व्याख्यान 27

फैटी एसिड और ट्राइएसिलग्लिसरॉल जैवसंश्लेषण

फैटी एसिड का जैवसंश्लेषण

• यह सोचा गया था कि फैटी एसिड जैवसंश्लेषण (fatty acid biosynthesis) β-ऑक्सीकरण मार्ग (β-oxidation pathway) के उलट होने से हुआ।
• इसके विपरीत, यह एक अलग मार्ग से होता है जो कई मायनों में β-ऑक्सीकरण से भिन्न होता है।

1. संश्लेषण (Synthesis) साइटोसोल (cytosol) में होता है, क्षरण (degradation) या ऑक्सीकरण के विपरीत, जो माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में होता है।
2. फैटी एसिड संश्लेषण (fatty acid synthesis) में मध्यवर्ती (Intermediates) एक एसाइल वाहक प्रोटीन के सल्फहाइड्रील समूह से सहसंयोजक रूप से जुड़े होते हैं जबकि फैटी एसिड टूटने (fatty acid breakdown) में मध्यवर्ती कोएंजाइम ए (coenzyme A) से बंधे होते हैं।
3. जानवरों में फैटी एसिड संश्लेषण के एंजाइम एक ही पॉलीपेप्टाइड शृंखला (single polypeptide chain) में जुड़ जाते हैं जिसे फैटी एसिड सिंथेज़ (fatty acid synthase) कहा जाता है। इसके विपरीत, क्षरण एंजाइम (degradative enzymes) जुड़े हुए नहीं लगते हैं। पौधे बायोसिंथेटिक प्रतिक्रियाओं को अंजाम देने के लिए अलग-अलग एंजाइमों का उपयोग करते हैं।
4. फैटी एसिड संश्लेषण में रिडक्टेंट (reductant) \(NADPH\) है, जबकि फैटी एसिड ऑक्सीकरण (fatty acid oxidation) में ऑक्सीडेंट NAD+ और FAD हैं।

लिपिड (lipid) और कोलेस्ट्रॉल जैवसंश्लेषण में उपयोग के लिए माइटोकॉन्ड्रियन (mitochondrion) के भीतर से साइटोप्लाज्म (cytoplasm) में एसिटाइल-CoA इकाइयों (acetyl-CoA units) की गति के लिए मार्ग।

फैटी एसिड जैवसंश्लेषण में निम्नलिखित सात चरण शामिल हैं:

i) मैलोनिल CoA का निर्माण (Formation of malonyl CoA)

• एसिटाइल CoA (acetyl CoA) से मैलोनिल CoA (malonyl CoA) का संश्लेषण एसिटाइल CoA कार्बोक्सिलेज (acetyl CoA carboxylase) द्वारा उत्प्रेरित किया जाता है जिसमें बायोटिन (biotin) प्रोस्थेटिक समूह (prosthetic group) के रूप में होता है।
• मैलोनिल CoA का उत्पादन फैटी एसिड संश्लेषण में प्रारंभिक और नियंत्रक चरण है।
• इस प्रतिक्रिया में, बाइकार्बोनेट (bicarbonate) CO₂ के स्रोत के रूप में कार्य करता है।
• प्रतिक्रिया दो चरणों में होती है, अर्थात् ATP को शामिल करते हुए बायोटिन का कार्बोक्सिलेशन और कार्बोक्सिल समूह का एसिटाइल CoA में स्थानांतरण जिससे मैलोनिल CoA बनता है।
• एसिटाइल CoA कार्बोक्सिलेज फैटी एसिड चयापचय (fatty acid metabolism) को विनियमित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और इसे फॉस्फोरिलीकरण (phosphorylation) द्वारा निष्क्रिय (inactivated) किया जाता है।

ii) एसिटाइल और मैलोनिल ACP का निर्माण (Formation acetyl and malonyl ACP)

• एसिटाइल ट्रांससाइलेज़ (Acetyl transacylase) और मैलोनिल ट्रांससाइलेज़ (malonyl transacylase) क्रमशः एसिटाइल ACP (acetyl ACP) और मैलोनिल ACP के गठन को उत्प्रेरित करते हैं।
• एसिटाइल ट्रांससाइलेज़ एसिटाइल के साथ-साथ एसाइल समूहों को स्थानांतरित कर सकता है जबकि मैलोनिल ट्रांससाइलेज़ अत्यधिक विशिष्ट है।

iii) एसिटोएसिटाइल - ACP (β-कीटोएसिल ACP) का निर्माण (Formation of acetoacetyl - ACP (β-ketoacyl ACP))

• एसिटोएसिटाइल ACP (acetoacetyl ACP) बनाने के लिए एसिटाइल ACP मैलोनिल ACP के साथ संघनित (condenses) होता है।
• कार्बन डाइऑक्साइड को मैलोनिल ACP से हटा दिया जाता है।

iv) β-कीटोएसिल ACP का β-हाइड्रॉक्सिल एसाइल ACP में कमी (Reduction of β-ketoacyl ACP to β-hydroxyl acyl ACP)

• एसिटोएसिटाइल ACP में β-कीटो समूह (β- keto group) को \(NADPH\)-निर्भर β-कीटोएसिल रिडक्टेस (\(NADPH\)- dependent β-ketoacyl reductase) द्वारा कम (reduced) किया जाता है।

v) असंतृप्त एसाइल ACP का निर्माण

• β-हाइड्रॉक्सिल समूह (β-hydroxyl group) γ-कार्बन (γ-carbon) से जुड़े हाइड्रोजन परमाणु के साथ जुड़ता है और α, β-असंतृप्त एसाइल ACP (α, β-unsaturated acyl ACP) बनाने के लिए एक पानी का अणु हटा दिया जाता है।

vi) एसाइल ACP का निर्माण

• असंतृप्त एसाइल ACP को अगले चरण में कोएंजाइम के रूप में \(NADPH\) का उपयोग करके एंजाइम α,β-असंतृप्त एसाइल ACP रिडक्टेस (α,β-unsaturated acyl ACP reductase) द्वारा संतृप्त एसाइल ACP में परिवर्तित किया जाता है।
• परिणामी उत्पाद में प्रारंभिक सामग्री की तुलना में दो अधिक कार्बन परमाणु होते हैं।
• मैलोनिल ACP के माध्यम से बाद की एसिटाइल इकाइयों को जोड़ने से 16-कार्बन पामिटेट का निर्माण होता है।

फैटी एसिड संश्लेषण की स्टोइकोमेट्री

पामिटेट (palmitate) के संश्लेषण की स्टोइकोमेट्री (stoichiometry) नीचे दी गई है:

उपरोक्त प्रतिक्रिया में प्रयुक्त मैलोनिल CoA के संश्लेषण (synthesis of the malonyl CoA) का समीकरण है:

पामिटेट के संश्लेषण के लिए समग्र स्टोइकोमेट्री है:

• फैटी एसिड संश्लेषण और क्षरण पारस्परिक रूप से विनियमित होते हैं ताकि दोनों एक साथ सक्रिय न हों।

फैटी एसिड का बढ़ाव या लंबी शृंखला वाले फैटी एसिड का संश्लेषण

• फैटी एसिड सिंथेज़ संकुल द्वारा बढ़ाव (Elongation) पामिटेट (16 C) के निर्माण पर रुक जाता है।
• आगे बढ़ाव (elongation) और डबल बॉन्ड का निर्माण अन्य एंजाइम प्रणालियों द्वारा किया जाता है।
• फैटी एसिड जैवसंश्लेषण का प्रमुख उत्पाद 16-कार्बन फैटी एसिड, पामिटेट (palmitate) है।
• लंबी शृंखला वाले फैटी एसिड को संश्लेषित करने के लिए अतिरिक्त एंजाइमों (Additional enzymes) की आवश्यकता होती है।
• चेन बढ़ाव प्रतिक्रियाएं माइटोकॉन्ड्रिया (mitochondria) और माइक्रोसोम (microsomes) दोनों में होती हैं। माइक्रोसोम छोटे झिल्ली-संलग्न पुटिकाएं हैं जो कोशिकाओं के एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से प्राप्त होती हैं।
• माइटोकॉन्ड्रिया और माइक्रोसोम फैटी एसिड में दो-कार्बन इकाइयों को जोड़कर शृंखला बढ़ाव करते हैं।
• माइक्रोसोमल प्रणाली का बहुत शारीरिक महत्व है क्योंकि यह पशु प्रणाली में तंत्रिका कोशिकाओं के मायलिनेशन (myelination) के लिए आवश्यक लंबी शृंखला फैटी एसिड (18-24C) प्रदान करता है।
• शृंखला बढ़ाव संघनन (condensation), कमी (reduction), निर्जलीकरण (dehydration) के एक चक्र द्वारा होता है, इसके बाद एक और कमी होती है जो साइटोसोलिक फैटी एसिड जैवसंश्लेषण के समानांतर (parallels) होती है।
• अधिक सक्रिय बढ़ाव प्रणाली पामिटॉयल-CoA (palmitoyl-CoA) में दो कार्बन जोड़ती है ताकि इसे स्टेरोयल CoA (steroyl CoA) बनाया जा सके।
• बढ़ाव का तंत्र एंजाइम सिस्टम और एसाइल वाहक प्रोटीन (acyl carrier protein) को छोड़कर पामिटेट (palmitate) के संश्लेषण में ज्ञात तंत्र के समान है।

असंतृप्त फैटी एसिड का जैवसंश्लेषण

• पामिटेट (Palmitate) और स्टीयरेट (stearate) क्रमशः दो सबसे आम मोनोअनसैचुरेटेड फैटी एसिड (monounsaturated fatty acids), पामिटोलिएट (palmitoleate), 16:1, (Δ9) और ओलिएट (oleate), 18:1 (Δ9) के अग्रदूत (precursors) के रूप में काम करते हैं।
• इनमें से प्रत्येक फैटी एसिड में C-9 और C-10 के बीच एक डबल बॉन्ड होता है।
• फैटी एसाइल-CoA डेसट्यूरेज़ (fatty acyl-CoA desaturase) द्वारा उत्प्रेरित एक ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रिया द्वारा फैटी एसिड शृंखला में डबल बॉन्ड पेश किया जाता है, जो \(NADPH\)-निर्भर एंजाइम है।
• असंतृप्त फैटी एसिड (unsaturated fatty acids), लिनोलिएट (linoleate), 18:2 (Δ9,12) और α-लिनोलेनेट (α-linolenate), 18:3 (Δ9,12,15) स्तनधारियों (mammals) द्वारा संश्लेषित नहीं किए जा सकते हैं; लेकिन पौधे दोनों को संश्लेषित कर सकते हैं।
• उपरोक्त दोनों फैटी एसिड के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार डेसट्यूरेसेस (desaturases) पौधों के एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में मौजूद हैं।
• संयंत्र डेसट्यूरेसेस (plant desaturases) फॉस्फेटिडिलकोलाइन-बाउंड ओलिएट को ऑक्सीकृत करते हैं और पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड (polyunsaturated fatty acids) का उत्पादन करते हैं और फैटी एसिड में सीधे डबल बॉन्ड नहीं जोड़ते हैं।
• एक बार अंतर्ग्रहण (ingested) होने के बाद, लिनोलिएट (linoleate) आसानी से जानवरों और मनुष्यों में γ-लिनोलेनेट (γ-linolenate), एराकिडोनिक एसिड (arachidonic acid) आदि जैसे अन्य पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड में परिवर्तित हो जाता है।

ट्राइएसिलग्लिसरॉल का जैवसंश्लेषण

• ट्राइएसिलग्लिसरॉल (Triacylglycerols) लिपोलिसिस (lipolysis) के उलट (reversal) होने से संश्लेषित (synthesised) नहीं होते हैं।
• वे एक अलग तंत्र द्वारा संश्लेषित होते हैं जिसमें ग्लिसरॉल (glycerol) और फैटी एसिड (fatty acids) दोनों एसाइलग्लिसरॉल (acylglycerols) में शामिल होने से पहले ATP द्वारा सक्रिय (activated) होते हैं।

i) ग्लिसरॉल का सक्रियण

• ग्लिसरॉल किनेज (Glycerol kinase) ग्लिसरॉल 3-फॉस्फेट में ग्लिसरॉल (glycerol) के सक्रियण को उत्प्रेरित करता है।
• यदि ग्लिसरॉल किनेज कम मात्रा में पाया जाता है या अनुपस्थित है, तो ग्लिसरॉल 3-फॉस्फेट ग्लाइकोलाइसिस (glycolysis) से प्राप्त डायहाइड्रॉक्सीसिटोन फॉस्फेट से बनेगा और यह प्रतिक्रिया एंजाइम ग्लिसरॉल 3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज (glycerol 3-phosphate dehydrogenase) द्वारा उत्प्रेरित होती है।

ii) फैटी एसिड का सक्रियण

• ATP और CoASH का उपयोग करते हुए एंजाइम एसाइल CoA सिंथेटेस (acyl CoA synthetase) द्वारा फैटी एसिड एसाइल CoA (acyl CoA) में सक्रिय (activated) हो जाते हैं।
• एसाइल CoA के दो अणु 1,2-डायसिलग्लिसरॉल फॉस्फेट बनाने के लिए ग्लिसरॉल 3-फॉस्फेट के साथ जुड़ते हैं।
• 1,2-डायसिल ग्लिसरॉल फॉस्फेट का निर्माण दो चरणों में होता है, जो ग्लिसरॉल 3-फॉस्फेट एसाइल ट्रांसफरेज़ और फिर 1-एसाइल ग्लिसरॉल 3-फॉस्फेट एसाइल ट्रांसफरेज़ द्वारा उत्प्रेरित होता है।
• 1,2-डायसिल ग्लिसरॉल बनाने के लिए फॉस्फेटिडिक फॉस्फेट (phosphatidate phosphatase) द्वारा 1,2-डायसिल ग्लिसरॉल फॉस्फेट से फॉस्फेट समूह को हटा दिया जाता है।
• ट्राइएसिलग्लिसरॉल (Triacylglycerols) अंततः डायसिलग्लिसरॉल (diacylglycerol) के साथ एसाइल CoA के एक या अधिक अणु के एस्टरीफिकेशन (esterification) द्वारा बनते हैं।

ट्राइएसिलग्लिसरॉल जैवसंश्लेषण के लिए वैकल्पिक मार्ग (Alternative pathway for triacylglycerol biosynthesis)

• इस मार्ग में, ग्लाइकोलाइसिस (glycolysis) से डायहाइड्रॉक्सीसिटोन फॉस्फेट \(NADPH\) द्वारा कम किया जाता है, एसाइलेटेड (acylated) किया जाता है और लिसोफोस्फेटिडैट (lysophosphatidate) में परिवर्तित किया जाता है।
• यह मार्ग कुल ट्राइएसिलग्लिसरॉल संश्लेषण के 10% से भी कम के लिए जिम्मेदार है।