SFINGOLIPIDAI: CHARAKTERISTIKOS, FUNKCIJOS, GRUPĖS, SINTEZĖ - BIOLOGIJA - 2025

Į kremų yra viena iš trijų pagrindinių šeimų lipidų biologinių membranų. Kaip ir glicerofosfolipidai ir steroliai, jie yra amfipatinės molekulės, turinčios hidrofilinę polinę ir hidrofobinę apolinę sritį.

Pirmą kartą juos aprašė 1884 m. Johanas LW Thudichumas, kuris aprašė tris sfingolipidus (sfingomieliną, cerebrosidus ir cerebrosulfatidą), priklausančius trims skirtingoms žinomoms klasėms: fosfoesfingolipidai, neutralūs ir rūgštiniai glikozfingolipidai.

Alejandro Porto, per „Wikimedia Commons“

Skirtingai nuo glicerofosfolipidų, sfingolipidai nėra statomi ant glicerolio 3-fosfato molekulės kaip pagrindinio stuburo, bet yra junginiai, gauti iš sfingozino, amino alkoholio, turinčio ilgą angliavandenilių grandinę, sujungtą amidiniu ryšiu.

Žinduolių sfingolipidams yra žinomi bent 5 skirtingų tipų bazės, susijusios su sudėtingumu ir įvairove. Prie šių bazių gali prisijungti daugiau nei 20 skirtingų rūšių riebalų rūgščių, turinčių skirtingą ilgį ir soties laipsnį, be daugybės polinių grupių variacijų, kurios gali atsirasti.

Biologinėse membranose yra apie 20% sfingolipidų. Tai turi įvairias ir svarbias funkcijas ląstelėse, pradedant struktūrine ir baigiant signalo perdavimu bei kontroliuojant skirtingus korinio ryšio procesus.

Šių molekulių pasiskirstymas skiriasi priklausomai nuo organelių, kur jos randamos, funkcijos, tačiau paprastai sfingolipidų koncentracija yra daug didesnė išoriniame vienkartiniame plazminės membranos sluoksnyje nei vidiniame monosluoksnyje ir kituose skyriuose.

Žmonėse yra mažiausiai 60 rūšių sfingolipidai. Daugelis jų yra svarbūs nervinių ląstelių membranų komponentai, o kiti, be kita ko, vaidina svarbų struktūrinį vaidmenį arba dalyvauja signalo perdavime, atpažinime, ląstelių diferenciacijoje, patogenezėje, užprogramuotoje ląstelių žūtyje.

E struktūra

Bendroji sfingolipidų struktūra. „LHcheM“, iš „Wikimedia Commons“

Visi sfingolipidai yra gaunami iš L-serino, kuris yra kondensuotas su ilgosios grandinės riebalų rūgštimi ir sudaro sfingoidinę bazę, dar žinomą kaip ilgosios grandinės bazė (LCB).

Labiausiai paplitusios bazės yra sfinganinas ir sfingozinas, kurie skiriasi vienas nuo kito tik dėl trans-dvigubo ryšio tarp sfingozino riebalų rūgšties 4 ir 5 anglies.

Sfingozino angliavandeniliai 1, 2 ir 3 yra struktūriškai analogiški glicerolio angliavandeniliams glicerofosfolipidų. Kai riebalų rūgštis prie amidų jungčių prisijungia prie sfingozino anglies 2, susidaro keramidas, kuris yra labai panaši į diacilglicerolį ir yra paprasčiausias sfingolipidas.

Šių lipidų hidrofobines sritis sudarančios ilgos grandinės riebalų rūgštys gali būti labai įvairios. Ilgis svyruoja nuo 14 iki 22 anglies atomų, kurie gali turėti skirtingą prisotinimo laipsnį, paprastai tarp 4 ir 5 anglies.

4 arba 6 padėtyse jie gali turėti hidroksilo grupes ir dvigubus ryšius kitose padėtyse ar net šakas, tokias kaip metilo grupės.

charakteristikos

Riebalų rūgščių grandinės, sujungtos amidų jungtimis su keramidais, paprastai yra prisotintos ir paprastai būna ilgesnės už tas, kurios randamos glicerofosfolipiduose, o tai, pasirodo, labai svarbu jų biologiniam aktyvumui.

Skirtinga sfingolipidų skeleto savybė yra ta, kad esant neutraliam pH, jie gali turėti grynąjį teigiamą krūvį, retai tarp lipidų molekulių.

Tačiau amino grupės pKa, palyginti su paprastu aminu, yra mažas, nuo 7 iki 8, taigi molekulės dalis nėra įkraunama esant fiziologiniam pH, o tai galėtų paaiškinti „laisvą“ šių medžiagų judėjimą tarp dvisluoksniai.

Tradicinė sfingolipidų klasifikacija atsiranda dėl daugybės modifikacijų, kurias gali atlikti keramido molekulė, ypač atsižvelgiant į poliarinių galvų grupių pakeitimus.

funkcijos

Sfingolipidai yra būtini gyvūnams, augalams ir grybeliams, taip pat kai kuriems prokariotiniams organizmams ir virusams.

-Struktūrinės funkcijos

Sfingolipidai moduliuoja membranų fizines savybes, įskaitant jų sklandumą, storį ir kreivumą. Moduliuodami šias savybes, jie taip pat daro tiesioginę įtaką membraninių baltymų erdviniam organizavimui.

Lipidiniuose "plaustuose"

Biologinėse membranose galima aptikti mažesnio sklandumo mikrodomenus, sudarytus iš cholesterolio ir sfingolipidų molekulių, vadinamų lipidų plaustais.

Šios struktūros atsiranda natūraliai ir yra glaudžiai susijusios su vientisais baltymais, ląstelių paviršiaus receptoriais ir signaliniais baltymais, pernešėjais ir kitais baltymais, turinčiais glikozilfosfatidilinozitolio (GPI) inkarus.

-Pažymėjimo funkcijos

Jie funkcionuoja kaip signalinės molekulės, kurios veikia kaip antrieji pasiuntiniai arba kaip sekretuojami ligadai ląstelių paviršiaus receptoriams.

Kaip antriniai pasiuntiniai, jie gali dalyvauti reguliuodami kalcio homeostazę, ląstelių augimą, navikogenezę ir slopindami apoptozę. Be to, daugelio vientisų ir periferinių membranų baltymų aktyvumas priklauso nuo jų sąsajų su sfingolipidais.

Daugybė ląstelių ir ląstelės sąveikos su jos aplinka priklauso nuo skirtingų poliarinių sfingolipidų grupių poveikio plazmos membranos išoriniam paviršiui.

Glikosfingolipidų ir lektinų jungimasis yra labai svarbus mielino susiejimui su aksonais, neutrofilų sukibimui su endoteliu ir kt.

Šalutiniai jūsų metabolizmo produktai

Svarbiausi signaliniai sfingolipidai yra ilgosios grandinės arba sfingozinai ir keramidai, taip pat jų fosforilinti dariniai, tokie kaip sfingozino 1-fosfatas.

Daugelio sfingolipidų metabolizmo produktai aktyvina arba slopina daugelį pasroviui taikomų objektų (baltymų kinazės, fosfoproteinų fosfatazės ir kiti), kurie kontroliuoja sudėtingą ląstelių elgesį, pavyzdžiui, augimą, diferenciaciją ir apoptozę.

- Kaip receptoriai membranoje

Kai kurie patogenai kaip receptorius naudoja glikosfingolipidus, kad galėtų pakenkti jų patekimui į šeimininko ląsteles arba perduoti jiems virulentiškumo faktorius.

Įrodyta, kad sfingolipidai dalyvauja daugybėje ląstelių, tokių kaip sekrecija, endocitozė, chemotaksis, neurotransmisija, angiogenezė ir uždegimas.

Jie taip pat dalyvauja membranų apyvartoje, taip darydami įtaką receptorių internalizavimui, užsakymui, judėjimui ir sekrecinių pūslelių suliejimui, reaguojant į skirtingus dirgiklius.

Sfingolipidų grupės

Yra trys sfingolipidų poklasiai, visi gauti iš keramido ir besiskiriantys vienas nuo kito pagal polines grupes, būtent sfingomielinai, glikolipidai ir gangliozidai.

Sfingomielinai

Sfingomileinas. Juoda: sfingozinas. Raudona: fosfocholinas. Mėlyna: riebalų rūgštis.

Jų sudėtyje yra fosfocholino arba fosfoetanolamino kaip poliarinės galvos grupės, todėl jie klasifikuojami kaip fosfolipidai kartu su glicerofosfolipidais. Jie, savaime suprantama, primena fosfatidilcholinus, turinčius trimatę struktūrą ir bendrąsias savybes, nes jie neturi krūvio ant savo polinių galvų.

Jų yra gyvūninių ląstelių membranose plazmoje ir ypač gausu mielino - apvalkalo, kuris supa ir izoliuoja kai kurių neuronų aksonus.

Neutralūs glikolipidai arba glikosfingolipidai (nemokamai)

Glikolipidas „Wpcrosson“ iš „Wikimedia Commons“

Jie daugiausia randami plazminės membranos išoriniame paviršiuje ir turi vieną ar daugiau cukrų kaip poliarinės galvos grupė, tiesiogiai prijungti prie keramido dalies anglies 1 hidroksilo. Jie neturi fosfatų grupių. Kadangi esant pH 7 jie neturi krūvio, jie vadinami neutraliais glikolipidais.

Cerebrosidai turi vieną cukraus molekulę, pritvirtintą prie keramido. Tie, kuriuose yra galaktozės, randami nervinių audinių ląstelių membranose. Globosidai yra glikosfingolipidai, turintys du ar daugiau cukrų, dažniausiai D-gliukozės, D-galaktozės arba N-acetil-D-galaktozamino.

Rūgštiniai gangliozidai arba glikosfingolipidai

Gangliozido GM1 struktūra

Tai yra patys sudėtingiausi sfingolipidai. Jie turi oligosacharidus kaip poliarinės galvos grupę ir vieną ar kelis galinius N-acetilmuraminės rūgšties likučius, dar vadinamus sialio rūgštimi. Sialio rūgštis gangliozidams sukelia neigiamą krūvį, kai pH 7, o tai išskiria juos iš neutralių glikozingingolipidų.

Šios klasės sfingolipidų nomenklatūra priklauso nuo sialio rūgšties liekanų kiekio, esančio polinės galvos oligosacharido dalyje.

Sintezė

Ilgos grandinės bazinė molekulė, arba sfingozinas, yra susintetinta endoplazminiame retikulume (ER), o poliarinė grupė prie šių lipidų galvos pridedama vėliau Golgi komplekse. Žinduoliams mitochondrijose taip pat gali vykti sfingolipidų sintezė.

Baigę sintezę Golgi komplekse, sfingolipidai per pūslelių tarpinamus mechanizmus yra gabenami į kitus ląstelių skyrius.

Sfingolipidų biosintezę sudaro trys pagrindiniai įvykiai: ilgų grandinių bazių sintezė, keramidų biosintezė riebalų rūgšties jungimu per amido ryšį ir galiausiai sudėtingų sfingolipidų susidarymas per poliarinių grupių sąjungos, susijusios su sfingoido bazės 1 anglimi.

Be de novo sintezės, sfingolipidai taip pat gali būti formuojami keičiant arba perdirbant ilgas grandines turinčias bazes ir keramidus, kurie gali maitinti sfingolipidų telkinį.

Keramido skeleto sintezė

Keramido, sfingolipidų stuburo, biosintezė prasideda nuo palmitoil-CoA molekulės ir L-serino dekarboksilatinės kondensacijos. Reakciją katalizuoja heterodimerinė serino palmitoilo transferazė (SPT), priklausoma nuo piridoksalio fosfato, o produktas yra 3-keto dihidrosfingosinas.

Šį fermentą slopina β-halo-L-alaninai ir L-cikloserinai. Mielėse jį koduoja du genai, o žinduoliuose yra trys šio fermento genai. Aktyvioji vieta yra endoplazminio retikulo citoplazmos pusėje.

Šio pirmojo fermento vaidmuo yra išsaugotas visuose tirtuose organizmuose. Tačiau yra keletas skirtumų tarp taksonų, susijusių su subceluliarine fermento vieta: bakterijos yra citoplazminės, mielės, augalai ir gyvūnai - endoplazminiame retikulume.

3-ketosfinganinas vėliau redukuojamas nuo NADPH priklausomos 3-ketosfininino reduktazės, kad būtų gaunamas sfinganinas. Dihidroceramido sintazė (sfinganino N-acilo transferazė) tada acetiliuoja sfinganiną, kad susidarytų dihidroceramidas. Tada keramidas susidaro dihidroceramido desaturazės / reduktazės pagalba, kuri 4-5 padėtyje įterpia trans-dvigubą jungtį.

Žinduose yra daugybė ceramidų sintezių izoformų, kiekviena iš jų jungianti specifinę riebalų rūgščių grandinę prie ilgosios grandinės. Todėl keramidų sintazės ir kiti fermentai - pailgosios dujos - yra pagrindinis sfingolipidų riebalų rūgščių įvairovės šaltinis.

Specifinis sfingolipidų susidarymas

Sfingomielinas sintetinamas perkeliant fosfocholiną iš fosfatidilcholino į keramidą, išskiriant diacilglicerolį. Reakcija susieja sfingolipidų ir glicerofosfolipidų signalizacijos kelius.

Fosfoetanolamino keramidas sintetinamas iš fosfatidiletanolamino ir keramido reakcijoje, analogiškoje sfingomielinų sintezei, ir, susiformavęs, gali būti metilinamas į sfingomieliną. Inozitolio fosfato keramidai susidaro peresterinant iš fosfatidilinozitolio.

Glikozfingolipidai modifikuojami daugiausia „Golgi“ komplekse, kur specifiniai glikoziltransferazės fermentai dalyvauja pridedant oligosacharidų grandines hidrofilinėje keramido skeleto srityje.

Metabolizmas

Sfingolipidų skaidymą vykdo fermentai gliukohidrolazės ir sfingomielinazės, atsakingi už polinių grupių modifikacijų pašalinimą. Kita vertus, keramidazės regeneruoja ilgas grandines iš keramidų.

Gangliozidai skaidomi lizosomų fermentų, kurie katalizuoja laipsnišką cukraus vienetų pašalinimą, rinkiniu, galiausiai gamindami keramidą.

Kitas skilimo būdas yra sfingolipidų internalizavimas endocitinėse pūslelėse, kurios siunčiamos atgal į plazmos membraną arba gabenamos į lizosomas ten, kur jas skaido specifinės rūgšties hidrolazės.

Ne visos ilgosios grandinės yra perdirbamos, o endoplazminis retikulumas turi kelią jų galutiniam skilimui. Šis skilimo mechanizmas susideda iš fosforilinimo, o ne LCB acilinimo. Tai sukelia signalines molekules, kurios gali būti tirpūs lizazės fermentų, kurie skaido LCBs-fosfatus, substratai, kad susidarytų aciloaldehidai ir fosfoetanolaminas.

Reglamentas

Šių lipidų metabolizmas yra reguliuojamas įvairiais lygiais, vienas iš jų yra fermentų, atsakingų už sintezę, jų posttransliacinių modifikacijų ir allosterinių mechanizmų metabolizmas.

Kai kurie reguliavimo mechanizmai yra būdingi ląstelei, arba norint kontroliuoti ląstelių vystymosi momentą, kurioje jie yra gaminami, arba reaguojant į specifinius signalus.

Nuorodos

1. Bartke, N., ir Hannun, Y. (2009). Bioaktyvieji sfingolipidai: metabolizmas ir funkcijos. Journal of Lipid Research, 50, 19.
2. Breslow, DK (2013). Sfingolipidinė homeostazė endoplazminiame retikulume ir už jos ribų. Šaltojo pavasario uosto biologinės perspektyvos, 5 (4), a013326.
3. Futerman, AH ir Hannun, YA (2004). Sudėtingas paprastų sfingolipidų gyvenimas. EMBO ataskaitos, 5 (8), 777–782.
4. Harisonas, PJ, Dunnas, T., ir Campopiano, didžėjus (2018). Sfingolipidų biosintezė žmoguje ir mikrobuose. Natūralaus produkto ataskaitos, 35 (9), 921–954.
5. Lahiri, S., ir Futerman, AH (2007). Sfingolipidų ir glikosfingolipidų metabolizmas ir funkcijos. Ląstelių ir molekuliniai gyvybės mokslai, 64 (17), 2270–2284.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekulinių ląstelių biologija (5-asis leidimas). Freeman, WH & Company.
7. Luckey, M. (2008). Membranos struktūrinė biologija: su biocheminiais ir biofizikiniais pagrindais. Cambridge University Press. Gauta iš www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill, AH (2011). Sfingolipidų ir glikozfingolipidų metabolizmo keliai sfingolipidomikos epochoje. Cheminių medžiagų apžvalgos, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelsonas, D. L. ir Coxas, MM (2009). Lehningerio biochemijos principai. „Omega“ leidimai (5-asis leidimas).
10. „Vance“, JE ir „Vance“, DE (2008). Lipidų, lipoproteinų ir membranų biochemija. In New Comprehensive Biochemistry, 36 tomas (4-asis leidimas). Elsevier.