Spingolipidų savybės, funkcijos, grupės, sintezė ir metabolizmas



The sfingolipidai Jie yra vienas iš trijų pagrindinių lipidų šeimų, esančių biologinėse membranose. Kaip ir glicerofosfolipidai ir steroliai, jie yra amfipatinės molekulės su hidrofiliniu poliniu regionu ir hidrofobiniu apoliniu regionu..

Juos pirmą kartą 1884 m. Apibūdino Johann L. W. Thudichum, kuris apibūdino tris sfingolipidus (sfingomieliną, cerebrosidus ir cerebrosulfatidą), priklausančias trims skirtingoms klasėms: fosforo pingolipidams, neutraliems glikosfingolipidams ir rūgštingam.

Skirtingai nei glicerofosfolipidai, sfingolipidai nėra pastatyti kaip glicerolio 3-fosfato, kaip pagrindinio skeleto, molekulės, bet yra junginiai, gauti iš sfingozino, aminoalkoholis, turintis ilgą angliavandenilių grandinę, susietą su amido jungtimi.

Kalbant apie sudėtingumą ir įvairovę, žinduolių sfingolipidams yra žinoma ne mažiau kaip 5 skirtingų tipų bazės. Šios bazės gali būti derinamos su daugiau kaip 20 skirtingų riebalų rūgščių tipų, kurių ilgis ir sodrumo laipsnis yra įvairūs, be to, daugybiniai poliarinių grupių variantai gali būti pateikiami.

Biologinėse membranose yra apie 20% sfingolipidų. Tai turi įvairias ir svarbias ląstelių funkcijas, nuo struktūrinio iki signalo perdavimo ir skirtingų korinio ryšio procesų valdymo.

Šių molekulių pasiskirstymas skiriasi priklausomai nuo organelio funkcijos, kur jie yra, bet paprastai sfingolipidų koncentracija yra daug didesnė plazmos membranos išoriniame vienagumbiame sluoksnyje, palyginti su vidiniais vienvandeniais ir kitais skyriais..

Žmonėms yra ne mažiau kaip 60 rūšių sfingolipidų. Daugelis jų yra svarbios nervų ląstelių membranų sudedamosios dalys, tuo tarpu kitos atlieka svarbius struktūrinius vaidmenis arba dalyvauja signalų transdukcijoje, atpažinimo, ląstelių diferenciacijos, patogenezės, užprogramuotos ląstelių mirties srityse..

Indeksas

  • 1 Struktūra
  • 2 Charakteristikos
  • 3 Funkcijos
    • 3.1 -Struktūrinės funkcijos
    • 3.2 - Signalizavimo funkcijos
    • 3.3 -Kaip receptoriai membranoje
  • 4 Sfingolipidų grupės
    • 4.1 Sphingomielinai
    • 4.2 Neutralūs glikolipidai arba glikosfingolipidai (be apkrovos)
    • 4.3 Gangliozidai arba rūgštūs glikosfingolipidai
  • 5 Sintezė
    • 5.1 Ceramido skeleto sintezė
    • 5.2 Specifinių sfingolipidų susidarymas
  • 6 Metabolizmas
    • 6.1 Reglamentas
  • 7 Nuorodos

Estruktūrą

Visi sfingolipidai yra gauti iš L-serino, kuris kondensuotas su ilgos grandinės riebalų rūgštimi, kad susidarytų sfingoidinė bazė, dar žinoma kaip ilgos grandinės bazė (LCB)..

Dažniausios bazės yra sfinganinas ir sfingozinas, kurie vienas nuo kito skiriasi tik esant dvigubai sfingozino riebalų rūgšties 4 ir 5 anglies jungtims..

Sfingozino angliavandeniai 1, 2 ir 3 yra struktūriškai analogiški glicerolio fosfatipidų angliavandeniliams. Kai riebalų rūgštis yra prijungta prie sfingozino anglies 2 amido jungtimis, gaminamas ceramidas, kuris yra molekulė, labai panaši į diacilglicerolį ir yra paprasčiausias sfingolipidas..

Ilgos grandinės riebalų rūgštys, sudarančios šių lipidų hidrofobinius regionus, gali būti labai įvairios. Ilgis svyruoja nuo 14 iki 22 anglies atomų, kurie gali turėti skirtingą sodrumo laipsnį, paprastai tarp 4 ir 5 anglies atomų.

4 arba 6 pozicijose jie gali turėti hidroksilo grupes ir dvigubas jungtis kitose padėtyse arba netgi šakas kaip metilo grupes.

Savybės

Riebalų rūgščių grandinės, susietos su amido jungtimis su keramidais, paprastai yra prisotintos ir yra linkusios būti ilgesnės už glicerofosfolipiduose esančias, kurios, atrodo, yra svarbios biologiniam šių medžiagų aktyvumui..

Skiriamasis sfingolipido skeleto bruožas yra tas, kad jis gali turėti teigiamą neto įkrovą neutraliame pH, retas tarp lipidų molekulių.

Tačiau amino grupės pKa yra nedidelė, palyginti su paprastu aminu, nuo 7 iki 8, todėl dalis molekulės nėra pakrauta fiziologiniu pH, kuris galėtų paaiškinti „laisvą“ judėjimą tarp dviejų sluoksnių..

Tradicinė sfingolipidų klasifikacija kyla iš daugelio modifikacijų, kurias gali atlikti keramido molekulė, ypač dėl polinių galvos grupių pakeitimų..

Funkcijos

Spingolipidai yra gyvybiškai svarbūs gyvūnams, augalams ir grybams, taip pat kai kuriems prokariotiniams organizmams ir virusams.

-Struktūrinės funkcijos

Spingolipidai moduliuoja fizines membranų savybes, įskaitant jų skysčių, storio ir kreivumo savybes. Šių savybių moduliavimas taip pat suteikia jiems tiesioginę įtaką membraninių baltymų erdviniam organizavimui.

Lipidų "plaustuose"

Biologinėse membranose galima aptikti dinamines sritis, kuriose yra mažiau skysčių, kurias sukelia cholesterolio ir sfingolipidų molekulės, vadinamos lipidiniais plaustais.

Šios struktūros atsiranda natūraliai ir yra glaudžiai susijusios su integruotais proteinais, ląstelių paviršiaus receptoriais ir signalizuojančiais proteinais, transporteriais ir kitais proteinais su glikozilfosfatidilinozitolio (GPI) inkarais..

-Signalizavimo funkcijos

Jie veikia kaip signalizuojančios molekulės, veikiančios kaip antriniai pasiuntiniai arba kaip išskirti ligandai ląstelių paviršiaus receptoriams.

Kaip antriniai pasiuntiniai gali dalyvauti reguliuojant kalcio homeostazę, ląstelių augimą, tumorigenezę ir apoptozės slopinimą. Be to, daugelio integruotų ir periferinių membraninių baltymų aktyvumas priklauso nuo jų sąsajos su sfingolipidais.

Daugelis ląstelių ir ląstelių sąveikos su jų aplinka priklauso nuo įvairių poliarinių sfingolipidų grupių poveikio plazmos membranos išoriniam paviršiui..

Glikosfingolipidų ir lektinų surišimas yra labai svarbus, kad mielinas būtų susietas su axonais, neutrofilų sukibimas su endoteliu ir pan..

Jūsų metabolizmo šalutiniai produktai

Svarbiausi signalizuojantys sfingolipidai yra ilgos grandinės bazės arba sfingozinai ir keramidai, taip pat jų fosforilinti dariniai, tokie kaip sfingozino 1-fosfatas..

Daugelio sfingolipidų metabolizmo produktai aktyvuoja arba slopina kelis pasroviui taikomus tikslus (baltymų kinazes, fosfoproteinus, fosfatazes ir kt.), Kurie kontroliuoja sudėtingus ląstelių elgesius, tokius kaip augimas, diferenciacija ir apoptozė..

-Kaip receptoriai membranoje

Kai kurie patogenai vartoja glikosfingolipidus kaip receptorius, kurie padeda jiems patekti į šeimininko ląsteles arba jiems suteikti virulentiškumo faktorius.

Buvo įrodyta, kad sfingolipidai dalyvauja daugelyje ląstelių įvykių, tokių kaip sekrecija, endocitozė, chemotaksis, neurotransmisija, angiogenezė ir uždegimas..

Jie taip pat dalyvauja prekyboje membranomis, todėl jie daro įtaką receptorių internalizacijai, sekrecinių vezikulių užsakymui, judėjimui ir suliejimui, reaguojant į skirtingus stimulus..

Spingolipidų grupės

Yra trys sfingolipidų poklasiai, visi gauti iš keramido ir skiriasi vienas nuo kito poliarinėmis grupėmis, būtent: sfingomielinais, glikolipidais ir gangliozidais..

Sphingomielinai

Juose yra fosfololino arba fosfoetanolamino, kaip polinės galvos grupės, todėl jie yra klasifikuojami kaip fosfolipidai kartu su glicerofosfolipidais. Jie, žinoma, panašūs į fosfatidilcholinus, turinčius trimatę struktūrą ir bendrąsias savybes, nes jie neturi poliarinių galvučių..

Jie yra gyvūnų ląstelių plazmos membranose ir yra ypač gausūs mielino, apvalkalo, kuris supa ir izoliuoja kai kurių neuronų ašis..

Gliukolipidai arba neutralūs glikosfingolipidai (be apkrovos)

Jos randamos visų pirma ant plazmos membranos išorinio paviršiaus ir turi vieną ar daugiau cukrų kaip poliarinės galvos grupės, tiesiogiai prijungtos prie keramido dalies anglies 1 hidroksilo. Jie neturi fosfatų grupių. Kadangi esant pH 7 jie neturi mokesčio, jie vadinami neutraliais glikolipidais.

Cerebrosidai turi vieną molekulę cukraus, prijungto prie ceramido. Tie, kurių sudėtyje yra galaktozės, randami ne nervų audinių ląstelių plazmos membranose. Globozidai yra glikosfingolipidai, turintys du ar daugiau cukrų, paprastai D-gliukozė, D-galaktozė arba N-acetil-D-galaktozaminas..

Gangliozidai arba rūgštūs glikosfingolipidai

Tai yra sudėtingiausi sfingolipidai. Jie turi oligosacharidus kaip poliarinę galvos grupę ir vieną ar daugiau galinių N-acetiluraminų rūgščių liekanų, taip pat vadinamų sialo rūgštimi. Sialo rūgštis suteikia gangliozidus su neigiamu krūviu, esant pH 7, kuris juos skiria nuo neutralių glikosfingolipidų..

Šios sfingolipidų klasės nomenklatūra priklauso nuo sialo rūgščių liekanų, esančių poliarinės galvos oligosacharidinėje dalyje, kiekio..

Sintezė

Ilgoji grandininė bazinė molekulė arba sfingozinas sintezuojamas endoplazminiame tinkle (ER), o poliarinės grupės pridėjimas prie šių lipidų galvos vėliau vyksta Golgi komplekse. Žinduolių mitochondrijose taip pat gali atsirasti tam tikra sfingolipidų sintezė.

Baigę sintezę Golgi komplekse, sfingolipidai perkeliami į kitus ląstelinius skyrius, naudojant medikamentus, kuriuos skatina pūslelės.

Sfingolipidų biosintezė susideda iš trijų pagrindinių įvykių: ilgos grandinės bazių sintezės, keramidų biosintezės, jungiantis riebalų rūgštį per amido jungtį, ir galiausiai kompleksinių sfingolipidų susidarymą naudojant poliarinių grupių jungtis sphingoidinės bazės anglies 1 dalyje.

Be de novo sintezės, sfingolipidai taip pat gali būti formuojami pakeičiant arba perdirbant ilgos grandinės bazes ir keramidus, kurie gali maitinti sfingolipidų baseiną..

Ceramido skeleto sintezė

Ceramido, sfingolipido skeleto, biosintezė prasideda palmitoil-CoA ir L-serino molekulės dekarboksilinimo kondensacija. Reakciją katalizuoja heterodimerinė serino palmitoilo transferazė (SPT), kuri priklauso nuo piridokso fosfato ir produktas yra 3-keto dihidrospingozinas..

Šį fermentą slopina β-halo-L-alaninai ir L-cikloserinai. Mielėse ji yra koduojama dviejų genų, o žinduoliuose yra trys šio fermento genai. Aktyvi vieta yra endoplazminio retikuliaus citoplazminėje pusėje.

Šio pirmojo fermento vaidmuo išsaugomas visuose tiriamuose organizmuose. Tačiau egzistuoja tam tikri skirtumai tarp taksonų, kurie susiję su subkuliariu fermento buvimo vieta: bakterijų citoplazminė, mielių, augalų ir gyvūnų endoplazminėje retikuloje..

Vėliau 3-ketophinganinas sumažinamas priklausomai nuo 3-ketoeshinganino reduktazės, kad gautų sfinganiną. Dihidroceramido sintazė (sfinganino N-acil-transferazė), po to acetiluoja sfinganiną, kad susidarytų dihidrokeramidas. Tuomet keramidą sudaro dihidrokeramido desaturazė / reduktazė, kuri 4-5 padėtyje įterpia dvigubą trans-jungtį.

Žinduoliuose yra daug ceramido sintezių izoformų, kurių kiekviena jungia tam tikrą riebalų rūgščių grandinę su ilgomis grandinių bazėmis. Todėl keramido sintezės ir kiti fermentai, elongazės, yra pagrindinė riebalų rūgščių įvairovė sfingolipiduose..

Specifinių sfingolipidų susidarymas

Sfingomielinas yra sintezuojamas perkeliant fosfocholiną iš fosfatidilcholino į ceramidą, atleidžiant diacilglicerolį. Reakcija suriša sfingolipidų ir glicerofosfolipidų signalizacijos kelius.

Ceramido fosfoetanolaminas sintetinamas iš fosfatidiletanolamino ir ceramido reakcijoje, kuri yra analogiška sfingomielino sintezei, ir susidarius gali būti metilinta iki sfingomielino. Inozitolio fosfato ceramidai susidaro peresterinant iš fosfatidilinozitolio.

Glikosfingolipidai yra modifikuojami daugiausia Golgi komplekse, kur specifiniai glikoziltransferazės fermentai dalyvauja pridėjus oligosacharidų grandines keramido skeleto hidrofiliniame regione..

Metabolizmas

Sphingolipidų skaidymą vykdo fermentai gliukohidrolazės ir sfingomielinazės, kurios yra atsakingos už polinių grupių modifikacijų pašalinimą. Kita vertus, keramidazės regeneruoja ilgas grandines iš keramidų.

Gangliozidai skaidomi lizosominių fermentų, kurie katalizuoja cukraus vienetų laipsnišką eliminavimą, galiausiai gaminant ceramidą, rinkiniu..

Kitas degradacijos būdas - tai sfingolipidų internalizavimas endocitinėse pūslėse, kurios yra siunčiamos atgal į plazmos membraną arba gabenamos į lizosomas, kur jos skaidomos specifinėmis rūgščių hidrolazėmis.

Ne visos ilgos grandinės bazės yra perdirbamos, endoplazminis tinklelis turi kelią galutiniam jų skaidymui. Šis degradacijos mechanizmas susideda iš fosforilinimo vietoj LCB acilinimo, todėl atsiranda signalizuojančios molekulės, kurios gali būti tirpūs liazės fermentų substratai, kurie sumažina LCB-fosfatą, kad susidarytų acilo aldehidai ir fosfoetanolaminas.

Reglamentą

Šių lipidų metabolizmas yra reguliuojamas keliais lygiais, vienas iš jų yra už sintezę atsakingi fermentai, jų post-transliacijos modifikacijos ir jų allosteriniai mechanizmai..

Kai kurie reguliavimo mechanizmai yra specifiški ląstelėms, kad būtų galima kontroliuoti ląstelių vystymosi momentą, kuriame jie gaminami, arba reaguojant į konkrečius signalus.

Nuorodos

  1. Bartke, N., ir Hannun, Y. (2009). Bioaktyvūs sfingolipidai: metabolizmas ir funkcija. Journal of Lipid Research, 50, 19.
  2. Breslow, D. K. (2013). Spingolipido homeostazė endoplazminėje retikuloje ir už jos ribų. Cold Spring Harbor perspektyvos biologijoje, 5 (4), a013326.
  3. Futerman, A. H., ir Hannun, Y. A. (2004). Sudėtingas paprastų sfingolipidų gyvenimas. EMBO ataskaitos, 5 (8), 777-782.
  4. Harrison, P.J., Dunn, T., & Campopiano, D.J. (2018). Sphingolipido biosintezė žmogui ir mikrobams. Gamtos produktų ataskaitos, 35 (9), 921-954.
  5. Lahiri, S., ir Futerman, A. H. (2007). Sfingolipidų ir glikosfingolipidų metabolizmas ir funkcija. 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-asis red.). Freeman, W. H. & Company.
  7. Luckey, M. (2008). Membraninė struktūrinė biologija: su biocheminiais ir biofiziniais pagrindais. Cambridge University Press. Gauta iš www.cambridge.org/9780521856553
  8. Merrill, A. H. (2011). Sfingolipidų ir glikosfingolipido metabolizmo keliai sphingolipidomikos eroje. Chemical Reviews, 111 (10), 6387-6422.
  9. Nelsonas, D. L., ir Cox, M. M. (2009). Lehningerio biochemijos principai. Omega leidiniai (5-asis red.).
  10. Vance, J. E., ir Vance, D. E. (2008). Lipidų, lipoproteinų ir membranų biochemija. New Comprehensive Biochemistry 36 tomas (4-asis red.). Elsevier.