在生物化学中,脂肪酸的合成是将脂肪酸从醋酸酰辅酶A(acetyl-CoA)和NADPH透过脂肪酸合成酶的作用来创建的过程。这一过程发生在细胞的细胞质中。人体内大多数转换为脂肪酸的醋酸酰辅酶A主要来自于碳水化合物,通过糖解作用产生的产物。此外,糖解作用还提供了甘油,与三个脂肪酸以酯键结合,最终形成三酸甘油酯,也就是俗称的「脂肪」。脂肪的最终产品涉及到脂质合成的整个过程。
细胞膜的主要成分是磷脂,它们在内部围绕着细胞核、线粒体、内质网、戈尔基体等细胞器。
除了细胞质中的脂肪酸合成外,还有线粒体脂肪酸合成(mtFASII),在这个过程中,丙二酸CoA是通过丙二酸酰辅酶合成酶(ACSF3)从丙二酸中生成的,然后经由一系列中间步骤最终产生辛酰辅酶A(C8)。
直链脂肪酸分为两种:饱和和不饱和。后者是由前者产生的。
饱和直链脂肪酸的合成是透过六个重复的反应步骤,直到产生16碳的棕榈酸。这些反应由脂肪酸合成酶II(FASII)执行,该酶通常是一个包含多个酶的复合体。 FASII主要存在于原核生物、植物、真菌和寄生虫中,也存在于线粒体中。至于动物以及一些真菌,则透过脂肪酸合成酶I(FASI)进行这些反应,该酶是一种大型二聚体,具备所有合成脂肪酸所需的酶活性。
NADPH是脂肪酸合成的还原剂,而在β-氧化过程中,NAD则是氧化剂。
在合成过程中,还原剂NADPH的来源主要来自两方面,一是通过「NADP+-依赖的苹果酸酶」的氧化脱羧反应生成,另一则来自于将葡萄糖转化为核糖的五碳磷酸途径。在这些过程中,丙酮酸是将碳水化合物转化为脂肪酸的重要中介物。
在人体中,脂肪酸主要在肝脏和脂肪组织中形成,同时也在哺乳期间的乳腺中合成。糖解产生的丙酮酸需转化为醋酸酰辅酶A,然后运入细胞质进行脂肪酸及胆固醇的合成。值得注意的是,这液不可以直接进入细胞质。
在动物的体内,主要储存的燃料是脂肪。一位年轻的成年人脂肪储存量一般在15至20公斤之间,然而其变化大,与年龄、性别及个人特质有关。
动物的脂肪酸代谢之路与糖的生成途径存在相互抑制的特性,无法实现脂肪酸向碳水化合物的转化。
脂肪酸在线粒体内通过β氧化过程被分解成醋酸酰辅酶A,而合成则在细胞质中进行,这两个过程不仅发生在不同的区域,且所用的底物及化学反应也各有不同。这种相互抑制的关系,保证了脂肪酸合成与分解的平衡。
醋酸酰辅酶A转化为丙二酸酰辅酶的过程由醋酸酰辅酶羧化酶调控,这是饱和直链脂肪酸合成的调控点,会受到磷酸化和变构调控的影响。
不饱和脂肪酸的合成可以通过厌氧或有氧两种路径处理。许多细菌利用厌氧途径合成不饱和脂肪酸,这一途径不需氧的参与,而是依赖特定的酶在合成过程中插入双键。
在真核细胞中,主要的有氧不饱和脂肪酸合成途径依赖于去饱和酶来将饱和脂肪酸转化为不饱和脂肪酸。
不饱和脂肪酸是生物多样性的重要组成部分,并且一些必需脂肪酸必须透过饮食获得,因为哺乳动物无法自行合成。这些必需脂肪酸在细胞内部活动中扮演重要角色,其中包括作为生物活性化合物的前体,参与多种细胞功能和信号的调节。
脂肪酸合成的过程如同一场精密的旅程,从醋酸酰辅酶A开始,经过多重调控,最终转换为多样性的脂肪酸类型,哪些过程是对人类生理特别关键的呢?