《脂肪酸的生物合成》ppt课件

1、.脂肪酸在生物体内的功能：脂肪酸在生物体内的功能： 1. 1. 细胞膜的重要组成成分细胞膜的重要组成成分2. 2. 细胞内一种能量储存方式细胞内一种能量储存方式 3. 3. 细胞内一些特殊的营养成分细胞内一些特殊的营养成分 和信号物质和信号物质 植物油深海鱼油三酸甘油酯多不饱和脂肪酸 DHA EPA.脂肪酸合成的异常会引起机体很多问题：脂肪酸合成的异常会引起机体很多问题：1. 1. 肥胖肥胖2. 2. 脂肪肝脂肪肝3. 3. 生长发育缓慢、智力妨碍等生长发育缓慢、智力妨碍等问题问题1 1：脂肪酸或者是：脂肪酸或者是脂肪酸衍生物本身脂肪酸衍生物本身还有能够做什么用？还有能够做什么用？.脂肪酸合成

2、体系的两种方式脂肪酸合成体系的两种方式 I型脂肪酸合成系统多个的催化功能单元在一条肽链上多个的催化功能单元在一条肽链上该系统主要存在于真菌以及高等动物的细胞质中该系统主要存在于真菌以及高等动物的细胞质中 II型脂肪酸合成系统每个的催化功能单元都是一个独立的蛋白每个的催化功能单元都是一个独立的蛋白该系统主要存在于细菌、植物以及高等生物的线粒体中该系统主要存在于细菌、植物以及高等生物的线粒体中酵母 FAS 链酵母 FAS 链大肠杆菌脂肪酸合成的各个酶大肠杆菌脂肪酸合成的各个酶.大肠杆菌大肠杆菌IIII型脂肪酸合成系统的起始步骤型脂肪酸合成系统的起始步骤ACCACC：乙酰辅酶：乙酰辅酶A A羧化酶羧

3、化酶由由Acetyl-CoAAcetyl-CoA合成合成Malonyl-CoAMalonyl-CoAACPACP：酰基载体蛋白：酰基载体蛋白整个反响的整个反响的“Shuttle Bus“Shuttle Bus AcpSAcpS：ACPACP合成酶合成酶PPTase)PPTase)将辅酶将辅酶A A的的phosphopantetheine phosphopantetheine 基团加载到基团加载到ACPACP蛋白上，使蛋白上，使ACPACP活化活化FabDFabD：malonyl-CoA:ACP malonyl-CoA:ACP 转酰基酶转酰基酶(MAT)(MAT)将将Malonyl-CoAMal

4、onyl-CoA加载到活化的加载到活化的ACPACP蛋白上蛋白上 FabH FabH：-Ketoacyl-ACP synthase III-Ketoacyl-ACP synthase III (KS) (KS) 担任担任Malonyl-ACPMalonyl-ACP与与Acetyl-CoAAcetyl-CoA的缩合的缩合.大肠杆菌大肠杆菌IIII型脂肪酸合成系统的延伸步骤型脂肪酸合成系统的延伸步骤FabB/FabF: -Ketoacyl-ACP synthase I/II FabB/FabF: -Ketoacyl-ACP synthase I/II 担任后续的碳碳键合成担任后续的碳碳键合成, K

5、S, KSFabG: -Ketoacyl-ACP reductaseFabG: -Ketoacyl-ACP reductase酮基复原酶酮基复原酶, KR, KRFabA/Z: 3(R)-Hydroxyacyl-ACP DehydrataseFabA/Z: 3(R)-Hydroxyacyl-ACP Dehydratase脱水酶脱水酶, DH, DHFabI: Enoyl-ACP Reductase FabI: Enoyl-ACP Reductase 烯基复原酶烯基复原酶, ER, ER.脂肪酸合成前的预备任务：Acyl Carrier Protein的活化修饰 ACP: 体内数量最多的蛋白之一

6、，活性位点为丝氨酸AcpS 属于phosphopantetheinyl transferase protein superfamily它是以三聚体的方式任务，同时它的催化需求镁离子做为辅助, 将apo- ACP变为holo-ACPPhosphopantetheinyl arm 20 from CoA and ACP.脂肪酸合成的底物预备：乙酰辅酶A羧化酶 (Acetyl-CoA Carboxylase)总反响式：总反响机理：Association of acetyl-CoA carboxylase protomers.脂肪酸合成的第一步：加载MALONYL-CoA:ACP TRANSACYLA

7、SE (FabD)H3CCOSCoACCOSCoACOOHHHS-ACPHS-ACPHS-CoAHS-CoAH3CCOSACPCCOSACPCOOHHacetyl-CoAacetyl-ACPmalonyl-CoAmalonyl-ACPacetyl-CoA:ACPtransacylasemalonyl-CoA:ACPtransacylaseMAT.脂肪酸合成的第二步：起始缩合FabH：-Ketoacyl-ACP synthase III.脂肪酸合成的第三步：复原 FabG: -Ketoacyl-ACP reductase酮基复原酶, KRCCOSACPCHHOH3CNADP+CCOSACPCHH

8、OHH3CHacetoacetyl-ACP -hydroxybutyryl-ACPNADPH + H+Ketoacyl-ACP Reductase.脂肪酸合成的第三步：复原FabA/Z: 3(R)-Hydroxyacyl-ACP Dehydratase脱水酶, DHCCOSACPCHtrans-enoyl-ACPH3CHH20 -hydroxyacyl-ACPdehydraseCCOSACPCHH -hydroxyacyl-ACPOHH3CH.脂肪酸合成的第三步：复原 FabI: Enoyl-ACP Reductase 烯基复原酶, ERCCOSACPCHH3CHNADP+CCOSACPCHH

9、3CHHHtrans-enoyl-ACPenoyl-ACP reductaseNADPH + H+trans-enoyl-ACP.脂肪酸合成的最后一步：产物的释放Thioesterase 硫酯酶: TE TesACCOSACPH3CHHHS-ACPCCOOH3CHHAMP + PPiCCOSH3CHHCoA14Palmitoyl-ACP14Palmitic Acid14ThioesteraseATP + HS-CoAPalmitoyl-CoA.让我们再次回想一下大肠杆菌脂肪酸合成的过程.真菌、高等生物中的脂肪酸合成系统是另一种高度的整合方式.酵母 FAS 链酵母 FAS 链.我们以酵母中的我们

10、以酵母中的I I型脂肪酸合成系统为例对这种高度整合的复合蛋白进展阐明型脂肪酸合成系统为例对这种高度整合的复合蛋白进展阐明 该动画由耶鲁大学Prof. Xiong Yong 提供.脂肪酸合成的调理机制乙酰辅酶A羧化酶是“重兵把守的位置. 利用生物化学的传统方法在体外重建代谢途径，更清楚的研讨脂肪酸合成。Step 1：体外途径系统的构建Step 2：体外酶反响以及动力学分析Step 3：提炼信息并提供量化的数据Step 4：指点体内的遗传改造Liu T. et. al. ME 2021.体外途径重建系统可以协助我们快速找到途径中各元件的体外途径重建系统可以协助我们快速找到途径中各元件的的最正确比例

11、的最正确比例Yu X. and Liu T. et. al. PNAS 2021Reference: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesAReference: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesA 1:1:1:1:1:1:1:1:10:10 1:1:1:1:1:1:1:1:10:10Optimized: FabA:FabB:FabD:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesAOptimized: FabA:FabB:Fab

12、D:FabF:FabG:FabH:FabI:FabZ:holo-ACP:TesA 1:1:1:1:1:1:10:10:30:30 1:1:1:1:1:1:10:10:30:30在优化体系中每个酮基羧化酶在优化体系中每个酮基羧化酶每秒可以催化合成每秒可以催化合成1.61.6个个C16C16的的脂肪酸分子脂肪酸分子, ,这是我们第一次看这是我们第一次看到该途径如此高效。到该途径如此高效。实现这一个过程我们只改动实现这一个过程我们只改动了整个系统中四种酶的比例了整个系统中四种酶的比例.脂肪酸合成途径还能协助我们处理生活中很多问题脂肪酸合成途径还能协助我们处理生活中很多问题Liu T. and Kho

13、sla C. Annual Review of Genetics, 2021.合成生物学中的经典案例合成生物学中的经典案例Metabolic Engineering, 2021,2021; Nature, 2021Science, 2021 ; Annual Review of Genetics, 2021.大家能否知道这些药物的生物合成机制？大家能否知道这些药物的生物合成机制？抗菌药物抗菌药物 红霉素红霉素降血脂药物降血脂药物 辛伐他汀辛伐他汀抗癌药物抗癌药物多柔比星多柔比星.聚酮合酶与脂肪酸合成酶是一对孪生兄弟聚酮合酶与脂肪酸合成酶是一对孪生兄弟聚酮合酶合成的化合物构造更加多变：聚酮合酶合

14、成的化合物构造更加多变：起始单位不同起始单位不同 3. 3. 循环数不同循环数不同延伸单位不同延伸单位不同 4. 4. 释放和环化的位置不同释放和环化的位置不同5.5.各构造单元参与的程度不同各构造单元参与的程度不同.红霉素前体：红霉素前体：6-6-脱氧红霉内酯脱氧红霉内酯B B合成酶中的各构造域组成合成酶中的各构造域组成和相应的拓扑构造以及每步催化的反响和相应的拓扑构造以及每步催化的反响最经典的最经典的I I型聚酮合酶：红霉素内酯的生物合成型聚酮合酶：红霉素内酯的生物合成像一条严谨有序的装配线.反复运用的反复运用的I I型聚酮合酶的代表例子型聚酮合酶的代表例子辛伐他汀的前体合成.本节小结：本

15、节小结：1. 1. 脂肪酸合成系统分为脂肪酸合成系统分为I I型和型和IIII型两类型两类2. 2. 脂肪酸合成系统包括脂肪酸合成系统包括 KS, MAT, ACP, KR, DH, ER, TE KS, MAT, ACP, KR, DH, ER, TE 3. 3. 乙酰辅酶乙酰辅酶A A羧化酶是脂肪酸合成调理的重点羧化酶是脂肪酸合成调理的重点4. 4. 聚酮合酶是天然药物合成的重要部分，其合成机理与脂肪酸聚酮合酶是天然药物合成的重要部分，其合成机理与脂肪酸 合成完全类似，只是添加更多变量合成完全类似，只是添加更多变量.作业与思索题：作业与思索题：1. 1. 脂肪酸分子的合成能否可以不依赖于脂

16、肪酸分子的合成能否可以不依赖于ACPACP的合成？能否可以靠衔接在的合成？能否可以靠衔接在辅酶辅酶A A上进展？在聚酮合酶中有没有这种能够？上进展？在聚酮合酶中有没有这种能够？Engineered reversal of the -oxidationcycle for the synthesis of fuels andEngineered reversal of the -oxidationcycle for the synthesis of fuels andchemicals.chemicals.Dellomonaco C,Clomburg JM,Miller EN,Gonzalez R.Dellomonaco C,Clomburg JM,Miller EN,Gonzalez R.Nature.2021Aug 10;476