Syntáza mastných kyselín

Syntáza mastných kyselín alebo syntáza karboxylových kyselín (označovaná ako FAS z anglického fatty acid synthase) je multienzýmový komplex, ktorý sa účastní syntézy mastných kyselín. Nejde o jeden enzým, ale o enzýmový komplex zložený z dvoch identických multifunkčných polypeptidových podjednotiek, každej z hmotnosťou 272 kDa, pričom substrát reakcií sa postupne presúva z jednej funkčnej domény k druhej v rámci celého komplexu.

Hlavnou funkciou FAS je syntéza mastných kyselín, primárne kyseliny palmitovej (C16:0, nasýtenej mastnej kyseliny s dlhým reťazcom) z acetylkoenzýmu A a malonylkoenzýmu A v prítomnosti NADPH. Syntéza mastných kyselín prebieha pomocou série dekarboxylačných Claisenových kondenzácií. Po každom kole predĺženie reťazca sa beta ketoskupina redukuje na nasýtený uhlíkový reťazec pomocou reakcií katalyzovaných postupne ketoreduktázou (KR), dehydratázou (DH) a enoylreduktázou (ER). Predlžujúci sa reťazec mastnej kyseliny sa medzi týmito aktívnymi miestami presúva tak, že je kovalentne naviazaný na fosfopanteteínovú prostetickú skupinu proteínu ACP (z anglického acyl-carrier-protein, teda proteín prenášajúci acyl), a po tom, čo reťazec dosiahne dĺžku 16 atómov uhlíka (teda vznikne kyselina palmitová) sa uvoľní pôsobením tioesterázy (TE).

U ľudí je tento enzým kódovaný génom FASN.

Triedy 
Existujú dve hlavné triedy FAS:

 Typ I – Tieto systémy využívajú jeden veľký multifunkčný polypeptid a sú prítomné u živočíchov i húb (aj keď ich štruktúrne usporiadanie sa medzi živočíchmi a hubami líši). FAS typu I sa takisto nachádzajú u CMN baktérií (rody Corynebacterium, Mycobacterium a Nocardia). U týchto baktérií vytvára FAS I kyselinu palmitovú a potom pomocou systému FAS II produkuje rôzne ďalšie lipidy.
 Typ II – Tento typ FAS sa nachádza u archeónov, baktérií a rastlinných plastidov a je charakterizovaný tým, že využíva oddelené monofunkčné enzýmy na syntézu mastných kyselín. Inhibítory týchto enzýmov (FAS II) sú skúmané ako potenciálne antibiotiká.

Mechanizmy, ktoré využívajú FAS I a FAS II na predlžovanie reťazca a redukciu, sú rovnaké, vzhľadom na to, že domény enzýmov FAS II sú vo veľkej miere homológmi príslušných domén v multienzýmových FAS I. Rozdiel v ich organizácií – teda integrácia do jedného reťazca vo FAS I a oddelené enzýmy vo FAS II – má však za následok mnohé biochemické rozdiely.

Evolučná história FAS je spojená s históriou polyketidsyntáz (PKS). PKS využívajú podobný mechanizmus a homológne domény na tvorbu sekundárnych lipidových metabolitov. PKS takisto existujú v dvoch triedach, podobne ako FAS. Predpokladá sa, že FAS I u živočíchov vznikol modifikáciou PKS I prítomnej u húb, zatiaľ čo FAS I u húb a CMN baktérií vznikol oddelene prostredníctvom spojenia génov FAS II do jedného.

Štruktúra 

Cicavčia FAS je homodimér, ktorý je zložený z dvoch identických podjednotiek. Každá podjednotka sa skladá z troch častí:

 N-koniec obsahuje tri katalytické domény:
 ketoacylsyntáza (KS)
 malonyl/acetyltransferáza (MAT)
 dehydatáza (DH)
 centrálna časť sa skladá zo 600 reziduí a umožňuje tvorbu dimérov z dvoch monomérnych jednotiek
 C-koniec obsahuje štyri domény:
 enoylreduktáza (ER)
 ketoacylreduktáza (KR)
 ACP
 tioesteráza (TE)

Klasický model organizácie FAS je z veľkej časti založený na pozorovaniach, v ktorých je bifunkčný reagent 1,3-dibrómpropanón (DBP) schopný prepojiť cysteínové zvyšky v aktívnych miestach KS v jednom monoméri FAS s fosfopanteteínovou prostetickou skupinou ACP domény druhého monoméru. Komplementačná analýza dimérov FAS s rôznymi mutáciami na jednotlivých monoméroch ukázala, že KS a MAT domény sú schopné využiť ACP domény oboch monomérov. Prepojenie domén pomocou DBP takisto ukázalo, že Cys161 v aktívnom mieste KS sa môže spojiť s ACP 4'-fosfopanteteínovým tiolom oboch monomérov. Okrem toho bolo v roku 2003 ukázané, že heterodimérna FAS obsahujúca len jeden funkčný monomér je takisto schopná syntetizovať palmitát.

Tieto pozorovania sa zdali byť nekompatibilné s klasickým modelom usporiadania FAS, kde by N-koniec a C-koniec smerovali k stredu bielkoviny. Namiesto toho bol navrhnutý nový model, podľa ktorého sa KS a MAT domény oboch monomérov nachádzajú bližšie k stredu diméru FAS, takže „dočiahnu“ na ACP oboch podjednotiek.

Aktuálne je dostupná štruktúra z röntgenovej kryštalografie s nízkym rozlíšením pre FAS z prasaťa (homodimér) a kvasiniek (heterododekamér) a i z kryoelektrónovej mikroskopie (kryo-EM) pre kvasinkovú FAS s rozlíšením ~6 Å.

Mechanizmus prenosu substrátu 
Štruktúry kvasinkovej a cicavčej FAS ukazujú dve rôzne organizácie vysoko konzervovaných katalytických domén/enzýmov v rámci tohto multienzýmového komplexu. Kvasinková FAS má veľmi účinnú pevnú štruktúru podobnú sudu so šiestimi reakčnými miestami, ktoré syntetizujú mastné kyseliny nezávisle na sebe. Oproti tomu cicavčia FAS má otvorenú flexibilnú štruktúru, ktorá má len dve reakčné „oblasti“. V oboch prípadoch, u kvasiniek i cicavcov, je však za prenos medziproduktov zodpovedná konzervovaná doména ACP, ktorá je mobilná a presúva substráty medzi rôznymi katalytickými miestami. Prvý priamy pohľad na štruktúru tohto mechanizmu bol získaný pomocou kryo-EM analýzy, pričom ACP bol pozorovaný viazaný na rôzne katalytické domény v sudu podobnej kvasinkovej FAS. Podľa tejto štruktúry z kryo-EM je naviazanie ACP na rôzne miesta asymetrické a stochastické, čo takisto naznačujú počítačové simulácie.

Regulácia 
Metabolizmus a homeostáza FAS je regulovaná transkripčne pomocou stimulačných faktorov umiestnených pred génom samotným (Upstream Stimulatory Factors, USF; konkrétne USF1 a USF2) a proteínom SREBP-1c v nadväznosti na príjem potravy alebo inzulín u živých živočíchov.

Pečeňové X receptory (LXR) síce modulujú expresiu SREBP-1c pri príjme potravy, ale regulácia FAS pomocou SREBP-1c závisí na USF.

Acylfloroglucinoly (odvodené od floroglucinolu) izolované z paprade Dryopteris crassirhizoma vykazujú inhibíciu FAS.

Klinický význam 
Gén FASN bol skúmaný ako potenciálny onkogén. FAS je upregulovaná pri rakovine prsníka a žalúdka a je to i indikátorom zlej prognózy, takže by mohla byť zaujímavým cieľom pre chemoterapeutiká. FAS inhibítory sú preto aktívnou oblasťou výskumu objavovania liekov.

FAS sa takisto potenciálne účastní tvorby endogénnych ligandov pre nukleárny receptor PPARalpha, ktorý je cieľom fibrátových liekov na hyperlipidémiu, a je skúmaná ako potenciálny cieľ pre liečbu metabolickému syndrómu. Orlistat, inhibítor gastrointestinálnej lipázy, inhibuje aj FAS a má potenciál ako liek proti rakovine.

U niektorých rakovinových bunkových línií sa našla FAS „zrastená“ s estrogénovým receptorom alfa (ER-alfa), pričom N-koniec FAS sa spojil s C-koncom ER-alfa.

Takisto bol opísaný súvis s leiomyómom maternice.

PDB galéria

Referencie

Ďalšia literatúra

Pozri aj 
 Výskum a vývoj inhibítorov gastrointestinálnej lipázy
 Syntéza mastných kyselín
 Metabolizmus mastných kyselín
 Rozklad mastných kyselín
 Enyol-ACP reduktáza
 Zoznam porúch metabolizmu mastných kyselín

Zdroj 

Transferázy
Metabolické dráhy
Mastné kyseliny