Сфинголипидни характеристики, функции, групи, синтез и метаболизъм



на спинголипиди Те представляват една от трите основни семейства липиди, присъстващи в биологичните мембрани. Подобно на глицерофосфолипидите и стеролите, те са амфипатни молекули с хидрофилна полярна област и хидрофобна аполарна област..

За първи път те са описани през 1884 г. от Johann L. W. Thudichum, който описва три сфинголипиди (сфингомиелин, цереброзиди и церебросулфатид), които принадлежат към трите различни известни класа: фосфосфинголипиди, неутрални гликосфинголипиди и кисели.

За разлика от глицерофосфолипидите, сфинголипидите не са изградени върху молекула глицерол 3-фосфат като основен скелет, но са съединения, получени от сфингозин, аминоалкохол с дълга въглеводородна верига, свързана с амидна връзка..

По отношение на сложността и разнообразието, най-малко 5 различни типа бази са известни за сфинголипиди при бозайници. Тези бази могат да се комбинират с повече от 20 вида различни мастни киселини, с променливи дължини и степени на насищане, в допълнение към множеството вариации в полярните групи, които могат да бъдат дадени.

Биологичните мембрани имат около 20% сфинголипиди. Те имат разнообразни и важни функции в клетките, от структурна до сигнална трансдукция и контрол на различни процеси на клетъчна комуникация.

Разпределението на тези молекули варира в зависимост от функцията на органелите, където те са, но обикновено концентрацията на сфинголипидите е много по-висока във външния монослой на плазмената мембрана по отношение на вътрешния монослой и други отделения..

При хората има най-малко 60 вида сфинголипиди. Много от тях са важни компоненти на мембраните на нервните клетки, докато други играят важни структурни роли или участват в сигнална трансдукция, разпознаване, клетъчна диференциация, патогенеза, програмирана клетъчна смърт и др..

индекс

  • 1 Структура
  • 2 Характеристики
  • 3 Функции
    • 3.1 - Структурни функции
    • 3.2 - Функции за сигнализация
    • 3.3-А рецептори в мембраната
  • 4 Групи сфинголипиди
    • 4.1 Сфингомиелини
    • 4.2 Неутрални гликолипиди или гликосфинголипиди (без товар)
    • 4.3 Ганглиозиди или кисели гликосфинголипиди
  • 5 Синтез
    • 5.1 Синтез на керамиден скелет
    • 5.2 Образуване на специфични сфинголипиди
  • 6 Метаболизъм
    • 6.1 Регламент
  • 7 Препратки

Estructura

Всички сфинголипиди са получени от L-серин, който е кондензиран с дълговерижна мастна киселина за образуване на сфингоидна база, известна също като база с дълга верига (LCB)..

Най-често срещаните бази са сфинганин и сфингозин, които се различават един от друг само в присъствието на транс-двойна връзка между въглеродните атоми 4 и 5 на мастната киселина на сфингозин..

Въглеродите 1, 2 и 3 на сфингозин са структурно аналогични на глицеролните въглеродни атоми на глицерофосфолипидите. Когато мастна киселина е прикрепена към въглерод 2 на сфингозин чрез амидни връзки, се получава церамид, който е молекула, много подобна на диацилглицерола и представлява най-простият сфинголипид..

Мастните киселини с дълга верига, които образуват хидрофобните области на тези липиди, могат да бъдат много разнообразни. Дължините варират от 14 до 22 въглеродни атома, които могат да имат различна степен на насищане, обикновено между въглеродни атоми 4 и 5.

В позиции 4 или 6 те могат да имат хидроксилни групи и двойни връзки в други позиции или дори клонове като метилови групи.

функции

Веригите на мастни киселини, свързани с амидни връзки с церамиди, обикновено са наситени и са склонни да бъдат по-дълги от тези, открити в глицерофосфолипидите, което изглежда решаващо за биологичната активност на тези.

Отличителна черта на сфинголипидния скелет е, че той може да има положителен нетен заряд при неутрално рН, рядко сред липидните молекули.

Обаче, рКа на аминогрупата е ниска по отношение на прост амин, между 7 и 8, така че част от молекулата не е заредена при физиологично рН, което би могло да обясни "свободното" движение на тези между двуслойните слоеве..

Традиционната класификация на сфинголипидите произтича от множеството модификации, които може да претърпи церамидната молекула, особено по отношение на заместванията на полярните главни групи..

функции

Сфинголипидите са от съществено значение при животни, растения и гъби, както и при някои прокариотни организми и вируси..

-Структурни функции

Сфинголипидите модулират физичните свойства на мембраните, включително тяхната флуидност, дебелина и кривина. Модулирането на тези свойства им дава пряко влияние върху пространствената организация на мембранните протеини.

В липидни "салове"

В биологичните мембрани могат да бъдат открити динамични домейни с по-малка флуидност, образувана от молекули холестерол и сфинголипиди, наречени липидни салове..

Тези структури се срещат естествено и са тясно свързани с интегрални протеини, рецептори на клетъчната повърхност и сигнални протеини, транспортери и други протеини с котви на гликозилфосфатидилинозитол (GPI)..

-Функции за сигнализация

Те имат функции като сигнални молекули, които действат като вторични посланици или като секретирани лиганди за рецептори на клетъчната повърхност.

Като вторични посланици могат да участват в регулирането на калциевата хомеостаза, клетъчния растеж, туморогенезата и потискането на апоптозата. В допълнение, активността на много интегрални и периферни мембранни протеини зависи от тяхната асоциация със сфинголипиди.

Много междуклетъчни и клетъчни взаимодействия с тяхната среда зависят от излагането на различните полярни групи сфинголипиди на външната повърхност на плазмената мембрана..

Свързването на гликосфинголипидите и лектините е от решаващо значение за свързването на миелин с аксони, адхезията на неутрофилите към ендотелиума и др..

Продукти от вашия метаболизъм

Най-важните сигнализиращи сфинголипиди са бази на дълги вериги или сфингозини и церамиди, както и техните фосфорилирани производни, като например сфингозин 1-фосфат..

Продуктите на метаболизма на много сфинголипиди активират или инхибират множество низходящи цели (протеин кинази, фосфопротеини, фосфатази и други), които контролират сложни клетъчни поведения като растеж, диференциация и апоптоза.

-Като рецептори в мембраната

Някои патогени използват гликосфинголипиди като рецептори, за да медиират влизането им в клетките гостоприемници или да доставят фактори на вирулентност към тях.

Доказано е, че сфинголипидите участват в множество клетъчни събития като секреция, ендоцитоза, хемотаксис, невротрансмисия, ангиогенеза и възпаление..

Те също участват в трафика на мембрани, поради което те влияят на интернализацията на рецепторите, подреждането, движението и сливането на секреторните везикули в отговор на различни стимули..

Сфинголипидни групи

Има три подкласа на сфинголипиди, всичките получени от церамид и които се различават един от друг с полярни групи, а именно: сфингомиелини, гликолипиди и ганглиозиди.

сфингомиелина

Те съдържат фосфохолин или фосфоетаноламин като полярна главна група, така че те се класифицират като фосфолипиди заедно с глицерофосфолипиди. Те приличат, разбира се, на фосфатидилхолини в триизмерна структура и като цяло на свойства, тъй като нямат такса върху полярните си глави..

Те присъстват в плазмените мембрани на животински клетки и са особено разпространени в миелин, обвивка, която обгражда и изолира аксоните на някои неврони..

Глюколипиди или неутрални гликосфинголипиди (без товар)

Те се намират предимно на външната повърхност на плазмената мембрана и имат една или повече захари като полярна главна група, директно прикрепена към хидроксила на въглерод 1 на керамидната част. Те не притежават фосфатни групи. Тъй като при рН 7 те нямат такса, те се наричат ​​неутрални гликолипиди.

Цереброзидите имат единична молекула захар, прикрепена към церамид. Тези, които съдържат галактоза, се откриват в плазмените мембрани на клетките на не-нервната тъкан. Глобозидите са гликосфинголипиди с две или повече захари, обикновено D-глюкоза, D-галактоза или N-ацетил-D-галактозамин..

Ганглиозиди или кисели гликосфинголипиди

Това са най-сложните сфинголипиди. Те притежават олигозахариди като полярна главна група и един или повече крайни остатъци от N-ацетилмураминова киселина, наричани още сиалова киселина. Сиаловата киселина осигурява ганглиозиди с отрицателен заряд при рН 7, което ги отличава от неутралните гликосфинголипиди..

Номенклатурата на този клас сфинголипиди зависи от количеството остатъци на сиалова киселина, присъстващи в олигозахаридната част на полярната глава.

синтез

Основната молекула с дълги вериги или сфингозин се синтезира в ендоплазмения ретикулум (ER) и добавянето на полярната група към главата на тези липиди се появява по-късно в комплекса Голджи. При бозайниците може да се появи и синтез на сфинголипиди в митохондриите.

След завършване на техния синтез в комплекса Голджи, сфинголипидите се транспортират до други клетъчни компартменти чрез механизми, медиирани от везикули..

Биосинтезата на сфинголипидите се състои от три фундаментални събития: синтез на дълговерижни бази, биосинтез на керамиди чрез свързване на мастна киселина чрез амидна връзка и накрая, образуване на комплексни сфинголипиди с помощта на на обединението на полярните групи в въглерод 1 на сфингоидната основа.

В допълнение към de novo синтеза, сфинголипидите могат също да се образуват чрез заместване или рециклиране на дълговерижни бази и церамиди, които могат да захранват сфинголипидния басейн.

Синтез на керамиден скелет

Биосинтезата на керамид, сфинголипидния скелет, започва с декарбоксилатна кондензация на молекула на палмитоил-CoA и L-серин. Реакцията се катализира от хетеродимерен серин палмитоил трансфераза (SPT), в зависимост от пиридоксал фосфат и продуктът е 3-кето дихидросфингозин..

Този ензим се инхибира от р-хало-L-аланини и L-циклосерини. В дрождите тя е кодирана от два гена, докато при бозайниците има три гена за този ензим. Активният участък е разположен върху цитоплазмената страна на ендоплазмения ретикулум.

Ролята на този първи ензим се запазва във всички изследвани организми. Има обаче някои различия между таксоните, които имат отношение към субклетъчното местоположение на ензима: този на бактериите е цитоплазмен, този на дрождите, растенията и животните е в ендоплазмения ретикулум..

Впоследствие 3-кетоесфинганинът се редуцира с NADPH-зависима 3-кетоесфинганин редуктаза, за да се получи сфиганин. След това дихидроцерамид синтазата (сфиганин N-ацилтрансфераза) ацетилира сфиганин за получаване на дихидроцерамид. След това керамидът се образува от дихидроцерамид десатураза / редуктаза, която вмъква двойна транс-връзка в позиция 4-5.

При бозайниците има много изоформи на керамидни синтетази, всяка от които свързва специфична верига от мастни киселини с основи с дълги вериги. Следователно, церамид синтетази и други ензими, елонгази, осигуряват основния източник на разнообразие на мастни киселини в сфинголипидите.

Образуване на специфични сфинголипиди

Сфингомиелин се синтезира чрез прехвърляне на фосфохолин от фосфатидилхолин към церамид, освобождавайки диацилглицерол. Реакцията свързва сигналните пътища на сфинголипидите и глицерофосфолипидите.

Керамидният фосфоетаноламин се синтезира от фосфатидилетаноламин и церамид в реакция, аналогична на синтеза на сфингомиелин, и веднъж образувана може да се метилира до сфингомиелин. Инозитол фосфат церамидите се образуват чрез трансестерификация от фосфатидилинозитол.

Гликосфинголипидите са модифицирани главно в комплекса Голджи, където специфични гликозилтрансферазни ензими участват в добавянето на олигозахаридните вериги в хидрофилната област на керамидния скелет..

метаболизъм

Разграждането на сфинголипида се извършва от ензимите глюкохидролази и сфингомиелинази, които са отговорни за отстраняване на модификациите на полярните групи. От друга страна, керамидазите регенерират дълговерижни бази от керамиди.

Ганглиозидите се разграждат от набор от лизозомни ензими, които катализират постепенното елиминиране на захарните единици, като в крайна сметка произвеждат церамид.

Друг път на разграждане се състои от интернализация на сфинголипиди в ендоцитни везикули, които се изпращат обратно към плазмената мембрана или се транспортират до лизозомите, където те се разграждат от специфични киселинни хидролази..

Не всички основи с дълга верига се рециклират, ендоплазменият ретикулум има път за крайната им деградация. Този механизъм на разграждане се състои в фосфорилиране вместо ацилиране на LCBs, което води до сигнални молекули, които могат да бъдат разтворими субстрати за лиазните ензими, които отрязват LCBs-фосфата, за да генерират ацил алдехиди и фосфоетаноламин..

регулиране

Метаболизмът на тези липиди е регулиран на няколко нива, един от тях е ензимите, отговорни за синтеза, неговите посттранслационни модификации и алостеричните механизми на тези липиди..

Някои регулаторни механизми са специфични за клетката, или за контрол на момента на клетъчното развитие, в което са произведени, или в отговор на специфични сигнали.

препратки

  1. Bartke, N., & Hannun, Y. (2009). Биоактивни сфинголипиди: метаболизъм и функция. Journal of Lipid Research, 50, 19.
  2. Breslow, D. K. (2013). Сфинголипиден хомеостаза в ендоплазмения ретикулум и отвъд. Перспективите на Студената пролетна пристанище в биологията, 5 (4), a013326.
  3. Futerman, A.H. & Hannun, Y.A. (2004). Сложният живот на простите сфинголипиди. Доклади на EMBO, 5 (8), 777-782.
  4. Harrison, P.J., Dunn, T., & Campopiano, D.J. (2018). Биосинтез на сфинголипид при човека и микробите. Доклади за естествен продукт, 35 (9), 921-954.
  5. Lahiri, S., & Futerman, A.H. (2007). Метаболизмът и функцията на сфинголипидите и гликосфинголипидите. 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-то изд.). Freeman, W. H. & Company.
  7. Luckey, M. (2008). Мембранна структурна биология: с биохимични и биофизични основи. Cambridge University Press. Изтеглено от www.cambridge.org/9780521856553
  8. Merrill, A.H. (2011). Сфинголипидни и гликосфинголипидни метаболитни пътища в епохата на сфинголипидомици. Chemical Reviews, 111 (10), 6387-6422.
  9. Nelson, D.L., & Cox, М. M. (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Издания Omega (5-то издание).
  10. Vance, J.E., & Vance, D.E. (2008). Биохимия на липидите, липопротеините и мембраните. В New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4th ed.). Elsevier.