Spingolipidek jellemzői, funkciói, csoportjai, szintézise és metabolizmusa

az szfingolipidekkel A biológiai membránokban jelen lévő lipidek három fő családjának egyikét képviselik. A glicerin-foszfolipidek és szterolokhoz hasonlóan amfipatikus molekulák, amelyek hidrofil poláris régióval és hidrofób apoláris régióval rendelkeznek..

Ezeket először 1884-ben Johann W. L. Thudichum, aki leírta a három szfingolipidek (szfingomielin, cerebrozidok és cerebrosulfatida) tartozó három különböző osztályba ismertek: fosfoesfingolípidos, glikoszfingolipidek semleges és savas.

Ellentétben glicerofoszfolipideket, szfingolipidek nem épülnek egy molekula glicerin-3-foszfát, mint fő csontváz, de olyan vegyületek származó szfingozin, egy amino-alkohol egy hosszú szénhidrogénláncot kapcsolódik amidkötéssel.

A bonyolultság és a sokféleség szempontjából emlősöknél a szfingolipidek esetében legalább 5 különböző típusú bázis ismert. Ezek a bázisok kombinálhatók több mint 20 különböző zsírsavval, változó hosszúságú és telítettségi fok mellett, a poláris csoportok többszörös változatai mellett..

A biológiai membránok körülbelül 20% szfingolipideket tartalmaznak. Ezek változatos és fontos funkciókkal rendelkeznek a sejtekben, a szerkezeti és a jelátviteltől, valamint a különböző cellás kommunikációs folyamatok irányításától.

A eloszlását e molekulák függően változik a funkciója a organellum, ahol vannak, de általában a koncentráció szfingolipid sokkal magasabb a külső egyrétegű a plazmamembrán képest a belső egyrétegű és egyéb jellemzők,.

Emberekben legalább 60 fajta szfingolipid van. Sokan közülük fontos elemei az idegsejt membránoknak, míg mások fontos szerkezeti szerepet töltenek be, vagy többek között részt vesznek a jelátvitelben, a felismerésben, a sejtek differenciálódásában, a patogenezisben, a programozott sejthalálban..

index

• 1 Szerkezet
• 2 Jellemzők
• 3 Funkciók
  • 3.1 - Strukturális funkciók
  • 3.2 - Jelzőfunkciók
  • 3.3 -A receptorok a membránban
• 4 Szfingolipidek csoportjai
  • 4.1 Sphingomielinek
  • 4.2 Semleges glikolipidek vagy glikoszfingolipidek (terhelés nélkül)
  • 4.3 Gangliozidok vagy savas glikoszfingolipidek
• 5 Szintézis
  • 5.1 A ceramid-váz szintézise
  • 5.2 Specifikus szfingolipidek kialakulása
• 6 Metabolizmus
  • 6.1 Rendelet
• 7 Referenciák

Estructura

Valamennyi szfingolipid egy L-szerinből származik, amelyet egy hosszú láncú zsírsavval kondenzálunk, hogy kialakítsuk a szfingoid bázist, amelyet hosszú láncú bázisnak is nevezünk (LCB)..

A leggyakoribb bázisok a szfinganin és a szfingozin, amelyek csak a szfingozin zsírsavának 4 és 5 szénatomja közötti transz kettős kötés jelenlétében különböznek egymástól..

A szfingozin 1, 2 és 3 szénatomjai szerkezetileg analógok a glicerin-foszfolipidek glicerin-szénhidrogénjeivel. Ha egy zsírsav a szfingozin szénatomjához amidkötésekkel kapcsolódik, akkor egy ceramid keletkezik, amely molekula nagyon hasonlít a diacil-glicerinhez, és a legegyszerűbb szfingolipidet képviseli..

Ezeknek a lipideknek a hidrofób régióit alkotó hosszú láncú zsírsavak nagyon különbözőek lehetnek. A hossza 14-22 szénatomos, amelyek különböző fokú telítettségűek lehetnek, általában a 4 és 5 szénatomok között.

A 4. vagy 6. pozícióban hidroxilcsoportok és kettős kötések lehetnek más pozíciókban vagy akár ágakban metilcsoportként.

jellemzői

A zsírsav láncok összekapcsolt amidkötéseket ceramidok általánosan telített, és általában hosszabb, mint amik a glicero-foszfolipidek, amit úgy tűnik, hogy döntő fontosságú a biológiai aktivitás ezen.

A szfingolipid csontváz sajátossága az, hogy pozitív nettó töltéssel rendelkezhet semleges pH-n, ritka a lipidmolekulák között..

Azonban, a pKa az aminocsoport képest alacsony az egy egyszerű amin, 7 és 8 között, így egy része a molekula töltést fiziológiás pH, ami magyarázza a „szabad” mozgását ezek közötti kettős rétegek.

A szfingolipidek hagyományos besorolása a ceramidmolekula többszörös módosításából ered, különösen a poláris fejcsoportok helyettesítése tekintetében..

funkciók

A szfingolipidek alapvető fontosságúak az állatokban, a növényekben és a gombákban, valamint egyes prokarióta szervezetekben és vírusokban.

-Strukturális funkciók

A szfingolipidek modulálják a membránok fizikai tulajdonságait, beleértve a folyékonyságot, vastagságukat és görbületeiket. Ezeknek a tulajdonságoknak a modulálása közvetlen hatással van a membránfehérjék térbeli szervezésére.

A lipid "tutajokban"

A biológiai membránokban a koleszterin és a szfingolipidek molekulái által kevésbé folyékonyan képződő dinamikus doméneket lehet kimutatni..

Ezek a struktúrák természetesen fordulnak elő, és szorosan kapcsolódnak az integrált fehérjékhez, a sejtfelszíni receptorokhoz és a jelző fehérjékhez, transzporterekhez és más fehérjékhez, amelyek glikozil-foszfatidilinozit (GPI) horgonyokkal rendelkeznek..

-Jelzőfunkciók

Funkcionálisan jelző molekulákként működnek, amelyek másodlagos hírvivőkként vagy szekretált ligandumokként hatnak a sejtfelszíni receptorokra.

Mivel a másodlagos hírvivők részt vehetnek a kalcium homeosztázis szabályozásában, a sejtek növekedésében, a tumorigenesisben és az apoptózis elnyomásában. Emellett számos integrált és perifériás membránfehérje aktivitása függ a szfingolipidekkel való kapcsolatuktól.

Számos intercelluláris és sejt kölcsönhatás a környezettel függ a szfingolipidek különböző poláris csoportjainak a plazmamembrán külső felületének expozíciójától..

A glikoszfingolipidek és a lektinek kötődése döntő fontosságú a mielin axonokkal való összekapcsolódása, a neutrofilek endotéliumhoz való tapadása, stb..

Az anyagcsere melléktermékei

A legfontosabb jelző szfingolipidek a hosszú láncú bázisok vagy szfingozinok és ceramidok, valamint ezek foszforilált származékai, például a szfingozin-1-foszfát..

Számos szfingolipid metabolizmus termékei aktiválnak vagy gátolnak több downstream célpontot (fehérje-kinázokat, foszfoproteineket, foszfatázokat stb.), Amelyek szabályozzák a komplex sejtes viselkedéseket, mint például a növekedést, a differenciálódást és az apoptózist..

-A membrán receptorai

Egyes kórokozók a glikoszfingolipideket receptorként használják, hogy közvetítsék be a gazdasejtekbe való belépést, vagy hogy virulencia faktorokat adjanak nekik.

Kimutatták, hogy a szfingolipidek több sejtes eseményben, például szekrécióban, endocitózisban, kemotaxisban, neurotranszmisszióban, angiogenezisben és gyulladásban vesznek részt..

A membránkereskedelemben is részt vesznek, ezért befolyásolják a receptorok internalizálódását, a szekréciós vezikulumok rendezését, mozgását és fúzióját a különböző ingerekre adott válaszként..

Szfingolipid csoportok

A szfingolipidek három alosztálya van, melyek mindegyike ceramidból származik, és amelyek poláris csoportokkal különböznek egymástól, nevezetesen: szfingomielinek, glikolipidek és gangliozidok..

szfingomielinből

Ezek foszfokolint vagy foszfoetanol-amint tartalmaznak poláris fejcsoportként, így a glicerofoszfolipidekkel együtt foszfolipidekként osztályozzák őket. Természetesen hasonlítanak a háromdimenziós struktúrában és általános tulajdonságokban lévő foszfatidil-kolinokra, mivel nem töltik fel a poláris fejüket.

Ezek jelen vannak az állati sejtek plazmamembránjaiban, és különösen bőségesek a myelinben, egy olyan köpenyben, amely egyes neuronok axonjait körülveszi és izolálja.

Glükolipidek vagy semleges glikoszfingolipidek (terhelés nélkül)

Elsősorban a plazmamembrán külső felületén találhatók, és egy vagy több cukrot tartalmaznak, mint poláris fejcsoportot, amely közvetlenül kapcsolódik a ceramid rész szénhidrogénéhez. Nem tartalmaznak foszfátcsoportokat. Mivel 7-es pH-nál nincs töltésük, ezeket semleges glikolipideknek nevezik.

A cerebroszidok egyetlen molekulájú cukorhoz kapcsolódnak a ceramidhoz. A galaktóz tartalmúakat nem idegszöveti sejtek plazmamembránjaiban találjuk. Globozidok két vagy több cukorral rendelkező glikoszfingolipidek, általában D-glükóz, D-galaktóz vagy N-acetil-D-galaktózamin..

Gangliozidok vagy savas glikoszfingolipidek

Ezek a legösszetettebb szfingolipidek. A poláris fejcsoportként oligoszacharidokat és egy vagy több terminális N-acetil-aminosav-maradékot tartalmaznak, amelyeket sziálsavnak is neveznek. A sziálsav gangliozidokat tartalmaz 7-es pH-értékű negatív töltéssel, amely megkülönbözteti őket a semleges glikoszfingolipidektől..

A szfingolipidek ezen osztályának nómenklatúrája a poláris fej oligoszacharidrészében jelen lévő sziálsavmaradékok mennyiségétől függ..

szintézis

A hosszú láncú bázismolekulát vagy a szfingozint az endoplazmatikus retikulumban (ER) szintetizáljuk, és a poláris csoport hozzáadása ezeknek a lipideknek a fejéhez később a Golgi komplexben történik. Emlősöknél a szfingolipidek bizonyos szintézise is előfordulhat a mitokondriumokban.

A Golgi-komplexben végzett szintézisük befejezése után a szfingolipideket más sejtekbe szállítják a hólyagok által közvetített mechanizmusok révén..

A bioszintézis szfingolipidek három fő események: a szintézis a hosszú láncú bázisok, bioszintézise ceramidok kötődve egy zsírsav amidkötéssel kapcsolódik, és végül a kialakulását bonyolult szfingolipidek által Union poláros csoportok 1 szénatomon a szfingoid bázis.

A de novo szintézis mellett a szfingolipidek képezhetők hosszú láncú bázisok és ceramidok cseréjével vagy újrahasznosításával is, amelyek a szfingolipid medencét táplálhatják..

A ceramid-váz szintézise

A keramid, a szfingolipid csontváz bioszintézise a palmitoil-CoA és egy L-szerin molekula dekarboxilatív kondenzációjával kezdődik. A reakciót egy heterodimer szerin-palmitoil-transzferáz (SPT) katalizálja, amely a piridoxál-foszfáttól függ, és a termék 3-keto-dihidroszfoszin..

Ezt az enzimet gátolja a β-halogén-L-alaninok és az L-cikloserinek. Az élesztőben két gént kódol, míg emlősökben három gén van az enzim számára. Az aktív hely az endoplazmatikus retikulum citoplazmatikus oldalán található.

Ennek az első enzimnek a szerepe megmarad az összes vizsgált szervezetben. Azonban vannak különbségek az enzim szubcelluláris elhelyezkedésével kapcsolatos taxonok között: a baktériumok citoplazmatikusak, az élesztők, növények és állatok endoplazmatikus retikulumban vannak..

A 3-keto-pinganint ezután a NADPH-függő 3-ketoespinganin-reduktáz redukálja a szfinganin előállítására. Dihidrokeramid-szintáz (szfinganin-N-acil-transzferáz), majd acetilez a szfinganint dihidrokeramid előállítására. A ceramidot ezután a dihidrokeramid-deszaturáz / reduktáz képezi, amely a 4-5..

Az emlősökben számos ceramidszintáz-izoform van, amelyek mindegyike zsírsavak specifikus láncát összekapcsolja a hosszú láncbázisokkal. Ezért a ceramid-szintázok és más enzimek, az elongázok a zsírsavak sokféleségének forrását jelentik a szfingolipidekben.

Specifikus szfingolipidek kialakulása

A szfingomyelint szintetizálják a foszfatidil-kolinból a ceramidba való átadásával, felszabadítva a diacil-glicerint. A reakció kötődik a szfingolipidek és a glicerofoszfolipidek jelátviteli útjához.

A keramid-foszfoetanol-amint foszfatidil-etanol-aminból és ceramidból szintetizálják a szfingomyelin-szintézissel analóg reakcióban, és amint kialakulhat, szfingomyelinné metilálható. Az inozitol-foszfát-ceramidokat foszfatidil-inozitból történő átészterezéssel állítjuk elő.

A glikoszfingolipideket elsősorban a Golgi komplexben módosítják, ahol specifikus glikozil-transzferáz enzimek vesznek részt az oligoszacharidláncok hozzáadásában a ceramid csontváz hidrofil régiójában..

anyagcsere

A szfingolipiddegradációt a glükohidrolázok és a szfingomielinázok enzimjei végzik, amelyek felelősek a poláris csoportok módosításainak eltávolításáért. Másrészről, a ceramidázok regenerálják a hosszú láncú bázisokat a keramidokból.

A gangliozidokat lizoszomális enzimek halmaza bontja le, amelyek katalizálják a cukoregységek lépésenkénti eltávolítását, végül egy ceramidot termelnek.

A lebomlás egy másik útja a szfingolipidek endocitikus vezikulákba történő internalizálása, amelyeket visszajuttatnak a plazmamembránba vagy szállítják a lizoszómákba, ahol specifikus savas hidrolázok bomlanak le.

Nem minden hosszú lánc bázist újrahasznosítanak, az endoplazmatikus retikulumnak van egy útja ezek terminális lebomlásához. Ez a lebomlási mechanizmus az LCB-k acilezése helyett foszforilációból áll, ami olyan jelátviteli molekulákat eredményez, amelyek oldható szubsztrátok lehetnek a liáz enzimek számára, amelyek az LCB-foszfátot acil-aldehidek és foszfoetanol-amin előállítására vágták le.

szabályozás

Ezeknek a lipideknek az anyagcseréjét több szinten szabályozzák, ezek közül az egyik a szintézisért felelős enzimek, a poszt-transzlációs módosítások és ezek alloszterikus mechanizmusai..

Egyes szabályozási mechanizmusok sejt-specifikusak, vagy a sejtfejlődés pillanatának szabályozására, amelyben előállították, vagy specifikus jelekre válaszul.

referenciák

1. Bartke, N. és Hannun, Y. (2009). Bioaktív szfingolipidek: metabolizmus és funkció. Journal of Lipid Research, 50, 19.
2. Breslow, D. K. (2013). Spingolipid homeosztázis az endoplazmatikus retikulumban és azon túl. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 5 (4), a013326.
3. Futerman, A. H. és Hannun, Y. A. (2004). Az egyszerű szfingolipidek komplex élete. EMBO jelentések, 5 (8), 777-782.
4. Harrison, P. J., Dunn, T. és Campopiano, D. J. (2018). Sphingolipid bioszintézis emberben és mikrobákban. Természetes termékjelentések, 35 (9), 921-954.
5. Lahiri, S. és Futerman, A. H. (2007). A szfingolipidek és a glikoszfingolipidek metabolizmusa és működése. 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. kiadás). Freeman, W. H. & Company.
7. Luckey, M. (2008). Membrán szerkezeti biológia: biokémiai és biofizikai alapokkal. Cambridge University Press. A www.cambridge.org/9780521856553-ból származik
8. Merrill, A. H. (2011). Spingolipid és glikoszfingolipid anyagcsere útvonalak a szfingolipidomika korában. Chemical Reviews, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelson, D. L. és Cox M. M. (2009). A biokémia Lehninger alapelvei. Omega kiadások (5. kiadás).
10. Vance, J. E. és Vance, D. E. (2008). A lipidek, lipoproteinek és membránok biokémiája. A New Comprehensive Biochemistry 36. kötet (4. kiadás). Elsevier.