تصنيف الدهون وبنية الأحماض الدهنية
تنقسم الدهون إلى ثلاث مجموعات رئيسية: ثلاثي أالغليسريد (TAG، الدهون الحقيقية)، الفوسفوليبيدات، والستيرويدات. يتكون ثلاثي أالغليسريد من بقية غليسرول وثلاث بقايا من الأحماض الدهنية. تحتوي الفوسفوليبيدات على نفس هيكل الغليسرول وبقيتين من الأحماض الدهنية، ولكن في الموقع الثالث توجد بقية حمض الفوسفوريك المرتبطة بمجموعة قطبية مشحونة موجباً (كولين، إيثانولامين، سيرين، إينوزيتول). وتتمثل الستيرويدات في الكوليسترول ومشتقاته - الأحماض الصفراوية، الهرمونات الستيرويدية، وفيتامين D.
من الناحية الوظيفية، يعتبر ثلاثي أالغليسريد الشكل الرئيسي لتخزين الطاقة، ويوفر أيضاً العزل الحراري والحماية الميكانيكية. أما الفوسفوليبيدات، وبفضل طبيعتها الأمففيلية (المزدوجة الميل) (رأس محب للماء وذيلان كارهان للماء)، فإنها تشكل الطبقة الثنائية لأغشية الخلايا الحيوية.
تنقسم الأحماض الدهنية إلى مشبعة (بدون روابط مزدوجة) وغير مشبعة — أحادية الإين (رابطة مزدوجة واحدة) ومتعددة الإين (عدة روابط). تتضمن كتابة صيغة الحمض الدهني عدد ذرات الكربون، يليه بعد النقطتين عدد الرابطة المزدوجة؛ ويُشار إلى موقع الرابطة إما عبر الرمز Δ (بدءاً من مجموعة الكربوكسيل) أو عبر الرمز ω (بدءاً من طرف الميثيل). من الضروري معرفة أحماض: البالمستيك، الستياريك، اللينوليك، اللينولينيك، الأراكيدونيك، والإيكوسابنتانويك.
أسيتيل-CoA وأسيل-CoA
غالباً ما يتم الخلط بين هذه المركبات. يحتوي أسيتيل-CoA على مجموعة أسيتيل ثنائية الكربونة (CH₃–CO–) ويتكون أثناء نزع الكربوكسيل التأكسدي للبيروفات، ليتم إدخاله في دورة كريبس. أما أسيل-CoA (R–CO–S-CoA) فهو حمض دهني مُنشط ذو جذر هيدروكربوني طويل R؛ وهو بمثابة مانع لمجموعة الأسيل أثناء تخليق الدهون والفوسفوليبيدات.
من المهم أيضاً التمييز بين مفهومي «الدهون» (ثلاثي أالغليسريد، والتي تتكون من غليسرول وثلاثة أحماض دهنية) و«الأحماض الدهنية» كجزيئات مستقلة.
تكوين غليسرول-3-فوسفات
يتطلب تخليق ثلاثي أالغليسريد نوعين من الركائز: أسيل-CoA وغليسرول-3-فوسفات. ويمكن الحصول على الأخير بطريقتين.
- من الغليسرول الحر: يقوم إنزيم غليسرول كيناز بنقل مجموعة الفوسفات من ATP إلى ذرة الكربون الثالثة للغليسرول، مما ينتج عنه ADP وغليسرول-3-فوسفات.
- من الجلوكوز: يُختزل المنتج الوسيط لتحلل السكر ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات إلى غليسرول-3-فوسفات بواسطة إنزيم غليسرول-3-فوسفات دي هيدروجينيز باستخدام NADH (تحويل NADH ← NAD⁺).
تعمل كلتا الطريقتين في الكبد نظراً لتوفر كلا الإنزيمين. بينما يفتقر النسيج الدهني إلى إنزيم غليسرول كيناز، ولذلك فإن المصدر الوحيد لغليسرول-3-فوسفات هو الجلوكوز حصراً.
تجميع ثلاثي أالغليسريد
تضاف بقايا الأسيل بشكل متتالي من جزيئيين من أسيل-CoA إلى غليسرول-3-فوسفات (مع انطلاق HS-CoA). تحفز هذه التفاعلات بواسطة أسيل-CoA ترانزفيراز (ناقلات الأسيل). بعد إضافة حمضين دهنيين، يتكون حمض الفوسفاتيديك (الفوسفاتيدات) - وهو مستقلب وسيط رئيسي، مشترك لتخليق ثلاثي أالغليسريد والفوسفوليبيدات.
- النزع الإنزيمي المائي لمجموعة الفوسفات من الفوسفاتيدات بواسطة إنزيم فوسفاتيدات فوسفاتاز لتكوين ثنائي أسل الغليسرول (داياثيلغليسرول).
- إضافة البقية الثالثة للحمض الدهني من أسيل-CoA بمشاركة أسيل-CoA ترانزفيراز وتكوين ثلاثي أالغليسريد.
مرحلة تكوين ثلاثي أالغليسريد من غليسرول-3-فوسفات متطابقة في الكبد والنسيج الدهني؛ وما يختلف فقط هو طريقة الحصول على غليسرول-3-فوسفات.
إستراتيجيات تخليق الغليسروبوسفوليبيدات
تختلف الغليسروبوسفوليبيدات (فوسفاتيديل كولين، فوسفاتيديل إيثانولامين، فوسفاتيديل سيرين، فوسفاتيديل إينوزيتول) حسب رأسها القطبي. يتم تطبيق استراتيجيتين لتنشيط المكونات لدى حقيقيات النوى عبر CTP (سيتيدين ثلاثي الفوسفات).
- الاستراتيجية الأولى: يقوم الـ CTP بتنشيط النواة (القلب) — حمض الفوسفاتيديك لتكوين CDP-diacylglycerol، والذي ترتبط به بعد ذلك مجموعة رأس حرة. وبهذا المسار يتم تصنيع فوسفاتيديل إينوسيتول (الإنزيم هو إينوسيتول سينثاز)؛ وفي هذه الأثناء يتم إطلاق الـ CMP.
- الإستراتيجية الثانية: يقوم CTP بتنشيط الرأس مع تكوين CDP-كولين أو CDP-إيثانولامين، والتي ترتبط بثنائي أسل الغليسرول الحر لتكوين فوسفاتيديل كولين أو فوسفاتيديل إيثانولامين على التوالي.
التحولات المتبادلة للفوسفوليبيدات
لا يتم تخليق فوسفاتيديل سيرين لدى حقيقيات النوى بأي من الإستراتيجيتين de novo (من الصفر). بل يتكون من فوسفاتيديل إيثانولامين أو فوسفاتيديل كولين عن طريق استبدال الرأس بسيرين حر (وهو تفاعل عكوس).
توجد صلة مباشرة بين فوسفاتيديل إيثانولامين وفوسفاتيديل كولين: ينقل ميثيل ترانزفيراز ثلاث مجموعات ميثيل إلى مجموعة أمين الإيثانولامين من S-أدينوسيل ميثيونين (SAM)، محولاً فوسفاتيديل إيثانولامين إلى فوسفاتيديل كولين.
يمكن الحصول على فوسفاتيديل إيثانولامين من فوسفاتيديل سيرين عن طريق تفاعل نزع الكربوكسيل (الإنزيم هو دي كاربوكسيلاز): حيث يتم فصل مجموعة كربوكسيل السيرين، وتبقى بقية الإيثانولامين. وهكذا، ترتبط الفوسفوليبيدات الثلاثة ببعضها البعض بواسطة شبكة من التحولات المتبادلة.
النقاط الرئيسية
- تمتلك ثلاثي أالغليسريد والفوسفوليبيدات هيكل غليسرول مشترك ومستقلب وسيط مشترك هو حمض الفوسفاتيديك.
- أسيتيل-CoA هو ركيزة ثنائية الكربونة لدورة كريبس؛ بينما أسيل-CoA هو حمض دهني طويل السلسلة ومُنشط.
- يتكون غليسرول-3-فوسفات من الغليسرول (غليسرول كيناز، ATP) أو من DHAP (غليسرول-3-فوسفات ديهيدروجينيز، NADH).
- يفتقر النسيج الدهني إلى غليسرول كيناز، ولهذا السبب يتم تخليق ثلاثي أالغليسريد فقط من الجلوكوز.
- تقوم ناقلات أسيل-CoA بنقل بقايا الأحماض الدهنية إلى غليسرول-3-فوسفات وثنائي أسل الغليسرول.
- يتم تخليق فوسفاتيديل إينوزيتول عبر CDP-دياسيل غليسرول؛ بينما يتم تخليق فوسفاتيديل كولين وفوسفاتيديل إيثانولامين عبر الرؤوس المُنشطة بـ CDP.
- يتكون فوسفاتيديل سيرين عن طريق تبادل الرأس من فوسفاتيديل إيثانولامين أو فوسفاتيديل كولين.
- يعطي ميثلة فوسفاتيديل إيثانولامين بمشاركة SAM فوسفاتيديل كولين؛ بينما يعطي نزع كربوكسيل فوسفاتيديل سيرين فوسفاتيديل إيثانولامين.