Sfingolipidna svojstva, funkcije, skupine, sinteza i metabolizam



sfingolipidi Oni predstavljaju jednu od tri glavne skupine lipida prisutnih u biološkim membranama. Kao i glicerofosfolipidi i steroli, oni su amfipatske molekule s hidrofilnom polarnom regijom i hidrofobnom apolarnom regijom..

Prvi put ih je opisao Johann L. W. Thudichum 1884., koji je opisao tri sfingolipida (sfingomijelin, cerebrozid i cerebrosulfatid) koji pripadaju trima poznatim klasama: fosfosfingolipidi, neutralni glikosfingolipidi i kiseli.

Za razliku od glicerofosfolipida, sfingolipidi nisu izgrađeni na molekuli glicerol-3-fosfata kao glavnog kostura, već su spojevi izvedeni iz sfingozina, aminoalkohola s dugim ugljikovodičnim lancem vezanog amidnom vezom..

Što se tiče složenosti i raznolikosti, poznato je najmanje 5 različitih tipova baza za sfingolipide u sisavaca. Ove baze mogu se kombinirati s više od 20 vrsta različitih masnih kiselina, s promjenjivim duljinama i stupnjevima zasićenja, uz višestruke varijacije u polarnim skupinama koje se mogu dati.

Biološke membrane imaju oko 20% sfingolipida. One imaju različite i važne funkcije u stanicama, od strukturne do transdukcije signala i kontrole različitih procesa stanične komunikacije.

Distribucija tih molekula varira ovisno o funkciji organela gdje su, ali normalno je koncentracija sfingolipida mnogo veća u vanjskom monosloju plazma membrane u odnosu na unutarnji monosloj i druge odjeljke..

U ljudi postoji najmanje 60 vrsta sfingolipida. Mnogi od njih su važne komponente membrana živčanih stanica, dok druge igraju važne strukturne uloge ili sudjeluju u prijenosu signala, prepoznavanju, diferencijaciji stanica, patogenezi, programiranoj staničnoj smrti, među ostalima..

indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Značajke
  • 3 Funkcije
    • 3.1 - Strukturne funkcije
    • 3.2 - Funkcije signalizacije
    • 3.3-As receptori u membrani
  • 4 Skupine sfingolipida
    • 4.1 Sfingomilini
    • 4.2 Neutralni glikolipidi ili glikosfingolipidi (bez opterećenja)
    • 4.3 Gangliozidi ili kiseli glikosfingolipidi
  • 5 Sinteza
    • 5.1 Sinteza ceramidnog kostura
    • 5.2. Stvaranje specifičnih sfingolipida
  • 6 Metabolizam
    • 6.1
  • 7 Reference

E, strukturne

Svi sfingolipidi su izvedeni iz L-serina, koji je kondenziran s masnom kiselinom dugog lanca kako bi se formirala sfingoidna baza, također poznata kao baza dugog lanca (LCB)..

Najčešće baze su sfinganin i sfingozin koji se međusobno razlikuju samo u prisutnosti trans dvostruke veze između ugljika 4 i 5 masne kiseline sfingozina..

Ugljici 1, 2 i 3 sfingozina su strukturno analogni glicerolnim ugljikovima glicerofosfolipida. Kada se masna kiselina veže na ugljik 2 sfingozina amidnim vezama, dobiva se ceramid, koji je molekula koja je vrlo slična diacilglicerolu i predstavlja najjednostavniji sfingolipid..

Masne kiseline dugog lanca koje čine hidrofobne regije ovih lipida mogu biti vrlo različite. Duljine variraju od 14 do 22 atoma ugljika koji mogu imati različite stupnjeve zasićenja, obično između ugljika 4 i 5.

U položajima 4 ili 6 mogu imati hidroksilne skupine i dvostruke veze u drugim položajima ili čak grane kao metilne skupine.

značajke

Lanci masnih kiselina povezanih amidnim vezama s ceramidima obično su zasićeni i imaju tendenciju da budu duži od onih koji se nalaze u glicerofosfolipidima, što se čini presudnim za biološku aktivnost ovih.

Osobitost skfgona sfingolipida je u tome što može imati pozitivan neto naboj na neutralnom pH, rijetko kod lipidnih molekula.

Međutim, pKa amino skupine je niska u odnosu na jednostavni amin, između 7 i 8, tako da dio molekule nije napunjen na fiziološkom pH, što bi moglo objasniti "slobodno" kretanje tih između dvoslojeva..

Tradicionalna klasifikacija sfingolipida proizlazi iz višestrukih modifikacija koje može proći kroz ceramidnu molekulu, posebno s obzirom na supstitucije polarnih glava..

funkcije

Sfingolipidi su bitni u životinja, biljaka i gljiva, kao iu nekim prokariotskim organizmima i virusima.

-Strukturne funkcije

Sfingolipidi moduliraju fizikalna svojstva membrana, uključujući njihovu fluidnost, debljinu i zakrivljenost. Moduliranje tih svojstava također im daje izravan utjecaj na prostornu organizaciju membranskih proteina.

U lipidnim "splavovima"

U biološkim membranama mogu se detektirati dinamičke domene s manjom fluidnošću formiranom molekulama kolesterola i sfingolipidima zvanim lipidni splavovi..

Te se strukture javljaju prirodno i usko su povezane s integralnim proteinima, receptorima na površini stanice i signalnim proteinima, transporterima i drugim proteinima s glikozilfosfatidilinozitolnim sidrima (GPI)..

-Funkcije signalizacije

Oni imaju funkcije kao signalne molekule koje djeluju kao drugi glasnici ili kao izlučeni ligandi za receptore na površini stanice.

Kao sekundarni glasnici mogu sudjelovati u regulaciji homeostaze kalcija, staničnog rasta, tumorigeneze i supresije apoptoze. Osim toga, aktivnost mnogih integralnih i perifernih membranskih proteina ovisi o njihovoj povezanosti sa sfingolipidima.

Mnoge međustanične i stanične interakcije s okolinom ovise o izloženosti različitih polarnih skupina sfingolipida vanjskoj strani plazma membrane.

Vezanje glikosfingolipida i lektina ključno je za povezivanje mijelina s aksonima, prianjanje neutrofila u endotel, itd..

Nusprodukti vašeg metabolizma

Najvažniji signalni sfingolipidi su baze dugih lanaca ili sfingozini i ceramidi, kao i njihovi fosforilirani derivati, kao što je sfingozin 1-fosfat..

Proizvodi metabolizma mnogih sfingolipida aktiviraju ili inhibiraju višestruke nizvodne mete (proteinske kinaze, fosfoproteine, fosfataze i druge), koje kontroliraju kompleksna stanična ponašanja kao što su rast, diferencijacija i apoptoza.

-Kao receptori u membrani

Neki patogeni koriste glikozfingolipide kao receptore za posredovanje njihovog ulaska u stanice domaćina ili za isporuku faktora virulencije.

Pokazalo se da sfingolipidi sudjeluju u višestrukim staničnim događajima kao što su sekrecija, endocitoza, kemotaksija, neurotransmisija, angiogeneza i upala.

Oni su također uključeni u trgovinu membranama, zbog čega utječu na internalizaciju receptora, uređivanje, kretanje i fuziju sekretornih vezikula kao odgovor na različite podražaje..

Sfingolipidne skupine

Postoje tri podklase sfingolipida, sve izvedene iz ceramida i koje se međusobno razlikuju polarnim skupinama, to jest: sfingomijelinima, glikolipidima i gangliozidima.

sfmgomijelma

Oni sadrže fosfoholin ili fosfoetanolamin kao polarnu glavnu skupinu, tako da su zajedno s glicerofosfolipidima klasificirani kao fosfolipidi. Oni, naravno, podsjećaju na fosfatidilkoline u trodimenzionalnoj strukturi i općenito na svojstva jer nemaju punjenja na svojim polarnim glavama.

Prisutni su u membranama životinja u plazmi i posebno su bogati mijelinom, omotačem koji okružuje i izolira aksone nekih neurona.

Glukolipidi ili neutralni glikosfingolipidi (bez opterećenja)

Oni se nalaze prvenstveno na vanjskoj površini plazma membrane i imaju jedan ili više šećera kao polarnu glavnu skupinu izravno vezanu za hidroksil ugljika 1 ceramidnog dijela. Ne posjeduju fosfatne skupine. Budući da na pH 7 nemaju naboja, nazivaju se neutralni glikolipidi.

Cerebrosidi imaju jednu molekulu šećera vezanu za ceramid. Oni koji sadrže galaktozu nalaze se u membranama plazme stanica ne-živčanog tkiva. Globosidi su glikosfingolipidi s dva ili više šećera, obično D-glukoza, D-galaktoza ili N-acetil-D-galaktozamin.

Gangliozidi ili kiseli glikosfingolipidi

To su najsloženiji sfingolipidi. Oni posjeduju oligosaharide kao polarnu glavnu skupinu i jedan ili više terminalnih ostataka N-acetilmuramske kiseline, koji se također nazivaju sialičnom kiselinom. Sialična kiselina osigurava gangliozide s negativnim nabojem pri pH 7, što ih razlikuje od neutralnih glikozifingolipida..

Nomenklatura ove klase sfingolipida ovisi o količini ostataka sijalinske kiseline prisutnih u oligosaharidnom dijelu polarne glave..

sinteza

Osnovna molekula dugog lanca ili sfingozin se sintetizira u endoplazmatskom retikulumu (ER), a dodavanje polarne skupine glavi tih lipida javlja se kasnije u Golgijevom kompleksu. U sisavaca se također može pojaviti sinteza sfingolipida u mitohondrijima.

Nakon završetka njihove sinteze u Golgijevom kompleksu, sfingolipidi se transportiraju u druge stanične odjeljke putem mehanizama posredovanih vezikulama.

Biosinteza sfingolipida sastoji se od tri temeljna događaja: sinteze dugolančanih baza, biosinteze ceramida vezanjem masne kiseline preko amidne veze, i konačno, formiranja kompleksnih sfingolipida pomoću spajanja polarnih skupina u ugljiku 1 baze sfingoida.

Osim sinteze de novo, sfingolipidi se također mogu formirati zamjenom ili recikliranjem baza dugih lanaca i ceramida, koji mogu napajati bazen za sfingolipid..

Sinteza ceramidnog kostura

Biosinteza ceramida, sfingolipidnog kostura, započinje dekarboksilnom kondenzacijom molekule palmitoil-CoA i L-serina. Reakcija se katalizira heterodimernom serinom palmitoil transferazom (SPT), ovisno o piridoksal fosfatu, a produkt je 3-keto dihidrosfingozin.

Ovaj enzim inhibiraju β-halo-L-alanini i L-cikloserini. U kvascu ga kodiraju dva gena, dok kod sisavaca postoje tri gena za taj enzim. Aktivno mjesto nalazi se na citoplazmatskoj strani endoplazmatskog retikuluma.

Uloga ovog prvog enzima je konzervirana u svim istraživanim organizmima. Međutim, postoje neke razlike između svojti koje se odnose na subcelularno mjesto enzima: bakterija je citoplazmatska, a kvasaca, biljaka i životinja je u endoplazmatskom retikulumu..

3-ketoesfinganin se zatim reducira s NADPH-ovisnom 3-ketoesfinganin reduktazom kako bi se proizveo sphinganin. Dihidroceramid sintetaza (sfinganin N-acil transferaza) zatim acetilira sfinanin da se dobije dihidroceramid. Ceramid se zatim formira pomoću dihidroceramid desaturaze / reduktaze, koja umeće dvostruku trans vezu na položaju 4-5.

U sisavaca, postoje brojni izoformi ceramidnih sintetaza, od kojih svaki povezuje specifičan lanac masnih kiselina s bazama dugih lanaca. Stoga, ceramidne sintaze i drugi enzimi, elongaze, pružaju glavni izvor raznolikosti masnih kiselina u sfingolipidima.

Stvaranje specifičnih sfingolipida

Sfingomilin se sintetizira prijenosom fosfoholina iz fosfatidilkolina u ceramid, oslobađajući diacilglicerol. Reakcija veže signalne puteve sfingolipida i glicerofosfolipida.

Ceramidni fosfoetanolamin se sintetizira iz fosfatidiletanolamina i ceramida u reakciji analognoj sintezi sfingomijelina, a jednom formirana može se metilirati u sfingomijelin. Inozitol fosfatni ceramidi nastaju transesterifikacijom iz fosfatidilinozitola.

Glikozfingolipidi su modificirani uglavnom u Golgijevom kompleksu, gdje specifični glikoziltransferazni enzimi sudjeluju u dodavanju oligosaharidnih lanaca u hidrofilnom području ceramidnog kostura.

metabolizam

Razgradnja sfingolipida provodi se pomoću enzima glukohidrolaza i sfingomijelinaza, koji su odgovorni za uklanjanje modifikacija polarnih skupina. S druge strane, ceramidaze regeneriraju dugolančane baze iz ceramida.

Gangliozidi su razgrađeni skupom lizosomskih enzima koji kataliziraju korak-po-korak eliminaciju šećernih jedinica, te na kraju proizvode ceramid.

Drugi put degradacije sastoji se od internalizacije sfingolipida u endocitnim vezikulama koje se šalju natrag u plazmatsku membranu ili transportiraju u lizosome gdje se razgrađuju specifičnim kiselinskim hidrolizama.

Nisu sve baze dugačkih lanaca reciklirane, endoplazmatski retikulum ima put za krajnju degradaciju ovih. Ovaj mehanizam degradacije sastoji se u fosforilaciji umjesto acilaciji LCB-a, što dovodi do signalnih molekula koje mogu biti topljivi supstrati za lijazne enzime koji izrežu LCB-fosfat da bi proizveli acil aldehide i fosfoetanolamin.

regulacija

Metabolizam ovih lipida reguliran je na nekoliko razina, jedan od njih je enzim odgovoran za sintezu, njegove post-translacijske modifikacije i alosterične mehanizme ovih.

Neki regulatorni mehanizmi su specifični za stanicu, bilo da kontroliraju trenutak staničnog razvoja u kojem su nastali ili kao odgovor na specifične signale.

reference

  1. Bartke, N., & Hannun, Y. (2009). Bioaktivni sfingolipidi: metabolizam i funkcija. Journal of Lipid Research, 50, 19.
  2. Breslow, D. K. (2013). Sfingolipidna homeostaza u endoplazmatskom retikulumu i izvan nje. Cold Spring Harbor perspektive u biologiji, 5 (4), a013326.
  3. Futerman, A.H. i Hannun, Y.A. (2004). Složen život jednostavnih sfingolipida. EMBO izvješća, 5 (8), 777-782.
  4. Harrison, P.J., Dunn, T., & Campopiano, D.J. (2018). Biosinteza sfingolipida kod čovjeka i mikroba. Izvješća o prirodnim proizvodima, 35 (9), 921-954.
  5. Lahiri, S., i Futerman, A.H. (2007). Metabolizam i funkcija sfingolipida i glikosfingolipida. 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. izd.). Freeman, W. H. & Company.
  7. Luckey, M. (2008). Strukturna biologija membrane: s biokemijskim i biofizičkim temeljima. Cambridge University Press. Preuzeto s www.cambridge.org/9780521856553
  8. Merrill, A.H. (2011). Sfingolipid i glikozfingolipidni metabolički putovi u eri sfingolipidomika. Chemical Reviews, 111 (10), 6387-6422.
  9. Nelson, D.L., & Cox, M.M. (2009). Lehningerova načela biokemije. Izdanja Omega (5. izdanje).
  10. Vance, J.E., & Vance, D.E. (2008). Biokemija lipida, lipoproteina i membrana. U New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4th ed.). Elsevier.