Sfingomyelinová struktura, funkce, syntéza a metabolismus



sfingomyelin Je to nejhojnější sfingolipid ve zvířecích tkáních: jeho přítomnost byla prokázána ve všech dosud studovaných buněčných membránách. Má strukturní podobnosti s fosfatidylcholinem ve skupině polární hlavy, takže je také klasifikován jako fosfolipid (fosfosifingolipid).

V desetiletí osmdesátých let 19. století vědec Johann Thudichum izoloval etherovou rozpustnou lipidovou složku z mozkové tkáně a pojmenoval ji sfingomyelin. Později, v roce 1927, byla struktura tohoto sfingolipidu hlášena jako N-acyl-sfingosin-1-fosfocholin.

Stejně jako ostatní sfingolipidy má sfingomyelin strukturní i buněčné signální funkce a je zvláště hojný v nervových tkáních, konkrétně v myelinu, plášti, který pokrývá a izoluje axony určitých neuronů..

Jeho distribuce byla studována experimenty subcelulární frakcionace a enzymatické degradace sfingomyelinázami a výsledky ukazují, že více než polovina sfingomyelinu v eukaryotických buňkách se nachází v plazmatické membráně. Záleží však na typu buňky. Například u fibroblastů představuje téměř 90% celkových lipidů.

Deregulace procesů syntézy a metabolismu tohoto lipidu vede k rozvoji komplexních patologií nebo lipidózy. Příkladem je dědičná Niemann-Pickova choroba, charakterizovaná hepatosplenomegálií a progresivní neurologickou dysfunkcí.

Index

  • 1 Struktura
  • 2 Funkce
    • 2.1 - Signalizace
    • 2.2 - Struktura
  • 3 Shrnutí
  • 4 Metabolismus
  • 5 Odkazy

Struktura

Sfingomyelin je amfipatická molekula složená z polární hlavy a dvou nepolárních ocasů. Skupina polárních hlav je molekula fosfocholinu, takže může vypadat podobně jako glycerofosfolipid fosfatidylcholin (PC). Mezi těmito dvěma molekulami však existují podstatné rozdíly týkající se mezifázové a hydrofobní oblasti.

Nejběžnější základnou v molekule savčích sfingomyelinů je ceramid, složený ze sfingosinu (1,3-dihydroxy-2-amino-4-oktadecenu), který má dvojnou vazbu v trans mezi atomy uhlíku 4 a 5 uhlovodíkového řetězce. Jeho nasycený derivát, sfinganin, je také běžný, ale nachází se v menší míře.

Délka hydrofobních konců sfingomyelinu se pohybuje od 16 do 24 atomů uhlíku a složení mastných kyselin se liší v závislosti na tkáni..

Sfingomyeliny bílé hmoty lidského mozku, například, mají kyselinu nervonovou, ty šedé hmoty obsahují hlavně kyselinu stearovou a převládající formou v destičkách je arachidonát..

Obecně existuje rozdíl v délce mezi dvěma řetězci mastných kyselin sfingomyelinu, což se zdá být příznivé pro "interdigitační" jevy mezi uhlovodíky v opačných monovrstvách. To poskytuje membráně zvláštní stabilitu a speciální vlastnosti vzhledem k jiným, chudším membránám v tomto sfingolipidu..

V mezifázové oblasti molekuly má sfingomyelin amidovou skupinu a volný hydroxyl v uhlíku 3, který může sloužit jako donor a akceptor vodíkových vazeb pro intra- a intermolekulární vazby, důležitý v definici laterálních domén a interakce s různými typy molekul.

Funkce

-Signage

Produkty metabolismu sfingosin -ceramidu, sfingosinu, sfingosin-1-fosfátu a diacylglycerolu jsou důležitými buněčnými efektory a dávají mu roli v mnoha buněčných funkcích, jako je například apoptóza, vývoj a stárnutí, mimo jiné buněčná signalizace..

-Struktura

Díky trojrozměrné "válcové" struktuře sfingomyelinu může tento lipid tvořit kompaktnější a uspořádané membránové domény, které mají důležité funkční důsledky z hlediska proteinu, protože mohou vytvořit specifické domény pro některé integrální membránové proteiny..

V lipidových a caveolasových "raftech"

Lipidové rafty, membránové fáze nebo mikroskupené domény sfingolipidů, jako je sfingomyelin, některé glycerofosfolipidy a cholesterol, představují stabilní platformy pro asociaci membránových proteinů s různými funkcemi (receptory, transportéry atd.)..

Caveolae jsou invaze plazmatické membrány, která nabírá proteiny s kotvami GPI a je také bohatá na sfingomyelin.

Ve vztahu k cholesterolu

Cholesterol díky své strukturní rigiditě významně ovlivňuje strukturu buněčných membrán, zejména v aspektech souvisejících s fluiditou, a proto je považován za základní prvek..

Vzhledem k tomu, že sfingomyeliny mají oba donory a akceptory vodíkové vazby, předpokládá se, že jsou schopny vytvářet "stabilnější" interakce s molekulami cholesterolu. To je důvod, proč se říká, že existuje pozitivní korelace mezi hladinami cholesterolu a sfingomyelinu v membránách.

Syntéza

Syntéza sfingomyelinu se vyskytuje v Golgiho komplexu, kde ceramid transportovaný z endoplazmatického retikula (ER) je modifikován přenosem fosfocholinové molekuly z fosfatidylcholinu, se současným uvolňováním molekuly diacylglycerolu. Reakce je katalyzována SM syntázou (ceramid: fosfatidylcholin fosfocholin transferáza).

Existuje také další způsob produkce sfingomyelinu, který se může vyskytnout přenesením fosfofenoanolaminu z fosfatidylethanolaminu (PE) na ceramid s následnou methylací fosfoethanolaminu. Předpokládá se, že to může být zvláště důležité v některých nervových tkáních bohatých na PE.

Sfingomyelinová syntáza se nachází na luminální straně membrány Golgiho komplexu, která se shoduje s extra cytoplazmatickým umístěním sfingomyelinu ve většině buněk..

Vzhledem k charakteristice polární skupiny sfingomyelinu a zjevné nepřítomnosti specifických translokáz závisí topologická orientace tohoto lipidu na enzymu syntáze..

Metabolismus

K degradaci sfingomyelinu může dojít jak v plazmatické membráně, tak v lysozomech. Lysozomální hydrolýza na ceramid a fosfocholin závisí na kyselé sfingomyelináze, rozpustném lysozomálním glykoproteinu, jehož aktivita má optimální pH kolem 4,5..

Hydrolýza v plazmatické membráně je katalyzována sfingomyelinázou, která pracuje při pH 7,4 a vyžaduje, aby fungovaly dvojmocné ionty hořčíku nebo manganu. Další enzymy podílející se na metabolismu a recyklaci sfingomyelinu se nacházejí v různých organelách, které jsou navzájem spojeny pomocí vezikulárních transportních drah..

Odkazy

  1. Barenholz, Y., & Thompson, T. E. (1999). Sfingomyelin: biofyzikální aspekty. Chemistry and Physics of Lipids, 102, 29-34.
  2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Biochemie sfingolipidů. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1. vydání). Plenum Press.
  3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Intracelulární transport a metabolismus sfingomyelinu. 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. vydání). 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 mutací a genotypů / fenotypových korelací ve skupině NPC2. Am. J. Hum. Genet., 69, 1013-1021.
  6. Ramstedt, B., & Slotte, P. (2002). Membránové vlastnosti sfingomyelinů. FEBS Letters, 531, 33-37.
  7. Slotte, P. (1999). Interakce sfingomyelinu - cholesterolu v biologických a modelových membránách. Chemie a fyzika lipidů, 102, 13-27.
  8. Vance, J.E., & Vance, D.E. (2008). Biochemie lipidů, lipoproteinů a membrán. V New Comprehensive Biochemistry svazek 36 (4. vydání). Elsevier.