Δομή φωσφατιδυλαιθανολαμίνης, βιοσύνθεση και λειτουργίες

Το φωσφατιδυλαιθανολαμίνη (PE) είναι ένα γλυκεροφωσφολιπίδιο άφθονο στις μεμβράνες πλάσματος των προκαρυωτικών οργανισμών. Αντίθετα, στις ευκαρυωτικές κυτταρικές μεμβράνες αυτό είναι το δεύτερο πιο άφθονο γλυκεροφωσφολιπίδιο στην εσωτερική πλευρά της μεμβράνης του πλάσματος μετά από φωσφατιδυλοχολίνη.

Παρά την αφθονία της φωσφατιδυλοαιθανολαμίνης, η αφθονία της εξαρτάται όχι μόνο από τον τύπο του κυττάρου αλλά και από το διαμέρισμα και από τον συγκεκριμένο χρόνο κύκλου ζωής του κυττάρου που θεωρείται.

Οι βιολογικές μεμβράνες αποτελούν εμπόδια που καθορίζουν τους κυτταρικούς οργανισμούς. Όχι μόνο έχουν λειτουργίες προστασίας και απομόνωσης, αλλά είναι επίσης βασικές για τη δημιουργία πρωτεϊνών που απαιτούν ένα υδρόφοβο περιβάλλον για βέλτιστη λειτουργία.

Τόσο οι ευκαρυωτικοί όσο και οι προκαρυωτικοί έχουν μεμβράνες αποτελούμενες κυρίως από γλυκεροφωσφολιπίδια και, σε μικρότερο βαθμό, σφιγγολιπίδια και στερόλες..

Γλυκεροφωσφολιπίδια είναι αμφιπαθικά μόρια δομημένα σε ένα σκελετό της L-γλυκερόλη αυτό εστεροποιείται στις θέσεις sn-1 και sn-2 από δύο λιπαρά οξέα σε μήκος και ο βαθμός των μεταβλητών κορεσμού. Στο υδροξύλιο της θέσης sn-3 εστεροποιείται με φωσφορική ομάδα, η οποία με τη σειρά της μπορεί να ενωθεί με διαφορετικούς τύπους μορίων που δημιουργούν τις διάφορες κατηγορίες γλυκεροφωσφολιπιδίων.

υπάρχει μια ποικιλία από γλυκεροφωσφολιπίδια στην κυτταρική κόσμο, ωστόσο, το πιο άφθονο είναι φωσφατιδυλοχολίνη (PC), φωσφατιδυλαιθανολαμίνη (ΡΕ), φωσφατιδυλοσερίνη (PS), φωσφατιδυλινοσιτόλη (ΡΙ), φωσφατιδικό οξύ (ΡΑ), φωσφατιδυλογλυκερίνη (PG) και καρδιολιπίνη (CL).

Ευρετήριο

• 1 Δομή
• 2 Βιοσύνθεση
  • 2.1 Διαδρομή Kennedy
  • 2.2 Διαδρομή PSD
• 3 Λειτουργίες
• 4 Αναφορές

Δομή

Η δομή της φωσφατιδυλαιθανολαμίνης ανακαλύφθηκε από Baer et αϊ στο 1952. Όπως έχει προσδιοριστεί πειραματικά για όλα τα γλυκεροφωσφολιπίδια, φωσφατιδυλαιθανολαμίνη περιλαμβάνει ένα μόριο εστεροποιημένη γλυκερόλη σε sn-1 θέση και sn-2 με αλυσίδες οξύ λιπαρά οξέα με 16 έως 20 άτομα άνθρακα.

Τα λιπαρά οξέα εστεροποιημένα στις sn-1 υδροξύλιο γενικά κορεσμένο (κανένα διπλούς δεσμούς) με μήκη 18 άτομα άνθρακα, ενώ οι αλυσίδες συνδέεται στη θέση sn-2, έχουν μεγαλύτερο μήκος και με έναν ή περισσότερους μη-κορεσμούς ( διπλούς δεσμούς).

Ο βαθμός κορεσμού των αλυσίδων αυτών συμβάλλει στην ελαστικότητα της μεμβράνης, η οποία έχει μια μεγάλη επίδραση στην εισαγωγή και παγίδευσης πρωτεϊνών στην διπλή στιβάδα.

Η φωσφατιδυλαιθανολαμίνη θεωρείται ένα μη-ελαστικό γλυκεροφωσφολιπίδιο, καθώς έχει κωνικό γεωμετρικό σχήμα. Αυτή η μορφή δίνεται από το μικρό μέγεθος της πολικής ομάδας ή της "κεφαλής" της, σε σχέση με τις αλυσίδες λιπαρών οξέων που περιλαμβάνουν τις υδρόφοβες "ουρές".

Η "κεφαλή" ή η πολική ομάδα της φωσφατιδυλοαιθανολαμίνης έχει αμφιτεριονικό χαρακτήρα, δηλαδή ότι διαθέτει ομάδες που μπορούν να φορτιστούν θετικά και αρνητικά υπό ορισμένες συνθήκες ρΗ.

Αυτό το χαρακτηριστικό σας επιτρέπει να δημιουργήσετε δεσμούς υδρογόνου με μεγάλη ποσότητα υπολειμμάτων αμινοξέων και η κατανομή φορτίου τους είναι ένας βασικός καθοριστικός παράγοντας για την τοπολογία των περιοχών πολλών ενσωματωμένων πρωτεϊνών μεμβράνης.

Βιοσύνθεση

Σε ευκαρυωτικά κύτταρα η σύνθεση των δομικών λιπιδίων είναι γεωγραφικά περιορισμένες, είναι η κύρια θέση της βιοσύνθεσης στο ενδοπλασματικό δίκτυο (ER) και σε μικρότερο βαθμό η Golgi.

Υπάρχουν τέσσερα ξεχωριστά βιοσυνθετικές οδούς για την παραγωγή φωσφατιδυλαιθανολαμίνης: (1) η διαδρομή του CDP-αιθανολαμίνη, επίσης γνωστή ως η διαδρομή Kennedy? (2) την οδό PSD για την αποκαρβοξυλίωση της φωσφατιδυλσερίνης (PS). (3) την ακυλίωση της λυσο-ΡΕ και (4) τις αντιδράσεις αλλαγής βάσης της πολικής ομάδας άλλων γλυκεροφωσφολιπιδίων.

Διαδρομή Κένεντι

Η βιοσύνθεση της φωσφατιδυλαιθανολαμίνης μέσω αυτής της οδού περιορίζεται στην ER και απέδειξαν ότι στα ηπατικά κύτταρα του χάμστερ είναι η κύρια παραγωγή. Αποτελείται από τρία διαδοχικά ενζυματικά στάδια που καταλύονται από τρία διαφορετικά ένζυμα.

Στο πρώτο στάδιο, η φωσφοαιθανολαμίνη και η ΑϋΡ παράγονται με τη δράση της κινάσης αιθανολαμίνης, η οποία καταλύει την εξαρτώμενη από την ΑΤΡ φωσφορυλίωση της αιθανολαμίνης.

Σε αντίθεση με τα φυτά, ή θηλαστικά ή ζυμομύκητες που είναι ικανά να παράγουν αυτό το υπόστρωμα, έτσι θα πρέπει να καταναλώνονται στη δίαιτα ή προέρχονται από την αποικοδόμηση των μορίων φωσφατιδυλαιθανολαμίνης ή σφιγγοσίνη προϋπάρχουσες.

Η φωσφοαιθανολαμίνη χρησιμοποιείται από την CTP: κυτιδυλοτρανσφεράση φωσφοαιθανολαμίνης (ΕΤ) για το σχηματισμό της υψηλής ενεργειακής ένωσης CDP: αιθανολαμίνη και ενός ανόργανου φωσφορικού.

1,2-διακυλογλυκερόλη αιθανολαμίνη φωσφοτρανσφεράσης (ΠΚΣ) χρησιμοποιεί την ενέργεια που περιέχεται στο CDP-αιθανολαμίνη να συνδέονται ομοιοπολικά σε ένα μόριο αιθανολαμίνη διακυλογλυκερόλη τοποθετήστε μέσα στην μεμβράνη, με αποτέλεσμα την φωσφατιδυλαιθανολαμίνη.

Διαδρομή PSD

Αυτή η διαδρομή λειτουργεί τόσο σε προκαρυώτες όσο και σε ζυμομύκητες και θηλαστικά. Στα βακτήρια εμφανίζεται στην πλασματική μεμβράνη, αλλά στα ευκαρυωτικά λαμβάνει χώρα σε μια περιοχή του ενδοπλασματικού δικτύου το οποίο έχει στενή σχέση με την μιτοχονδριακής μεμβράνης.

Mammalian διαδρομή καταλύεται από ένα μόνο ένζυμο, φωσφατιδυλοσερίνη αποκαρβοξυλάση (PSD1p) το οποίο είναι ενσωματωμένο στη μιτοχονδριακή μεμβράνη, το οποίο γονίδιο κωδικοποιείται από τον πυρήνα. Η αντίδραση περιλαμβάνει την αποκαρβοξυλίωση του PS σε φωσφατιδυλαιθανολαμίνη.

Οι υπόλοιπες δύο διαδρομές (ακυλίωση και ανταλλαγή ασβέστιο-εξαρτώμενη πολική ομάδα λυσο-ΡΕ) συμβαίνουν στο ενδοπλασματικό δίκτυο, αλλά δεν συνεισφέρουν σημαντικά στη συνολική παραγωγή φωσφατιδυλαιθανολαμίνη σε ευκαρυωτικά κύτταρα.

Λειτουργίες

Τα γλυκεροφωσφολιπίδια έχουν τρεις κύριες λειτουργίες στο κύτταρο, συμπεριλαμβανομένων των δομικών λειτουργιών, την αποθήκευση ενέργειας και την κυτταρική σηματοδότηση..

Η φωσφατιδυλαιθανολαμίνη συνδέεται με την αγκύρωση, τη σταθεροποίηση και την αναδίπλωση πρωτεϊνών πολλαπλών μεμβρανών, καθώς και τις αλλαγές διαμόρφωσης που απαιτούνται για τη λειτουργία πολλών ενζύμων.

Η πειραματική απόδειξη προτείνει μια φωσφατιδυλαιθανολαμίνη ως κρίσιμο γλυκεροφωσφολιπίδιο στο όψιμο στάδιο της τελόφασης, κατά τη διάρκεια σχηματισμού της συσταλτικής δακτυλίου και για τη σύσταση fragmoplasto επιτρέποντας διαίρεση μεμβράνη των δύο θυγατρικά κύτταρα.

Έχει επίσης σημαντική λειτουργία σε όλες τις διεργασίες σύντηξης και σχάσης (ένωση και διαχωρισμό) των μεμβρανών τόσο του ενδοπλασμικού δικτύου όσο και της συσκευής Golgi..

Στην E. coli έχει βρεθεί ότι φωσφατιδυλαιθανολαμίνη είναι απαραίτητη για τη σωστή αναδίπλωση και τη λειτουργία του ενζύμου περμεάση λακτόζη, γι 'αυτό έχει προταθεί ότι ο ρόλος του «συνοδού» μοριακό.

Η φωσφατιδυλοαιθανολαμίνη είναι ο κύριος δότης του μορίου αιθανολαμίνης που είναι απαραίτητος για την μετα-μεταφραστική τροποποίηση πολυάριθμων πρωτεϊνών, όπως GPI άγκυρες..

Αυτό το γλυκεροφωσφολιπίδιο είναι ο πρόδρομος πολυάριθμων μορίων με ενζυματική δραστικότητα. Επιπλέον, μόρια που προέρχονται από τον μεταβολισμό και διακυλογλυκερόλη, φωσφατιδικό οξύ και ορισμένα λιπαρά οξέα, μπορεί να δράσει ως δεύτεροι αγγελιαφόροι. Επιπλέον, είναι ένα σημαντικό υπόστρωμα για την παραγωγή φωσφατιδυλοχολίνης.

Αναφορές

1. Brouwers, J.F.H.M., Vernooij, Ε. Α. Α. Μ., Tielens, Α. G. Μ., & Van Golde, L. Μ. G. (1999). Ταχεία διάσπαση και ταυτοποίηση μοριακών ειδών φωσφατιδυλοαιθανολαμίνης. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Ανακτήθηκε από το jlr.org
2. Calzada, Ε., McCaffery, J. Μ., & Claypool, S. Μ. (2018). Η φωσφατιδυλαιθανολαμίνη που παράγεται στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του συμπλέγματος ζυμομυκήτων cytochrome bc1 3. BioRxiv, 1, 46. 
3. Calzada, Ε., Onguka, Ο., & Claypool, S. Μ. (2016). Μεταβολισμός φωσφατιδυλαιθανολαμίνης στην υγεία και τη νόσο. Διεθνής επισκόπηση της κυτταρικής και μοριακής βιολογίας (τόμος 321). Elsevier Inc. 
4. Gibellini, F., & Smith, Τ. Κ. (2010). Η πορεία Kennedy-de novo σύνθεσης φωσφατιδυλαιθανολαμίνης και φωσφατιδυλοχολίνης. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
5. Harayama, Τ., & Riezman, Η. (2018). Κατανόηση της ποικιλίας της λιπιδικής σύνθεσης της μεμβράνης. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296. 
6. Luckey, Μ. (2008). Διαρθρωτική βιολογία μεμβράνης: με βιοχημικά και βιοφυσικά θεμέλια. Cambrudge University Press. Ανακτήθηκε από cambrudge.org
7. Seddon, J.M., Cevc, G., Kaye, R.D. & Marsh, D. (1984). Μελέτη διάθλασης ακτίνων Χ του πολυμορφισμού ενυδατωμένων διαλκυλο-και διαλκυλοφωσφατιδυλαιθανολαμινών. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644. 
8. Sendecki, Α.Μ., Poyton, Μ.Ρ., Baxter, Α. J., Yang, Τ., & Cremer, P.S. (2017). Υποστηριζόμενες λιπιδικές ενώσεις με φωσφατιδυλαιθανολαμίνη ως κύριο συστατικό. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
9. van Meer, G., Voelker, D.R., & Feignenson, G.W. (2008). Μεμβράνη λιπίδια: όπου είναι και πώς συμπεριφέρονται. Nature Reviews, 9, 112-124.
10. Vance, J. Ε. (2003). Μοριακή και κυτταρική βιολογία της φωσφατιδυλσερίνης και του μεταβολισμού της φωσφατιδυλαιθανολαμίνης. Στο Κ. Moldave (Ed.), Έρευνα Νουκλεϊκού Οξέος Progress και Μοριακή Βιολογία (σελ. 69-111). Academic Press.
11. Vance, J. Ε. (2008). Φωσφατιδυλσερίνη και φωσφατιδυλοαιθανολαμίνη σε κύτταρα θηλαστικών: δύο μεταβολικά συναφή αμινοφωσφολιπίδια. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
12. Vance, J. Ε., & Tasseva, G. (2013). Σχηματισμός και λειτουργία φωσφατιδυλσερίνης και φωσφατιδυλαιθανολαμίνης σε κύτταρα θηλαστικών. Biochimica et Biophysica Acta - Μοριακή και Κυτταρική Βιολογία των λιπιδίων, 1831 (3), 543-554. 
13. Watkins, S.M., Zhu, Χ., & Zeisel, S.H. (2003). δραστηριότητα φωσφατιδυλαιθανολαμίνης-Ν-μεθυλοτρανσφεράσης και διαιτητικές χολίνη Ρυθμίζουν πλάσματος ήπατος λιπιδίου-ροής και το μεταβολισμό απαραίτητων λιπαρών οξέων σε ποντικούς. The Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.