Структура, биосинтез и функции фосфатидилэтаноламина



фосфатидилэтаноламин (PE) представляет собой глицерофосфолипид, распространенный в плазматических мембранах прокариотических организмов. Напротив, в мембранах эукариотических клеток это второй наиболее распространенный глицерофосфолипид на внутренней стороне плазматической мембраны после фосфатидилхолина..

Несмотря на обилие фосфатидилэтаноламина, его содержание зависит не только от типа клетки, но также от компартмента и конкретного времени жизненного цикла клетки, которое считается.

Биологические мембраны являются барьерами, которые определяют клеточные организмы. Они не только выполняют защитные и изолирующие функции, но и играют ключевую роль в создании белков, требующих гидрофобной среды для оптимального функционирования..

Как эукариоты, так и прокариоты имеют мембраны, состоящие в основном из глицерофосфолипидов и, в меньшей степени, сфинголипидов и стеринов..

Глицерофосфолипиды представляют собой амфипатические молекулы, структурированные на скелете L-глицерина, который этерифицирован в положениях sn-1 и sn-2 двумя жирными кислотами различной длины и степени насыщения. В гидроксильном положении sn-3 этерифицируется фосфатной группой, к которой, в свою очередь, могут присоединяться различные типы молекул, которые дают различные классы глицерофосфолипидов..

Есть множество глицерофосфолипидов в сотовом мире, однако наиболее распространенными являются фосфатидилхолин (PC), фосфатидилэтаноламин (PE), фосфатидилсерина (PS), фосфатидилинозитол (PI), фосфатидной кислоты (PA), фосфатидилглицерин (PG) и кардиолипин (CL).

индекс

  • 1 структура
  • 2 Биосинтез
    • 2.1 Кеннеди Рут
    • 2.2 PSD Path
  • 3 функции
  • 4 Ссылки

структура

Структура фосфатидилэтаноламина была обнаружена Бэра и соавт в 1952 году, как было экспериментально определенной для всех глицерофосфолипидов, фосфатидилэтаноламин содержит молекулу глицерина этерифицирована в Sn-1 положении и СН-2 с кислотными цепями жирные кислоты с 16-20 атомами углерода.

Жирные кислоты, этерифицированные в гидроксильном sn-1, обычно являются насыщенными (без двойных связей) с максимальной длиной 18 атомов углерода, в то время как цепи, связанные в положении sn-2, имеют более длинную длину и одну или несколько ненасыщенностей ( двойные ссылки).

Степень насыщения этих цепей способствует эластичности мембраны, что оказывает большое влияние на внедрение и секвестрацию белков в бислое..

Фосфатидилэтаноламин считается неламеллярным глицерофосфолипидом, так как он имеет коническую геометрическую форму. Эта форма задается небольшим размером его полярной группы или «головы» по отношению к цепям жирных кислот, которые составляют гидрофобные «хвосты».

«Головная» или полярная группа фосфатидилэтаноламина имеет цвиттер-ионный характер, то есть имеет группы, которые могут быть положительно и отрицательно заряжены при определенных условиях рН.

Эта особенность позволяет устанавливать водородные связи с большим количеством аминокислотных остатков, а их распределение заряда является существенным фактором, определяющим топологию доменов многих интегральных мембранных белков..

биосинтез

В эукариотических клетках синтез структурных липидов ограничен географически, являясь основным участком биосинтеза эндоплазматической сети (ER) и, в меньшей степени, аппарата Гольджи..

Существует четыре независимых пути биосинтеза для производства фосфатидилэтаноламина: (1) путь CDP-этаноламин, также известный как путь Кеннеди; (2) PSD-путь для декарбоксилирования фосфатидилсерина (PS); (3) ацилирование лизо-РЕ и (4) реакции смены основания полярной группы других глицерофосфолипидов.

Кеннеди Рут

Биосинтез фосфатидилэтаноламина этим путем ограничивается ER, и было показано, что в клетках печени хомяка это основной путь производства. Он состоит из трех последовательных ферментативных стадий, катализируемых тремя различными ферментами.

На первом этапе фосфоэтаноламин и АДФ получают действием этаноламинакиназы, которая катализирует АТФ-зависимое фосфорилирование этаноламина.

В отличие от растений, ни млекопитающие, ни дрожжи не способны продуцировать этот субстрат, поэтому его необходимо употреблять в рационе или получать в результате разложения уже существующих молекул фосфатидилэтаноламина или сфингозина..

Фосфоэтаноламин используется CTP: фосфоэтаноламинцитидилтрансферазой (ET) для образования высокоэнергетического соединения CDP: этаноламина и неорганического фосфата..

1,2-диацилглицеролэтаноламинфосфотрансфераза (ETP) использует энергию, содержащуюся в связи CDP-этаноламин, для ковалентного связывания этаноламина с молекулой диацилглицерина, вставленной в мембрану, в результате чего образуется фосфатидилэтаноламин..

PSD маршрут

Этот маршрут действует как у прокариот, так и у дрожжей и млекопитающих. У бактерий это происходит в плазматической мембране, но у эукариот это происходит в области эндоплазматического ретикулума, которая имеет тесную связь с митохондриальной мембраной..

У млекопитающих этот путь катализируется одним ферментом, фосфатидилсериндекарбоксилазой (PSD1p), который встроен в митохондриальную мембрану, ген которой кодируется ядром. Реакция включает декарбоксилирование PS до фосфатидилэтаноламина.

Два оставшихся пути (ацилирование лизо-PE и полярно-зависимый кальций-зависимый обмен) происходят в эндоплазматическом ретикулуме, но не вносят значительный вклад в общую продукцию фосфатидилэтаноламина в эукариотических клетках..

функции

Глицерофосфолипиды выполняют в клетке три основные функции, включая структурные функции, накопление энергии и передачу сигналов клеткой..

Фосфатидилэтаноламин связан с закреплением, стабилизацией и сворачиванием множества мембранных белков, а также с изменениями конформации, необходимыми для функционирования многих ферментов..

Экспериментальные данные свидетельствуют о фосфатидилэтаноламине в качестве важнейшего глицерофосфолипида в поздней стадии телофазы, при формировании сократительного кольца и создании fragmoplasto, позволяющий мембранное разделение двух дочерних клеток.

Он также играет важную роль во всех процессах слияния и деления (объединения и разделения) мембран эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи..

В E.coli было доказано, что фосфатидилэтаноламин необходим для правильного свертывания и функционирования фермента лактоза-пермеаза, поэтому было высказано предположение, что он играет роль молекулярного «шаперона».

Фосфатидилэтаноламин является основным донором молекулы этаноламина, необходимой для посттрансляционной модификации многочисленных белков, таких как якоря GPI..

Этот глицерофосфолипид является предшественником многочисленных молекул с ферментативной активностью. Кроме того, молекулы, происходящие из его метаболизма, а также диацилглицерин, фосфатидная кислота и некоторые жирные кислоты, могут действовать в качестве вторичных мессенджеров. Кроме того, это важный субстрат для производства фосфатидилхолина.

ссылки

  1. Brouwers, J.F.H.M., Vernooij, E.A.A.M., Tielens, A.G.M. & van Golde, L.M.G. (1999). Быстрое разделение и идентификация молекулярных видов фосфатидилэтаноламинов. Журнал Lipid Research, 40 (1), 164-169. Восстановлено от jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J.M., & Claypool, S.M. (2018). Фосфатидилэтаноламин, продуцируемый во внутренней митохондриальной мембране, необходим для функционирования комплекса дрожжевого цитохрома bc1 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada E., Onguka O. & Claypool S.M. (2016). Метаболизм фосфатидилэтаноламина в здоровье и болезни. Международный обзор клеточной и молекулярной биологии (том 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F. & Smith, T.K. (2010). Путь Кеннеди - синтез de novo фосфатидилэтаноламина и фосфатидилхолина. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama T. & Riezman H. (2018). Понимание разнообразия мембран липидного состава. Nature Reviews Молекулярная клеточная биология, 19 (5), 281-296. 
  6. Лаки М. (2008). Мембранная структурная биология: с биохимическими и биофизическими основаниями. Издательство Кембриджского университета. Получено с cambrudge.org
  7. Seddon, J.M., Cevc, G., Kaye, R.D. & Marsh, D. (1984). Рентгеноструктурное исследование полиморфизма гидратированных диацил- и диалкилфосфатидилэтаноламинов. Биохимия, 23 (12), 2634-2644. 
  8. Sendecki, A.M., Poyton, M.F., Baxter, A.J., Yang, T. & Cremer, P.S. (2017). Поддерживаемые липидные бислои с фосфатидилэтаноламином в качестве основного компонента. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D.R. & Feignenson, G.W. (2008). Мембранные липиды: где они находятся и как они себя ведут. Отзывы о природе, 9, 112-124.
  10. Vance, J.E. (2003). Молекулярная и клеточная биология метаболизма фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина. В K. Молдаве (ред.), Прогресс исследований нуклеиновых кислот и молекулярной биологии (стр. 69-111). Академическая пресса.
  11. Vance, J.E. (2008). Фосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин в клетках млекопитающих: два метаболически связанных аминофосфолипида. Журнал исследований липидов, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J.E. & Tasseva, G. (2013). Образование и функция фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина в клетках млекопитающих. Biochimica et Biophysica Acta - Молекулярная и клеточная биология липидов, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins S.M., Zhu X. & Zeisel S.H. (2003). Фосфатидилэтаноламин-N-метилтрансферазная активность и диетический холин регулируют обмен липидов в плазме и плазме и метаболизм незаменимых жирных кислот у мышей. Журнал питания, 133 (11), 3386-3391.