Ciri, fungsi, kumpulan, sintesis dan metabolisme Sphingolipid



The sphingolipid Mereka mewakili salah satu daripada tiga keluarga utama lipid yang terdapat dalam membran biologi. Seperti glycerophospholipids dan sterol, mereka adalah molekul amphipatik dengan kawasan kutub hidrofilik dan kawasan aphid hidrofobik..

Mereka mula-mula diterangkan pada tahun 1884 oleh Johann W. L. Thudichum yang menyifatkan tiga sphingolipids (sphingomyelin, cerebrosides dan cerebrosulfatida) yang dimiliki oleh tiga kelas yang berbeza dikenali: fosfoesfingolípidos, glycosphingolipids neutral dan berasid.

Tidak seperti glycerophospholipids, sphingolipids tidak dibina pada molekul gliserol 3-fosfat sebagai rangka utama, tetapi adalah sebatian yang diperolehi daripada sphingosine, alkohol amino dengan rantai hidrokarbon panjang dihubungkan oleh ikatan amide.

Dari segi kerumitan dan kepelbagaian, sekurang-kurangnya 5 jenis asas yang berbeza diketahui untuk sphingolipid dalam mamalia. Asas-asas ini dapat digabungkan dengan lebih dari 20 jenis asid lemak berlainan, dengan panjang variasi dan derajat ketepuan, sebagai tambahan kepada pelbagai variasi dalam kumpulan kutub yang dapat diberikan.

Membran biologi mempunyai sphingolipid sekitar 20%. Ini mempunyai fungsi yang berbeza-beza dan penting dalam sel, dari struktur kepada isyarat transduksi, dan mengawal proses komunikasi selular yang berlainan.

Pengagihan molekul-molekul ini berbeza-beza bergantung kepada fungsi organelle di mana ia berada, tetapi biasanya kepekatan sphingolipid adalah lebih tinggi dalam monolayer luar membran plasma berkenaan dengan monolayer dalaman dan kompartemen lain.

Pada manusia terdapat sekurang-kurangnya 60 spesies sphingolipid. Ramai daripada mereka adalah komponen penting membran sel saraf, sementara yang lain memainkan peranan struktur penting atau terlibat dalam transduksi isyarat, pengiktirafan, pembezaan sel, patogenesis, kematian sel yang diprogramkan, antara lain..

Indeks

  • 1 Struktur
  • 2 Ciri-ciri
  • 3 Fungsi
    • 3.1-Fungsi-fungsi struktur
    • 3.2 - Fungsi isyarat
    • 3.3 - Sebagai reseptor di dalam membran
  • 4 Kumpulan sphingolipid
    • 4.1 Sphingomyelins
    • 4.2 Glycolipid neutral atau glycosphingolipid (tiada beban)
    • 4.3 Gangliosides atau glycosphingolipid berasid
  • 5 Sintesis
    • 5.1 Sintesis rangka keramik
    • 5.2 Pembentukan sphingolipid tertentu
  • 6 Metabolisme
    • 6.1 Peraturan
  • 7 Rujukan

Estruktur

Semua sphingolipid berasal dari L-serine, yang dipeluwap dengan asid lemak rantaian panjang untuk membentuk pangkal sphingoid, juga dikenali sebagai pangkalan rantaian panjang (LCB)..

Asas yang paling umum adalah sphinganine dan sphingosine, yang berbeza antara satu sama lain hanya dengan kehadiran ikatan ganda trans antara karbon 4 dan 5 asid lemak sphingosine.

Karbons 1, 2 dan 3 sphingosine adalah struktur yang sama dengan karbon gliserol glycerophospholipids. Apabila asid lemak dilampirkan kepada karbon 2 sphingosin oleh ikatan amida, ceramida dihasilkan, yang merupakan molekul yang sangat mirip dengan diacylglycerol dan mewakili sphingolipid paling mudah..

Asid lemak rantai panjang yang membentuk kawasan hidrofobik lipid ini boleh menjadi sangat pelbagai. Panjangnya bervariasi dari 14 hingga 22 atom karbon yang mungkin mempunyai tahap ketepuan yang berbeza, biasanya antara karbon 4 dan 5.

Dalam kedudukan 4 atau 6 mereka boleh mempunyai kumpulan hidroksil dan ikatan berganda dalam kedudukan lain atau bahkan cabang sebagai kumpulan metil.

Ciri-ciri

Rantai asid lemak dikaitkan dengan bon amide untuk ceramides biasanya tepu, dan cenderung untuk menjadi lebih lama daripada yang terdapat dalam glycerophospholipids, apa yang kelihatan sebagai penting bagi aktiviti biologi ini.

Ciri khas dari rangka sphingolipid ialah ia boleh mempunyai cas bersih positif pada pH neutral, jarang berlaku di kalangan molekul lipid.

Walau bagaimanapun, LPK kumpulan amino adalah rendah berbanding dengan amina yang mudah, antara 7 dan 8, jadi sebahagian daripada molekul tidak dicas pada pH fisiologi, yang boleh menjelaskan pergerakan "percuma" ini antara bilayers.

Klasifikasi tradisional sphingolipid timbul dari pengubahsuaian banyak yang molekul ceramida dapat terjadi, terutama berkaitan dengan penggantian kumpulan kepala kutub.

Fungsi

Sphingolipid adalah penting dalam haiwan, tumbuh-tumbuhan dan kulat, serta dalam beberapa organisma dan virus prokariotik.

-Fungsi struktur

Sphingolipid memodulasi sifat fizikal membran, termasuk ketidakstabilan, ketebalan dan kelengkungannya. Mengubah sifat-sifat ini juga memberi mereka pengaruh langsung pada organisasi spatial protein membran.

Dalam lipid "rakit"

Dalam membran biologi boleh dikesan domain dinamik dengan kurang kebocoran yang dibentuk oleh molekul kolesterol dan sphingolipid yang disebut rakit lipid.

Struktur ini berlaku secara semula jadi dan berkait rapat dengan protein integral, reseptor permukaan sel dan isyarat protein, pengangkut dan protein lain dengan sauh glycosylphosphatidylinositol (GPI)..

-Fungsi isyarat

Mereka mempunyai fungsi sebagai molekul isyarat yang bertindak sebagai utusan kedua atau sebagai ligan yang disekat untuk reseptor permukaan sel.

Sebagai utusan menengah boleh mengambil bahagian dalam peraturan kalsium homeostasis, pertumbuhan sel, tumorigenesis dan penindasan apoptosis. Di samping itu, aktiviti membran protein integral dan periferal bergantung kepada hubungan mereka dengan sphingolipid.

Banyak interaksi antara sel dan sel dengan persekitarannya bergantung kepada pendedahan kumpulan polar yang berlainan sphingolipid ke permukaan luar membran plasma.

Pengikatan glycosphingolipids dan lectins adalah penting untuk persatuan myelin dengan akson, melekat neutrofil ke endothelium, dan sebagainya..

Byproducts metabolisme anda

Sphingolipid isyarat yang paling penting adalah asas rantaian panjang atau sphingosin dan ceramida, serta derivatif fosforilasinya, seperti sphingosin 1-fosfat..

Produk metabolisme dari banyak sphingolipid mengaktifkan atau menghalang pelbagai sasaran hiliran (kinase protein, fosfoprotein, fosfatase, dan lain-lain), yang mengawal kelakuan selular kompleks seperti pertumbuhan, pembezaan, dan apoptosis.

-Sebagai reseptor di dalam membran

Sesetengah patogen menggunakan glycosphingolipids sebagai reseptor untuk memeterai kemasukan mereka ke dalam sel-sel tuan rumah atau untuk memberikan faktor-faktor perangsang kepada mereka.

Telah ditunjukkan bahawa sphingolipid mengambil bahagian dalam pelbagai peristiwa selular seperti rembesan, endositosis, chemotaxis, neurotransmission, angiogenesis dan keradangan.

Mereka juga terlibat dalam penyeludupan membran, itulah sebabnya mereka mempengaruhi pengintegrasian reseptor, memerintahkan, pergerakan dan perpaduan vesikula rahsia sebagai tindak balas kepada rangsangan yang berbeza..

Kumpulan sphingolipid

Terdapat tiga subkumpulan sphingolipid, semuanya berasal dari ceramida dan yang berbeza antara satu sama lain oleh kumpulan kutub, iaitu: sphingomyelins, glycolipids dan gangliosides.

Sphingomyelins

Ini mengandungi phosphocholine atau phosphoethanolamine sebagai kumpulan kepala kutub, jadi ia diklasifikasikan sebagai fosfolipid bersama dengan glycerophospholipids. Mereka menyerupai, tentu saja, phosphatidylcholines dalam struktur tiga dimensi dan sifat umum kerana mereka tidak mempunyai caj pada kepala kutub mereka.

Mereka hadir dalam membran plasma sel-sel haiwan dan sangat banyak di myelin, selubung yang mengelilingi dan mengasingkan akson beberapa neuron.

Glukolipid atau glycosphingolipid neutral (tiada beban)

Mereka didapati terutamanya pada permukaan luaran membran plasma dan mempunyai satu atau lebih gula sebagai kumpulan kepala kutub secara langsung melekat pada hidroksil karbon 1 dari bahagian seramik. Mereka tidak mempunyai kumpulan fosfat. Kerana pada pH 7 mereka tidak mempunyai caj, mereka dipanggil glycolipid neutral.

Cerebrosides mempunyai satu molekul gula yang melekat pada ceramida. Mereka yang mengandungi galaktosa didapati dalam membran plasma sel-sel tisu bukan saraf. Globosides adalah glycosphingolipids dengan dua atau lebih gula, biasanya D-glukosa, D-galaktosa atau N-asetil-D-galactosamine.

Gangliosides atau glycosphingolipid berasid

Ini adalah sphingolipid yang paling kompleks. Mereka mempunyai oligosakarida sebagai kumpulan kepala kutub dan satu atau lebih terminal N-asetilmuramic residu asid, juga dipanggil asid sialik. Asid sialik menyediakan gangliosida dengan caj negatif pada pH 7, yang membezakannya daripada glycosphingolipids neutral..

Tatanama kelas ini sphingolipid bergantung kepada jumlah residu asid sialik yang terdapat dalam bahagian oligosakarida dari kepala kutub.

Sintesis

Molekul asas rantai panjang atau sphingosin disintesis dalam retikulum endoplasma (ER) dan penambahan kumpulan kutub ke kepala lipid ini berlaku kemudian di kompleks Golgi. Dalam mamalia, sesetengah sintesis sphingolipid juga boleh berlaku di mitokondria.

Selepas menyelesaikan sintesis mereka di kompleks Golgi, sphingolipid diangkut ke ruang selular lain melalui mekanisme yang dikawal oleh vesikel.

Biosintesis sphingolipids terdiri daripada tiga acara utama: sintesis pangkalan rantai panjang, biosintesis ceramides dengan mengikat asid lemak melalui bon amide, dan akhirnya pembentukan sphingolipids kompleks dengan kesatuan kumpulan kutub di karbon 1 asas sphingoid.

Selain de novo sintesis, sphingolipids juga boleh dibentuk oleh penggantian atau kitar semula pangkalan rantaian yang panjang dan ceramides, yang boleh memberi makan sphingolipid kolam.

Sintesis rangka keramik

Biosintesis ceramida, rangka sphingolipid, bermula dengan pemeluwapan decarboxylative molekul palmitoyl-CoA dan serum L. Reaksi ini dipangkin oleh pemindahan peptida serine heterodimeric (SPT), bergantung kepada pyridoxal fosfat dan produknya adalah 3-keto dihydrosphingosine.

Enzim ini dihalang oleh β-halo-L-alanines dan L-sikloserin. Dalam ragi ia dikodkan oleh dua gen, manakala dalam mamalia terdapat tiga gen untuk enzim ini. Tapak aktif terletak di sisi sitoplasmik retikulum endoplasma.

Peranan enzim pertama ini dipelihara dalam semua organisma yang dikaji. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa perbezaan antara taxa yang berkaitan dengan penyetempatan subcellular enzim: bakteria adalah cytoplasmic, ragi, tumbuh-tumbuhan dan haiwan adalah dalam retikulum endoplasma.

3-ketoesphinganin kemudiannya dikurangkan oleh reductase 3-ketoesphinganine yang bergantung kepada NADPH untuk menghasilkan sphinganine. Dihydroceramide synthase (sphinganine N-acyl transferase) maka acetylates sphinganine untuk menghasilkan dihydroceramide. Ceramid kemudian dibentuk oleh desaturase / reduktase dihydroceramide, yang memasukkan ikatan trans ganda pada kedudukan 4-5.

Dalam mamalia, terdapat banyak isoforms sintetik ceramida, masing-masing menghubungkan rantaian tertentu asid lemak ke pangkalan rantaian panjang. Oleh itu, sintesis ceramida dan enzim lain, elongase, menyediakan sumber utama kepelbagaian asid lemak dalam sphingolipid.

Pembentukan sphingolipid tertentu

Sphingomyelin disintesis oleh pemindahan phosphocholine dari phosphatidylcholine ke ceramide, melepaskan diacylglycerol. Reaksi mengikat laluan isyarat sphingolipid dan glycerophospholipids.

phosphoethanolamine Ceramide disintesis dari phosphatidylethanolamine dan ceramide dalam tindak balas yang sama dengan sintesis sphingomyelin, dan sebaik sahaja ditubuhkan ia boleh bermetil sphingomyelin. Inositol fosfat ceramida dibentuk oleh transesterifikasi dari phosphatidylinositol.

Glycosphingolipids berubah terutamanya di kompleks Golgi, di mana enzim glycosyltransferases tertentu melibatkan penambahan rantaian oligosakarida di rantau ini hydrophilic rangka ceramide.

Metabolisme

Degradasi sphingolipid dilakukan oleh enzim glucohydrolases dan sphingomyelinases, yang bertanggungjawab untuk menghapuskan pengubahsuaian kumpulan kutub. Sebaliknya, ceramidases membangkitkan asas rantaian panjang dari ceramida.

Gangliosida dihancurkan oleh satu set enzim lisosom yang memangkinkan penghapusan langkah-langkah dari unit gula, akhirnya menghasilkan ceramida.

Satu lagi laluan degradasi melibatkan internalisasi daripada sphingolipids dalam vesikel endocytic yang dihantar pulang ke membran plasma atau diangkut ke lysosomes mana mereka dihina oleh hydrolases asid tertentu.

Tidak semua pangkalan rantaian panjang dikitar semula, retikulum endoplasma mempunyai laluan untuk degradasi terminal ini. Ini mekanisme degradasi melibatkan pemfosforilan bukannya acylation daripada LCBs, yang membawa kepada molekul isyarat yang boleh substrat larut untuk enzim yang mengurangkan lyases LCBs-fosfat untuk menjana aciloaldehídos dan phosphoethanolamine.

Peraturan

Metabolisme lipid ini dikawal selia dalam beberapa peringkat, salah satunya adalah enzim yang bertanggungjawab untuk sintesis, pengubahsuaian selepas translasi dan mekanisme allosterik ini.

Beberapa mekanisme pengawalseliaan adalah khusus selular, sama ada untuk mengawal masa perkembangan selular di mana ia dihasilkan atau sebagai tindak balas kepada isyarat tertentu.

Rujukan

  1. Bartke, N., & Hannun, Y. (2009). Sphingolipid Bioaktif: Metabolisme dan Fungsi. Jurnal Lipid Research, 50, 19.
  2. Breslow, D. K. (2013). Homeostasis Sphingolipid dalam Reticulum Endoplasmik dan Beyond. Perspektif Harimau Spring Cold dalam Biologi, 5 (4), a013326.
  3. Futerman, A. H., & Hannun, Y. A. (2004). Kehidupan kompleks sphingolipid mudah. Laporan EMBO, 5 (8), 777-782.
  4. Harrison, P.J., Dunn, T., & Campopiano, D.J. (2018). Biosintesis sphingolipid pada manusia dan mikrob. Laporan Produk Semulajadi, 35 (9), 921-954.
  5. Lahiri, S., & Futerman, A. H. (2007). Metabolisme dan fungsi sphingolipid dan glycosphingolipid. Sains Hayat Selular dan Molekul, 64 (17), 2270-2284.
  6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Biologi molekul sel (ed-5.). Freeman, W. H. & Syarikat.
  7. Luckey, M. (2008). Biologi struktur membran: dengan asas biokimia dan biofisik. Cambridge University Press. Diperolehi daripada www.cambridge.org/9780521856553
  8. Merrill, A. H. (2011). Sphingolipid dan laluan metabolik glycosphingolipid dalam era sphingolipidomics. Ulasan Kimia, 111 (10), 6387-6422.
  9. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (5th ed.).
  10. Vance, J. E., & Vance, D. E. (2008). Biokimia lipid, lipoprotein dan membran. Dalam Biokimia Komprehensif Baharu Vol. 36 (edisi ke-4). Elsevier.