תכונות ספינגוליפידים, פונקציות, קבוצות, סינתזה ומטבוליזם



ה ספינגוליפידים הם מייצגים את אחת משלוש המשפחות העיקריות של שומנים הנמצאים בקרום הביולוגי. כמו גליצריופוליפידים וסטרולים, הם מולקולות אמפיפאטיות עם אזור קוטב הידרופילי ואזור אפולרי הידרופובי..

הם תוארו הראשון 1884 על ידי יוהן וו ל Thudichum, אשר תיאר שלושה ספינגוליפיד (ספינגומיילין, צרברוזיד ו cerebrosulfatida) השייכים לשלוש כיתות שונות ידועים: fosfoesfingolípidos, glycosphingolipids נייטרלי חומצי.

בניגוד פוספוגליצריד, ספינגוליפיד אינם בנוי על מולקולה של גליצרול 3-פוספט כמו שלד עיקרי, אבל הם תרכובות נגזרות sphingosine, אלכוהול אמינו עם שרשרת פחמימנים ארוכה מקושרת על ידי אג"ח אמיד.

מבחינת המורכבות והגיוון, לפחות 5 סוגים שונים של בסיסים ידועים בספינגוליפידים ביונקים. בסיסים אלה ניתן לשלב יותר מ -20 סוגים של חומצות שומן שונות, באורך משתנה ובדרגות רוויה, בנוסף לשינויים מרובים בקבוצות הקוטביות שניתן לתת.

ממברנות ביולוגיות יש סביב 20% sphingolipids. אלה יש פונקציות מגוונות וחשובות בתאים, מן התמרה מבנית האות, ושליטה על תהליכי תקשורת סלולרית שונים.

ההתפלגות של מולקולות אלה משתנה בהתאם לפונקציה של אברון היכן הם נמצאים, אבל בדרך כלל ריכוז ספינגוליפיד הוא הרבה יותר גבוה בשכבה החיצונית של הממברנה ביחס בשכבה הפנימית ותאים אחרים.

אצל בני אדם יש לפחות 60 מינים של ספינגוליפידים. רבים מהם הם מרכיבים חשובים של קרום התא עצב, בעוד אחרים לשחק תפקידים מבניים חשובים או להשתתף transduction האות, הכרה, התמיינות תאים, פתוגנזה, מוות מתוכנן התא, בין היתר..

אינדקס

  • 1 מבנה
  • 2 מאפיינים
  • 3 פונקציות
    • 3.1-פונקציות סטרוקטורליות
    • 3.2 - פונקציות איתות
    • 3.3 - קולטנים בקרום
  • 4 קבוצות של ספינגוליפידים
    • 4.1 ספינגומלינים
    • 4.2 גליקוליפידים נייטרליים או glycosphingolipids (ללא עומס)
    • 4.3 Gangliosides או glycosphingipipids חומצי
  • 5 סינתזה
    • 5.1 סינתזה של השלד של Ceramide
    • 5.2 יצירת ספינגוליפידים ספציפיים
  • 6 מטבוליזם
    • תקנה 6.1
  • 7 הפניות

המבנה

כל sphingolipids נגזרים L-serine, אשר מרוכז בחומצה שומן שרשרת ארוכה כדי ליצור את הבסיס sphingoid, הידוע גם כבסיס שרשרת ארוכה (LCB)..

הבסיסים הנפוצים ביותר הם sphinganine ו sphingosine, אשר נבדלים זה מזה רק בנוכחות של קשר כפול טרנס בין פחמנים 4 ו 5 של חומצת השומן של sphingosine.

הפחמנים 1, 2 ו -3 של sphingosine הם מקבילים מבנית לפחמי גליצרול של גליצריופוליפידים. כאשר חומצה שומן מחובר פחמן 2 של sphingosine ידי אג"ח amide, ceramide מיוצר, שהוא מולקולה דומה מאוד diacylglycerol ומייצג את sphingolipid הפשוטה ביותר..

שרשרת ארוכה של חומצות שומן המרכיבות את אזורים הידרופובי של שומנים אלה יכולים להיות מגוונים מאוד. אורכי משתנים בין 14 ל 22 אטומי פחמן שעשויים להיות דרגות שונות של רוויה, בדרך כלל בין פחמנים 4 ו - 5.

במיקומים 4 או 6 הם יכולים להיות קבוצות hydroxyl וקשרים כפולים במיקומים אחרים או אפילו סניפים כמו קבוצות מתיל.

תכונות

השרשראות של חומצות השומן המקושרות על ידי אמידים לקרמידות הן בדרך כלל רוויות, ונוטות להיות ארוכות יותר מאלו שנמצאות בגליצריפוזוליפידים, שנראים חיוניים לפעילות הביולוגית של אלה.

תכונה ייחודית של השלד spingolipid היא כי זה יכול להיות חיוב נטו חיובי ב pH נייטרלית, נדיר בין מולקולות שומנים.

עם זאת, pKa של קבוצת אמינו הוא נמוך בהשוואה אמינה ופשוט, בין 7 ו 8, כך חלק המולקולה טעון ב- pH הפיזיולוגי, אשר יכולה להסביר את התנועה "חינם" של אלה בין bilayers.

הסיווג המסורתי של sphingolipids עולה מן השינויים מרובים כי מולקולת ceramide יכול לעבור, במיוחד לגבי תחליפים של קבוצות הראש הקוטב.

פונקציות

ספינגוליפידים הם חיוניים בבעלי חיים, צמחים ופטריות, כמו גם בכמה אורגניזמים וירוסים פרוקריוטים.

-פונקציות מבניות

ספינגוליפידים מווסתים את המאפיינים הפיזיים של הממברנות, כולל נזילותם, עובים ועקמתם. מידול תכונות אלה גם נותן להם השפעה ישירה על הארגון המרחבי של חלבונים הממברנה.

ב "רפסודות שומנים"

ב ממברנות ביולוגיות ניתן לזהות תחומים דינמיים עם פחות נזילות שנוצרו על ידי מולקולות של כולסטרול ו sphingolipids שנקרא רפסודות שומנים.

מבנים אלה מתרחשים באופן טבעי והם קשורים באופן הדוק חלבונים אינטגרלי, קולטנים פני השטח התא ו חלבונים איתות, מובילים חלבונים אחרים עם עוגנים glycosylphosphatidylinititol (GPI)..

-פונקציות איתות

יש להם פונקציות כמו מולקולות איתות לשמש השליחים השני או כמו ligands מופרדים עבור קולטנים פני השטח התא.

כמו שליחים משניים יכולים להשתתף בוויסות של סידן הומיאוסטזיס, גידול תאים, tumorigenesis ודיכוי של אפופטוזיס. בנוסף, הפעילות של חלבונים קרום אינטגרלי רבים ופריפריים תלוי הקשר שלהם עם sphingolipids.

אינטראקציות תאיים ותאי סביבה רבים תלויים בחשיפה של קבוצות קוטביות שונות של ספינגוליפידים לפנים החיצוניות של קרום הפלסמה.

הכריכה של glycosphingolipids ו lectins הוא חיוני עבור העמותה של myelin עם אקסונים, הידבקות של נויטרופילים האנדותל, וכו '.

תוצרי לוואי של המטבוליזם שלך

Sphingolipids איתות החשוב ביותר הם בסיסים שרשרת ארוך או sphingosines ו ceramides, כמו גם נגזרות phosphorylated שלהם, כגון 1-phosphate sphingosine..

מוצרים מטבולית של ספינגוליפיד רב להפעיל או לעכב מטרות במורד מרובות (קינאזות חלבון, phosphatases ו phosphoproteins האחר), אשר שולטות מורכב כמו צמיחת התנהגויות הסלולר, בידול אפופטוזיס.

-כמו קולטנים בקרום

כמה פתוגנים משתמשים בגליקופינגוליפידים כקולטנים כדי לתווך את כניסתם לתאים המארחים או לספק להם גורמי ארסיות.

הוכח כי spingolipids להשתתף באירועים סלולריים מרובים כגון הפרשת, endocytosis, chemotaxis, נוירוטרנסמינציה, אנגיוגנזה ודלקת.

הם מעורבים גם בסחר בממברנות, ולכן הם משפיעים על הפנמה של קולטנים, סדר, תנועה ואיחוי של שלפוחית ​​הפרשה בתגובה לגירויים שונים..

קבוצות ספינגוליפידים

ישנם שלושה סוגים של sphingolipids, כולם נגזרים ceramide ואשר נבדלים זה מזה על ידי קבוצות קוטביות, כלומר: sphingomyelins, glycipipids ו gangliosides.

Sphingomyelins

אלה מכילים phosphocholine או phosphoethanolamine כקבוצת ראש הקוטב, ולכן הם מסווגים כמו phospholipids יחד עם גליצריופוליפידים. הם דומים, כמובן, phosphatidylchololines במבנה תלת מימדי ומאפיינים כלליים מאז אין להם תשלום על ראשי הקוטב שלהם.

הם נמצאים בקרום הפלסמה של תאי בעלי חיים, והם שופעים במיוחד במיאלין, נדן המקיף ומבודד את האקסונים של נוירונים מסוימים.

Glucolipids או glycosphingipipids ניטרלי (ללא עומס)

הם נמצאים בעיקר על פני השטח החיצוני של קרום פלזמה ויש לי אחד או יותר סוכרים כקבוצת ראש הקוטב מחובר ישירות hydroxyl של פחמן 1 של חלק ceramide. אין להם קבוצות פוספט. מאז ב pH 7 אין להם תשלום, הם נקראים גליקוליפידים ניטרלי.

Cerebrosides יש מולקולה אחת של סוכר המצורפת ceramide. אלה המכילים גלקטוז נמצאים בקרום פלזמה של תאים שאינם עצביים. Globosides הם glycosphingolipids עם שני סוכרים או יותר, בדרך כלל D- גלוקוז, D- גלקטוז או N-acetyl-D-galactosamine.

Gangliosides או glycosphingipipids חומצי

אלה הם הספינגוליפידים המורכבים ביותר. הם בעלי oligosaccharides כקבוצת ראש הקוטב אחד או יותר מסוף N-acetylmuramic שאריות חומצה, המכונה גם חומצה sialic. Sialic חומצה מספקת gangliosides עם מטען שלילי ב pH 7, אשר מבדיל אותם מ glycosphingolipids ניטרלי..

המינוח של מחלקה זו של sphingolipids תלוי בכמות של שאריות חומצה sialic הנוכחי בחלק oligosaccharide של הראש הקוטב.

סינתזה

מולקולת בסיס שרשרת ארוכה או sphingosine הוא מסונתז reticulum endoplasmic (ER) ואת תוספת של הקבוצה הקוטבית לראש השומנים האלה מתרחשת מאוחר יותר קומפלקס Golgi. אצל יונקים, כמה סינתזה של ספינגוליפידים יכולה להתרחש גם במיטוכונדריה.

לאחר השלמת הסינתזה שלהם במכלול Golgi, ספינגוליפידים מועברים תאים תאיים אחרים באמצעות מנגנונים בתיווך שלפוחית.

ביוסינתזה של ספינגוליפיד מורכבת משלושה אירועים עיקריים: הסינתזה של בסיסי שרשרת ארוכים, ביוסינתזה של סרמידים באמצעות קשירת חומצת שומן באמצעות אג"ח אמיד, ולבסוף היווצרות ספינגוליפיד מורכב על ידי איחוד של קבוצות קוטב ב- פחמן 1 של בסיס sphingoid.

בנוסף סינתזה דה novo, sphingolipids יכול גם להיווצר על ידי החלפת או מיחזור של בסיסים שרשרת ארוך ceramides, אשר יכול להאכיל את הבריכה sphingolipid.

סינתזה של השלד Ceramide

הביוסינתזה של הסרמיד, השלד הספינגוליפיד, מתחילה עם עיבוי דקארבוקסילטיבי של מולקולה של Palmitoyl-CoA ו- L-serine. התגובה היא מזרז על ידי טרמינל heterodimeric palmitoyl transferase (SPT), תלוי phosphate pyridoxal ואת המוצר הוא 3-keto dihydrosphingosine.

אנזים זה מעוכב על ידי β-Halo-L-alanines ו- L-cycloserines. בשמרים הוא מקודד על ידי שני גנים, ואילו אצל היונקים ישנם שלושה גנים לאנזים זה. האתר הפעיל נמצא בצד הציטופלזמי של הרטטום האנדופלאסמי.

תפקידו של האנזים הראשון הזה נשמר בכל האורגניזמים שנחקרו. עם זאת, ישנם כמה הבדלים בין המסה כי יש לעשות עם המיקום תת-תאי של האנזים: כי החיידק הוא cytoplasmic, כי שמרים, צמחים ובעלי חיים הוא reticulum endoplasmic.

3-ketoesphinganine לאחר מכן מופחת על ידי NADPH תלוי 3-ketoesphinganine רדוקטאז לייצר sphinganine. Dhyydroceramide synthase (sphinganine N-acyl transferase) ואז acetylates sphinganine לייצר dihydroceramide. Ceramide נוצר לאחר מכן על ידי desaturase dihydroceramide / רדוקטאז, אשר מוסיף קשר כפול טראנס בעמדה 4-5.

ב יונקים, ישנם מספר רב של isoforms של synamases ceramide, כל קישור שרשרת מסוימת של חומצות שומן על בסיס שרשרת ארוכה. לכן, סינתזה ceramide ואנזימים אחרים, אלונגזות, לספק את המקור העיקרי של מגוון של חומצות שומן sphingolipids.

היווצרות של ספינגוליפידים ספציפיים

Sphingomyelin הוא מסונתז על ידי העברת של phosphocholine מ phosphatidylcholine כדי ceramide, שחרור diacylglycerol. התגובה מחברת את מסלולי האיתות של ספינגוליפידים וגליצרופוליפידים.

phosphoethanolamine Ceramide הוא מסונתז מ phosphatidylethanolamine ו ceramide בריאקציה מקבילה הסינתזה של ספינגומיילין, ופעם יצר ניתן מפוגל ספינגומיילין. Ceramide פוספט אינוסיטול נוצר על ידי transesterification מן phosphatidylinositol.

Glycosphingolipids משתנים בעיקר במתחם גולגי, שבו אנזימים glycosyltransferases ספציפיים המעורבים תוספת של שרשראות oligosaccharide באזור הידרופילי של שלד ceramide.

מטבוליזם

השפלה ספינגוליפידים מתבצעת על ידי אנזימים glucohydrolases ו sphingomyelinases, אשר אחראים להסרת השינויים של קבוצות הקוטב. מצד שני, ceramidases להתחדש בסיסים שרשרת ארוכה של ceramides.

הגנגליוזידים מושפעים על ידי קבוצה של אנזימים ליזוזומליים אשר מזרזים את שלב אחר שלב חיסול של יחידות הסוכר, ובסופו של דבר לייצר ceramide.

תוואי אחר השפלה כרוכה הפנמת ספינגוליפיד ב שלפוחית ​​endocytic אשר נשלחים בחזרה אל קרום הפלזמה או מועבר lysosomes שם הם מפורקים על ידי hydrolases חומצה ספציפית.

לא כל בסיסי השרשרת הארוכים הם ממוחזרים, retícuo endoplasmic יש מסלול לזילות הטרמינל של אלה. מנגנון זה של השפלה כרוכה זירחון ולא acylation של LCBs, שמוביל מולקולות איתות שיכול להיות מצעים מסיסים עבור אנזימים לחתוך lyases LCBs-פוספט ליצור aciloaldehídos ו phosphoethanolamine.

תקנה

המטבוליזם של השומנים האלה מוסדר בכמה רמות, אחד מהם הוא האנזימים האחראים לסינתזה, השינויים שלה לאחר התרגום והמנגנונים האלוסטריים של אלה.

כמה מנגנונים רגולטוריים הם ספציפיים הסלולר, או לשלוט על רגע של התפתחות הסלולר שבו הם מיוצרים או בתגובה אותות ספציפיים.

הפניות

  1. ברטקה, נ ', וחנון, י' (2009). ביו אקטיבי ספינגוליפידים: מטבוליזם ופונקציה. Journal of Lipid Research, 50, 19.
  2. Breslow, D. K. (2013). Sphingolipid הומאוסטזיס ב רדיקולום אנדופלסמה ומעבר. נקודות מבט קרות באביב, 5 (4), a013326.
  3. Futerman, A. H., & Hannun, Y. A. (2004). החיים המורכבים של ספינגוליפידים פשוטים. דוחות EMBO, 5 (8), 777-782.
  4. הריסון, פ ', דאן, ט', & Campopiano, ד 'י (2018). ביוסינתזה ספינגוליפידית באדם ובמיקרובים. טבעי Product Reports, 35 (9), 921-954.
  5. Lahiri, S., & Futerman, A. H. (2007). מטבוליזם ותפקוד של sphingolipids ו glycosphingolipids. מדעי החיים הסלולריים והמולקולריים, 64 (17), 2270-2284.
  6. לודש, ח ', ברק, א., קייזר, ק. א., קריגר, מ., ברצ'שר, א., פלויג, ה., מרטין, ק. (2003). ביולוגיה תא מולקולרית (מהדורה 5). פרימן, וו. ח.
  7. Luckey, M. (2008). ביולוגיה מבנית בממברנה: עם יסודות ביוכימיים וביופיזיים. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '. מקור: www.cambridge.org/9780521856553
  8. מריל, א 'ח' (2011). Sphingolipid ו glycosphingolipid מסלולים מטבוליים בעידן של sphingolipidomics. כימיקלים, 111 (10), 6387-6422.
  9. Nelson, D. L., & Cox, M. (2009). Lehninger עקרונות ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).
  10. Vance, J. E., & Vance, D. E. (2008). ביוכימיה של ליפידים, ליפופרוטאינים וממברנות. בביוכימיה מקיפה חדשה כרך 36 (מהדורה 4). אלסבייר.