Spingolipīdu īpašības, funkcijas, grupas, sintēze un vielmaiņa



The sfingolipīdi Tās ir viena no trim galvenajām lipīdu grupām, kas atrodas bioloģiskajās membrānās. Tāpat kā glicerofosfolipīdi un steroli, tie ir amfipātiskas molekulas ar hidrofilu polāro reģionu un hidrofobu apolāru reģionu..

1884.gadā tos pirmo reizi aprakstīja Johans L. W. Thudichum, kurš aprakstīja trīs sfingolipīdus (sfingomielīnu, cerebrosīdus un cerebrosulfatīdu), kas pieder pie trim dažādām pazīstamajām klasēm: fosfosfingolipīdi, neitrāli glikosfingolipīdi un skābs.

Atšķirībā no glicerofosfolipīdiem, sfingolipīdi nav veidoti uz glicerīna 3-fosfāta molekulas kā galvenā skeleta, bet ir savienojumi, kas iegūti no sfingozīna, aminoalkohols ar garu ogļūdeņraža ķēdi, kas savienota ar amīda saiti..

Attiecībā uz sarežģītību un daudzveidību zīdītājiem ir zināmi vismaz 5 dažādi bāzes veidi sfingolipīdiem. Šīs bāzes var kombinēt ar vairāk nekā 20 dažādu veidu taukskābēm, ar dažāda garuma un piesātinājuma grādiem, papildus daudzajām variācijām polārajās grupās, kuras var dot.

Bioloģiskajām membrānām ir aptuveni 20% sfingolipīdu. Šajās šūnās ir dažādas un nozīmīgas funkcijas, sākot no strukturālas līdz signāla pārraidei un dažādu šūnu komunikācijas procesu vadībai.

Šo molekulu sadalījums ir atkarīgs no organelas funkcijas, kur tās ir, bet parasti sfingolipīdu koncentrācija plazmas membrānas ārējā monolītā ir daudz augstāka, salīdzinot ar iekšējiem monolu slāņiem un citiem nodalījumiem..

Cilvēkiem ir vismaz 60 sfingolipīdu sugas. Daudzas no tām ir svarīgas nervu šūnu membrānu sastāvdaļas, bet citas spēlē svarīgas strukturālas lomas vai cita starpā piedalās signālu transdukcijā, atpazīšanā, šūnu diferencēšanā, patoģenēze, programmētā šūnu nāve..

Indekss

  • 1 Struktūra
  • 2 Raksturojums
  • 3 Funkcijas
    • 3.1. Strukturālās funkcijas
    • 3.2. Signalizācijas funkcijas
    • 3.3 -As receptoriem membrānā
  • 4 Sfingolipīdu grupas
    • 4.1 Sphingomielīni
    • 4.2 Neitrāli glikolipīdi vai glikosfingolipīdi (bez slodzes)
    • 4.3. Gangliozīdi vai skābie glikosfingolipīdi
  • 5 Sintēze
    • 5.1 Ceramīda skeleta sintēze
    • 5.2. Specifisku sfingolipīdu veidošanās
  • 6 Metabolisms
    • 6.1
  • 7 Atsauces

Estruktūru

Visi sfingolipīdi ir iegūti no L-serīna, kas tiek kondensēts ar garas ķēdes taukskābēm, veidojot sfingoido bāzi, kas pazīstama arī kā garās ķēdes bāze (LCB)..

Visbiežāk sastopamās bāzes ir sfinganīns un sfingozīns, kas viena no otras atšķiras tikai ar trans-dubultās saiknes klātbūtni starp sfingozīna taukskābes oglekli 4 un 5..

Sfingozīna oglekļi 1, 2 un 3 ir strukturāli analoģiski glicerofosfolipīdu glicerīna oglēm. Kad amfidozes ar sfingozīna oglekli 2 pievieno taukskābes, tiek ražots keramīds, kas ir molekula, kas ir ļoti līdzīga diacilglicerīnam un ir vienkāršākais sfingolipīds..

Garās ķēdes taukskābes, kas veido šo lipīdu hidrofobos reģionus, var būt ļoti dažādas. Garumi ir no 14 līdz 22 oglekļa atomiem, kuriem var būt atšķirīga piesātinājuma pakāpe, parasti starp oglekli 4 un 5.

4. vai 6. pozīcijā tām var būt hidroksilgrupas un dubultās saites citās pozīcijās vai pat filiāles kā metilgrupas.

Funkcijas

Taukskābju ķēdes, kas saistās ar amīda saitēm ar keramīdiem, parasti piesātina un parasti ir garākas par tām, kas atrodamas glicerofosfolipīdos, kas, šķiet, ir būtiska šo bioloģisko aktivitāšu dēļ..

Sfingolipīda skeleta atšķirīga iezīme ir tā, ka tas var būt pozitīvs neto lādiņš neitrālā pH līmenī, reti sastopams lipīdu molekulās..

Tomēr aminoskābes pKa ir neliela attiecībā pret vienkāršu amīnu, starp 7 un 8, tā ka daļa molekulas nav ielādēta fizioloģiskā pH līmenī, kas varētu izskaidrot šo "brīvo" kustību starp divslāņiem..

Tradicionālā sfingolipīdu klasifikācija izriet no vairākām modifikācijām, ko var izdarīt ceramīda molekula, īpaši attiecībā uz polāro galvas grupu aizvietojumiem..

Funkcijas

Spingolipīdi ir būtiski dzīvniekiem, augiem un sēnītēm, kā arī dažos prokariotu organismos un vīrusos.

-Strukturālās funkcijas

Spingolipīdi modulē membrānu fizikālās īpašības, tostarp to šķidrumu, biezumu un izliekumu. Šo īpašību modulēšana arī dod tām tiešu ietekmi uz membrānu proteīnu telpisko organizāciju.

Lipīdu "plostos"

Bioloģiskajās membrānās var konstatēt dinamiskas domēnus ar mazāku šķidrumu, ko veido holesterīna un sfingolipīdu molekulas, ko sauc par lipīdu plostiem..

Šīs struktūras rodas dabiski un ir cieši saistītas ar integrētajām olbaltumvielām, šūnu virsmas receptoriem un signalizācijas proteīniem, transportētājiem un citiem proteīniem ar glikozilfosfatidilinozitola (GPI) enkuriem..

-Signalizācijas funkcijas

Viņiem ir funkcijas kā signalizācijas molekulas, kas darbojas kā otrās vēstneses vai kā izdalīti ligandi šūnu virsmas receptoriem.

Kā sekundārie kurjeri var piedalīties kalcija homeostāzes regulēšanā, šūnu augšanā, audzēju veidošanā un apoptozes nomākšanā. Turklāt daudzu neatņemamu un perifēro membrānu proteīnu aktivitāte ir atkarīga no to saistību ar sfingolipīdiem.

Daudzas starpšūnu un šūnu mijiedarbības ar to vidi ir atkarīgas no dažādu sfingolipīdu polāro grupu iedarbības uz plazmas membrānas ārējo virsmu..

Glikosfingolipīdu un lektīnu saistīšanās ir būtiska mielīna savienošanai ar aksoniem, neitrofilu saķeri ar endotēliju utt..

Jūsu metabolisma blakusprodukti

Vissvarīgākie signalizējošie sfingolipīdi ir garās ķēdes bāzes vai sfingozīni un keramīdi, kā arī to fosforilētie atvasinājumi, piemēram, sfingozīna 1-fosfāts..

Daudzu sfingolipīdu metabolisma produkti aktivizē vai inhibē vairākus lejup vērstus mērķus (proteīna kināzes, fosfoproteīni, fosfatāzes un citi), kas kontrolē sarežģītas šūnu uzvedības, piemēram, augšanu, diferenciāciju un apoptozi..

-Kā receptoriem membrānā

Daži patogēni izmanto kā glikosfingolipīdus kā receptorus, lai mediētu viņu iekļūšanu saimniekšūnās vai lai tiem nodrošinātu virulences faktorus.

Ir pierādīts, ka sfingolipīdi piedalās vairākos šūnu notikumos, piemēram, sekrēcijā, endocitozē, kemotaksē, neirotransmisijā, angiogenēzē un iekaisumā..

Tās ir iesaistītas arī membrānas nelegālā tirdzniecībā, tāpēc tās ietekmē receptoru internalizāciju, sekrēcijas vezikulu pasūtīšanu, kustību un saplūšanu, reaģējot uz dažādiem stimuliem..

Sfingolipīdu grupas

Ir trīs sfingolipīdu apakšklases, kas visas iegūtas no keramīda un kas atšķiras viena no otras ar polārām grupām, proti: sfingomielīni, glikolipīdi un gangliozīdi..

Sphingomielīni

Tie satur fosfololīnu vai fosfoetanolamīnu kā polāro galvas grupu, tāpēc tos klasificē kā fosfolipīdus kopā ar glicerofosfolipīdiem. Protams, tās atgādina fosfatidilholīnus trīsdimensiju struktūrā un vispārīgās īpašībās, jo tiem nav maksas par polāro galvu.

Tās atrodas dzīvnieku šūnu plazmas membrānās un ir īpaši bagātas ar mielīnu, apvalku, kas ieskauj un izolē dažu neironu aksonus..

Glikolipīdi vai neitrāli glikosfingolipīdi (bez slodzes)

Tie ir atrodami galvenokārt uz plazmas membrānas ārējās virsmas un tiem ir viens vai vairāki cukuri kā polārā galvas grupa, kas tieši piestiprināta pie keramīda daļas oglekļa 1. Viņiem nav fosfātu grupu. Tā kā pie pH 7 viņiem nav maksas, tos sauc par neitrāliem glikolipīdiem.

Cerebrosīdiem ir viena molekula ar cukuru, kas pievienots ceramīdam. Tie, kas satur galaktozi, atrodami ne nervu audu šūnu plazmas membrānās. Globozīdi ir glikosfingolipīdi ar diviem vai vairākiem cukuriem, parasti D-glikozi, D-galaktozi vai N-acetil-D-galaktozamīnu..

Gangliozīdi vai skābie glikosfingolipīdi

Tie ir vissarežģītākie sfingolipīdi. Tiem ir oligosaharīdi kā polārā galvas grupa un viens vai vairāki termināli N-acetiluramīnskābes atlikumi, ko sauc arī par sialskābi. Sialskābe nodrošina gangliozīdus ar negatīvu lādiņu pie pH 7, kas tos atšķir no neitrāliem glikosfingolipīdiem..

Šīs sfingolipīdu grupas nomenklatūra ir atkarīga no sialskābes atlikumu daudzuma, kas atrodas polārā galvas oligosaharīda daļā..

Sintēze

Garās ķēdes bāzes molekulu vai sfingozīnu sintezē endoplazmatiskajā retikulā (ER), un polāro grupu pievienošana šo lipīdu galvai notiek vēlāk Golgi kompleksā. Zīdītājiem mitohondrijās var būt arī sfingolipīdu sintēze.

Pēc sintēzes pabeigšanas Golgi kompleksā, sfingolipīdi tiek transportēti uz citiem šūnu nodalījumiem, izmantojot mehāniskos līdzekļus, ko izraisa vezikulas.

Sfingolipīdu biosintēze sastāv no trim fundamentāliem notikumiem: garo ķēžu bāzes sintēzes, keramīdu biosintēzes, piesaistot taukskābes ar amīda saiti, un, visbeidzot, kompleksu sfingolipīdu veidošanos, izmantojot polāro grupu savienojums sphingoida bāzē.

Papildus de novo sintēzei sfingolipīdus var veidot arī, nomainot vai pārstrādājot garās ķēdes bāzes un keramīdus, kas var barot sfingolipīdu baseinu..

Ceramīda skeleta sintēze

Ceramīda, sfingolipīda skeleta, biosintēze sākas ar palmitoil-CoA un L-serīna molekulas dekarboksilatīvu kondensāciju. Reakciju katalizē heterodimērs serīna palmitoil-transferāze (SPT), kas ir atkarīga no piridoksa fosfāta, un produkts ir 3-keto dihidrosftingīns..

Šo fermentu inhibē β-halo-L-alanīni un L-cikloserīni. Raugos to kodē divi gēni, savukārt zīdītājiem ir trīs gēni šim enzīmam. Aktīvā vieta atrodas endoplazmas retikulāta citoplazmas pusē.

Šī pirmā fermenta loma saglabājas visos pētītajos organismos. Tomēr pastāv dažas atšķirības starp taksoniem, kas saistīti ar fermenta subcellulāro atrašanās vietu: baktēriju citoplazma, raugu, augu un dzīvnieku endoplazmatiskā retikulā..

Pēc tam 3-ketophinganīns tiek samazināts ar NADPH atkarīgo 3-ketoespinganīna reduktāzi, lai iegūtu sfinganīnu. Dihidrokeramīda sintāzes (sfinganīna N-acil transferāzes), tad acetilē sfinganīnu, lai iegūtu dihidrokeramīdu. Tad keramīdu veido dihidrokeramīda desaturāze / reduktāze, kas ievieto dubultu trans-saiti 4-5..

Zīdītājiem ir daudzas keramīda sintāzes izoformas, no kurām katra savieno noteiktu taukskābju ķēdi ar garām ķēdes bāzēm. Tādēļ keramīda sintāzes un citi fermenti, elongāzes, ir galvenais taukskābju daudzveidības avots sfingolipīdos..

Specifisku sfingolipīdu veidošanās

Sfingomielīns tiek sintezēts, fosfatolīnu pārnesot no fosfatidilholīna uz keramīdu, atbrīvojot diacilglicerīnu. Reakcija saistās ar sfingolipīdu un glicerofosfolipīdu signalizācijas ceļiem.

Ceramīda fosfoetanolamīns tiek sintezēts no fosfatidiletanolamīna un keramīda reakcijā, kas ir līdzīga sfingomielīna sintēzes reakcijai, un pēc veidošanās var metilēt līdz sfingomielīnam. Inozitola fosfātu keramīdus veido, pāresterificējot no fosfatidilinozīta.

Glikosfingolipīdi tiek modificēti galvenokārt Golgi kompleksā, kur specifiskie glikoziltransferāzes fermenti piedalās oligosaharīdu ķēžu pievienošanā keramīda skeleta hidrofilajā reģionā..

Metabolisms

Sfingolipīdu degradāciju veic glikohidrolāzes un sfingomielināzes enzīmi, kas ir atbildīgi par polāro grupu modifikāciju novēršanu. No otras puses, ceramidāzes reģenerē garo ķēžu bāzes no keramīdiem.

Gangliozīdus noārda lizosomu fermentu kopums, kas katalizē cukura vienību pakāpenisku likvidēšanu, galu galā radot keramīdu.

Vēl viens noārdīšanās ceļš ir sfingolipīdu internalizācija endocitiskajās vezikulās, kuras tiek nosūtītas atpakaļ uz plazmas membrānu vai transportētas uz lizosomām, kur tās sadalās ar specifiskām skābes hidrolāzēm..

Ne visas garās ķēdes bāzes tiek pārstrādātas, endoplazmatiskajam retikulam ir ceļš to galīgai noārdīšanai. Šis noārdīšanās mehānisms sastāv no fosforilācijas LCB acilēšanas vietā, radot signalizācijas molekulas, kas var būt šķīstošs substrāts liāzes fermentiem, kas sagriež LCB-fosfātu, lai radītu acilaldehīdus un fosfoetanolamīnu..

Regulu

Šo lipīdu metabolismu regulē vairākos līmeņos, viens no tiem ir par sintēzi atbildīgie fermenti, to pēctranslācijas modifikācijas un to allosteriskie mehānismi..

Daži regulējošie mehānismi ir specifiski šūnu līmenī, vai nu, lai kontrolētu šūnu attīstības brīdi, kādā tie tiek ražoti, vai arī reaģējot uz konkrētiem signāliem.

Atsauces

  1. Bartke, N., un Hannun, Y. (2009). Bioaktīvie sfingolipīdi: metabolisms un funkcija. Journal of Lipid Research, 50, 19.
  2. Breslova, D. K. (2013). Spingolipīda homeostāze endoplazmatiskajā retikulācijā un ārpus tās. Cold Spring Harbor perspektīvas bioloģijā, 5 (4), a013326.
  3. Futerman, A. H., un Hannun, Y. A. (2004). Vienkāršu sphingolipīdu dzīvi. EMBO ziņojumi, 5 (8), 777-782.
  4. Harrison, P.J., Dunn, T., un Campopiano, D.J. (2018). Sfingolipīdu biosintēze cilvēkam un mikrobiem. Dabas produktu pārskati, 35 (9), 921-954.
  5. Lahiri, S., un Futerman, A. H. (2007). Sfingolipīdu un glikosfingolipīdu metabolisms un darbība. 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. izdevums). Freeman, W. H. & Company.
  7. Luckey, M. (2008). Membrānas strukturālā bioloģija: ar bioķīmiskiem un biofiziskiem pamatiem. Cambridge University Press. Izgūti no www.cambridge.org/9780521856553
  8. Merrils, A.H. (2011). Sfingolipīdu un glikosfingolipīda vielmaiņas ceļi sfingolipidomikas laikmetā. Chemical Reviews, 111 (10), 6387-6422.
  9. Nelsons, D. L., un Cokss, M. M. (2009). Lehningera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums).
  10. Vance, J. E., un Vance, D.E. (2008). Lipīdu, lipoproteīnu un membrānu bioķīmija. In New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4. izdevums). Elsevier.