Struktura fosfatidylethanolaminu, biosyntéza a funkce



fosfatidylethanolamin (PE) je glycerofosfolipid bohatý na plazmatické membrány prokaryotických organismů. Naopak u membrán eukaryotických buněk se jedná o druhý nejhojnější glycerofosfolipid na vnitřní straně plazmatické membrány po fosfatidylcholinu.

Navzdory nadbytku fosfatidylethanolaminu závisí jeho hojnost nejen na typu buněk, ale také na kompartmentu a na specifickém čase životního cyklu buněk, který je zvažován..

Biologické membrány jsou bariéry, které definují buněčné organismy. Nejenže mají ochranné a izolační funkce, ale jsou také klíčové pro stanovení proteinů, které vyžadují pro optimální fungování hydrofobní prostředí..

Jak eukaryoty, tak prokaryoty mají membrány složené převážně z glycerofosfolipidů a v menší míře sfingolipidy a steroly..

Glycerofosfolipidy jsou amfipatické molekuly strukturované na skeletu L-glycerolu, který je esterifikován v polohách sn-1 a sn-2 dvěma mastnými kyselinami s různou délkou a stupněm nasycení. V hydroxylu pozice sn-3 je esterifikován fosfátovou skupinou, která může být spojena s různými typy molekul, které dávají vznik různým třídám glycerofosfolipidů..

V buněčném světě existuje široká škála glycerofosfolipidů, nicméně nejhojnější jsou fosfatidylcholin (PC), fosfatidylethanolamin (PE), fosfatidylserin (PS), fosfatidylinositol (PI), kyselina fosfatidová (PA), fosfatidylglycerol (PG) a kardiolipin (CL).

Index

  • 1 Struktura
  • 2 Biosyntéza
    • 2.1 Kennedyho cesta
    • 2.2 Cesta PSD
  • 3 Funkce
  • 4 Odkazy

Struktura

Struktura fosfatidylethanolaminu byla objevena v roce 1952 Baerem a kol. Jak bylo experimentálně stanoveno pro všechny glycerofosfolipidy, fosfatidylethanolamin je tvořen glycerolovou molekulou esterifikovanou v polohách sn-1 a sn-2 s kyselými řetězci mastné kyseliny s 16 až 20 atomy uhlíku.

Mastné kyseliny esterifikované v hydroxylovém sn-1 jsou obecně nasycené (bez dvojných vazeb) s maximální délkou 18 atomů uhlíku, zatímco řetězce vázané v poloze sn-2 mají delší délku as jednou nebo více nenasycenostmi ( dvojité odkazy).

Stupeň nasycení těchto řetězců přispívá k pružnosti membrány, která má velký vliv na vložení a sekvestraci proteinů v dvojvrstvě..

Fosfatidylethanolamin je považován za nelamelární glycerofosfolipid, protože má kuželovitý geometrický tvar. Tato forma je dána malou velikostí její polární skupiny nebo "hlavy" ve vztahu k řetězcům mastných kyselin, které obsahují hydrofobní "zbytky"..

"Hlava" nebo polární skupina fosfatidylethanolaminu má zwitteriontový charakter, to znamená, že má skupiny, které mohou být pozitivně a negativně nabity za určitých podmínek pH.

Tato funkce umožňuje navázat vodíkové vazby s velkým množstvím aminokyselinových zbytků a jejich distribuce náboje je základním faktorem pro topologii domén mnoha integrálních membránových proteinů..

Biosyntéza

V eukaryotických buňkách je syntéza strukturních lipidů geograficky omezena, což je hlavní místo biosyntézy endoplazmatického retikula (ER) a v menší míře Golgiho aparátu..

Existují čtyři nezávislé biosyntetické cesty pro produkci fosfatidylethanolaminu: (1) cesta CDP-ethanolaminu, známá také jako cesta Kennedyho; (2) cestu PSD pro dekarboxylaci fosfatidylserinu (PS); (3) acylace lyso-PE a (4) reakce na bázi změny bází polární skupiny jiných glycerofosfolipidů.

Kennedyho cesta

Biosyntéza fosfatidylethanolaminu touto cestou je omezena na ER a bylo prokázáno, že v buňkách jater křečka je hlavní výrobní cestou. Skládá se ze tří po sobě následujících enzymatických kroků katalyzovaných třemi různými enzymy.

V prvním kroku se fosfoethanolamin a ADP produkují působením ethanolamin kinázy, která katalyzuje ATP-dependentní fosforylaci ethanolaminu..

Na rozdíl od rostlin nejsou savci ani kvasinky schopny produkovat tento substrát, takže musí být konzumovány ve stravě nebo mohou být získány degradací existujících molekul fosfatidylethanolaminu nebo sfingosinu..

Fosftoethanolamin je používán CTP: fosfoethanolaminovou cytidyltransferázou (ET) za vzniku vysokoenergetické sloučeniny CDP: ethanolaminu a anorganického fosfátu..

1,2-diacylglycerol ethanolamin fosfotransferáza (ETP) využívá energii obsaženou v CDP-ethanolaminové vazbě kovalentně vázat ethanolamin na molekulu diacylglycerolu vloženou do membrány, což vede k fosfatidylethanolaminu.

Trasa PSD

Tato trasa funguje jak v prokaryotech, tak v kvasnicích a savcích. V bakteriích se vyskytuje v plazmatické membráně, ale u eukaryotů probíhá v oblasti endoplazmatického retikula, které má blízký vztah k mitochondriální membráně..

U savců je cesta katalyzována jedním enzymem, fosfatidylserinovou dekarboxylázou (PSD1p), která je uložena v mitochondriální membráně, jejíž gen je kódován jádrem. Reakce zahrnuje dekarboxylaci PS na fosfatidylethanolamin.

Dvě zbývající cesty (lyso-PE acylace a polární dependentní výměna závislá na vápníku) se vyskytují v endoplazmatickém retikulu, ale významně nepřispívají k celkové produkci fosfatidylethanolaminu v eukaryotických buňkách..

Funkce

Glycerofosfolipidy mají v buňce tři hlavní funkce, včetně strukturních funkcí, ukládání energie a buněčné signalizace..

Fosfatidylethanolamin je spojen s kotvením, stabilizací a skládáním více membránových proteinů, stejně jako konformačními změnami nezbytnými pro fungování mnoha enzymů..

Existuje experimentální důkaz, který navrhuje fosfatidylethanolamin jako klíčový glycerofosfolipid v pozdním stádiu telophasy, během tvorby kontraktilního kruhu a vzniku fragmoplastu, který umožňuje dělení membrány dvou dceřiných buněk..

Má také důležitou funkci ve všech procesech fúze a štěpení (sjednocení a separace) membrán endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu..

V E. coli bylo prokázáno, že fosfatidylethanolamin je nezbytný pro správné skládání a funkci enzymu laktózy permeázy, takže bylo navrženo, že má úlohu molekulárního "chaperonu"..

Fosfatidylethanolamin je hlavním donorem molekuly ethanolaminu nezbytnou pro post-translační modifikaci řady proteinů, jako jsou kotvy GPI..

Tento glycerofosfolipid je prekurzorem mnoha molekul s enzymatickou aktivitou. Navíc molekuly odvozené z jeho metabolismu, stejně jako diacylglycerol, kyselina fosfatidová a některé mastné kyseliny, mohou působit jako druzí poslové. Navíc je důležitým substrátem pro výrobu fosfatidylcholinu.

Odkazy

  1. Brouwers, J. F. H. M., Vernooij, E.A.M., Tielens, A.G.M., & van Golde, L.M. G. G. (1999). Rychlá separace a identifikace molekul molekul fosfatidylethanolaminu. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Obnoveno z jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J. M., & Claypool, S.M. (2018). Fosfatidylethanolamin produkovaný ve vnitřní mitochondriální membráně je nezbytný pro komplexní funkci kvasinkového cytochromu bc1 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, S.M. (2016). Fosfatidylethanolamin Metabolismus ve zdraví a nemoci. Mezinárodní přehled buněčné a molekulární biologie (sv. 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F., & Smith, T. K. (2010). Kennedyho cesta-de novo syntéza fosfatidylethanolaminu a fosfatidylcholinu. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Pochopení různorodosti složení membránových lipidů. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296. 
  6. Luckey, M. (2008). Membránová strukturní biologie: s biochemickými a biofyzikálními základy. Univerzitní tisk Cambrudge. Zdroj: cambrudge.org
  7. Seddon, J. M., Cevc, G., Kaye, R. D., & Marsh, D. (1984). Studium rentgenové difrakce polymorfismu hydratovaných diacyl- a dialkylfosfatidylethanolaminů. 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 fosfatidylethanolaminem jako hlavní složkou. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D. R., & Feignenson, G. W. (2008). Membránové lipidy: kde jsou a jak se chovají. Nature Reviews, 9, 112-124.
  10. Vance, J. E. (2003). Molekulární a buněčná biologie metabolismu fosfatidylserinu a fosfatidylethanolaminu. V K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (str. 69-111). Akademická tisková zpráva.
  11. Vance, J. E. (2008). Fosfatidylserin a fosfatidylethanolamin v savčích buňkách: dva metabolicky příbuzné aminofosfolipidy. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J. E., & Tasseva, G. (2013). Tvorba a funkce fosfatidylserinu a fosfatidylethanolaminu v savčích buňkách. Biochimica et Biophysica Acta - Molekulární a buněčná biologie lipidů, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins, S.M., Zhu, X., & Zeisel, S.H. (2003). Fosfatidylethanolamin-N-methyltransferázová aktivita a dietní cholin regulují tok jater a plazmatických lipidů a metabolismus esenciálních mastných kyselin u myší. Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.