Fosfatidyletanolamínová štruktúra, biosyntéza a funkcie



fosfatidyletanolamínu (PE) je glycerofosfolipid bohatý na plazmatické membrány prokaryotických organizmov. Naopak, v membránach eukaryotických buniek je to druhý najhojnejší glycerofosfolipid na vnútornej strane plazmatickej membrány po fosfatidylcholíne.

Napriek množstvu fosfatidyletanolamínu závisí jeho množstvo nielen na type bunky, ale aj na kompartmente a na špecifickom čase životného cyklu bunky, ktorý sa berie do úvahy..

Biologické membrány sú bariéry, ktoré definujú bunkové organizmy. Nielenže majú ochranné a izolačné funkcie, ale sú tiež kľúčom k vytvoreniu proteínov, ktoré vyžadujú optimálne fungovanie hydrofóbneho prostredia..

Ako eukaryoty, tak prokaryoty majú membrány zložené prevažne z glycerofosfolipidov a v menšej miere zo sfingolipidov a sterolov..

Glycerofosfolipidy sú amfipatické molekuly štruktúrované na kostre L-glycerolu, ktorý je esterifikovaný v polohách sn-1 a sn-2 dvoma mastnými kyselinami rôznej dĺžky a stupňa nasýtenia. V hydroxylovej polohe sn-3 je esterifikovaná fosfátovou skupinou, ktorá môže byť spojená s rôznymi typmi molekúl, ktoré dávajú vznik rôznym triedam glycerofosfolipidov..

existujú rôzne glycerofosfolipidů v bunkovej svete však najhojnejšia sú fosfatidylcholín (PC), fosfatidyletanolamínu (PE), fosfatidylserín (PS), fosfatidylinozitol (PI), kyselina fosfatidová (PA), fosfatidylglycerol (PG) a kardiolipin (CL).

index

  • 1 Štruktúra
  • 2 Biosyntéza
    • 2.1 Kennedyho cesta
    • 2.2 Cesta PSD
  • 3 Funkcie
  • 4 Odkazy

štruktúra

Štruktúra fosfatidyletanolamínu bola objavená Baer a kol v roku 1952. Ako už bolo experimentálne stanoviť pre všetky glycerofosfolipidů, fosfatidyletanolamínu obsahuje molekulu esterifikované glycerol v sn-1 pozíciu a sn-2 s kyselinou reťazcami mastné medzi 16 a 20 atómami uhlíka,.

Mastné kyseliny esterifikované v hydroxylovom sn-1 sú všeobecne nasýtené (bez dvojitých väzieb) s maximálnymi dĺžkami 18 atómov uhlíka, zatiaľ čo reťazce spojené v polohe sn-2 majú dlhšiu dĺžku a jednu alebo viac nenasýtenosti ( dvojité odkazy).

Stupeň nasýtenia týchto reťazcov prispieva k pružnosti membrány, čo má veľký vplyv na inzerciu a sekvestráciu proteínov v dvojvrstve..

Fosfatidyletanolamín je považovaný za nelamelárny glycerofosfolipid, pretože má kužeľovitý geometrický tvar. Táto forma je daná malou veľkosťou jej polárnej skupiny alebo "hlavy" vo vzťahu k reťazcom mastných kyselín, ktoré obsahujú hydrofóbne "zvyšky"..

"Hlava" alebo polárna skupina fosfatidyletanolamínu má zwitteriónový charakter, to znamená, že má skupiny, ktoré môžu byť pozitívne a negatívne nabité za určitých podmienok pH..

Táto funkcia umožňuje vytvoriť vodíkové väzby s veľkým množstvom aminokyselinových zvyškov a ich distribúcia náboja je základným determinantom topológie domén mnohých integrálnych membránových proteínov..

biosyntéza

V eukaryotických bunkách je syntéza štruktúrnych lipidov geograficky obmedzená, pričom je hlavným miestom biosyntézy endoplazmatického retikula (ER) av menšom rozsahu Golgiho aparátu..

Existujú štyri nezávislé biosyntetické cesty na produkciu fosfatidyletanolamínu: (1) cesta CDP-etanolamín, známa tiež ako cesta Kennedyho; (2) PSD cesta dekarboxylácie fosfatidylserínu (PS); (3) acyláciu lyso-PE a (4) reakciu zmeny bázy polárnej skupiny iných glycerofosfolipidov.

Kennedyho cesta

Biosyntéza fosfatidyletanolamínu touto cestou je obmedzená na ER a ukázalo sa, že v pečeňových bunkách škrečka je to hlavná cesta produkcie. Skladá sa z troch po sebe idúcich enzymatických krokov katalyzovaných tromi rôznymi enzýmami.

V prvom kroku sa fosfoetanolamín a ADP produkujú pôsobením etanolamínkinázy, ktorá katalyzuje ATP-dependentnú fosforyláciu etanolamínu..

Na rozdiel od rastlín, ani cicavce ani kvasinky nie sú schopné produkovať tento substrát, takže sa musí konzumovať v potrave alebo získať z degradácie už existujúcich fosfatidyletanolamínov alebo molekúl sfingozínu..

Fosfoetanolamín je používaný CTP: fosfatanolamínová cytidyltransferáza (ET) na vytvorenie vysokoenergetickej zlúčeniny CDP: etanolamínu a anorganického fosfátu..

1,2-diacylglyceroly etanolamín fosfotransferázu (ETP) využíva energie zo CDP-etanolamín, aby kovalentne väzbou na molekulu, etanolamín diacylglyceroly vložiť do membrány, čo má za následok fosfatidyletanolamínu.

Trasa PSD

Táto trasa funguje ako v prokaryotoch, tak v kvasinkách a cicavcoch. V baktériách sa vyskytuje v plazmatickej membráne, ale u eukaryotov prebieha v oblasti endoplazmatického retikula, ktoré má blízky vzťah s mitochondriálnou membránou..

U cicavcov je cesta katalyzovaná jedným enzýmom, fosfatidylserínovou dekarboxylázou (PSD1p), ktorá je uložená v mitochondriálnej membráne, ktorej gén je kódovaný jadrom. Reakcia zahŕňa dekarboxyláciu PS na fosfatidyletanolamín.

Zostávajúce dve cesty (Lyso-PE Acylácia a výmena kalcium-dependentnú polárne skupina), sa vyskytujú v endoplazmatickom retikule, ale neprispievajú významne k celkovej produkcii fosfatidyletanolamínu v eukaryotických bunkách.

funkcie

Glycerofosfolipidy majú tri hlavné funkcie v bunke, vrátane štruktúrnych funkcií, skladovania energie a bunkovej signalizácie..

Fosfatidyletanolamín je spojený s kotvením, stabilizáciou a skladaním viacerých membránových proteínov, ako aj s konformačnými zmenami potrebnými na fungovanie mnohých enzýmov..

Experimentálne dôkazy ukazujú, fosfatidyletanolamínu je kľúčovým glycerofosfolipid v neskorej fáze telofázy, počas tvorby kontrakčnej kruhu a zavádza fragmoplasto umožňujúce membránového delenia dvoch dcérskych buniek.

Má tiež dôležitú funkciu vo všetkých procesoch fúzie a štiepenia (spojenie a separácia) membrán endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu..

V E. coli sa dokázalo, že fosfatidyletanolamín je nevyhnutný pre správne zloženie a funkciu enzýmu laktóza permeázy, takže sa predpokladá, že má úlohu molekulárneho "chaperónu"..

Fosfatidyletanolamín je hlavným donorom molekuly etanolamínu potrebnej na post-translačnú modifikáciu mnohých proteínov, ako sú kotvy GPI..

Tento glycerofosfolipid je prekurzorom mnohých molekúl s enzymatickou aktivitou. Okrem toho molekuly odvodené z jeho metabolizmu, rovnako ako diacylglycerol, kyselina fosfatidová a niektoré mastné kyseliny, môžu pôsobiť ako druhí poslovia. Okrem toho je dôležitým substrátom na výrobu fosfatidylcholínu.

referencie

  1. Brouwers, J.F. H. M., Vernooij, E.A.M., Tielens, A.G. M., a van Golde, L.M. G. G. (1999). Rýchla separácia a identifikácia molekulárnych druhov fosfatidyletanolamínov. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Obnovené z jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J.M., & Claypool, S.M. (2018). Fosfatidyletanolamín produkovaný vo vnútornej mitochondriálnej membráne je nevyhnutný pre komplexnú funkciu kvasinkového cytochrómu bc1 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, S.M. (2016). Fosfatidyletanolamín Metabolizmus v zdraví a chorobe. International Review of Cell and Molecular Biology (zväzok 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F., & Smith, T. K. (2010). Kennedyho cesta-de novo syntéza fosfatidyletanolamínu a fosfatidylcholínu. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Pochopenie rôznorodosti zloženia membránových lipidov. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296. 
  6. Luckey, M. (2008). Membránová štrukturálna biológia: s biochemickými a biofyzikálnymi základmi. Univerzitná tlač Cambrudge. Zdroj: cambrudge.org
  7. Seddon, J. M., Cevc, G., Kaye, R. D., & Marsh, D. (1984). Rôntgenová difrakčná štúdia polymorfizmu hydratovaných diacyl- a dialkylfosfatidyletanolamínov. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644. 
  8. Sendecki, A.M., Poyton, M.F., Baxter, A.J., Yang, T., & Cremer, P.S. (2017). Podporované lipidové dvojvrstvy s fosfatidyletanolamínom ako hlavnou zložkou. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D. R., & Feignenson, G. W. (2008). Membránové lipidy: kde sú a ako sa správajú. Nature Reviews, 9, 112-124.
  10. Vance, J. E. (2003). Molekulárna a bunková biológia metabolizmu fosfatidylserínu a fosfatidyletanolamínu. In K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (str. 69-111). Akademická tlač.
  11. Vance, J. E. (2008). Fosfatidylserín a fosfatidyletanolamín v cicavčích bunkách: dva metabolicky príbuzné aminofosfolipidy. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J. E., & Tasseva, G. (2013). Tvorba a funkcia fosfatidylserínu a fosfatidyletanolamínu v cicavčích bunkách. Biochimica a Biophysica Acta - Molekulárna a bunková biológia lipidov, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins, S.M., Zhu, X., & Zeisel, S.H. (2003). Fosfatidyletanolamín-N-metyltransferázová aktivita a diétny cholín regulujú tok pečeň-plazmatické lipidy a metabolizmus esenciálnych mastných kyselín u myší. Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.