Sfingomyelínová štruktúra, funkcie, syntéza a metabolizmus



sfingomyelín Je to najrozšírenejší sfingolipid v živočíšnych tkanivách: jeho prítomnosť bola dokázaná vo všetkých doteraz študovaných bunkových membránach. Má štrukturálne podobnosti s fosfatidylcholínom v skupine polárnej hlavy, takže je tiež klasifikovaný ako fosfolipid (fosfosifingolipid).

V desaťročí 80-tych rokov 19. storočia vedec Johann Thudichum izoloval éter-rozpustnú lipidovú zložku z mozgového tkaniva a pomenoval ju sfingomyelín. Neskôr, v roku 1927, bola štruktúra tohto sfingolipidu uvedená ako N-acyl-sfingozín-1-fosfocholín.

Rovnako ako ostatné sfingolipidy, aj sfingomyelín má štrukturálne aj bunkové signálne funkcie a je obzvlášť hojný v nervových tkanivách, konkrétne v myelíne, puzdre, ktorá pokrýva a izoluje axóny určitých neurónov..

Jeho distribúcia bola študovaná pomocou experimentov subcelulárnej frakcionácie a enzymatickej degradácie sfingomyelinázami a výsledky ukazujú, že viac ako polovica sfingomyelínu v eukaryotických bunkách sa nachádza v plazmatickej membráne. Závisí to však od typu bunky. Napríklad vo fibroblastoch predstavuje takmer 90% celkových lipidov.

Deregulácia procesov syntézy a metabolizmu tohto lipidu vedie k rozvoju komplexných patológií alebo lipidóz. Príkladom je dedičná Niemann-Pickova choroba, charakterizovaná hepatosplenomegáliou a progresívnou neurologickou dysfunkciou.

index

  • 1 Štruktúra
  • 2 Funkcie
    • 2.1 - Signalizácia
    • 2.2 - Štruktúra
  • 3 Zhrnutie
  • 4 Metabolizmus
  • 5 Referencie

štruktúra

Sfingomyelín je amfipatická molekula zložená z polárnej hlavy a dvoch nepolárnych chvostov. Polárna hlavová skupina je molekula fosfocholínu, takže môže vyzerať podobne ako glycerofosfolipid fosfatidylcholín (PC). Medzi týmito dvoma molekulami však existujú podstatné rozdiely týkajúce sa medzifázovej a hydrofóbnej oblasti.

Najbežnejšou bázou v molekule cicavčích sfingomyelínov je ceramid, zložený zo sfingozínu (1,3-dihydroxy-2-amino-4-oktadecénu), ktorý má dvojitú väzbu v trans medzi uhlíkmi pozícií 4 a 5 uhľovodíkového reťazca. Jeho nasýtený derivát, sfinganín, je tiež bežný, ale nachádza sa v menšom pomere.

Dĺžka hydrofóbnych koncov sfingomyelínu je od 16 do 24 atómov uhlíka a zloženie mastných kyselín sa líši v závislosti od tkaniva..

Sfingomyelíny bielej hmoty ľudského mozgu, napríklad, obsahujú kyselinu nervónovú, kyseliny šedej obsahujú hlavne kyselinu stearovú a prevládajúcou formou v krvných doštičkách je arachidonát..

Všeobecne existuje rozdiel v dĺžke medzi dvoma reťazcami mastných kyselín sfingomyelínu, čo sa javí ako "interdigitačné" javy medzi uhľovodíkmi v opačných monovrstvách. To poskytuje membráne osobitnú stabilitu a špeciálne vlastnosti vzhľadom na iné, horšie membrány v tomto sfingolipide..

V medzifázovej oblasti molekuly má sfingomyelín amidovú skupinu a voľný hydroxyl v uhlíku 3, ktoré môžu slúžiť ako donory a akceptory vodíkových väzieb pre intra- a intermolekulárne väzby, dôležité pri definovaní laterálnych domén a interakcie s rôznymi typmi molekúl.

funkcie

-signalizácia

Produkty metabolizmu sfingozín -ceramidu, sfingozínu, sfingozín-1-fosfátu a diacylglycerolu sú dôležitými bunkovými efektormi a dávajú mu úlohu v mnohých bunkových funkciách, ako je napríklad apoptóza, vývoj a starnutie, bunková signalizácia..

-štruktúra

Vďaka trojdimenzionálnej "cylindrickej" štruktúre sfingomyelínu môže tento lipid tvoriť kompaktnejšie a usporiadané membránové domény, ktoré majú dôležité funkčné dôsledky z hľadiska proteínu, pretože môžu vytvoriť špecifické domény pre niektoré integrálne membránové proteíny..

V lipidových a caveolasových "raftoch"

Lipidové rafty, membránové fázy alebo mikro-usporiadané domény sfingolipidov, ako je sfingomyelín, niektoré glycerofosfolipidy a cholesterol, predstavujú stabilné platformy pre asociáciu membránových proteínov s rôznymi funkciami (receptory, transportéry, atď.)..

Caveolae sú invaginácie plazmatickej membrány, ktoré získavajú proteíny s kotvami GPI a sú tiež bohaté na sfingomyelín.

Vo vzťahu k cholesterolu

Cholesterol, vďaka svojej štrukturálnej rigidite, významne ovplyvňuje štruktúru bunkových membrán, najmä v aspektoch súvisiacich s tekutosťou, čo je dôvod, prečo je považovaný za základný prvok..

Pretože sfingomyelíny majú donory aj akceptory vodíkovej väzby, predpokladá sa, že sú schopné tvoriť viac "stabilných" interakcií s molekulami cholesterolu. To je dôvod, prečo sa hovorí, že existuje pozitívna korelácia medzi hladinami cholesterolu a sfingomyelínu v membránach.

syntéza

Syntéza sfingomyelínu sa vyskytuje v Golgiho komplexe, kde ceramid transportovaný z endoplazmatického retikula (ER) je modifikovaný prenosom fosfocholínovej molekuly z fosfatidylcholínu so sprievodným uvoľňovaním molekuly diacylglycerolu. Reakcia je katalyzovaná SM syntázou (ceramid: fosfatidylcholín fosfocholín transferáza)..

Existuje tiež ďalšia dráha produkcie sfingomyelínu, ktorá sa môže vyskytnúť prenesením fosfoetanolamínu z fosfatidyletanolamínu (PE) na ceramid s následnou metyláciou fosfoetanolamínu. Predpokladá sa, že to môže byť obzvlášť dôležité v niektorých nervových tkanivách bohatých na PE.

Sfingomyelínsyntáza sa nachádza na luminálnej strane membrány Golgiho komplexu, ktorá sa zhoduje s extra cytoplazmatickým umiestnením sfingomyelínu vo väčšine buniek..

Vzhľadom na charakteristiky polárnej skupiny sfingomyelínu a zjavnú neprítomnosť špecifických translokácií závisí topologická orientácia tohto lipidu od enzýmu syntázy..

metabolizmus

K degradácii sfingomyelínu môže dôjsť ako v plazmatickej membráne, tak v lyzozómoch. Lyzozomálna hydrolýza na ceramid a fosfocholín závisí od kyslej sfingomyelinázy, rozpustného lyzozomálneho glykoproteínu, ktorého aktivita má optimálne pH okolo 4,5..

Hydrolýza v plazmatickej membráne je katalyzovaná sfingomyelinázou, ktorá pracuje pri pH 7,4 a vyžaduje, aby fungovali dvojmocné ióny horčíka alebo mangánu. Iné enzýmy podieľajúce sa na metabolizme a recyklácii sfingomyelínu sa nachádzajú v rôznych organelách, ktoré sú navzájom prepojené prostredníctvom vezikulárnych transportných ciest..

referencie

  1. Barenholz, Y., & Thompson, T. E. (1999). Sfingomyelín: biofyzikálne aspekty. Chemistry and Physics of Lipids, 102, 29-34.
  2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidová biochémia. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1. vydanie). Plenum Press.
  3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Intracelulárny transport a metabolizmus sfingomyelínu. Biochimic, 1082, 113-125.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. vydanie). Freeman, W. H. & Company.
  5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, D.E., Fensom, A.H., Higaki, K., ... Vanier, M.T. (2001). Niemann-Pickova choroba typu C: Spektrum HE1 mutácií a genotypu / fenotypové korelácie v NPC2 skupine. Am., J. Hum. Genet., 69, 1013-1021.
  6. Ramstedt, B., & Slotte, P. (2002). Membránové vlastnosti sfingomyelínov. FEBS Letters, 531, 33-37.
  7. Slotte, P. (1999). Interakcie sfingomyelínu - cholesterolu v biologických a modelových membránach. Chemistry and Physics of Lipids, 102, 13-27.
  8. Vance, J.E., & Vance, D.E. (2008). Biochémia lipidov, lipoproteínov a membrán. In New Comprehensive Biochemistry, zväzok 36 (4. vydanie). Elsevier.