Spingolipidien ominaisuudet, toiminnot, ryhmät, synteesi ja aineenvaihdunta



sfingolipidit Ne edustavat yhtä kolmesta suuresta lipidien perheestä, joita esiintyy biologisissa kalvoissa. Kuten glyserofosfolipidit ja sterolit, ne ovat amfipaattisia molekyylejä, joissa on hydrofiilinen polaarinen alue ja hydrofobinen apolaarinen alue..

Johann L. W. Thudichum kuvasi ne ensimmäistä kertaa vuonna 1884, joka kuvasi kolme sphingolipidiä (sfingomyeliinia, cerebrosideja ja cerebrosulfatidia), jotka kuuluvat kolmeen eri luokkaan: fosforipingolipidit, neutraalit glykosfingolipidit ja hapan.

Toisin kuin glyserofosfolipidit, sfingolipidejä ei rakenneta glyseroli-3-fosfaatin molekyyliin pääasiallisena luurankona, vaan ne ovat sfingosiinista peräisin olevia yhdisteitä, aminoalkoholia, jossa on pitkä hiilivetyketju, joka on kytketty amidisidoksella.

Monimutkaisuuden ja monimuotoisuuden osalta nisäkkäillä on sfingolipidejä varten vähintään 5 erilaista emästä. Nämä emäkset voidaan yhdistää useamman kuin 20 erilaisten rasvahappojen kanssa, joiden pituudet ja kyllästysaste ovat vaihtelevia, polaaristen ryhmien useiden vaihteluiden lisäksi, jotka voidaan antaa.

Biologisilla kalvoilla on noin 20% sfingolipidejä. Näissä soluissa on monipuoliset ja tärkeät toiminnot rakenteellisesta signaalinsiirtoon ja eri solukommunikaatioprosessien ohjaukseen.

Näiden molekyylien jakauma vaihtelee riippuen organellin toiminnasta, missä ne ovat, mutta normaalisti sfingolipidien konsentraatio on paljon suurempi plasmamembraanin ulkokerroskerroksessa suhteessa sisäiseen yksikerrokseen ja muihin osastoihin.

Ihmisillä on vähintään 60 sphingolipidilajia. Monet niistä ovat tärkeitä hermosolumembraanien komponentteja, kun taas toiset ovat tärkeitä rakenteellisia rooleja tai osallistuvat muun muassa signaalinsiirtoon, tunnistamiseen, solujen erilaistumiseen, patogeneesiin, ohjelmoituun solukuolemaan..

indeksi

  • 1 Rakenne
  • 2 Ominaisuudet
  • 3 Toiminnot
    • 3.1 - Rakenteelliset toiminnot
    • 3.2 - Merkinantotoiminnot
    • 3.3 -As reseptorit membraanissa
  • 4 Sfingolipidien ryhmät
    • 4.1 Sphingomyeliinit
    • 4.2 Neutraaliset glykolipidit tai glykosfingolipidit (ei kuormitusta)
    • 4.3 Gangliosidit tai happamat glykosfingolipidit
  • 5 Synteesi
    • 5.1 Ceramidirakenteen synteesi
    • 5.2 Erityisten sfingolipidien muodostuminen
  • 6 Metabolia
    • 6.1 Asetus
  • 7 Viitteet

EStructura

Kaikki sfingolipidit on johdettu L-seriinistä, joka kondensoidaan pitkäketjuisella rasvahapolla sphingoidialustan muodostamiseksi, joka tunnetaan myös pitkäketjuisena emäksenä (LCB)..

Yleisimpiä emäksiä ovat sfinganiini ja sfingosiini, jotka eroavat toisistaan ​​vain sfingosiinirasvahapon hiilen 4 ja 5 välisen trans-kaksoissidoksen läsnä ollessa..

Sfingosiinin hiiliat 1, 2 ja 3 ovat rakenteellisesti analogisia glyserofosfolipidien glyserolihiilen kanssa. Kun rasvahappo on kiinnittynyt sfingosiinin hiileen 2 amidisidoksilla, tuotetaan ceramidia, joka on molekyyli, joka on hyvin samanlainen kuin diatsyyliglyseroli ja joka edustaa yksinkertaisinta sfingolipidiä..

Pitkäketjuiset rasvahapot, jotka muodostavat näiden lipidien hydrofobiset alueet, voivat olla hyvin erilaisia. Pituudet vaihtelevat 14 - 22 hiiliatomista, joilla voi olla erilainen kylläisyysaste, tavallisesti hiilien 4 ja 5 välillä.

Asemissa 4 tai 6 niissä voi olla hydroksyyliryhmiä ja kaksoissidoksia muissa asemissa tai jopa haaroissa metyyliryhminä.

piirteet

Rasvahappojen ketjut, jotka amidisidokset ovat liittyneet ceramideihin, ovat yleisesti kylläisiä ja ovat yleensä pitempiä kuin glyserofosfolipidit, jotka näyttävät olevan ratkaisevan tärkeitä näiden biologisen aktiivisuuden kannalta..

Spingolipidi-luurankon erottuva piirre on se, että sillä voi olla positiivinen nettovara neutraalissa pH: ssa, harvoin lipidimolekyylien keskuudessa.

Aminoryhmän pKa on kuitenkin pieni yksinkertaisen amiinin suhteen välillä 7 - 8, niin että osa molekyylistä ei ole ladattu fysiologisessa pH: ssa, mikä voisi selittää näiden "vapaan" liikkeen kaksoiskerrosten välillä..

Sfingolipidien perinteinen luokittelu johtuu monista muunnoksista, joita ceramidimolekyyli voi läpäistä, erityisesti polaaristen pääryhmien substituutioiden osalta.

tehtävät

Sfingolipidit ovat välttämättömiä eläimissä, kasveissa ja sienissä sekä joillakin prokaryoottisilla organismeilla ja viruksilla.

-Rakenteelliset toiminnot

Sfingolipidit moduloivat kalvojen fysikaalisia ominaisuuksia, mukaan lukien niiden juoksevuus, paksuus ja kaarevuus. Näiden ominaisuuksien modulointi antaa niille myös suoran vaikutuksen kalvoproteiinien spatiaaliseen organisaatioon.

Lipidien "lautoissa"

Biologisissa kalvoissa voidaan havaita dynaamisia domeeneja, joissa on vähemmän juoksevuutta kolesterolin ja sfingolipidien molekyyleistä, joita kutsutaan lipidilauteiksi.

Nämä rakenteet esiintyvät luonnollisesti ja liittyvät läheisesti kiinteisiin proteiineihin, solupinnan reseptoreihin ja signaloiviin proteiineihin, kuljettimiin ja muihin proteiineihin, joissa on glykosyylifosfatidyylinositoli (GPI) -ankkurit..

-Signalointitoiminnot

Niillä on funktioita signalointimolekyyleinä, jotka toimivat toisena sanansaattajina tai erittyneinä ligandeina solun pintareseptoreille.

Toissijaisena sanansaattajana voi osallistua kalsiumin homeostaasin säätelyyn, solujen kasvuun, tuumorigeneesiin ja apoptoosin tukahduttamiseen. Lisäksi monien integroitujen ja perifeeristen membraaniproteiinien aktiivisuus riippuu niiden liittymisestä sfingolipideihin.

Monet solujen väliset ja solujen väliset vuorovaikutukset niiden ympäristön kanssa riippuvat sfingolipidien eri polaaristen ryhmien altistumisesta plasmamembraanin ulkopinnalle..

Glykosfingolipidien ja lektiinien sitoutuminen on olennaista myeliinin yhdistämiselle aksoneille, neutrofiilien tarttumiseen endoteeliin jne..

Metabolian sivutuotteet

Tärkeimmät signalointisfingolipidit ovat pitkäketjuisia emäksiä tai sfingosiineja ja ceramidia sekä niiden fosforyloituja johdannaisia, kuten sfingosiini-1-fosfaattia..

Monien sfingolipidien metaboliatuotteet aktivoivat tai estävät useita alavirran kohteita (proteiinikinaaseja, fosfoproteiineja, fosfataaseja ja muita), jotka kontrolloivat monimutkaisia ​​solujen käyttäytymistä, kuten kasvua, erilaistumista ja apoptoosia.

-Reseptoreina kalvossa

Jotkut patogeenit käyttävät glykosfingolipidejä reseptoreina välittämään niiden pääsyn isäntäsoluihin tai antamaan heille virulenssitekijöitä.

On osoitettu, että sfingolipidit osallistuvat useisiin solutapahtumiin, kuten erittymiseen, endosytoosiin, kemotaksiaan, neurotransmissioon, angiogeneesiin ja tulehdukseen.

Ne osallistuvat myös kalvojen salakuljetukseen, minkä vuoksi ne vaikuttavat reseptorien sisäistymiseen, erittävien vesikkelien järjestämiseen, liikkumiseen ja fuusioon vasteena erilaisille ärsykkeille..

Sfingolipidiryhmät

Sfingolipidejä on kolmea alaluokkaa, jotka kaikki ovat peräisin ceramidista ja jotka eroavat toisistaan ​​polaaristen ryhmien avulla, nimittäin: sfingomyeliinit, glykolipidit ja gangliosidit.

sfingomyeliini

Nämä sisältävät fosforikoliinia tai fosfoetanoliamiinia polaarisena pääryhmänä, joten ne luokitellaan fosfolipideiksi yhdessä glyserofosfolipidien kanssa. Ne muistuttavat tietenkin kolmiulotteisessa rakenteessa olevia fosfatidyylikoliineja ja yleisiä ominaisuuksia, koska niillä ei ole veloitusta polaarisista päistä.

Ne ovat läsnä eläinsolujen plasmamembraaneissa, ja ne ovat erityisen runsaasti myeliinissä, vaipassa, joka ympäröi ja eristää joidenkin neuronien aksoneja.

Glukolipidit tai neutraalit glykosfingolipidit (ei kuormaa)

Ne löytyvät pääasiassa plasmamembraanin ulkopinnasta ja niissä on yksi tai useampi sokeri polaarisena pääryhmänä, joka on kiinnitetty suoraan ceramidiosan hiilen 1 hydroksyyliin. Niillä ei ole fosfaatti- ryhmiä. Koska pH: ssa 7 niillä ei ole maksua, niitä kutsutaan neutraaleiksi glykolipideiksi.

Serebrosideissa on yksi molekyyli sokeria, joka on kiinnitetty keramidiin. Ne, jotka sisältävät galaktoosia, löytyvät ei-hermosolujen solukalvoista. Globosidit ovat glykosfingolipidejä, joissa on kaksi tai useampia sokereita, tavallisesti D-glukoosi, D-galaktoosi tai N-asetyyli-D-galaktosamiini.

Gangliosidit tai happamat glykosfingolipidit

Nämä ovat monimutkaisimmat sfingolipidit. Niissä on oligosakkarideja polaarisena pääryhmänä ja yhden tai useamman terminaalisen N-asetyylimuramiinihappotähteen, jota kutsutaan myös siaalihapoksi. Siaalihappo tuottaa gangliosideja, joiden varaus on negatiivinen pH 7: ssä, mikä erottaa ne neutraaleista glykosfingolipideistä..

Tämän sfingolipidiluokan nimikkeistö riippuu polaarisen pään oligosakkaridiosassa olevien siaalihappotähteiden määrästä.

synteesi

Pitkäketjuinen perusmolekyyli tai sfingosiini syntetisoidaan endoplasmisessa retikulumissa (ER) ja polaarisen ryhmän lisääminen näiden lipidien päähän tapahtuu myöhemmin Golgin kompleksissa. Nisäkkäillä voi esiintyä myös sfingolipidien synteesiä mitokondrioissa.

Kun synteesi on suoritettu Golgin kompleksissa, sfingolipidit kuljetetaan muihin solukappaleisiin vesikkelien välittämien mekanismien kautta..

Sfingolipidien biosynteesi koostuu kolmesta perustapahtumasta: pitkäketjuisten emästen synteesistä, ceramidien biosynteesistä rasvahapon sitoutumisesta amidisidoksen kautta ja lopuksi kompleksisten sfingolipidien muodostumiseen käyttämällä polaaristen ryhmien liitoksesta sfingoidin emäksessä 1.

De novo-synteesin lisäksi sfingolipidejä voidaan muodostaa myös korvaamalla tai kierrättämällä pitkäketjuisia emäksiä ja ceramidia, jotka voivat ruokkia sfingolipidialusta.

Ceramidirakenteen synteesi

Sfingolipidirunko, joka on keramidin biosynteesi, alkaa palmitoyyli-CoA: n ja L-seriinin molekyylin dekarboksyloimalla. Reaktiota katalysoi heterodimeerinen seriinipalmitoyylitransferaasi (SPT), joka on riippuvainen pyridoksaalifosfaatista ja tuote on 3-keto-dihydrospingosiini.

Β-halogeeni-L-alaniinit ja L-syklosporiinit estävät tämän entsyymin. Hiivassa se on koodattu kahdella geenillä, kun taas nisäkkäillä on kolme geeniä tälle entsyymille. Aktiivinen kohta sijaitsee endoplasmisen reticulumin sytoplasmisella puolella.

Tämän ensimmäisen entsyymin rooli säilyy kaikissa tutkituissa organismeissa. Kuitenkin on olemassa eroja taksonien välillä, jotka liittyvät entsyymin subcellulaariseen sijaintiin: bakteerien on sytoplasminen, hiivojen, kasvien ja eläinten endoplasmiseen retikulumiin..

Tämän jälkeen NADPH-riippuvainen 3-ketoesinganiini-reduktaasi vähentää 3-ketoesinganiinia sfinganiinin tuottamiseksi. Dihydroseramidisyntaasi (sfinganiini-N-asyylitransferaasi) sitten asetyloi sfinganiinia dihydrokeramidin tuottamiseksi. Sitten keramidi muodostuu dihydrokeramidi-desaturaasista / reduktaasista, joka insertoi kaksois-trans-sidoksen asemaan 4-5.

Nisäkkäillä on lukuisia ceramidisyntaasien isoformeja, joista kukin yhdistää tietyn rasvahappojen ketjun pitkiin ketjuihin. Siksi seramidisyntaasit ja muut entsyymit, elongaasit, tarjoavat tärkeimmän sfingolipidien rasvahappojen monimuotoisuuden lähteen.

Spingolipidien muodostuminen

Sfingomyeliini syntetisoidaan siirtämällä fosfo- koliinia fosfatidyylikoliinista ceramidiin vapauttamalla diatsyyliglyserolia. Reaktio sitoo sfingolipidien ja glyserofosfolipidien signalointireitit.

Ceramidifosfoetanoliamiini syntetisoidaan fosfatidyylietanoliamiinista ja ceramidista reaktiossa, joka on analoginen sfingomyeliinisynteesin kanssa, ja kun se on muodostettu, se voidaan metyloida sfingomyeliiniksi. Inositolifosfaatti- ceramidit muodostetaan transesteröimällä fosfatidyylinositolista.

Glykosfingolipidejä modifioidaan pääasiassa Golgin kompleksissa, jossa spesifiset glykosyylitransferaasientsyymit osallistuvat oligosakkaridiketjujen lisäämiseen ceramidirunko-osan hydrofiiliseen alueeseen.

aineenvaihdunta

Sfingolipidien hajoaminen suoritetaan glukohydrolaasien ja sfingomyelinaasien entsyymien avulla, jotka vastaavat polaaristen ryhmien muutosten poistamisesta. Toisaalta ceramidasit regeneroivat pitkäketjuisia emäksiä seramidista.

Gangliosidit hajoavat joukko lysosomaalisia entsyymejä, jotka katalysoivat sokeriyksiköiden vaiheittaista eliminointia, jolloin lopulta muodostuu keramidi.

Toinen hajoamisreitti koostuu sfingolipidien sisällyttämisestä endosyyttisiin vesikkeleihin, jotka lähetetään takaisin plasmamembraaniin tai kuljetetaan lysosomeihin, joissa ne hajoavat spesifisillä happohydrolaaseilla.

Kaikkia pitkäketjuisia emäksiä ei kierrätetä, endoplasmiseen retikululiin on reitti näiden terminaaliseen hajoamiseen. Tämä hajoamismekanismi muodostuu fosforylaatiosta LCB: iden asyloinnin sijasta, jolloin syntyy signalointimolekyylejä, jotka voivat olla liukoisia substraatteja lyaasientsyymeille, jotka leikkaavat LCB-fosfaatin, jolloin muodostuu asyyli-aldehydejä ja fosfoetanoliamiinia.

säätely

Näiden lipidien metaboliaa säännellään useilla tasoilla, joista yksi on synteesistä vastuussa olevat entsyymit, niiden translaation jälkeiset muutokset ja näiden allosteeriset mekanismit..

Jotkin säätelymekanismit ovat solu- spesifisiä, joko ohjaamaan solujen kehittymisen hetkiä, jossa ne on tuotettu, tai vasteena tietyille signaaleille.

viittaukset

  1. Bartke, N., ja Hannun, Y. (2009). Bioaktiiviset sfingolipidit: Metabolia ja toiminta. Journal of Lipid Research, 50, 19.
  2. Breslow, D. K. (2013). Spingolipidien homeostaasi endoplasmisen reticulumin ja sen jälkeen. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 5 (4), a013326.
  3. Futerman, A. H., ja Hannun, Y. A. (2004). Yksinkertaisten sfingolipidien monimutkainen elämä. EMBO-raportit, 5 (8), 777-782.
  4. Harrison, P.J., Dunn, T., & Campopiano, D.J. (2018). Sphingolipidibiosynteesi ihmisessä ja mikrobeissa. Natural Product Reports, 35 (9), 921-954.
  5. Lahiri, S., ja Futerman, A. H. (2007). Sfingolipidien ja glykosfingolipidien metabolia ja toiminta. 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. painos). Freeman, W. H. & Company.
  7. Luckey, M. (2008). Kalvorakenteinen biologia: biokemiallisten ja biofysikaalisten perustojen kanssa. Cambridge University Press. Haettu osoitteesta www.cambridge.org/9780521856553
  8. Merrill, A. H. (2011). Sfingolipidi- ja glykosfingolipidi-metaboliset reitit sfingolipidomiikan aikakaudella. Chemical Reviews, 111 (10), 6387-6422.
  9. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerin biokemian periaatteet. Omega-versiot (5. painos).
  10. Vance, J. E., ja Vance, D. E. (2008). Lipidien, lipoproteiinien ja kalvojen biokemia. Julkaisussa New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4. painos). Elsevier.