Struktura fosfatidiletanolamina, biosinteza i funkcije



fosfatidiletanolamin (PE) je glicerofosfolipid obilan u plazma membranama prokariotskih organizama. Naprotiv, u membranama eukariotskih stanica to je drugi najzastupljeniji glicerofosfolipid na unutarnjoj strani plazma membrane nakon fosfatidilholina.

Unatoč brojnosti fosfatidiletanolamina, njegova brojnost ovisi ne samo o tipu stanice, već io odjeljku i specifičnom vremenu životnog ciklusa ćelije koji se razmatra.

Biološke membrane su barijere koje definiraju stanične organizme. Ne samo da imaju funkcije zaštite i izolacije, već su i ključne za uspostavljanje proteina koji zahtijevaju hidrofobnu okolinu za optimalno funkcioniranje.

I eukarioti i prokarioti imaju membrane sastavljene prvenstveno od glicerofosfolipida i, u manjoj mjeri, sfingolipida i sterola..

Glicerofosfolipidi su amfipatske molekule strukturirane na kosturu L-glicerola koji je esterificiran na položajima sn-1 i sn-2 pomoću dvije masne kiseline različite duljine i stupnja zasićenja. U hidroksilu položaja sn-3 esterificira fosfatna skupina, koja se može povezati s različitim tipovima molekula koje uzrokuju različite klase glicerofosfolipida.

postoje razne glicerofosfsolipida u staničnoj svijetu, međutim, najobilniji su fosfatidilkolin (PC), fosfatidiletanolamin (PE), fosfatidilserina (PS), fosfatidilinozitol (PI), fosfataza kiselina (PA), fosfatidilglicerina (PG) i kardiolipin (CL).

indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Biosinteza
    • 2.1 Kennedyjev put
    • 2.2 PSD put
  • 3 Funkcije
  • 4 Reference

struktura

Struktura fosfatidiletanolamin otkrio Baer et al, 1952. Kao što je eksperimentalno utvrđena za sve glicerofosfsolipida, fosfatidiletanolamin sadrži molekulu esterificirani glicerola u sn-1 položaju, i sn-2 s lancima kiselina masne između 16 i 20 ugljikovih atoma.

Masne kiseline esterificirane hidroksilne na sn-1 obično su zasićeni (dvostruke veze) s duljinama atoma ugljika 18, dok su lanci vezani na položaju sn-2, su veće dužine i s jednim ili više nezasićenim ( dvostruke veze).

Stupanj zasićenja ovih lanaca pridonosi elastičnosti membrane, koja ima veliki utjecaj na umetanje i sekvestraciju proteina u dvosloju..

Fosfatidiletanolamin se smatra ne-lamelarnim glicerofosfolipidom, jer ima konusni geometrijski oblik. Ovaj oblik je dat malom veličinom njegove polarne skupine ili "glave", u odnosu na lance masnih kiselina koje sadrže hidrofobne "repove".

"Glava" ili polarna skupina fosfatidiletanolamina ima zwitterionski karakter, to jest da posjeduje skupine koje mogu biti pozitivno i negativno nabijene pod određenim pH uvjetima.

Ova značajka omogućuje uspostavljanje vodikovih veza s velikom količinom aminokiselinskih ostataka i njihova raspodjela naboja je bitna odrednica za topologiju domena mnogih integralnih membranskih proteina..

biosinteza

U eukariotskim stanicama sinteza strukturalnih lipida je geografski ograničena, budući da je glavna točka biosinteze endoplazmatskog retikuluma (ER) i, u manjoj mjeri, Golgijevog aparata.

Postoje četiri neovisna biosintetska puta za proizvodnju fosfatidiletanolamina: (1) put CDP-etanolamina, također poznat kao Kennedyjev put; (2) PSD put za dekarboksilaciju fosfatidilserina (PS); (3) acilacija liso-PE i (4) reakcije promjene polarnih skupina drugih glicerofosfolipida.

Kennedy Route

Biosinteza fosfatidiletanolamina ovim putem ograničena je na ER i pokazano je da je u jetrenim stanicama hrčka glavni put proizvodnje. Sastoji se od tri uzastopna enzimska koraka koja kataliziraju tri različita enzima.

U prvom koraku, fosfoetanolamin i ADP nastaju djelovanjem etanolamin kinaze, koja katalizira ATP-ovisnu fosforilaciju etanolamina.

Za razliku od biljaka, ni sisavci ni kvasci nisu sposobni proizvesti ovaj supstrat, pa se on mora konzumirati u prehrani ili dobiti razgradnjom već postojećih molekula fosfatidiletanolamina ili sfingozina..

Fosfoetanolamin se koristi pomoću CTP: fosfoetanolamin citidiltransferaze (ET) u obliku visokoenergetskog spoja CDP: etanolamin i anorganski fosfat.

1,2-diacilglicerol etanolamin fosfotransferaze (ETP) koristi energija sadržana u CDP-etanolamin na kovalentno na molekulu etanolamin diacilglicerola umetnuti u membranu, što dovodi do fosfatidiletanolamina.

PSD put

Ovaj put djeluje kako u prokariotima, tako iu kvascima i sisavcima. U bakterijama se pojavljuje u plazmatskoj membrani, ali kod eukariota se odvija u području endoplazmatskog retikuluma koji ima blisku vezu s mitohondrijskom membranom..

Kod sisavaca put je kataliziran jednim enzimom, fosfatidilserin dekarboksilazom (PSD1p), koji je ugrađen u mitohondrijsku membranu, čiji je gen kodiran od jezgre. Reakcija uključuje dekarboksilaciju PS u fosfatidiletanolamin.

Dva preostala staze (lizo-PE aciliranja i razmjenu kalciju ovisna polarna skupina) javlja u endoplazmatskom retikulumu, ali se značajno ne doprinose ukupnom proizvodnjom fosfatidiletanolamina u eukariotskim stanicama.

funkcije

Glicerofosfolipidi imaju tri glavne funkcije u stanici, uključujući strukturne funkcije, skladištenje energije i signaliziranje u stanicama..

Fosfatidiletanolamin je povezan sa sidrenjem, stabilizacijom i preklapanjem više membranskih proteina, kao i s konformacijskim promjenama potrebnim za funkcioniranje mnogih enzima..

Eksperimentalni dokazi koji sugeriraju fosfatidiletanolamin kao ključni amonijum fosfatid u kasnom stadiju Telofaza, za vrijeme formiranja kontraktilnog prstena i uspostavljanje fragmoplasto omogućuje podjelu na membranu dvije stanice kćeri.

Također ima važnu funkciju u svim procesima fuzije i fisije (sjedinjenja i odvajanja) membrana endoplazmatskog retikuluma i Golgijevog aparata..

U E. coli dokazano je da je fosfatidiletanolamin neophodan za ispravno savijanje i funkciju enzima laktoze permeaza, pa se pretpostavlja da ima ulogu molekularnog "chaperona"..

Fosfatidiletanolamin je glavni donor molekule etanolamina potrebne za post-translacijsku modifikaciju brojnih proteina, kao što su GPI sidra..

Ovaj glicerofosfolipid je prekursor brojnih molekula s enzimskom aktivnošću. Osim toga, molekule izvedene iz njegovog metabolizma, kao i diacilglicerol, fosfatidna kiselina i neke masne kiseline, mogu djelovati kao drugi glasnici. Dodatno, on je važan supstrat za proizvodnju fosfatidilkolina.

reference

  1. Brouwers, J.F.H.M., Vernooij, E.A.A.M., Tielens, A.G.M., & van Golde, L.M.G. (1999). Brzo odvajanje i identifikacija molekularnih vrsta fosfatidiletanolamina. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Oporavio se od jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J.M., & Claypool, S.M. (2018). Fosfatidiletanolamin proizveden u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani bitan je za kompleksnu funkciju citokroma bc1 kvasca 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada, E., Onguka, O., i Claypool, S.M. (2016). Metabolizam fosfatidiletanolamina u zdravlju i bolesti. International Review of Cell and Molecular Biology (Vol. 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F., & Smith, T.K. (2010). Kennedyjev put - de novo sinteza fosfatidiletanolamina i fosfatidilkolina. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Razumijevanje raznolikosti lipidnog sastava membrane. Nature Reviews Molekularna stanična biologija, 19 (5), 281-296. 
  6. Luckey, M. (2008). Strukturna biologija membrane: s biokemijskim i biofizičkim temeljima. Cambridge University Press. Preuzeto s cambrudge.org
  7. Seddon, J.M., Cevc, G., Kaye, R.D., & Marsh, D. (1984). Rendgenska difrakcijska studija polimorfizma hidriranih diacil- i dialkilfosfatidiletanolamina. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644. 
  8. Sendecki, A.M., Poyton, M.F., Baxter, A.J., Yang, T., & Cremer, P.S. (2017). Podržava lipidne sapnice s fosfatidiletanolaminom kao glavnom komponentom. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D.R., & Feignenson, G.W. (2008). Membranski lipidi: gdje su i kako se ponašaju. Nature Reviews, 9, 112-124.
  10. Vance, J.E. (2003). Molekularna i stanična biologija metabolizma fosfatidilserina i fosfatidiletanolamina. U K. Moldave (ur.), Progress Nucleic Acid Research i molekularna biologija (str. 69-111). Academic Press.
  11. Vance, J.E. (2008). Fosfatidilserin i fosfatidiletanolamin u stanicama sisavaca: dva metabolički povezana aminofosfolipida. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J.E., & Tasseva, G. (2013). Formiranje i funkcija fosfatidilserina i fosfatidiletanolamina u stanicama sisavaca. Biochimica et Biophysica Acta - molekularna i stanična biologija lipida, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins, S.M., Zhu, X., i Zeisel, S.H. (2003). Aktivnost fosfatidiletanolamin-N-metiltransferaze i dijetalni kolin reguliraju protok lipida u jetri i plazmi i metabolizam esencijalnih masnih kiselina u miševa. Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.