Sfingolipidlerin özellikleri, fonksiyonları, grupları, sentezi ve metabolizması



sfingolipıdler Biyolojik zarlarda bulunan üç ana lipit ailesinden birini temsil eder. Gliserofosfolipitler ve steroller gibi, bunlar hidrofilik bir kutup bölgesi ve hidrofobik bir apolar bölge içeren amfipatik moleküllerdir..

İlk olarak 1884 yılında, bilinen üç farklı sınıfa ait üç sfingolipit (sphingomyelin, serebrositler ve serebrosülfatit) tarif eden Johann L. W. Thudichum tarafından tarif edildi: fosfoesfingolipitler, nötr glikosfingolipitler ve asidik.

Gliserofosfolipidlerin aksine, sfingolipitler ana iskelet olarak bir gliserol 3-fosfat molekülü üzerine kurulmazlar, ancak amid bağı ile bağlanmış uzun bir hidrokarbon zinciri olan bir aminoalkol olan sfingozinden türetilen bileşiklerdir..

Karmaşıklık ve çeşitlilik açısından, memelilerde sfingolipitler için en az 5 farklı baz türü bilinmektedir. Bu bazlar, verilebilecek polar gruplardaki çoklu varyasyonlara ek olarak, değişken uzunluklarda ve doyma derecelerinde, 20'den fazla farklı yağ asidi türüyle birleştirilebilir.

Biyolojik zarların yaklaşık% 20 sfingolipidleri vardır. Bunlar hücrelerde yapısaldan sinyal iletimine ve farklı hücresel iletişim süreçlerinin kontrolüne kadar değişen ve önemli fonksiyonlara sahiptir..

Bu moleküllerin dağılımı, bulundukları organellerin işlevine bağlı olarak değişir, ancak normalde sfingolipidlerin konsantrasyonu, plazma membranının dış mono tabakasında, iç mono tabakaya ve diğer bölmelere göre çok daha yüksektir..

İnsanlarda en az 60 tür sfingolipid vardır. Birçoğu, sinir hücresi zarlarının önemli bileşenleridir, diğerleri ise önemli yapısal roller oynar veya diğerleri arasında sinyal iletimi, tanıma, hücre farklılaşması, patogenez, programlanmış hücre ölümüne katılır..

indeks

  • 1 yapı
  • 2 özellikleri
  • 3 İşlev
    • 3.1-Yapısal fonksiyonlar
    • 3.2 - Sinyal fonksiyonları
    • 3.3 -M membrandaki reseptörler
  • Sfingolipidlerin 4 Grubu
    • 4.1 Sfingomyelinler
    • 4.2 Nötr glikolipitler veya glikosfingolipitler (yüksüz)
    • 4.3 Gangliositler veya asidik glikosfingolipitler
  • 5 Sentezi
    • Seramid iskeletin 5.1 sentezi
    • 5.2 Spesifik sfingolipitlerin oluşumu
  • 6 Metabolizma
    • 6.1 Düzenleme
  • 7 Kaynakça

Estructura

Tüm sfingolipidler, uzun zincirli baz (LCB) olarak da bilinen sfloid bazın oluşturulması için uzun zincirli bir yağ asidi ile yoğunlaştırılmış bir L-serin'den türetilir..

En yaygın bazlar, sfingin ve sfingosin olup, birbirinden sadece sfingosinin yağ asidinin karbonları 4 ve 5 arasındaki bir trans çifte bağ olması durumunda farklılık gösterir..

Sfingosinin karbonları 1, 2 ve 3, gliserofosfolipidlerin gliserol karbonlarına yapısal olarak benzerdir. Bir yağ asidi, amid bağları ile sfingosinin karbonuna 2 bağlandığında, diasilgliserol'e çok benzeyen ve en basit sfingolipiti temsil eden bir molekül olan bir seramid üretilir..

Bu lipidlerin hidrofobik bölgelerini oluşturan uzun zincirli yağ asitleri çok çeşitli olabilir. Uzunlukları, genellikle 4 ve 5 karbonları arasında, farklı doyma derecelerine sahip olabilen 14 ila 22 karbon atomu arasında değişir..

4 veya 6 pozisyonlarında hidroksil gruplarına ve diğer pozisyonlarda çift bağlara ve hatta metil gruplarına sahip dallara sahip olabilirler..

özellikleri

Amid bağlarıyla seramidlere bağlanan yağ asitlerinin zincirleri genellikle doymuş olup, bunların biyolojik aktivitesi için çok önemli görünen gliserofosfolipidlerde bulunanlardan daha uzun olma eğilimindedir..

Sfingolipid iskeletinin ayırt edici bir özelliği, lipit molekülleri arasında nadir bulunan nötr pH'da pozitif bir net yüke sahip olmasıdır..

Bununla birlikte, amino grubunun pKa'sı 7 ile 8 arasındaki basit bir amine göre düşüktür, böylece molekülün bir kısmı, bunların iki tabakalar arasındaki "serbest" hareketini açıklayabilen fizyolojik pH'da yüklenmez..

Sfingolipidlerin geleneksel sınıflandırması, seramid molekülünün, özellikle polar kafa gruplarının ikameleri ile ilgili olarak yapabileceği çoklu modifikasyonlardan kaynaklanmaktadır..

fonksiyonlar

Sfingolipitler, bazı prokaryotik organizmalarda ve virüslerde olduğu gibi, hayvanlarda, bitkilerde ve mantarlarda esastır.

-Yapısal fonksiyonlar

Sfingolipitler, akışkanlıkları, kalınlıkları ve eğriliği dahil, zarların fiziksel özelliklerini düzenler. Bu özelliklerin modüle edilmesi ayrıca membran proteinlerinin mekansal organizasyonu üzerinde doğrudan etki sağlar..

Yağda "sallar"

Biyolojik zarlarda lipid sallar denilen kolesterol ve sfingolipid molekülleri tarafından oluşturulan daha az akışkanlığa sahip dinamik alanlar tespit edilebilir.

Bu yapılar doğal olarak oluşur ve integral proteinler, hücre yüzeyi reseptörleri ve sinyal proteinleri, taşıyıcılar ve glikosilfosfatidilininositol (GPI) ankrajlı diğer proteinler ile yakından ilgilidir..

-Sinyal fonksiyonları

İkinci haberci olarak görev yapan veya hücre yüzeyi reseptörleri için salgılanmış ligandlar olarak görev yapan sinyal molekülleri olarak işlev görürler..

Sekonder haberciler kalsiyum homeostazının düzenlenmesinde, hücre büyümesinde, tümör oluşumunda ve apoptozun baskılanmasında rol oynayabilirler. Ek olarak, birçok integral ve periferik membran proteininin aktivitesi, sfingolipidlerle olan ilişkilerine bağlıdır..

Çevresiyle birçok hücre içi ve hücre etkileşimi, farklı sfingolipid gruplarının plazma zarının dış yüzeyine maruz kalmasına bağlıdır..

Glikozfingolipidlerin ve lektinlerin bağlanması, miyelinin aksonlarla birleşmesi, nötrofillerin endotele yapışması vb. İçin çok önemlidir..

Metabolizmanızın yan ürünleri

En önemli sinyal sfingolipidleri, uzun zincirli bazlar veya sfingozinler ve seramitler ve bunların sfingosin 1-fosfat gibi fosforlanmış türevleridir..

Birçok sfingolipidin metabolizma ürünleri, büyüme, farklılaşma ve apoptoz gibi karmaşık hücresel davranışları kontrol eden birçok aşağı akış hedefini (protein kinazlar, fosfoproteinler, fosfatazlar ve diğerleri) aktive eder veya inhibe eder..

-Membrandaki reseptörler olarak

Bazı patojenler, konakçı hücrelere girişlerine aracılık etmek veya virülans faktörlerini onlara iletmek için reseptörler olarak glikosfingolipidler kullanır.

Sfingolipidlerin, sekresyon, endositoz, kemotaksi, nörotransmisyon, anjiyogenez ve inflamasyon gibi birçok hücresel olaya katıldığı gösterilmiştir..

Ayrıca zar kaçakçılığına da katılırlar, bu nedenle reseptörlerin içselleştirilmesini, salgı veziküllerinin farklı uyaranlara cevap olarak sıralanmasını, hareket etmesini ve kaynaşmasını etkiler..

Sfingolipid grupları

Sfingolipidlerin üç alt sınıfı vardır, bunların tümü seramitten türetilir ve birbirlerinden farklı kutup grupları tarafından farklıdır: sfingomyelinler, glikolipitler ve gangliositler.

sfingomiyelin

Bunlar bir polar kafa grubu olarak fosfoolin veya fosfotanotanolamin içerirler, bu nedenle gliserofosfolipidlerle birlikte fosfolipitler olarak sınıflandırılırlar. Elbette, üç boyutlu yapıda ve genel özelliklerde fosfatidilkolinlere benzerler çünkü kutup kafaları üzerinde hiçbir yükü yoktur.

Hayvan hücrelerinin plazma zarlarında bulunurlar ve özellikle bazı nöronların aksonlarını çevreleyen ve izole eden bir kılıf olan miyelinde bol miktarda bulunurlar..

Glukolipitler veya nötr glikosfingolipitler (yüksüz)

Öncelikle plazma zarının dış yüzeyinde bulunurlar ve seramid kısmının karbon 1 hidroksiline doğrudan bağlanmış bir kutup başı grubu olarak bir veya daha fazla şekere sahiptirler. Fosfat gruplarına sahip değillerdir. PH 7'de şarj olmadığından, buna nötr glikolipitler denir.

Serebrosidler seramide bağlanmış tek bir şeker molekülüne sahiptir. Galaktoz içerenler sinir dokusu hücrelerinin plazma zarlarında bulunur. Globositler, iki veya daha fazla şekerli, genellikle D-glukoz, D-galaktoz veya N-asetil-D-galaktosamin içeren glikosfingolipitlerdir..

Gangliositler veya asidik glikosfingolipitler

Bunlar en karmaşık sfingolipitlerdir. Kutup başlı bir grup olarak oligosakaritlere ve ayrıca sialik asit olarak da adlandırılan bir veya daha fazla terminal N-asetilmuramik asit tortusuna sahiptirler. Sialik asit, gangliosidlere pH 7'de negatif bir yük sağlar ve bu onları nötr glikosfingolipidlerden ayırır..

Bu sfingolipitler sınıfının isimlendirilmesi, polar kafanın oligosakarit bölümünde bulunan sialik asit kalıntılarının miktarına bağlıdır.

sentez

Uzun zincirli baz molekül veya sfingosin, endoplazmik retikulumda (ER) sentezlenir ve polar grubun bu lipidlerin başına eklenmesi Golgi kompleksinde meydana gelir. Memelilerde, sfingolipidlerin bir sentezi mitokondride de ortaya çıkabilir.

Golgi kompleksinde sentezlerini tamamladıktan sonra sfingolipitler veziküllerin aracılık ettiği mekanizmalar yoluyla diğer hücresel bölmelere taşınır.

Sfingolipidlerin biyosentezi, üç temel olaydan oluşur: uzun zincirli bazların sentezi, seramidlerin bir yağ asidinin bir amid bağı ile bağlanarak biyosentezi ve son olarak da, kompleks sfingolipidlerin, kutup gruplarının sfingoid bazın karbon 1 içindeki birleşiminin.

De novo sentezine ek olarak, sfingolipitler, sfingolipid havuzunu besleyebilen uzun zincirli bazların ve seramidlerin değiştirilmesi veya geri dönüşümü ile de oluşturulabilir..

Seramid iskeletin sentezi

Sfingolipid iskeleti seramidin biyosentezi, bir palmitoil-CoA molekülünün ve bir L-serinin dekarboksilatif yoğunlaşması ile başlar. Reaksiyon piridoksal fosfata bağlı bir heterodimerik serin palmitoil transferaz (SPT) ile katalize edilir ve ürün 3-keto dihidrosfingosindir..

Bu enzim β-halo-L-alaninler ve L-sikloserin tarafından inhibe edilir. Mayada iki gen tarafından kodlanır, memelilerde bu enzim için üç gen bulunur. Aktif bölge endoplazmik retikulumun sitoplazmik tarafında bulunur.

Bu ilk enzimin rolü, çalışılan tüm organizmalarda korunur. Bununla birlikte, enzimin subselüler yerleşimi ile ilgili olması gereken taksonlar arasında bazı farklılıklar vardır: bakterilerin sitoplazmik, mayaların, bitkilerin ve hayvanların endoplazmik retikulumda olduğu.

3-ketoesfinganin daha sonra sfinginin üretmek için NADPH'ye bağımlı 3-ketoesfinganin redüktaz ile azaltılır. Dihidroseramid sentazı (sfinganin N-asil transferaz) daha sonra dihidroseramid üretmek için sfinganini asetilleştirir. Seramid daha sonra 4-5 pozisyonunda bir çift trans bağı yerleştiren dihidroseramid desatüraz / redüktaz ile oluşturulur..

Memelilerde, her biri belirli bir yağ asidi zincirini uzun zincirli bazlara bağlayan çok sayıda seramid sintaz izoformu vardır. Bu nedenle, seramid sentezleri ve diğer enzimler, uzamalar, sfingolipidlerde yağ asitlerinin çeşitliliğinin ana kaynağını sağlar..

Spesifik sfingolipitlerin oluşumu

Sfingomyelin, bir fosfokolinin fosfatidilkolin'den seramide transferi ile sentezlenir ve diasilgliserol açığa çıkar. Reaksiyon, sfingolipidlerin ve gliserofosfolipitlerin sinyal yollarını bağlar.

Seramid fosfoetanolamin, fosfatidiletanolamin ve seramitten, sfingomyelin sentezine benzer bir reaksiyonda sentezlenir ve bir kez oluşturulduktan sonra sfingomyelin ile metillenebilir. İnositol fosfat seramitler, fosfatidilinositolden transesterifikasyon yoluyla oluşturulur.

Glikosfingolipitler, esasen, spesifik glikosiltransferaz enzimlerinin, seramid iskeletinin hidrofilik bölgesindeki oligosakarit zincirlerinin eklenmesine katıldığı Golgi kompleksinde değiştirilir..

metabolizma

Sfingolipid degradasyonu, polar grupların modifikasyonlarının kaldırılmasından sorumlu olan glukohidrolazlar ve sfingomyelinaz enzimleri tarafından gerçekleştirilir. Öte yandan, ceramidases seramidlerden uzun zincirli bazları yeniler..

Gangliositler, sonunda bir seramid üreten, şeker birimlerinin adım adım ortadan kaldırılmasını katalize eden bir dizi lizozomal enzim tarafından indirgenir..

Bir başka bozunma yolu, sfingolipidlerin, plazma zarına geri gönderilen ya da spesifik asit hidrolazları ile parçalandıkları lizozomlara taşınan endositik veziküllerde içselleştirilmesinden oluşur..

Tüm uzun zincir bazlarının geri dönüşümü yoktur, endoplazmik retikulumun bunların terminal bozunması için bir yolu vardır. Bu bozunma mekanizması, LCB'lerin asilasyonu yerine bir fosforilasyondan oluşur, bu, asil aldehitleri ve fosfoetanolamini üretmek üzere LCB-fosfatı kesen liyaz enzimleri için çözünür substratlar oluşturabilen sinyal moleküllerine yol açar.

düzenleme

Bu lipitlerin metabolizması birkaç seviyede düzenlenir, bunlardan biri sentezden sorumlu enzimler, translasyon sonrası modifikasyonları ve bunların allosterik mekanizmalarıdır..

Bazı düzenleyici mekanizmalar, üretildikleri hücresel gelişme momentini kontrol etmek için veya spesifik sinyallere cevap olarak hücresel spesifiktir..

referanslar

  1. Bartke, N. ve Hannun, Y. (2009). Biyoaktif Sfingolipitler: Metabolizma ve İşlev. Lipid Araştırmaları Dergisi, 50, 19.
  2. Breslow, D.K. (2013). Endoplazmik Retikulumda ve Ötesinde Sfingolipid Homeostazı. Soğuk Kaynak Limanlarının Biyolojide Perspektifleri, 5 (4), a013326.
  3. Futerman, A. H. ve Hannun, Y. A. (2004). Basit sfingolipidlerin karmaşık ömrü. EMBO Raporları, 5 (8), 777-782.
  4. Harrison, P.J., Dunn, T., ve Campopiano, D.J. (2018). İnsan ve mikroplarda sfingolipid biyosentezi. Doğal Ürün Raporları, 35 (9), 921-954.
  5. Lahiri, S. ve Futerman, A. H. (2007). Sfingolipidlerin ve glikosfingolipidlerin metabolizması ve işlevi. Hücresel ve Moleküler Yaşam Bilimleri, 64 (17), 2270-2284.
  6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Moleküler Hücre Biyolojisi (5. basım). Freeman, W.H. & Company.
  7. Luckey, M. (2008). Membran yapısal biyoloji: biyokimyasal ve biyofiziksel temelleri ile. Cambridge Üniversitesi Basını. Www.cambridge.org/9780521856553 adresinden alındı
  8. Merrill, A.H. (2011). Sfingolipidomik çağında sfingolipid ve glikosfingolipid metabolik yolları. Kimyasal İncelemeler, 111 (10), 6387-6422.
  9. Nelson, D.L., & Cox, M.M. (2009). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri. Omega editions (5. basım).
  10. Vance, J.E., ve Vance, D.E. (2008). Lipidlerin, lipoproteinlerin ve membranların biyokimyası. Yeni Kapsamlı Biyokimya Cilt 36'da (4. basım). Elsevier.