Сфинголипиды характеристики, функции, группы, синтез и обмен веществ

сфинголипидов Они представляют собой одно из трех основных семейств липидов, присутствующих в биологических мембранах. Подобно глицерофосфолипидам и стеролам, они являются амфипатическими молекулами с гидрофильной полярной областью и гидрофобной аполярной областью..

Впервые они были описаны в 1884 году Иоганном Л. В. Тудичумом, который описал три сфинголипида (сфингомиелин, цереброзиды и церебросульфатид), которые относятся к трем различным известным классам: фосфоэсфинголипиды, нейтральные гликосфинголипиды и кислые.

В отличие от глицерофосфолипидов сфинголипиды не основаны на молекуле глицерол-3-фосфата в качестве основного скелета, а представляют собой соединения, полученные из сфингозина, аминоспирта с длинной углеводородной цепью, связанной амидной связью..

С точки зрения сложности и разнообразия, по меньшей мере 5 различных типов оснований известны для сфинголипидов у млекопитающих. Эти основания могут быть объединены с более чем 20 типами различных жирных кислот с различной длиной и степенью насыщения, в дополнение к множественным вариациям в полярных группах, которые могут быть даны.

Биологические мембраны содержат около 20% сфинголипидов. Они имеют различные и важные функции в клетках, от структурной до сигнальной трансдукции и контроля различных процессов сотовой связи..

Распределение этих молекул изменяется в зависимости от функции органелл, где они находятся, но обычно концентрация сфинголипидов значительно выше в наружном монослое плазматической мембраны относительно внутреннего монослоя и других отсеков.

У людей есть по крайней мере 60 видов сфинголипидов. Многие из них являются важными компонентами мембран нервных клеток, в то время как другие играют важную структурную роль или участвовать в передаче сигналов, распознавания, дифференцировки клеток, патогенез, запрограммированную гибель клеток, среди других.

индекс

• 1 структура
• 2 Характеристики
• 3 функции
  • 3.1 -Структурные функции
  • 3.2 - Сигнальные функции
  • 3.3-As рецепторы в мембране
• 4 группы сфинголипидов
  • 4.1 Сфингомиелины
  • 4.2 Нейтральные гликолипиды или гликосфинголипиды (без нагрузки)
  • 4.3 Ганглиозиды или кислые гликосфинголипиды
• 5 Синтез
  • 5.1 Синтез церамидного скелета
  • 5.2 Образование специфических сфинголипидов
• 6 Метаболизм
  • 6.1 Регулирование
• 7 ссылок

ЕStructura

Все сфинголипиды получены из L-серина, который конденсируется с жирной кислотой с длинной цепью с образованием сфингоидного основания, также известного как основание с длинной цепью (LCB)..

Наиболее распространенными основаниями являются сфинганин и сфингозин, которые отличаются друг от друга только наличием транс-двойной связи между атомами углерода 4 и 5 жирной кислоты сфингозина..

Углеводороды 1, 2 и 3 из сфингозина структурно аналогичны глицерин атомов углерода глицерофосфолипидов. Когда с помощью амидных связей связывают жирную кислоту с углеродом 2 сфингозина, церамиды, который является очень похож на молекулу диацилглицерола происходит, и представляют собой простейшие сфинголипиды.

Длинноцепочечные жирные кислоты, которые составляют гидрофобные области этих липидов, могут быть очень разнообразными. Длина варьируется от 14 до 22 атомов углерода, которые могут иметь различную степень насыщения, обычно между атомами углерода 4 и 5..

В положениях 4 или 6 они могут иметь гидроксильные группы и двойные связи в других положениях или даже разветвления в качестве метильных групп..

черты

Цепи жирных кислот, связанных амидными связями с церамидами, обычно насыщены и имеют тенденцию быть длиннее, чем те, которые обнаруживаются в глицерофосфолипидах, что, по-видимому, имеет решающее значение для биологической активности этих.

Отличительной особенностью сфинголипидного скелета является то, что он может иметь положительный суммарный заряд при нейтральном pH, что редко встречается среди молекул липидов..

Однако pKa аминогруппы является низким по сравнению с простым амином, между 7 и 8, так что часть молекулы не нагружена при физиологическом pH, что может объяснить «свободное» их перемещение между бислоями..

Традиционная классификация сфинголипидов возникает из-за многочисленных модификаций, которые может претерпеть молекула церамида, особенно в отношении замен полярных головных групп..

функции

Сфинголипиды необходимы животным, растениям и грибам, а также некоторым прокариотическим организмам и вирусам..

-Структурные функции

Сфинголипиды модулируют физические свойства мембран, включая их текучесть, толщину и кривизну. Модуляция этих свойств также дает им непосредственное влияние на пространственную организацию мембранных белков.

В липидных "плотах"

В биологических мембранах могут быть обнаружены динамические домены с меньшей текучестью, образованные молекулами холестерина и сфинголипидов, называемыми липидными рафтами..

Эти структуры встречаются в природе и поддерживать тесную связь с интегральными белками, рецепторами клеточной поверхности и сигнальными белками, транспортерами и другими белками с glycosylphosphatidylinositol якорем (GPI).

-Сигнальные функции

Они выполняют функции сигнальных молекул, которые действуют как вторые мессенджеры или как секретируемые лиганды для рецепторов клеточной поверхности..

В качестве вторичных мессенджеров могут участвовать в регуляции гомеостаза кальция, роста клеток, онкогенеза и подавления апоптоза. Кроме того, активность многих интегральных и периферических мембранных белков зависит от их ассоциации с сфинголипидами..

Многие межклеточные и клеточные взаимодействия с окружающей средой зависят от воздействия различных полярных групп сфинголипидов на внешнюю поверхность плазматической мембраны..

Связывание гликосфинголипидов и лектинов имеет решающее значение для ассоциации миелина с аксонами, адгезии нейтрофилов к эндотелию и т. Д..

Побочные продукты вашего метаболизма

Наиболее важными сигнальными сфинголипидами являются длинноцепочечные основания или сфингозины и керамиды, а также их фосфорилированные производные, такие как сфингозин-1-фосфат..

Продукты метаболизма многих сфинголипидов активируют или ингибируют множество нижестоящих мишеней (протеинкиназы, фосфопротеины, фосфатазы и др.), Которые контролируют сложные клеточные поведения, такие как рост, дифференцировка и апоптоз..

-Как рецепторы в мембране

Некоторые патогены используют гликосфинголипиды в качестве рецепторов, чтобы обеспечить их поступление в клетки-хозяева или доставить им факторы вирулентности..

Было показано, что сфинголипиды участвуют во множественных клеточных событиях, таких как секреция, эндоцитоз, хемотаксис, нейротрансмиссия, ангиогенез и воспаление..

Они также участвуют в переносе мембран, поэтому они влияют на интернализацию рецепторов, упорядочение, движение и слияние секреторных пузырьков в ответ на различные раздражители..

Сфинголипидные группы

Есть три подкласса сфинголипидов, все полученные из керамидов и отличающийся друг от друга полярных групп, а именно сфингомиелины, гликолипидами и ганглиозидами.

сфингомиелином

Они содержат фосфохолин или фосфоэтаноламин в качестве полярной головной группы, поэтому они классифицируются как фосфолипиды вместе с глицерофосфолипидами. Они напоминают, конечно, фосфатидилхолины в трехмерной структуре и в общих свойствах, так как они не имеют заряда на своих полярных головках.

Они присутствуют в плазматических мембранах животных клеток и особенно богаты миелином, оболочкой, которая окружает и изолирует аксоны некоторых нейронов..

Глюколипиды или нейтральные гликосфинголипиды (без нагрузки)

Они обнаруживаются главным образом на наружной поверхности плазматической мембраны и имеют один или несколько сахаров в качестве полярной головной группы, непосредственно присоединенной к гидроксилу углерода 1 керамидной части. Они не обладают фосфатными группами. Так как при pH 7 они не имеют заряда, их называют нейтральными гликолипидами..

Цереброзиды имеют одну молекулу сахара, прикрепленную к церамиду. Те, которые содержат галактозу, находятся в плазматических мембранах клеток нервной ткани. Глобозиды представляют собой гликосфинголипиды с двумя или более сахарами, обычно D-глюкозой, D-галактозой или N-ацетил-D-галактозамином..

Ганглиозиды или кислые гликосфинголипиды

Это самые сложные сфинголипиды. Они содержат олигосахариды в качестве полярной головной группы и один или несколько концевых остатков N-ацетилмурамовой кислоты, также называемых сиаловой кислотой. Сиаловая кислота дает ганглиозидам отрицательный заряд при рН 7, что отличает их от нейтральных гликосфинголипидов..

Номенклатура этого класса сфинголипидов зависит от количества остатков сиаловой кислоты, присутствующих в олигосахаридной части полярной головки..

синтез

Базовая молекула или сфингозин с длинной цепью, синтезируются в эндоплазматической сети (ER) и добавление полярной группы во главе этих липидов происходит позже в комплексе Гольджи. У млекопитающих, синтез сфинголипидов может также происходить в митохондриях.

После завершения синтеза в комплексе Гольджи сфинголипиды транспортируются в другие клеточные компартменты через механизмы, опосредованные везикулами..

Биосинтез сфинголипидов состоит из трех основных событий: синтез длинноцепочечных оснований, биосинтез церамидов путем связывания жирной кислоты через амидную связь и, наконец, образование сложных сфинголипидов посредством объединения полярных групп в углероде 1 сфингоидного основания.

В дополнение к синтезу de novo сфинголипиды могут также образовываться путем замены или рециркуляции длинноцепочечных оснований и керамидов, которые могут питать бассейн сфинголипидов..

Синтез керамидного скелета

Биосинтез церамида, сфинголипидного скелета, начинается с декарбоксилирующей конденсации молекулы пальмитоил-КоА и L-серина. Реакция катализируется гетеродимерной серин-пальмитоилтрансферазой (SPT), зависящей от пиридоксальфосфата, и продукт представляет собой 3-кетодигидросфингозин..

Этот фермент ингибируется β-галоген-L-аланинами и L-циклосеринами. У дрожжей он кодируется двумя генами, а у млекопитающих - три гена этого фермента. Активный сайт расположен на цитоплазматической стороне эндоплазматического ретикулума..

Роль этого первого фермента сохраняется во всех изученных организмах. Однако существуют некоторые различия между таксонами, которые имеют отношение к субклеточному расположению фермента: бактерии цитоплазматические, дрожжи, растения и животные находятся в эндоплазматической сети..

3-кетоэсфинганин впоследствии восстанавливается с помощью NADPH-зависимой 3-кетоэсфинганинредуктазы с образованием сфинганина. Затем дигидрокерамидсинтаза (сфинганин-N-ацилтрансфераза) ацетилирует сфинганин для получения дигидрокерамида. Затем церамид образуется дигидрокерамид-десатуразой / редуктазой, которая вставляет двойную транс-связь в положении 4-5..

У млекопитающих существует множество изоформ церамид-синтаз, каждая из которых связывает определенную цепь жирных кислот с основаниями с длинной цепью. Следовательно, церамидсинтазы и другие ферменты, элонгазы, являются основным источником разнообразия жирных кислот в сфинголипидах..

Образование специфических сфинголипидов

Сфингомиелин синтезируется путем переноса фосфохолина из фосфатидилхолина в церамид с выделением диацилглицерина. Реакция связывает сигнальные пути сфинголипидов и глицерофосфолипидов.

Церамид-фосфоэтаноламин синтезируется из фосфатидилэтаноламина и церамида в реакции, аналогичной реакции синтеза сфингомиелина, и после образования может метилироваться до сфингомиелина. Инозитолфосфатные керамиды образуются путем переэтерификации из фосфатидилинозитола.

Гликофинголипиды модифицируются главным образом в комплексе Гольджи, где специфические гликозилтрансферазные ферменты участвуют в присоединении олигосахаридных цепей в гидрофильной области керамидного скелета..

метаболизм

Разложение сфинголипидов осуществляется ферментами глюкогидролазы и сфингомиелиназы, которые отвечают за удаление модификаций полярных групп. С другой стороны, керамиды регенерируют длинноцепочечные основания из керамидов.

Ганглиозиды разлагаются рядом лизосомальных ферментов, которые катализируют поэтапную элиминацию сахарных звеньев, в конечном итоге образуя церамид.

Другой путь деградации состоит в интернализации сфинголипидов в эндоцитарные везикулы, которые отправляются обратно на плазматическую мембрану или транспортируются в лизосомы, где они разлагаются специфическими кислотными гидролазами..

Не все длинноцепочечные основания рециркулируются, эндоплазматический ретикулум имеет путь для их терминальной деградации. Этот механизм деградации заключается в фосфорилировании вместо ацилирования LCB, что приводит к образованию сигнальных молекул, которые могут быть растворимыми субстратами для ферментов лиазы, которые перерезают LCBs-фосфат с образованием ациловых альдегидов и фосфоэтаноламина..

регулирование

Метаболизм этих липидов регулируется на нескольких уровнях, одним из которых являются ферменты, ответственные за синтез, его посттрансляционные модификации и аллостерические механизмы этих.

Некоторые регуляторные механизмы специфичны для клетки, либо для контроля момента клеточного развития, в котором они производятся, либо в ответ на определенные сигналы.

ссылки

1. Bartke, N. & Hannun, Y. (2009). Биоактивные сфинголипиды: метаболизм и функции. Журнал исследований липидов, 50, 19.
2. Бреслоу Д. К. (2013). Сфинголипидный гомеостаз в эндоплазматической сети и за ее пределами. Колд-Спринг-Харбор Перспективы в биологии, 5 (4), a013326.
3. Футерман А. Х. и Ханнун Ю. А. (2004). Сложная жизнь простых сфинголипидов. Отчеты EMBO, 5 (8), 777-782.
4. Harrison, P.J., Dunn, T. & Campopiano, D.J. (2018). Биосинтез сфинголипидов у человека и микробов. Отчеты о натуральных продуктах, 35 (9), 921-954.
5. Лахири С. и Футерман А. Х. (2007). Метаболизм и функции сфинголипидов и гликосфинголипидов. Cellular and Molecular Life Sciences, 64 (17), 2270-2284.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Молекулярная клеточная биология (5-е изд.). Фримен, В. Х. & Компания.
7. Лаки М. (2008). Мембранная структурная биология: с биохимическими и биофизическими основаниями. Издательство Кембриджского университета. Получено с www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill, A.H. (2011). Сфинголипидные и гликосфинголипидные метаболические пути в эпоху сфинголипидомики. Chemical Reviews, 111 (10), 6387-6422.
9. Нельсон Д.Л., & Кокс М.М. (2009). Lehninger Принципы биохимии. Омега издания (5-е изд.).
10. Vance, J.E. & Vance, D.E. (2008). Биохимия липидов, липопротеинов и мембран. В новой всеобъемлющей биохимии том 36 (4-е изд.). Elsevier.