Triacylglyceridsyntes i växter

Från Wikipedia
Hoppa till navigering Hoppa till sök

Triacylglyceridsyntes i växter är hur biosyntesen av triacylglycerider (olja) går till i växter. Triacylglycerid (TAG), (triglycerid, triacylglycerol, triglycerol) är en ester av glycerol och tre fettsyror som utgör större delen av vegetabiliska oljor[1]. Alla växter producerar olja även om enbart en handfull stora oljegrödor står för majoriteten av all vegetabilisk olja som produceras. Växter använder TAG främst för energilagring i t.ex. frö (så kallad fröolja) då fettsyror, om än dyra att syntetisera, tack vare sin kraftigt reducerade form innehåller 41% mer energi per kolatom än stärkelse som är den andra vanligt förekommande lagringsformen hos växter[2]. Den viktigaste de-novo-syntesen av TAG:s sker genom den så kallade kennedysyntesvägen.

Prekursorer[redigera | redigera wikitext]

Syntes av glycerol-3-fosfat från dihydroxiacetonfosfat av enzymet glycerol-3-fosfatdehydrogenas.

Syntesen av TAG kräver två prekursorer: glycerol-3-fosfat (G3P) och acyl-koenzym A (acyl-CoA). G3P syntetiseras i sin tur från dihydroxiacetonfosfat (DHAP, dihydroxiacetone phosphate), en reaktion som katalyseras av enzymet glycerol-3-fosfatdehydrogenas (GPDH, glycerol-3-phosphate dehydrogenase). DHAP är en intermediär produkt i många metaboliska reaktionskedjor även om glykolysen samt calvin-cykeln är de viktigaste. Acyl-CoA består av en fettsyra, i det här fallet en av fyra huvudtyper; 16:0, 18:X, 20:X eller 22:X som är kopplad till en koenzym A molekyl. De-novo-fettsyrasyntes hos växter sker i plastiderna. Då syntesen av TAG sker i lumen, och i oklar omfattning även i oljekropparna[3], hos cellens endoplasmatiska nätverk måste båda prekursorer transporteras in genom ER-membranet.

Syntes av triacylglycerol[redigera | redigera wikitext]

Kennedysyntesvägen är den enklaste TAG-biosyntesvägen och består av stegvis acylering och defosforylering och delar de inledande stegen med syntesvägarna av många membranlipider. Det första syntessteget är en acylering där en fettsyra från en acyl-CoA fästs på sn1-positionen på G3P-molekylen. Denna reaktion katalyseras av enzymet glycerol-3-fosfatacyltransferas (GPAT, glycerol-3-phosphate acyltransferase) som först identifierades i jäst[4]. Jämförande studier hos växten Backtrav (Arabidopsis thaliana L.) har visat på att GPAT-familjen har minst åtta medlemmar[5] där flera verkar vara specialiserade mot andra syntesvägar såsom kutinbiosyntes[6][7]. Det är fortfarande oklart vilken GPAT-medlem som är involverad i TAG-biosyntesen.

Kannedysyntesvägens produktion av TAG från G3P och tre 18:0-CoA fettsyramolekyler genom DGATs acylering av sn3-positionen. Den bildade triacylglyceriden kallas för glycerylstearat (stearin) då den består av tre stycken stearinsyror.

I nästa steg fästs en fettsyra från en acyl-CoA på sn2-positionen på glycerolmolekylen. Denna acyleringsreaktion katalyseras av enzymet 2-lysofosfatidinsyraacyltransferas (LPAAT, lysophospatidic acid acyl transferase) där fem medlemmar av LPAAT-familjen har identifierats i Arabidopsis men det råder fortfarande stor ovisshet kring deras roll i kennedysyntesvägen[8]. Efter den andra acyleringen sker en defosforylering som katalyseras av ett ännu oidentifierat fosfatidasfosfatas (PP, phosphatidic phosphatase). Även om det fortfarande är en öppen fråga så är det dock troligt att enzymet är av Mg2+-beroende typ[9]. Produkten av defosforyleirngen är triacylglycerid (TAG, triacylglyceride) som utgör en viktig prekursor till många olika typer membranlipider och därför är syntesvägarna för många membranlipider samma som för TAG fram till och med detta steg.

Från diacylglycerol till triacylglycerol via olika sn3-acyleringsmekanismer.[redigera | redigera wikitext]

Infästningen av den tredje och sista fettsyran på sn3-positionen är mindre rättfram än de tidigare och åtminstone tre olika reaktionsvägar kända från växter där den stora skillnaden är fettsyrans ursprung. I den första syntesvägen levereras fettsyran, i likhet med tidigare syntessteg, av en acyl-CoA och acyleringsreaktionen katalyseras av ett enzym som kallas diacylglycerolacyltransferas (DGAT, diacylglycerol acyltransferase). Åtminstone två olika typer av DGAT har identifierats som oväntat nog verkar vara obesläktade då de skiljer sig kraftigt både i aminosyrasekvens och val av substrat[9][10][11].

I den andra identifierade sn3-acyleringsmekansimen levereras fettsyran inte av en acyl-CoA utan av en fosfatidylkolinmolekyl (PC, phosphatidylcholine) och reaktionen katalyseras av fosfolipid:diacylglycerolacyltransferas (PDAT, phospholipid:diacylglycerol acyltransferase)[12].

De två beskrivna sn3-acyleringsmekanismerna är det två viktigaste syntesvägarna från DAG till TAG. Studier har visat att en muterad PDAT1-gen i Backtrav inte nämnvärt påverkar växtens fenotyp[13] medan dubbelmutanter för DGAT1 och PDAT1 är dödliga[14]. Studier av enkelmutanter av respektive gen där den andra tystas genom RNAi-konstrukt har visat att DGAT kan kompensera bortfallet av PDAT på ett tillfredsställande sätt[14].

Andra viktiga syntesvägar[redigera | redigera wikitext]

Utöver kennedysyntesvägen existerar flera syntesvägar som är viktiga för TAG-syntesen hos växter. Bland annat har studier visat på att över 50% av de-novo-syntetiserade fettsyrorna direktinkorporeras genom en acylmodifieringsmekanism snarare än genom den klassiskt beskrivna stegvisa acyleringen av glycerolen[14]. Vidare utgör PC en viktig källa för omättade fettsyror till TAG-syntesen.

Oljekroppar[redigera | redigera wikitext]

Omedelbart efter den avslutande acyleringen samlas de färdiga TAG-molekylerna och bildar spontant oljekroppar som består av små droppar av olja inuti cellerna. Den färdiga oljekroppen omges av ett skyddande lager av membranlipider och olika proteiner. De mest förekommande proteinerna är så kallad oleosiner som består av en central, bevarad hydrofob del, som binder proteinet till oljekroppen, som flankeras av en hydrofil region i den N-terminala änden samt en amfipatisk region i den C-terminala delen[14][15]. Detta skyddande membran är avgörande för oljekropparnas storlek samt för att förhindra att lipaser bryter ned TAG.

Se även[redigera | redigera wikitext]

Referenser[redigera | redigera wikitext]

Noter[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ ”lipid nomenclature”. www.chem.qmul.ac.uk. http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/lipid/. Läst 4 januari 2016. 
  2. ^ Subramanian, Sowmya; Barry, Amanda N; Pieris, Shayani. ”Comparative energetics and kinetics of autotrophic lipid and starch metabolism in chlorophytic microalgae: implications for biomass and biofuel production” (på engelska). Biotechnology for Biofuels 6 (1). doi:10.1186/1754-6834-6-150. http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/6/1/150. Läst 4 januari 2016. 
  3. ^ Huang, A.H.C (1992). ”Oil bodies and oleosins in seeds”. Annual Review of Plant Physiology 43: sid. 177-200. 
  4. ^ Zheng, Zhifu; Zou, Jitao. ”The Initial Step of the Glycerolipid Pathway IDENTIFICATION OF GLYCEROL 3-PHOSPHATE/DIHYDROXYACETONE PHOSPHATE DUAL SUBSTRATE ACYLTRANSFERASES IN SACCHAROMYCES CEREVISIAE” (på engelska). Journal of Biological Chemistry 276 (45): sid. 41710-41716. doi:10.1074/jbc.M104749200. ISSN 0021-9258. http://www.jbc.org/content/276/45/41710. Läst 4 januari 2016. 
  5. ^ Zheng, Zhifu; Xia, Qun; Dauk, Melanie. ”Arabidopsis AtGPAT1, a Member of the Membrane-Bound Glycerol-3-Phosphate Acyltransferase Gene Family, Is Essential for Tapetum Differentiation and Male Fertility” (på engelska). The Plant Cell 15 (8): sid. 1872-1887. doi:10.1105/tpc.012427. ISSN 1532-298X. http://www.plantcell.org/content/15/8/1872. Läst 4 januari 2016. 
  6. ^ Li-Beisson, Yonghua; Pollard, Mike; Sauveplane, Vincent. ”Nanoridges that characterize the surface morphology of flowers require the synthesis of cutin polyester” (på engelska). Proceedings of the National Academy of Sciences 106 (51): sid. 22008-22013. doi:10.1073/pnas.0909090106. ISSN 0027-8424. http://www.pnas.org/content/106/51/22008. Läst 4 januari 2016. 
  7. ^ Kim, Hyun Uk; Huang, Anthony H. C.. ”Plastid Lysophosphatidyl Acyltransferase Is Essential for Embryo Development in Arabidopsis” (på engelska). Plant Physiology 134 (3): sid. 1206-1216. doi:10.1104/pp.103.035832. ISSN 1532-2548. http://www.plantphysiol.org/content/134/3/1206. Läst 4 januari 2016. 
  8. ^ Carman, George M.; Han, Gil-Soo. ”Roles of phosphatidate phosphatase enzymes in lipid metabolism” (på english). Trends in Biochemical Sciences 31 (12): sid. 694-699. doi:10.1016/j.tibs.2006.10.003. ISSN 0968-0004. http://www.cell.com/article/S0968000406002933/abstract. Läst 4 januari 2016. 
  9. ^ [a b] Cases, Sylvaine; Smith, Steven J.; Zheng, Yao-Wu. ”Identification of a gene encoding an acyl CoA:diacylglycerol acyltransferase, a key enzyme in triacylglycerol synthesis” (på engelska). Proceedings of the National Academy of Sciences 95 (22): sid. 13018-13023. doi:10.1073/pnas.95.22.13018. ISSN 0027-8424. http://www.pnas.org/content/95/22/13018. Läst 4 januari 2016. 
  10. ^ Cases, Sylvaine; Stone, Scot J.; Zhou, Ping. ”Cloning of DGAT2, a Second Mammalian Diacylglycerol Acyltransferase, and Related Family Members” (på engelska). Journal of Biological Chemistry 276 (42): sid. 38870-38876. doi:10.1074/jbc.M106219200. ISSN 0021-9258. http://www.jbc.org/content/276/42/38870. Läst 4 januari 2016. 
  11. ^ Lardizabal, Kathryn D.; Mai, Jennifer T.; Wagner, Nicholas W.. ”DGAT2 Is a New Diacylglycerol Acyltransferase Gene Family PURIFICATION, CLONING, AND EXPRESSION IN INSECT CELLS OF TWO POLYPEPTIDES FROM MORTIERELLA RAMANNIANA WITH DIACYLGLYCEROL ACYLTRANSFERASE ACTIVITY” (på engelska). Journal of Biological Chemistry 276 (42): sid. 38862-38869. doi:10.1074/jbc.M106168200. ISSN 0021-9258. http://www.jbc.org/content/276/42/38862. Läst 4 januari 2016. 
  12. ^ Dahlqvist, Anders; Ståhl, Ulf; Lenman, Marit. ”Phospholipid:diacylglycerol acyltransferase: An enzyme that catalyzes the acyl-CoA-independent formation of triacylglycerol in yeast and plants” (på engelska). Proceedings of the National Academy of Sciences 97 (12): sid. 6487-6492. doi:10.1073/pnas.120067297. ISSN 0027-8424. http://www.pnas.org/content/97/12/6487. Läst 4 januari 2016. 
  13. ^ Mhaske, Vandana; Beldjilali, Khedidja; Ohlrogge, John. ”Isolation and characterization of an Arabidopsis thaliana knockout line for phospholipid: diacylglycerol transacylase gene (At5g13640)”. Plant Physiology and Biochemistry 43 (4): sid. 413-417. doi:10.1016/j.plaphy.2005.01.013. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0981942805000380. Läst 4 januari 2016. 
  14. ^ [a b c d] Zhang, Meng; Fan, Jilian; Taylor, David C.. ”DGAT1 and PDAT1 Acyltransferases Have Overlapping Functions in Arabidopsis Triacylglycerol Biosynthesis and Are Essential for Normal Pollen and Seed Development” (på engelska). The Plant Cell 21 (12): sid. 3885-3901. doi:10.1105/tpc.109.071795. ISSN 1532-298X. http://www.plantcell.org/content/21/12/3885. Läst 4 januari 2016. 
  15. ^ Tzen JT, Lie GC, Huang AH (1992). ”"Characterization of the charged components and their topology on the surface of plant seed oil bodies”. Journal of Biological Chemistry 262: sid. 15626–15634.