Sfingolipiidide omadused, funktsioonid, rühmad, süntees ja ainevahetus



The sfingolipiidid Nad esindavad ühte bioloogilistes membraanides esinevatest lipiidide kolmest peamisest perekonnast. Nagu glütserofosfolipiidid ja steroolid, on need ka amfifaatsed molekulid hüdrofiilse polaarse piirkonnaga ja hüdrofoobse apolaarse piirkonnaga..

Neid kirjeldasid esmakordselt 1884 Johann L. W. Thudichum, kes kirjeldas kolme sphingolipiidi (sfingomüeliini, tserebroside ja tserebrosulfatiidi), mis kuuluvad kolme teadaoleva klassi: fosforpingolipiidid, neutraalsed glükosfingolipiidid ja happeline.

Erinevalt glütserofosfolipiididest ei ehitata sfingolipiidid põhiliseks skeletiks glütserool-3-fosfaadi molekulile, vaid on sfingosiinist pärinevad ühendid, aminohappejäägiks on pikaajaline süsivesinikahel, mis on seotud amiidsidemega.

Keerukuse ja mitmekesisuse poolest on imetajatel sfingolipiidide kohta teada vähemalt 5 erinevat tüüpi alust. Neid aluseid võib kombineerida rohkem kui 20 erineva pikkusega ja küllastustasemega erinevate rasvhapete tüüpidega lisaks erinevatele variatsioonidele polaarsetes rühmades, mida saab anda.

Bioloogilistel membraanidel on umbes 20% sfingolipiide. Neil on rakkudes erinevad ja olulised funktsioonid, alates struktuursest signaalitransduktsioonist ja erinevate mobiilside protsesside juhtimisest.

Nende molekulide jaotus varieerub sõltuvalt organelli funktsioonist, kus need on, kuid tavaliselt on sfingolipiidide kontsentratsioon plasmamembraani väliskihis palju suurem sisemise monokihi ja teiste kambrite suhtes..

Inimestel on vähemalt 60 sfingolipiidide liiki. Paljud neist on närvirakkude membraanide olulised komponendid, samas kui teised mängivad olulist struktuurilist rolli või osalevad muu hulgas signaalitransduktsioonis, tuvastamises, rakkude diferentseerumises, patogeneesis, programmeeritud rakusurmas..

Indeks

  • 1 Struktuur
  • 2 Omadused
  • 3 Funktsioonid
    • 3.1. Struktuurifunktsioonid
    • 3.2 - signaalimise funktsioonid
    • 3.3 -Membraanis olevad retseptorid
  • 4 Sfingolipiidide rühmad
    • 4.1 Sfingomüeliinid
    • 4.2 Neutraalsed glükolipiidid või glükosfingolipiidid (koormuseta)
    • 4.3 Gangliosiidid või happelised glükosfingolipiidid
  • 5 Süntees
    • 5.1 Ceramide skeleti süntees
    • 5.2 Spingolipiidide moodustumine
  • 6 Ainevahetus
    • 6.1 Määrus
  • 7 Viited

Estruktuuri

Kõik sfingolipiidid pärinevad L-seriinist, mis kondenseeritakse pika ahelaga rasvhappega, moodustades sfingoidse aluse, mida tuntakse ka pika ahelana (LCB)..

Kõige tavalisemad alused on sfinganiin ja sfingosiin, mis erinevad teineteisest ainult sfingosiini rasvhappe süsiniku 4 ja 5 vahelise trans-kaksiksideme juuresolekul..

Sfingosiini süsinikud 1, 2 ja 3 on struktuurselt analoogsed glütserofosfolipiidide glütserooli süsinikuga. Kui sfingiini süsiniku 2 külge on amiidsidemetega seotud rasvhape, saadakse tseramiid, mis on molekul, mis on väga sarnane diatsüülglütserooliga ja kujutab endast kõige lihtsamat sfingolipiidi..

Nende lipiidide hüdrofoobsed piirkonnad moodustavad pika ahelaga rasvhapped võivad olla väga erinevad. Pikkused varieeruvad 14 kuni 22 süsinikuaatomist, millel võib olla erinev küllastustase, tavaliselt süsiniku 4 ja 5 vahel.

Asendites 4 või 6 võivad nad sisaldada hüdroksüülrühmi ja kaksiksidemeid teistes positsioonides või isegi oksadena metüülrühmadena.

Omadused

Rasvhapete ahelad, mis on seotud amiidsidemetega tseramiididega, on tavaliselt küllastunud ja kipuvad olema pikemad kui glütserofosfolipiidides, mis näib olevat nende bioloogilise aktiivsuse seisukohast otsustava tähtsusega..

Sfingolipiidi skeleti eripära on see, et sellel võib olla positiivne netolaeng neutraalse pH juures, harva lipiidimolekulide seas..

Kuid aminorühma pKa on lihtsa amiini suhtes vahemikus 7 kuni 8 madal, nii et osa molekulist ei laadita füsioloogilise pH juures, mis võib seletada nende "vaba" liikumist kahekihiliste osakeste vahel..

Sfingolipiidide traditsiooniline klassifikatsioon tuleneb mitmekordsetest modifikatsioonidest, mida ceramiidi molekul võib läbida, eriti polaarsete pearühmade asenduste osas.

Funktsioonid

Sfingolipiidid on loomade, taimede ja seente, samuti mõnede prokarüootsete organismide ja viiruste jaoks hädavajalikud.

-Struktuurifunktsioonid

Sfingolipiidid moduleerivad membraanide füüsikalisi omadusi, sealhulgas nende voolavust, paksust ja kõverust. Nende omaduste moduleerimine annab neile ka otsese mõju membraanvalkude ruumilisele korraldusele.

Lipiidides "parved"

Bioloogilistes membraanides võib tuvastada dünaamilisi domeene, millel on vähem voolavust, mille moodustavad kolesterooli ja sfingolipiidide molekulid, mida nimetatakse lipiidide parvedeks..

Need struktuurid esinevad loomulikult ja on tihedalt seotud integraalsete valkude, rakupinna retseptorite ja glükosüülfosfatidüülinositooli (GPI) ankuritega valkude, transporterite ja teiste valkudega..

-Signaliseerimise funktsioonid

Neil on funktsioneerimine signaalimolekulidena, mis toimivad teise kullerina või rakupinna retseptorite sekreteeritud ligandidena.

Kuna sekundaarsed sõnumitoojad võivad osaleda kaltsiumi homeostaasi reguleerimises, rakkude kasvus, tuumorigeneesis ja apoptoosi pärssimises. Lisaks sõltub paljude integraalsete ja perifeersete membraanvalkude aktiivsus nende seostest sfingolipiididega.

Paljud rakkude ja rakkude interaktsioonid nende keskkonnaga sõltuvad sfingolipiidide erinevate polaarsete rühmade kokkupuutest plasmamembraani välispinnaga..

Glütsosfingolipiidide ja lektiinide sidumine on müeliini ja aksonite seotuse, neutrofiilide endoteeliga seondumise jms jaoks oluline..

Teie ainevahetuse kõrvalsaadused

Kõige olulisemad signaliseerivad sfingolipiidid on pika ahelaga alused või sfingosiinid ja tseramiidid, samuti nende fosforüülitud derivaadid, nagu sfingosiin-1-fosfaat..

Paljude sfingolipiidide ainevahetusproduktid aktiveerivad või pärsivad mitmeid allavoolu sihtmärke (proteiinkinaase, fosfoproteiine, fosfataase ja teisi), mis kontrollivad kompleksseid rakulisi käitumisi, nagu kasv, diferentseerumine ja apoptoos.

-Membraani retseptoritena

Mõned patogeenid kasutavad retseptorina glükosfingolipiide, et vahendada nende sisenemist peremeesrakkudesse või anda neile virulentsustegurid.

On näidatud, et sfingolipiidid osalevad mitmetes rakulistes sündmustes, nagu sekretsioon, endotsütoos, kemotaksis, neurotransmissioon, angiogenees ja põletik..

Nad osalevad ka membraani inimkaubanduses, mistõttu nad mõjutavad retseptorite internaliseerumist, sekreteerivate vesiikulite tellimist, liikumist ja liitmist vastuseks erinevatele stiimulitele..

Sfingolipiidirühmad

Sfingolipiide on kolm alamklassi, mis kõik pärinevad tseramiidist ja mis erinevad üksteisest polaarsete rühmadega, nimelt: sfingomüeliinid, glükolipiidid ja gangliosiidid.

Sphingomüeliinid

Need sisaldavad fosforoliini või fosfoetanoolamiini polaarse peagrupina, seega klassifitseeritakse need koos glütserofosfolipiididega fosfolipiidideks. Loomulikult sarnanevad nad fosfatidüülkoliinidega kolmemõõtmelises struktuuris ja üldistes omadustes, kuna neil pole polaarsete peadega laengut..

Nad esinevad loomarakkude plasmamembraanides ja on eriti rikkalikud müeliinis, mantlis, mis ümbritseb ja eraldab mõnede neuronite aksoneid..

Glükolipiidid või neutraalsed glükosfingolipiidid (koormuseta)

Neid leidub peamiselt plasmamembraani välispinnal ja neil on üks või mitu suhkrut polaarse peagrupina, mis on otseselt seotud karbamiidiosa süsiniku 1 hüdroksüülrühmaga. Neil ei ole fosfaadirühmi. Kuna pH 7 juures on neil tasuta, nimetatakse neid neutraalseks glükolipiidiks.

Tserebrosiididel on üks ainus suhkru molekul, mis on kinnitatud keramiidiga. Neid, mis sisaldavad galaktoosi, leidub mitte-närvisüsteemi rakkude plasmamembraanides. Globosiidid on kahe või enama suhkruga glükosfingolipiidid, tavaliselt D-glükoos, D-galaktoos või N-atsetüül-D-galaktosamiin.

Gangliosiidid või happelised glükosfingolipiidid

Need on kõige keerulisemad sfingolipiidid. Neil on polaarse peagrupina oligosahhariidid ja üks või mitu terminaalset N-atsetüülmuramiinhappe jääki, mida nimetatakse ka siaalhappeks. Siaalhape tagab negatiivse laenguga gangliosiidid pH 7 juures, mis eristab neid neutraalsetest glükosfingolipiididest..

Selle sfingolipiidide klassi nomenklatuur sõltub polaarpea oligosahhariidiosas sisalduvate siaalhappe jääkide kogusest..

Süntees

Pika ahela alusmolekul või sfingosiin sünteesitakse endoplasmaatilises retiikulumis (ER) ja polaarse rühma lisamine nende lipiidide peale toimub hiljem Golgi kompleksis. Imetajatel võib mitokondrites esineda ka sfingolipiidide sünteesi.

Pärast sünteesi lõpetamist Golgi kompleksis transporditakse sfingolipiidid teistesse rakulistesse piirkondadesse vesiikulite vahendatud mehhanismide kaudu..

Sfingolipiidide biosüntees koosneb kolmest põhisündmusest: pika ahelaga aluste süntees, tseramiidide biosüntees rasvhappe sidumise kaudu amiidsideme kaudu ja lõpuks komplekssete sfingolipiidide moodustumisest. polaarsete rühmade liitumine sfingoidse aluse süsinikuga 1.

Lisaks de novo sünteesile võib sfingolipiide moodustada ka pika ahelaga aluste ja tseramiidide asendamise või ringlussevõtu teel, mis võivad sfingolipiidide basseini toita..

Ceramiidi skeleti süntees

Ceramiidi, sfingolipiidi skeleti biosüntees algab palmitoüül-CoA ja L-seriini molekuli dekarboksüüliva kondensatsiooniga. Reaktsiooni katalüüsib heterodimeerse seriini palmitoüül transferaas (SPT), mis sõltub püridoksaalfosfaadist ja produkt on 3-keto dihüdrospftosiin..

Seda ensüümi inhibeerivad β-halo-L-alaniinid ja L-tsükloseriinid. Pärmis kodeerib seda kaks geeni, samas kui imetajatel on selle ensüümi jaoks kolm geeni. Aktiivne koht asub endoplasmaatilise retiikulumi tsütoplasma poolel.

Selle esimese ensüümi roll säilib kõigis uuritud organismides. Siiski esineb teatud erinevusi taksonite vahel, mis on seotud ensüümi subtsellulaarse asukohaga: bakterite tsütoplasmaatiline, pärmide, taimede ja loomade endoplasmaatiline retikulul..

3-keto-pinganiini redutseeritakse seejärel NADPH-sõltuva 3-ketoesfinganiini reduktaasi abil sfinganiini saamiseks. Dihüdrotseramiidi süntaas (sfinganiin-N-atsüültransferaas), seejärel atsetüülib sfinganiini, saades dihüdrotseramiidi. Seejärel moodustub tseramiid dihüdrotseramiidi desaturaasi / reduktaasi poolt, mis sisestab topelt-trans-sideme positsioonis 4-5..

Imetajatel on palju tseramiidi süntaaside isovorme, millest igaüks seob spetsiifilise rasvhapete ahela pika ahela alusega. Seetõttu on tsütamiidide süntaasid ja teised ensüümid, elongaasid, peamised sfingolipiidide rasvhapete mitmekesisuse allikad.

Spingolipiidide moodustumine

Sfingomüeliin sünteesitakse fosfo- koliini siirdamisega fosfatidüülkoliinist tseramiidile, vabastades diatsüülglütserooli. Reaktsioon seondub sfingolipiidide ja glütserofosfolipiidide signalisatsiooniradadega.

Ceramide fosfoetanoolamiin sünteesitakse fosfatidüületanoolamiinist ja tseramiidist sfingomüeliini sünteesiga analoogses reaktsioonis ja pärast moodustumist saab metüülida sfingomüeliiniks. Inositoolfosfaattseramiidid moodustatakse fosfatidüülinositoolist ümberesterdamisega.

Glükosfingolipiidid modifitseeritakse peamiselt Golgi kompleksis, kus spetsiifilised glükosüültransferaasi ensüümid osalevad oligosahhariidahelate lisamisel tseramiidi skeleti hüdrofiilsesse piirkonda..

Metabolism

Sfingolipiidide lagunemise viivad läbi ensüümid glükohüdrolaasid ja sfingomüelinaasid, mis vastutavad polaarsete rühmade modifikatsioonide eemaldamise eest. Teisest küljest regenereerivad tseramidaasid pika ahela aluseid keramiididest.

Gangliosiidid lagunevad lüsosomaalsete ensüümide komplekti abil, mis katalüüsivad suhkruühikute järk-järgulist kõrvaldamist, saades lõpuks keramiidi..

Teine lagunemise tee seisneb sfingolipiidide sisestamises endotsüütilistesse vesiikulitesse, mis saadetakse tagasi plasmamembraanile või transporditakse lüsosoomidesse, kus nad lagunevad spetsiifiliste happehüdrolaaside abil.

Kõiki pika ahela aluseid ei taaskasutata, endoplasmaatilisel retikulul on nende terminaalse lagunemise tee. See lagunemismehhanism seisneb LCB-de atsüülimise asemel fosforüülimises, mis põhjustab signaalimolekule, mis võivad olla lüsaasi ensüümide lahustuvad substraadid, mis lõigavad LCB-fosfaadi, et saada atsüülaldehüüdid ja fosfoetanoolamiin.

Määrus

Nende lipiidide ainevahetust reguleeritakse mitmel tasandil, millest üks on sünteesi eest vastutavad ensüümid, nende translatsioonijärgsed modifikatsioonid ja nende allosteerilised mehhanismid..

Mõned regulatiivsed mehhanismid on raku-spetsiifilised, kas selleks, et reguleerida raku arengu hetki, milles nad on toodetud, või vastuseks konkreetsetele signaalidele.

Viited

  1. Bartke, N., ja Hannun, Y. (2009). Bioaktiivsed sfingolipiidid: ainevahetus ja funktsioon. Journal of Lipid Research, 50, 19.
  2. Breslow, D. K. (2013). Sfingolipiidide homeostaas endoplasmaatilises retikulus ja kaugemal. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, 5 (4), a013326.
  3. Futerman, A. H., ja Hannun, Y. A. (2004). Lihtsate sfingolipiidide keeruline elu. EMBO aruanded, 5 (8), 777-782.
  4. Harrison, P.J., Dunn, T., & Campopiano, D.J. (2018). Sfingolipiidide biosüntees inimesel ja mikroobidel. Natural Product Reports, 35 (9), 921-954.
  5. Lahiri, S., ja Futerman, A. H. (2007). Sfingolipiidide ja glükosfingolipiidide metabolism ja funktsioon. Cellular and Molecular Life Sciences, 64 (17), 2270-2284.
  6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. väljaanne). Freeman, W. H. & Company.
  7. Luckey, M. (2008). Membraanistruktuuri bioloogia: biokeemiliste ja biofüüsiliste aluste abil. Cambridge'i ülikooli press. Välja otsitud aadressilt www.cambridge.org/9780521856553
  8. Merrill, A. H. (2011). Sfingolipiidide ja glükosfingolipiidi ainevahetusradad sfingolipidoomika ajastul. Chemical Reviews, 111 (10), 6387-6422.
  9. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningeri biokeemia põhimõtted. Omega väljaanded (5. ed.).
  10. Vance, J. E., ja Vance, D.E. (2008). Lipiidide, lipoproteiinide ja membraanide biokeemia. New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4. väljaanne). Elsevier.