Сфинголипидне карактеристике, функције, групе, синтеза и метаболизам



Тхе спхинголипидс Они представљају једну од три главне породице липида присутних у биолошким мембранама. Као и глицерофосфолипиди и стероли, они су амфипатски молекули са хидрофилним поларним регионом и хидрофобном аполарном регијом..

Они су први пут описали 1884. Јоханн Л. В. Тхудицхум, који је описао три сфинголипида (сфингомијелин, цереброзиде и церебросулфатид) који припадају трима познатим класама: фосфосфинголипиди, неутрални гликосфинголипиди и кисели.

За разлику од глицерофосфолипида, сфинголипиди нису изграђени на молекулу глицерол-3-фосфата као главног скелета, већ су спојеви изведени из сфингозина, аминоалкохола са дугим угљоводоничним ланцем везаним амидном везом..

У погледу комплексности и разноликости, познато је најмање 5 различитих типова база за сфинголипиде код сисара. Ове базе се могу комбиновати са више од 20 врста различитих масних киселина, са променљивим дужинама и степенима засићења, поред вишеструких варијација у поларним групама које се могу дати.

Биолошке мембране имају око 20% сфинголипида. Оне имају различите и важне функције у ћелијама, од структурне до трансдукције сигнала и контроле различитих процеса комуникације ћелија.

Дистрибуција ових молекула варира у зависности од функције органела где су, али нормално је концентрација сфинголипида много већа у спољашњем монослоју плазма мембране у односу на унутрашњи монослој и друге делове..

Код људи постоји најмање 60 врста сфинголипида. Многи од њих су важне компоненте мембрана нервних ћелија, док друге играју важне структурне улоге или учествују у трансдукцији сигнала, препознавању, диференцијацији станица, патогенези, програмираној станичној смрти, између осталих..

Индек

  • 1 Струцтуре
  • 2 Карактеристике
  • 3 Функције
    • 3.1 - Структурне функције
    • 3.2 - Функције сигнализације
    • 3.3 -Ас рецептори у мембрани
  • 4 Групе сфинголипида
    • 4.1 Спхингомиелинс
    • 4.2 Неутрални гликолипиди или гликосфинголипиди (без оптерећења)
    • 4.3 Ганглиозиди или кисели гликофосфолипиди
  • 5 Синтеза
    • 5.1 Синтеза церамидног скелета
    • 5.2 Формирање специфичних сфинголипида
  • 6 Метаболизам
    • 6.1 Уредба
  • 7 Референце

Еструктура

Сви сфинголипиди су изведени из Л-серина, који је кондензован са масном киселином дугог ланца да би се формирала сфингоидна база, такође позната као база дугог ланца (ЛЦБ)..

Најчешће базе су сфинганин и сфингозин који се разликују једино у присуству транс двоструке везе између угљеника 4 и 5 масне киселине сфингозина..

Угљеници 1, 2 и 3 сфингозина су структурно аналогни глицеролним угљеницима глицерофосфолипида. Када се масна киселина веже за угљеник 2 сфингозина амидним везама, добија се церамид, који је молекул врло сличан диацилглицеролу и представља најједноставнији сфинголипид..

Масне киселине дугог ланца које чине хидрофобне регионе ових липида могу бити веома различите. Дужине варирају од 14 до 22 атома угљеника који могу имати различите степене засићења, обично између угљеника 4 и 5.

У положајима 4 или 6 могу имати хидроксилне групе и двоструке везе у другим позицијама или чак гране као метилне групе.

Феатурес

Ланци масних киселина везани амидним везама за церамиде су обично засићени и имају тенденцију да буду дужи од оних који се налазе у глицерофосфолипидима, што изгледа да је пресудно за биолошку активност ових.

Карактеристично обележје сфинголипидног скелета је то што може имати позитиван нето набој на неутралном пХ, ретко међу липидним молекулима.

Међутим, пКа амино групе је ниска у односу на једноставан амин, између 7 и 8, тако да део молекула није напуњен на физиолошком пХ, што би могло објаснити "слободно" кретање ових између двослоја..

Традиционална класификација сфинголипида произилази из вишеструких модификација које може проћи кроз церамидне молекуле, посебно у погледу супституција поларних група глава..

Функције

Сфинголипиди су есенцијални за животиње, биљке и гљиве, као и за неке прокариотске организме и вирусе.

-Структурне функције

Сфинголипиди модулирају физичке особине мембрана, укључујући њихову флуидност, дебљину и закривљеност. Модулисање ових својстава им такође даје директан утицај на просторну организацију мембранских протеина.

У липидним "сплавовима"

У биолошким мембранама могу се детектовати динамичке домене са мањом флуидношћу формираном молекулима холестерола и сфинголипидима званим липидни сплавови..

Ове структуре се јављају природно и блиско су повезане са интегралним протеинима, рецепторима на површини ћелије и сигналним протеинима, транспортерима и другим протеинима са сидрима гликозилфосфатидилинозитола (ГПИ)..

-Функције сигнализације

Они имају функције као сигнални молекули који делују као други гласници или као излучени лиганди за рецепторе на површини ћелија.

Као секундарни гласници могу учествовати у регулацији хомеостазе калцијума, расту ћелија, туморигенези и супресији апоптозе. Поред тога, активност многих интегралних и периферних мембранских протеина зависи од њихове повезаности са сфинголипидима.

Многе интерцелуларне и ћелијске интеракције са својим окружењем зависе од излагања различитих поларних група сфинголипида спољној страни плазма мембране.

Везивање гликосфинголипида и лектина је кључно за асоцијацију мијелина са аксонима, адхезију неутрофила на ендотел, итд..

Нуспродукти вашег метаболизма

Најважнији сигнални сфинголипиди су базе дугих ланаца или сфингозини и церамиди, као и њихови фосфориловани деривати, као што је сфингозин 1-фосфат..

Производи метаболизма многих сфинголипида активирају или инхибирају вишеструке низводне мете (протеинске киназе, фосфопротеине, фосфатазе и друге), које контролишу комплексна станична понашања као што су раст, диференцијација и апоптоза.

-Као рецептори у мембрани

Неки патогени користе гликосфинголипиде као рецепторе за посредовање у њиховом уласку у ћелије домаћина или за добијање фактора вируленције.

Показано је да сфинголипиди учествују у вишеструким ћелијским догађајима као што су секреција, ендоцитоза, хемотаксија, неуротрансмисија, ангиогенеза и упала.

Они су такође укључени у трговину мембранама, због чега утичу на интернализацију рецептора, уређивање, кретање и фузију секреторних везикула као одговор на различите стимулансе..

Сфинголипидне групе

Постоје три подкласе сфинголипида, све изведене из церамида и које се међусобно разликују по поларним групама, и то: сфингомијелинима, гликолипидима и ганглиозидима..

Спхингомиелинс

Они садрже фосфохолин или фосфоетаноламин као поларну главну групу, тако да су класификовани као фосфолипиди заједно са глицерофосфолипидима. Они, наравно, личе на фосфатидилхолине у тродимензионалној структури иу општим својствима јер немају пуњење на њиховим поларним главама..

Они су присутни у мембранама плазме животињских ћелија и посебно су богати мијелином, омотачем који окружује и изолује аксоне неких неурона.

Глуколипиди или неутрални гликосфинголипиди (без оптерећења)

Они се налазе првенствено на спољној површини плазма мембране и имају један или више шећера као поларну главну групу директно везану за хидроксил угљеника 1 церамидног дела. Немају фосфатне групе. Пошто код пХ 7 немају набоја, називају се неутрални гликолипиди.

Цереброзиди имају један молекул шећера који је везан за церамид. Они који садрже галактозу налазе се у мембранама плазме ћелија не-нервног ткива. Глобозиди су гликосфинголипиди са два или више шећера, обично Д-глукоза, Д-галактоза или Н-ацетил-Д-галактозамин.

Ганглиозиди или кисели гликофосфолипиди

Ово су најкомплекснији сфинголипиди. Они поседују олигосахариде као поларну главну групу и један или више терминалних остатака Н-ацетилмурамске киселине, који се називају и сијаличном киселином. Сиалична киселина обезбеђује ганглиозиде са негативним набојем на пХ 7, што их разликује од неутралних гликозифинголипида..

Номенклатура ове класе сфинголипида зависи од количине остатака сијалинске киселине присутних у олигосахаридном делу поларне главе..

Синтхесис

Основни молекул дугог ланца или сфингозин се синтетише у ендоплазматском ретикулуму (ЕР), а додавање поларне групе у главу ових липида јавља се касније у Голгијевом комплексу. Код сисара, синтеза сфинголипида може се појавити иу митохондријима.

Након завршетка њихове синтезе у Голгијевом комплексу, сфинголипиди се транспортују у друге ћелијске преграде помоћу механизама посредованих везикулама.

Биосинтеза сфинголипида састоји се од три фундаментална догађаја: синтезе дуголанчаних база, биосинтезе церамида везивањем масне киселине преко амидне везе, и коначно, формирања комплексних сфинголипида помоћу уједињења поларних група у угљенику 1 сфингоидне базе.

Поред синтезе де ново, сфинголипиди се такође могу формирати заменом или рециклирањем база дугих ланаца и церамида, који могу да напајају сфинголипидни базен..

Синтеза церамидног скелета

Биосинтеза церамида, сфинголипидног скелета, почиње декарбоксилном кондензацијом молекула палмитоил-ЦоА и Л-серина. Реакција се катализира хетеродимерном серин палмитоил трансферазом (СПТ), зависно од пиридоксал фосфата и производ је 3-кето дихидросфингозин.

Овај ензим се инхибира помоћу β-хало-Л-аланина и Л-циклосерина. У квасцу га кодирају два гена, док код сисара постоје три гена за овај ензим. Активно место се налази на цитоплазматској страни ендоплазматског ретикулума.

Улога овог првог ензима је сачувана у свим проучаваним организмима. Међутим, постоје неке разлике између таксона који имају везе са субцелуларном локацијом ензима: бактерија је цитоплазматска, а квасаца, биљака и животиња је у ендоплазматском ретикулуму..

3-кетоесфинганин се затим редукује са НАДПХ-зависном 3-кетоесфинганин редуктазом да би се произвео спхинганин. Дихидроцерамид синтаза (сфинганин Н-ацил трансфераза) затим ацетилује сфинанин да би се добио дихидроцерамид. Церамид се затим формира од дихидроцерамид десатуразе / редуктазе, која убацује двоструку транс везу на позицију 4-5.

Код сисара постоје бројне изоформе церамидних синтетаза, од којих свака повезује специфичан ланац масних киселина са базама дугих ланаца. Стога, церамидне синтазе и други ензими, елонгазе, представљају главни извор разноврсности масних киселина у сфинголипидима.

Формирање специфичних сфинголипида

Сфингомилин се синтетише преносом фосфохолина из фосфатидилхолина у церамид, ослобађајући диацилглицерол. Реакција везује сигналне путеве сфинголипида и глицерофосфолипида.

Церамидни фосфоетаноламин се синтетизира из фосфатидилетаноламина и церамида у реакцији аналогној синтези сфингомијелина, а једном формирана може бити метилирана до сфингомилина. Инозитол фосфат церамиди се формирају трансестерификацијом из фосфатидилинозитола.

Гликосфинголипиди су модификовани углавном у Голгијевом комплексу, где специфични гликозилтрансферазни ензими учествују у додавању олигосахаридних ланаца у хидрофилном региону церамидног скелета..

Метаболизам

Сфинголипидна деградација се врши ензимима глукохидролазама и сфингомијелиназама, који су одговорни за уклањање модификација поларних група. С друге стране, церамидазе регенеришу дуголанчане базе од церамида.

Ганглиозиди се деградирају низом лизосомских ензима који катализирају корак-по-корак елиминацију шећерних јединица, и на крају производе церамид.

Други пут деградације састоји се од интернализације сфинголипида у ендоцитним везикулама које се шаљу назад на плазматску мембрану или транспортују у лизосоме где се деградирају специфичним киселим хидролизама.

Нису све базе дугачких ланаца рециклиране, ендоплазматски ретикулум има пут за крајњу деградацију ових. Овај механизам деградације се састоји у фосфорилацији уместо ацилацији ЛЦБ-а, што доводи до сигналних молекула који могу бити растворљиви супстрати за лијазне ензиме који пресецају ЛЦБ-фосфат да би произвели ацил алдехиде и фосфоетаноламин.

Уредбе

Метаболизам ових липида је регулисан у неколико нивоа, од којих је један ензим одговоран за синтезу, његове пост-транслационе модификације и алостеричне механизме ових.

Неки регулаторни механизми су ћелијски специфични, било да контролишу тренутак станичног развоја у којем се производе или као одговор на специфичне сигнале.

Референце

  1. Бартке, Н., & Ханнун, И. (2009). Биоактивни сфинголипиди: метаболизам и функција. Јоурнал оф Липид Ресеарцх, 50, 19.
  2. Бреслов, Д.К. (2013). Хомефаза сфинголипида у ендоплазматском ретикулуму и даље. Перспективе Цолд Спринг Харбоур у биологији, 5 (4), а013326.
  3. Футерман, А.Х., & Ханнун, И.А. (2004). Сложен живот једноставних сфинголипида. ЕМБО Извештаји, 5 (8), 777-782.
  4. Харрисон, П.Ј., Дунн, Т., & Цампопиано, Д.Ј. (2018). Биосинтеза сфинголипида код човека и микроба. Натурал Продуцт Репортс, 35 (9), 921-954.
  5. Лахири, С., & Футерман, А.Х. (2007). Метаболизам и функција сфинголипида и гликосфинголипида. Целлулар анд Молецулар Лифе Сциенцес, 64 (17), 2270-2284.
  6. Лодисх, Х., Берк, А., Каисер, Ц.А., Криегер, М., Бретсцхер, А., Плоегх, Х., Мартин, К. (2003). Молецулар Целл Биологи (5. изд.). Фрееман, В. Х. & Цомпани.
  7. Луцкеи, М. (2008). Структурна биологија мембране: са биохемијским и биофизичким основама. Цамбридге Университи Пресс. Преузето са ввв.цамбридге.орг/9780521856553
  8. Меррилл, А.Х. (2011). Спхинголипид и глицоспхинголипид метаболички путеви у ери сфинголипидомика. Цхемицал Ревиевс, 111 (10), 6387-6422.
  9. Нелсон, Д.Л., & Цок, М. М. (2009). Лехнингер Принциплес оф Биоцхемистри. Издања Омега (5. издање).
  10. Ванце, Ј.Е., & Ванце, Д.Е. (2008). Биохемија липида, липопротеина и мембрана. Ин Нев Цомпрехенсиве Биоцхемистри Вол. 36 (4тх ед.). Елсевиер.