přenos acylových zbytků koenzymem A. Acylace s nasycenou C14 mastnou kyselinou myristovou se často vyskytují, přičemž acylový zbytek je vázán na N-terminální glycinový zbytek proteinu, jako je cytochromreduktáza a protein kináza. CoA také přenáší acyl z C16 mastné kyseliny palmitové na serin nebo cystein zbytky bílkovin, jako např železo transferin receptor, inzulín receptor a membránové glykoproteiny buněk z imunitní systémPravděpodobně tyto acylace slouží k tomu, aby se protein mohl vázat na biomembrány. Dále se diskutuje o tom, že přenos acylové skupiny ovlivňuje schopnost proteinu účastnit se regulačních kroků signální transdukce.

4-fosfopantethein jako koenzym syntázy mastných kyselin

Kromě svého významu jako stavebního bloku koenzymu A má kyselina pantothenová ve formě fosfopantetheinu důležitou funkci jako protetická skupina acylového nosného proteinu (ACP) syntázy mastných kyselin. Syntáza mastných kyselin představuje multifunkční protein, který je složením rozdělen do různých prostorových částí. Každá z těchto sekcí má jednu z celkem sedmi enzymatických aktivit. Jedna z těchto sekcí se skládá z proteinu acylového nosiče, který obsahuje periferní SH skupinu tvořenou cysteinylovým zbytkem a centrální SH skupinu. 4-fosfopantethein tvoří centrální SH skupinu tím, že je kovalentně vázán s jeho fosfát Skupina na serinový zbytek ACP. Biosyntéza nasycených mastných kyselin probíhá v uspořádané cyklické sekvenci, přičemž syntetická mastná kyselina je postupně nabízena jednotlivým enzymovým sekcím syntázy mastných kyselin. Během syntézy má terminální SH skupina 4-fosfopantetheinu roli akceptoru pro malonylový zbytek, který má být absorbován během každé manipulace. Kromě toho slouží jako nosič pro rostoucí mastnou kyselinu. Koenzym A se také podílí na tvorbě mastných kyselin a jejich zabudování do například sfingolipidů nebo Fosfolipidy [4, 10. Sfingolipidy jsou stavební kameny myelinu (myelinová vrstva neuronu, tj. a nervová buňka) a jsou tedy důležité pro přenos nervového signálu. Fosfolipidy patří do rodiny lipidových lipidů a tvoří hlavní složku lipidové dvojvrstvy biomembrány. Pro zahájení biosyntézy mastných kyselin přenáší CoA acetylovou skupinu na enzymatickou SH skupinu a malonylový zbytek na enzymově vázanou 4− fosfopantethein syntázy mastných kyselin. Ke kondenzaci dochází mezi acetylovými a malonylovými radikály, což vede k tvorbě beta-ketoacylthioesteru s odstranění of oxid uhličitý. Snížení, odstranění of vodaa další redukce vede k nasycenému acylthioesteru. S každým cyklickým cyklem se řetězec mastných kyselin prodlužuje o dva atomy uhlíku. K syntéze jednoho molu mastné kyseliny C16 nebo C18 je jako startéru zapotřebí jeden mol acetyl-CoA a sedm nebo osm molů malonyl-CoA jako dodavatelů dalších jednotek C2.